सेलुलर श्वसन प्रक्रिया, प्रकार और कार्य

कोशिकीय श्वसन यह एक ऐसी प्रक्रिया है जो एटीपी (एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट) के रूप में ऊर्जा उत्पन्न करती है। इसके बाद, इस ऊर्जा को अन्य सेलुलर प्रक्रियाओं के लिए निर्देशित किया जाता है। इस घटना के दौरान, अणु ऑक्सीकरण से गुजरते हैं और अंतिम इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता, ज्यादातर मामलों में, एक अकार्बनिक अणु है.

अंतिम इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता की प्रकृति अध्ययन किए गए जीव के श्वसन के प्रकार पर निर्भर करती है। एयरोबेस में - होमो सेपियन्स की तरह - अंतिम इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता ऑक्सीजन है। इसके विपरीत, एनारोबिक श्वसन वाले व्यक्तियों के लिए, ऑक्सीजन विषाक्त हो सकता है। इस अंतिम मामले में, अंतिम स्वीकर्ता ऑक्सीजन से अलग एक अकार्बनिक अणु है.

एरोबिक श्वसन का व्यापक रूप से जैव रसायन विज्ञानियों द्वारा अध्ययन किया गया है और इसमें दो चरण हैं: क्रेब्स चक्र और इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला.

यूकेरियोटिक जीवों में, श्वसन के लिए आवश्यक सभी मशीनरी माइटोकॉन्ड्रिया के अंदर होती हैं, दोनों माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में और इस ऑर्गेनेल की झिल्ली प्रणाली में।.

मशीनरी में एंजाइम होते हैं जो प्रक्रिया की प्रतिक्रियाओं को उत्प्रेरित करते हैं। प्रोकैरियोटिक वंश को ऑर्गेनेल की अनुपस्थिति की विशेषता है; इस कारण से, प्लाज्मा झिल्ली के विशिष्ट क्षेत्रों में श्वसन होता है जो माइटोकॉन्ड्रिया के समान वातावरण का अनुकरण करता है।.

सूची

• 1 शब्दावली
• 2 कोशिकीय श्वसन कहाँ होता है??
  • 2.1 यूकेरियोट्स में श्वसन का स्थान
  • 2.2 माइटोकॉन्ड्रिया की संख्या
  • 2.3 प्रोकैरियोटिक श्वसन का स्थान
• 3 प्रकार
  • 3.1 एरोबिक श्वसन
  • ३.२ अस्वाभाविक श्वसन
  • 3.3 अवायवीय जीवों के उदाहरण
• 4 प्रक्रिया
  • 4.1 क्रेब्स चक्र
  • 4.2 क्रेब्स चक्र की प्रतिक्रियाएं
  • 4.3 इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला
  • 4.4 केमोसामटिक युग्मन
  • 4.5 एटीपी की राशि का गठन
• 5 कार्य
• 6 संदर्भ

शब्दावली

शरीर विज्ञान के क्षेत्र में, "श्वसन" शब्द की दो परिभाषाएँ हैं: फुफ्फुसीय श्वसन और कोशिकीय श्वसन। जब हम रोजमर्रा की जिंदगी में श्वसन शब्द का उपयोग करते हैं, तो हम पहले प्रकार का उल्लेख करते हैं.

फेफड़े की श्वास में प्रेरण और निष्कासन की क्रिया शामिल है, इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप गैसों का आदान-प्रदान होता है: ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड। इस घटना के लिए सही शब्द "वेंटिलेशन" है.

इसके विपरीत, सेलुलर श्वसन होता है - जैसा कि नाम का अर्थ है - कोशिकाओं के अंदर और एक इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के माध्यम से ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए जिम्मेदार प्रक्रिया है। यह अंतिम प्रक्रिया वह है जो इस लेख में चर्चा की जाएगी.

सेलुलर श्वसन कहाँ होता है??

यूकेरियोट्स में श्वसन का स्थान

कोशिकीय श्वसन माइटोकॉन्ड्रिया नामक एक जटिल अंग में होता है। संरचनात्मक रूप से, माइटोकॉन्ड्रिया 1.5 माइक्रोमीटर चौड़ा और 2 से 8 लंबा होता है। वे अपने स्वयं के आनुवंशिक सामग्री होने और द्विआधारी विखंडन द्वारा विभाजित करके विशेषता रखते हैं - उनके एंडोसिम्बायोटिक मूल के शाब्दिक लक्षण.

उनके पास दो झिल्ली होती हैं, एक चिकनी और एक आंतरिक जो सिलवटों से बनती है। माइटोकॉन्ड्रिया जितने सक्रिय होते हैं, उतने ही अधिक क्रस्ट होते हैं.

माइटोकॉन्ड्रिया के आंतरिक भाग को माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स कहा जाता है। इस डिब्बे में श्वसन प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक एंजाइम, कोएंजाइम, पानी और फॉस्फेट हैं.

बाहरी झिल्ली सबसे छोटे अणुओं के पारित होने की अनुमति देती है। हालांकि, आंतरिक झिल्ली वह है जो वास्तव में बहुत विशिष्ट ट्रांसपोर्टरों के माध्यम से मार्ग को प्रतिबंधित करता है। इस संरचना की पारगम्यता एटीपी के उत्पादन में एक मौलिक भूमिका निभाती है.

माइटोकॉन्ड्रिया की संख्या

कोशिकीय श्वसन के लिए आवश्यक एंजाइम और अन्य घटक झिल्ली में लंगर डाले हुए और माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में मुक्त पाए जाते हैं.

इसलिए, जिन कोशिकाओं को अधिक मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होती है, उन कोशिकाओं की तुलना में माइटोकॉन्ड्रिया की अधिक संख्या होती है, जिनकी कोशिकाओं की ऊर्जा की आवश्यकता कम होती है.

उदाहरण के लिए, जिगर की कोशिकाओं में औसतन 2,500 माइटोकॉन्ड्रिया होते हैं, जबकि एक पेशी कोशिका (बहुत अधिक सक्रिय रूप से सक्रिय) में एक बड़ी संख्या होती है, और इस कोशिका के माइटोकॉन्ड्रिया बड़े होते हैं.

इसके अलावा, ये विशिष्ट क्षेत्रों में स्थित हैं जहां ऊर्जा की आवश्यकता होती है, उदाहरण के लिए शुक्राणु फ्लैगेलम के आसपास.

प्रोकैरियोटिक श्वसन का स्थान

तार्किक रूप से, प्रोकैरियोटिक जीवों को सांस लेने की आवश्यकता होती है और इनमें माइटोकॉन्ड्रिया नहीं होते हैं - और न ही जटिल ऑर्केलेयर्स यूकेरियोट्स की विशेषता है। इस कारण से, श्वसन प्रक्रिया प्लाज्मा झिल्ली के छोटे आक्रमण में होती है, जो माइटोकॉन्ड्रिया के अनुरूप होती है।.

टाइप

अणु के आधार पर दो मूलभूत प्रकार के श्वसन होते हैं, जो इलेक्ट्रॉनों के अंतिम स्वीकर्ता के रूप में कार्य करते हैं। एरोबिक श्वसन में, स्वीकर्ता ऑक्सीजन है, जबकि अवायवीय श्वसन में यह एक अकार्बनिक अणु है - हालांकि कुछ दुर्लभ मामलों में स्वीकर्ता एक कार्बनिक अणु है। आगे हम हर एक का विस्तार से वर्णन करेंगे:

एरोबिक श्वसन

एरोबिक श्वसन वाले जीवों में, इलेक्ट्रॉनों की अंतिम स्वीकृति ऑक्सीजन है। होने वाले चरणों को क्रेब्स चक्र और इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में विभाजित किया गया है.

इन जैव रासायनिक मार्गों में होने वाली प्रतिक्रियाओं की विस्तृत व्याख्या निम्नलिखित अनुभाग में विकसित की जाएगी.

एनेबोबिक श्वसन

अंतिम स्वीकर्ता में ऑक्सीजन के अलावा एक अणु होता है। एनारोबिक श्वसन द्वारा उत्पन्न एटीपी की मात्रा कई कारकों पर निर्भर करती है, जिसमें अध्ययन जीव और उपयोग किए गए मार्ग शामिल हैं।.

हालांकि, ऊर्जा का उत्पादन हमेशा एरोबिक श्वसन में अधिक होता है, क्योंकि क्रेब्स चक्र केवल आंशिक रूप से काम करता है और श्रृंखला में सभी ट्रांसपोर्टर अणु श्वसन में भाग नहीं लेते हैं

इस कारण से, एरोबिक व्यक्तियों की वृद्धि और विकास एरोबिक्स की तुलना में काफी कम है.

अवायवीय जीवों के उदाहरण

कुछ जीवों में ऑक्सीजन जहरीली होती है और उन्हें सख्त एनारोब कहा जाता है। सबसे प्रसिद्ध उदाहरण जीवाणु है जो टेटनस और बोटुलिज़्म का कारण बनता है: क्लोस्ट्रीडियम.

इसके अलावा, ऐसे अन्य जीव भी हैं जो वैकल्पिक रूप से एरोबिक और एनारोबिक श्वसन के बीच में हो सकते हैं, जिन्हें फैकल्टेटिव एनारोबेस कहा जाता है। दूसरे शब्दों में, वे ऑक्सीजन का उपयोग करते हैं जब यह उनके अनुरूप होता है और इसके अभाव में वे एनारोबिक श्वसन का सहारा लेते हैं। उदाहरण के लिए, प्रसिद्ध जीवाणु एस्केरिचिया कोलाई यह चयापचय है.

कुछ बैक्टीरिया नाइट्रेट आयन (NO) का उपयोग कर सकते हैं₃^-) इलेक्ट्रॉनों के अंतिम स्वीकर्ता के रूप में, जैसे की शैलियों स्यूडोमोनास और रोग-कीट. इस आयन को नाइट्राइट आयन, नाइट्रस ऑक्साइड या नाइट्रोजन गैस में कम किया जा सकता है.

अन्य मामलों में, अंतिम स्वीकर्ता में सल्फेट आयन (SO) होता है₄^2-) जो हाइड्रोजन सल्फाइड को जन्म देता है और जो मिथेन बनाने के लिए कार्बोनेट का उपयोग करता है। बैक्टीरिया का जीनस Desulfovibrio इस प्रकार के स्वीकर्ता का एक उदाहरण है.

नाइट्रेट और सल्फेट अणुओं में इलेक्ट्रॉनों का यह रिसेप्शन इन यौगिकों के जैव-रासायनिक चक्रों में महत्वपूर्ण है - नाइट्रोजन और सल्फर.

प्रक्रिया

ग्लाइकोलाइसिस कोशिकीय श्वसन का एक पिछला मार्ग है। यह एक ग्लूकोज अणु से शुरू होता है और अंतिम उत्पाद पाइरूवेट, एक तीन-कार्बन अणु है। ग्लाइकोलाइसिस कोशिका के कोशिका द्रव्य में होता है। इस अणु को अपनी गिरावट जारी रखने के लिए माइटोकॉन्ड्रिया में प्रवेश करने में सक्षम होना चाहिए.

पाइरूवेट झिल्ली के छिद्रों के माध्यम से ऑर्गेनेल में एकाग्रता ग्रेडिएंट द्वारा फैल सकता है। अंतिम गंतव्य माइटोकॉन्ड्रिया का मैट्रिक्स होगा.

सेलुलर श्वसन के पहले चरण में प्रवेश करने से पहले, पाइरूवेट अणु कुछ संशोधनों से गुजरता है.

सबसे पहले, यह एक एंजाइम के साथ प्रतिक्रिया करता है जिसे कोएंजाइम कहा जाता है। प्रत्येक पाइरूवेट को कार्बन डाइऑक्साइड और एसिटाइल समूह में मिलाया जाता है, जो कोएंजाइम ए को बांधता है, जिससे एसिटाइल कोएंजाइम एक जटिल हो जाता है।.

इस प्रतिक्रिया में, दो इलेक्ट्रॉनों और एक हाइड्रोजन आयन को एनएडीपी में स्थानांतरित किया जाता है⁺, NADH उपज और एंजाइमैटिक कॉम्प्लेक्स पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज द्वारा उत्प्रेरित होता है। प्रतिक्रिया को कोफ़ैक्टर्स की एक श्रृंखला की आवश्यकता होती है.

इस संशोधन के बाद, श्वास के भीतर दो चरण शुरू होते हैं: क्रेब्स चक्र और इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला.

क्रेब्स चक्र

क्रेब्स चक्र जैव रसायन में सबसे महत्वपूर्ण चक्रीय प्रतिक्रियाओं में से एक है। इसे साहित्य में साइट्रिक एसिड चक्र या ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र (TCA) के रूप में भी जाना जाता है.

यह अपने खोजकर्ता के सम्मान में अपना नाम प्राप्त करता है: जर्मन बायोकैमिस्ट हंस क्रेब्स। 1953 में, क्रेब्स को इस खोज के लिए नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया जिसने जैव रसायन के क्षेत्र को चिह्नित किया.

चक्र का उद्देश्य एसिटाइल कोएंजाइम ए में निहित ऊर्जा का क्रमिक रिलीज है। इसमें ऑक्सीकरण और कमी प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला होती है जो ऊर्जा को विभिन्न अणुओं में स्थानांतरित करती है, मुख्य रूप से एनएडी को।⁺.

एसिटाइल कोएंजाइम ए के प्रत्येक दो अणुओं के लिए जो चक्र में प्रवेश करता है चार कार्बन डाइऑक्साइड अणु निकलते हैं, एनएडीएच के छह और एफएडीएच के दो अणु उत्पन्न होते हैं₂. सीओ₂ यह प्रक्रिया के अपशिष्ट पदार्थ के रूप में वायुमंडल में छोड़ा जाता है। GTP भी जेनरेट होता है.

जैसे-जैसे यह मार्ग अनाबोलिक (अणु संश्लेषण) और कैटाबोलिक (अणु अवक्रमण) दोनों प्रक्रियाओं में भाग लेता है, इसे "एम्फीबोलिक" कहा जाता है.

क्रेब्स चक्र की प्रतिक्रियाएं

चक्र एक एसिटाइल कोएंजाइम ए के अणु के संलयन के साथ एक ऑक्सालोसेटेट अणु के साथ शुरू होता है। इस संघ के परिणामस्वरूप छह-कार्बन अणु होते हैं: साइट्रेट। इस प्रकार, कोएंजाइम ए जारी किया जाता है। वास्तव में, यह बड़ी संख्या में पुन: उपयोग किया जाता है। यदि सेल में बहुत सारे एटीपी हैं, तो यह कदम हिचकते हैं.

उपरोक्त प्रतिक्रिया को ऊर्जा की आवश्यकता होती है और एसिटाइल समूह और कोएंजाइम ए के बीच उच्च ऊर्जा बंधन के टूटने से प्राप्त होता है.

साइट्रेट cis aconitato को पास करता है, और एंजाइम aconitasa द्वारा आइसोसिट्रेटो को होता है। अगला चरण डिहाइड्रोजनीकृत आइसोसिट्रेट द्वारा अल्फा केटोग्लूटारेट में आइसोसिट्रेट का रूपांतरण है। यह चरण प्रासंगिक है क्योंकि यह एनएडीएच की कमी की ओर जाता है और कार्बन डाइऑक्साइड जारी करता है.

अल्फा केटोग्लूटारेट को सक्विनाइल कोएन्ज़ाइम ए में परिवर्तित किया जाता है, अल्फा केटोग्लुटरेट डिहाइड्रोजनेज द्वारा, जो पाइरूवेट किनेज के समान कोफ़ैक्टर्स का उपयोग करता है। इस चरण में, NADH भी उत्पन्न होता है और, प्रारंभिक चरण के रूप में, यह एटीपी की अधिकता से बाधित होता है.

अगला उत्पाद सुसाइड है। इसके उत्पादन में, GTP का गठन होता है। सक्सेस फ्यूमेट करने के लिए गुजरता है। इस प्रतिक्रिया से FADH की पैदावार होती है। फ्यूमरेट, बदले में, द्वेषपूर्ण और अंत में ऑक्सालेटेट बन जाता है.

इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला

इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला का उद्देश्य पिछले चरणों में उत्पन्न यौगिकों से इलेक्ट्रॉनों को लेना है, जैसे कि एनएडीएच और एफएडीएच₂, जो एक उच्च ऊर्जा स्तर पर हैं, और उन्हें निम्न ऊर्जा स्तर तक ले जाते हैं.

ऊर्जा में यह कमी कदम-दर-कदम होती है, अर्थात यह अचानक नहीं होती है। इसमें चरणों की एक श्रृंखला होती है जहां ऑक्सीकरण-कमी प्रतिक्रियाएं होती हैं.

श्रृंखला के मुख्य घटक प्रोटीन और एंजाइमों द्वारा निर्मित कॉम्प्लेक्स हैं जो साइटोक्रोमेस को युग्मित किया जाता है: हीम प्रकार के मेटालोफोर्फिन.

साइटोक्रोम उनकी संरचना के संदर्भ में काफी समान हैं, हालांकि हर एक की एक विशेषता है जो इसे श्रृंखला के भीतर अपने विशिष्ट कार्य को करने की अनुमति देता है, विभिन्न ऊर्जा स्तरों पर इलेक्ट्रॉनों का गायन करता है।.

श्वसन श्रृंखला के माध्यम से निचले स्तर तक इलेक्ट्रॉनों का विस्थापन, ऊर्जा की रिहाई का उत्पादन करता है। इस ऊर्जा का उपयोग माइटोकॉन्ड्रिया में एटीपी को संश्लेषित करने के लिए किया जा सकता है, एक प्रक्रिया में जिसे ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण के रूप में जाना जाता है।.

रसायनयुक्त युग्मन

लंबे समय तक श्रृंखला में एटीपी के गठन का तंत्र एक पहेली था, जब तक कि बायोकेमिस्ट पीटर मिशेल ने कीमोस्मोटिक युग्मन का प्रस्ताव नहीं किया था.

इस घटना में, एक प्रोटॉन ग्रेडिएंट आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली के माध्यम से स्थापित किया जाता है। इस प्रणाली में निहित ऊर्जा एटीपी को संश्लेषित करने के लिए जारी और उपयोग की जाती है.

एटीपी की राशि का गठन

जैसा कि हमने देखा, एटीपी सीधे क्रेब्स चक्र में नहीं बन रहा है, लेकिन इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में है। प्रत्येक दो इलेक्ट्रॉनों के लिए जो एनएडीएच से ऑक्सीजन तक गुजरते हैं, एटीपी के तीन अणुओं का संश्लेषण होता है। यह अनुमान परामर्श किए गए साहित्य के आधार पर थोड़ा भिन्न हो सकता है.

इसी तरह, हर दो इलेक्ट्रॉनों के लिए जो एफएडीएच से गुजरते हैं₂, एटीपी के दो अणु बनते हैं.

कार्यों

कोशिकीय श्वसन का मुख्य कार्य एटीपी के रूप में ऊर्जा का उत्पादन होता है ताकि इसे कोशिका के कार्यों में निर्देशित किया जा सके.

जानवरों और पौधों दोनों को भोजन के रूप में उपयोग किए जाने वाले कार्बनिक अणुओं में निहित रासायनिक ऊर्जा को निकालने की आवश्यकता होती है। सब्जियों के मामले में, ये अणु शर्करा होते हैं जो एक ही पौधे को संश्लेषक प्रकाश प्रक्रिया में सौर ऊर्जा के उपयोग के साथ संश्लेषित करते हैं.

दूसरी ओर, पशु अपने स्वयं के भोजन को संश्लेषित करने में सक्षम नहीं हैं। इस प्रकार, हेटोट्रॉफ़ भोजन में भोजन का उपभोग करते हैं - जैसे कि हम, उदाहरण के लिए। भोजन से ऊर्जा निकालने के लिए ऑक्सीकरण प्रक्रिया जिम्मेदार है.

हमें श्वसन के साथ प्रकाश संश्लेषण के कार्यों को भ्रमित नहीं करना चाहिए। जानवरों की तरह पौधे भी सांस लेते हैं। दोनों प्रक्रियाएं पूरक हैं और जीवित दुनिया की गतिशीलता को बनाए रखती हैं.

संदर्भ

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