विषय
- ग्लूकोज: परिभाषा
- ग्लूकोज, सेल प्रकार और चयापचय
- ग्लाइकोलाइसिस की प्रक्रिया
- प्रारंभिक ग्लाइकोलाइसिस
- बाद में ग्लाइकोलाइसिस
- पोस्ट-ग्लाइकोलाइसिस प्रक्रियाएं
ग्लूकोज है सेलुलर ईंधन का अंतिम स्रोत सभी जीवित चीजों के लिए, अपने रासायनिक बांड में ऊर्जा के साथ संश्लेषण करने के लिए उपयोग किया जा रहा है एडेनोसाइन ट्रायफ़ोस्फेट (एटीपी) विभिन्न परस्पर और अन्योन्याश्रित तरीकों से। जब इस छह-कार्बन (यानी, हेक्सोज) का एक अणु, कोशिका के प्लाज्मा झिल्ली को बाहर से कोशिका द्रव्य में प्रवेश करने के लिए पार करता है, तो यह तुरंत होता है फॉस्फोरिलेटेड - अर्थात्, एक फॉस्फेट समूह, जो एक नकारात्मक विद्युत आवेश को वहन करता है, ग्लूकोज अणु के भाग से जुड़ा होता है। इसके बाद शुद्ध नकारात्मक आवेश में परिणाम होता है ग्लूकोज 6 फॉस्फेट अणु, जो इसे कोशिका को छोड़ने से रोकता है।
प्रोकैर्योसाइटों, जिसमें बैक्टीरिया और आर्किया डोमेन शामिल हैं, जिनमें झिल्ली-बंधे ऑर्गनेल नहीं होते हैं, जिनमें शामिल हैं माइटोकॉन्ड्रिया में है कि यूकैर्योसाइटों क्रेब्स चक्र और ऑक्सीजन पर निर्भर इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला की मेजबानी करें। नतीजतन, प्रोकैरियोट्स एरोबिक ("ऑक्सीजन के साथ") श्वसन में भाग नहीं लेते हैं, इसके बजाय ग्लाइकोलिसिस से उनकी लगभग सभी ऊर्जा प्राप्त करते हैं, अवायवीय प्रक्रिया जो यूकेरियोटिक कोशिकाओं में किए गए एरोबिक श्वसन से पहले भी संचालित होती है।
ग्लूकोज: परिभाषा
के रूप में ग्लूकोज जैव रसायन में सबसे महत्वपूर्ण अणुओं में से है, और ग्रह पृथ्वी पर जीवन के उद्भव में प्रतिक्रियाओं का शायद सबसे महत्वपूर्ण सेट है, इस अणु की संरचना और व्यवहार की एक संक्षिप्त चर्चा क्रम में है।
के रूप में भी जाना जाता है डेक्सट्रोज (आमतौर पर गैर-जैविक प्रणालियों के संदर्भ में, जैसे कि मकई से बने ग्लूकोज) और ब्लड शुगर (जैविक प्रणालियों के संदर्भ में, उदाहरण के लिए, मेडिकल विपक्ष में), ग्लूकोज एक छह-कार्बन अणु है, जो कि रासायनिक सूत्र के साथ है। सी6एच12हे6। मानव रक्त में, ग्लूकोज की सामान्य एकाग्रता लगभग 100 मिलीग्राम / डीएल है। 100 मिलीग्राम एक ग्राम का दसवां हिस्सा है, जबकि एक डीएल एक लीटर का दसवां हिस्सा है; यह एक ग्राम प्रति लीटर तक काम करता है, और चूंकि औसत व्यक्ति के पास लगभग 4 लीटर रक्त होता है, ज्यादातर लोगों को किसी भी समय अपने रक्तप्रवाह में लगभग 4 ग्राम ग्लूकोज होता है - केवल एक औंस के लगभग सातवें हिस्से में।
ग्लूकोज में छह कार्बन (C) परमाणुओं में से पांच बैठते हैं छह-परमाणु की अंगूठी फार्म कि अणु प्रकृति में 99.98 प्रतिशत समय मानता है। छठी अंगूठी परमाणु एक ऑक्सीजन (O) है, जिसके छठे C को अंगूठी C में से एक के भाग के रूप में संलग्न किया जाता है hydroxymethyl (-ch2OH) समूह। यह हाइड्रॉक्सिल (-OH) समूह पर है अकार्बनिक फॉस्फेट (पाई) फॉस्फोराइलेशन प्रक्रिया के दौरान संलग्न होता है जो कोशिका के कोशिका द्रव्य में अणु को फँसाता है।
ग्लूकोज, सेल प्रकार और चयापचय
प्रोकैरियोट्स छोटे होते हैं (भारी बहुमत एककोशिकीय होते हैं) और सरल (उनमें से अधिकांश कोशिका में एक नाभिक और अन्य झिल्ली-बद्ध जीवों की कमी होती है)। यह उन्हें यूकेरियोट्स के रूप में सबसे अधिक सुरुचिपूर्ण और दिलचस्प होने से रोक सकता है, लेकिन यह उनकी ईंधन आवश्यकताओं को तुलनात्मक रूप से कम रखता है।
प्रोकैरियोट्स और यूकेरियोट्स दोनों में, ग्लाइकोलाइसिस ग्लूकोज के चयापचय में पहला कदम है। प्लाज्मा झिल्ली में फैलकर एक कोशिका में प्रवेश करने पर ग्लूकोज का फॉस्फोराइलेशन ग्लाइकोलिसिस में पहला कदम है, जिसे बाद के अनुभाग में विस्तार से वर्णित किया गया है।
ग्लाइकोलाइसिस के अंत में, ग्लूकोज अणु का उपयोग दो तीन-कार्बन पाइरूवेट अणु, तथाकथित उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन वाहक निकोटीनैमाइड एडेनिन डायन्यूक्लियोटाइड (एनएडीएच) के दो अणुओं, और दो एटीपी अणुओं के शुद्ध लाभ के लिए किया गया है।
इस बिंदु पर, प्रोकैरियोट्स में, पाइरूवेट आमतौर पर किण्वन में प्रवेश करता है, एनारोबिक प्रक्रिया जिसमें कई अलग-अलग विविधताएं होती हैं जिन्हें शीघ्र ही पता लगाया जाएगा। लेकिन कुछ बैक्टीरिया एरोबिक श्वसन को कुछ हद तक पूरा करने की क्षमता विकसित कर चुके हैं और कहलाते हैं एछिक अवायुजीव। बैक्टीरिया जो केवल ग्लाइकोलाइसिस से ऊर्जा प्राप्त कर सकते हैं, कहा जाता है एनारोबिस का तिरस्कार करें, और इनमें से कई वास्तव में ऑक्सीजन द्वारा मारे गए हैं। एक सीमित कुछ बैक्टीरिया भी हैं एरोबिस को ठीक करें, मतलब है कि, आप की तरह, उनके पास ऑक्सीजन के लिए एक परम आवश्यकता है। यह देखते हुए कि बैक्टीरिया को पृथ्वी को स्थानांतरित करने वाले वातावरण की मांगों के अनुकूल होने के लिए लगभग 3.5 बिलियन वर्ष हैं, यह आश्चर्यजनक नहीं होना चाहिए कि उन्होंने बुनियादी चयापचय अस्तित्व रणनीतियों की एक श्रृंखला की कमान संभाली है।
ग्लाइकोलाइसिस की प्रक्रिया
ग्लाइकोलाइसिस में 10 शामिल हैं प्रतिक्रियाओं, जो एक अच्छा, गोल संख्या है, लेकिन आपको इन सभी चरणों में सभी उत्पादों, मध्यवर्ती और एंजाइमों को याद करने की आवश्यकता नहीं है। इसके बजाय, जबकि इस कुछ minutiae जानने के लिए मजेदार और उपयोगी है, इसकी भावना हासिल करने के लिए इसका अधिक महत्वपूर्ण है क्या ग्लाइकोलाइसिस में समग्र रूप से होता है, और क्यों ऐसा होता है (बुनियादी भौतिकी और सेल की जरूरतों दोनों के संदर्भ में)।
ग्लाइकोलाइसिस को निम्नलिखित प्रतिक्रिया में कैप्चर किया जाता है, जो इसकी 10 व्यक्तिगत प्रतिक्रियाओं का योग है:
सी6एच12हे6 → 2 सी3एच4हे3 + 2 एटीपी + 2 एनएडीएच
सादे अंग्रेजी में, ग्लाइकोलाइसिस में, एक एकल ग्लूकोज अणु दो पाइरूवेट अणुओं में अलग हो जाता है, और रास्ते में, ईंधन के अणुओं के एक जोड़े और "पूर्व-ईंधन" अणुओं की एक जोड़ी बनाई जाती है। सेलुलर प्रक्रियाओं में ऊर्जा के लिए एटीपी लगभग सार्वभौमिक मुद्रा है, जबकि एनएडीएच, एनएडी + या निकोटीनैमाइड एडेनिन डाइन्यूक्लियोटाइड का कम रूप, एक उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन वाहक के रूप में कार्य करता है जो अंततः हाइड्रोजन आयनों (एच +) के रूप में उन इलेक्ट्रॉनों को दान करता है। के अंत में ऑक्सीजन अणुओं को इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में एरोबिक चयापचय, ग्लाइकोलाइसिस की तुलना में अधिक एटीपी के कारण अकेले आपूर्ति हो सकती है।
प्रारंभिक ग्लाइकोलाइसिस
साइटोप्लाज्म में प्रवेश के बाद ग्लूकोज का फॉस्फोराइलेशन ग्लूकोज-6-फॉस्फेट (जी-6-पी) में परिणत होता है। फॉस्फेट एटीपी से आता है और ग्लूकोज की पत्तियों में इसका समावेश होता है एडीनोसिन डिपोस्फेट (ADP) पीछे। जैसा कि नोट किया गया है, यह कोशिका के भीतर ग्लूकोज को फँसाता है।
अगला, G-6-P में परिवर्तित किया जाता है फ्रुक्टोज-6-फॉस्फेट (एफ -6-पी)। यह एक isomerization प्रतिक्रिया, क्योंकि अभिकारक और उत्पाद एक दूसरे के आइसोमर हैं - अणु प्रत्येक प्रकार के परमाणु के समान संख्या के साथ, लेकिन विभिन्न स्थानिक व्यवस्था के साथ। इस मामले में, फ्रुक्टोज की अंगूठी में केवल पांच परमाणु होते हैं। इस परमाणु करतब दिखाने के लिए जिम्मेदार एंजाइम को कहा जाता है फॉस्फोग्लुकोज आइसोमेरेज़। (अधिकांश एंजाइम नाम, जबकि अक्सर बोझिल, कम से कम सही अर्थ बनाते हैं।)
ग्लाइकोलाइसिस की तीसरी प्रतिक्रिया में, एफ-6-पी को परिवर्तित किया जाता है फ्रुक्टोज-1,6-बाइफोस्फेट (एफ-1,6-बीपी)। इस फॉस्फोरिलीकरण चरण में, फॉस्फेट फिर से एटीपी से आता है, लेकिन इस बार इसे एक अलग कार्बन परमाणु में जोड़ा जाता है। एंजाइम जिम्मेदार है phosphofructokinase (PFK).
ग्लाइकोलाइसिस की चौथी प्रतिक्रिया में, एफ-1,6-बीपी अणु, जो फॉस्फेट समूहों की अपनी दोहरी खुराक के कारण काफी अस्थिर है, एंजाइम द्वारा विभाजित है aldolase तीन-कार्बन, एकल-फॉस्फेट-समूह-ले जाने वाले अणुओं में ग्लिसराल्डिहाइड 3-फॉस्फेट (जीएपी) और डायहाइड्रोक्सीसिटोन फॉस्फेट (DHAP)। ये आइसोमर्स हैं, और एंजाइम से एक धक्का का उपयोग करके ग्लाइकोलाइसिस के पांचवें चरण में डीएचएपी तेजी से जीएपी में परिवर्तित हो जाता है triose फॉस्फेट isomerase (टिम)।
इस स्तर पर, मूल ग्लूकोज अणु दो एटीपी की कीमत पर दो समान तीन-कार्बन, अकेले फॉस्फोराइलेटेड अणु बन गए हैं। इस बिंदु से आगे, ग्लाइकोलिसिस की प्रत्येक वर्णित प्रतिक्रिया ग्लाइकोलाइसिस से गुजरने वाले प्रत्येक ग्लूकोज अणु के लिए दो बार होती है।
बाद में ग्लाइकोलाइसिस
ग्लाइकोलाइसिस की छठी प्रतिक्रिया में, जीएपी में परिवर्तित हो जाता है 1,3-bisphosphoglycerate (1,3-BPG) के प्रभाव में ग्लिसराल्डिहाइड 3-फॉस्फेट डिहाइड्रोजनेज। डिहाइड्रोजनेज एंजाइम हाइड्रोजन परमाणु (यानी, प्रोटॉन) को हटाते हैं। GAP से मुक्त हाइड्रोजन NAD + अणु से जुड़ा हुआ है, NADH उपज है। क्योंकि ग्लूकोज अपस्ट्रीम के प्रारंभिक अणु ने जन्म दिया है दो GAP के अणु, इस प्रतिक्रिया के बाद, दो NADH के अणु बनाए गए हैं।
सातवें ग्लाइकोलाइसिस प्रतिक्रिया में, प्रारंभिक ग्लाइकोलाइसिस के फॉस्फोराइलेशन प्रतिक्रियाओं में से एक, वास्तव में, उलट है। जब एंजाइम फॉस्फोग्लाइसेरेट काइनेज 1,3-BPG से एक फॉस्फेट समूह निकालता है, परिणाम है 3-phosphoglycerate (3-पीजी)। दो 1,3-BPG अणुओं से छीन लिए गए फॉस्फेट को दो एटीपी बनाने के लिए एक एडीपी में जोड़ा जाता है। इसका मतलब है कि दो एटीपी एक और तीन चरणों में "उधार" सातवीं प्रतिक्रिया में "वापस" कर रहे हैं।
चरण आठ में, 3-पीजी में परिवर्तित किया जाता है 2-phosphoglycerate (2-पीजी) द्वारा फॉस्फोग्लाइसरेट म्यूटेज, जो एक शेष फॉस्फेट समूह को एक अलग कार्बन परमाणु को बंद कर देता है। एक म्यूटेज़ एक आइसोमरेज़ से इस मायने में अलग है कि यह अपनी कार्रवाई में कम भारी हाथ है; एक अणु की संरचना को फिर से व्यवस्थित करने के बजाय, वे अपने एक पक्ष समूह को एक नए स्थान पर स्थानांतरित करते हैं, समग्र रीढ़, अंगूठी, आदि को छोड़कर।
ग्लाइकोलाइसिस की नौवीं प्रतिक्रिया में, 2-पीजी में परिवर्तित हो जाता है phosphoenolpyruvate (PEP) की कार्रवाई के तहत enolase। एक एनॉल एक कार्बन-कार्बन डबल बॉन्ड वाला एक यौगिक है जिसमें कार्बन का एक हाइड्रॉक्सिल समूह भी होता है।
अंत में, ग्लाइकोलिसिस की दसवीं और अंतिम प्रतिक्रिया, पीईपी एंजाइम के लिए पाइरूवेट में बदल जाती है पाइरूवेट कीनेज। दो पीईपी से निकाले गए फॉस्फेट समूह एडीपी अणुओं से जुड़े होते हैं, दो एटीपी और दो पाइरूवेट का उत्पादन करते हैं, जिसका सूत्र है ( सी3एच4हे3) या (सीएच3) सीओ (COOH)। इस प्रकार ग्लूकोज के एकल अणु के प्रारंभिक, अवायवीय प्रसंस्करण से दो पाइरूवेट, दो एटीपी और दो एनएडीएच अणु मिलते हैं।
पोस्ट-ग्लाइकोलाइसिस प्रक्रियाएं
अंततः कोशिकाओं में ग्लूकोज के प्रवेश से उत्पन्न पाइरूवेट दो रास्तों में से एक ले सकता है। यदि कोशिका प्रोकैरियोटिक है, या यदि कोशिका यूकेरियोटिक है, लेकिन अस्थायी रूप से एरोबिक श्वसन की तुलना में अधिक ईंधन की आवश्यकता होती है (उदाहरण के लिए, कठिन शारीरिक व्यायाम जैसे कि गायन या भार उठाने के दौरान मांसपेशियों की कोशिकाएं) प्रदान कर सकती हैं, तो पाइरूवेट किण्वन पथ में प्रवेश करता है। यदि कोशिका यूकेरियोटिक है और इसकी ऊर्जा आवश्यकताएं विशिष्ट हैं, तो यह माइटोकॉन्ड्रिया के अंदर पाइरूवेट को स्थानांतरित करता है और भाग लेता है क्रेब्स चक्र: