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१८.२: कोशिकीय श्वसन का अवलोकन - जीव विज्ञान

१८.२: कोशिकीय श्वसन का अवलोकन - जीव विज्ञान


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सीखने के मकसद

  1. अपचय और उपचय को परिभाषित करें और राज्य को परिभाषित करें जो बाहरी है और जो अंतर्जात है।
  2. पूर्वगामी उपापचयजों को परिभाषित कीजिए तथा उपापचय में उनके कार्यों का उल्लेख कीजिए।
  3. निम्नलिखित को परिभाषित कीजिये:
    1. कोशिकीय श्वसन
    2. एरोबिक
    3. अवायवीय
  4. कोशिकीय श्वसन के एक एरोबिक और दो अवायवीय रूपों के नाम बताइए।

जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, बढ़ने, कार्य करने और पुनरुत्पादन के लिए, कोशिकाओं को नए सेलुलर घटकों जैसे सेल दीवारों, सेल झिल्ली, न्यूक्लिक एसिड, राइबोसोम, प्रोटीन, फ्लैगेला इत्यादि को संश्लेषित करना चाहिए, और फसल ऊर्जा और इसे एक ऐसे रूप में परिवर्तित करना चाहिए जो प्रयोग योग्य हो सेलुलर काम करने के लिए।

अपचय का तात्पर्य बाहरी प्रक्रिया से है जिसके द्वारा ग्लूकोज जैसे कार्बनिक यौगिकों के टूटने से निकलने वाली ऊर्जा का उपयोग एटीपी को संश्लेषित करने के लिए किया जा सकता है, जो सेलुलर कार्य करने के लिए आवश्यक ऊर्जा का रूप है। उपचय एक अंतर्जात प्रक्रिया है जो कोशिका को बनाने वाले मैक्रोमोलेक्यूल्स के निर्माण खंडों को संश्लेषित करने के लिए एटीपी में संग्रहीत ऊर्जा का उपयोग करती है। जैसा कि देखा जा सकता है, ये दो चयापचय प्रक्रियाएं निकटता से जुड़ी हुई हैं। एक अन्य कारक जो अपचय और उपचय पथ को जोड़ता है, वह है अग्रगामी चयापचयों का निर्माण। प्रीकर्सर मेटाबोलाइट्स कैटोबोलिक और एनाबॉलिक रास्तों में मध्यवर्ती अणु होते हैं जिन्हें या तो एटीपी उत्पन्न करने के लिए ऑक्सीकृत किया जा सकता है या अमीनो एसिड, लिपिड और न्यूक्लियोटाइड जैसे मैक्रोमोलेक्युलर सबयूनिट्स को संश्लेषित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

इस खंड में हम मुख्य रूप से ऊर्जा संचयन और इसे सेलुलर श्वसन की प्रक्रिया के माध्यम से एटीपी में संग्रहीत ऊर्जा में परिवर्तित करने पर ध्यान केंद्रित करेंगे, लेकिन हम इस प्रक्रिया के दौरान उत्पन्न होने वाले कुछ प्रमुख अग्रदूत मेटाबोलाइट्स को भी देखेंगे।

सेलुलर श्वसन वह प्रक्रिया है जिसका उपयोग कोशिकाएं पोषक तत्वों के रासायनिक बंधों में ऊर्जा को एटीपी ऊर्जा में बदलने के लिए करती हैं। जीव के आधार पर, सेलुलर श्वसन एरोबिक, एनारोबिक या दोनों हो सकता है। एरोबिक श्वसन एक बाहरी मार्ग है जिसके लिए आणविक ऑक्सीजन (O .) की आवश्यकता होती है2) एनारोबिक एक्सर्जोनिक मार्गों को ऑक्सीजन की आवश्यकता नहीं होती है और इसमें एनारोबिक श्वसन और किण्वन शामिल होते हैं। अब हम इन तीन रास्तों को देखेंगे।

सारांश

  1. अपचय का तात्पर्य बाहरी प्रक्रिया से है जिसके द्वारा ग्लूकोज जैसे कार्बनिक यौगिकों के टूटने से निकलने वाली ऊर्जा का उपयोग एटीपी को संश्लेषित करने के लिए किया जा सकता है, जो सेलुलर कार्य करने के लिए आवश्यक ऊर्जा का रूप है।
  2. उपचय एक अंतर्जात प्रक्रिया है जो कोशिका को बनाने वाले मैक्रोमोलेक्यूल्स के निर्माण खंडों को संश्लेषित करने के लिए एटीपी में संग्रहीत ऊर्जा का उपयोग करती है।
  3. प्रीकर्सर मेटाबोलाइट्स कैटोबोलिक और एनाबॉलिक रास्तों में मध्यवर्ती अणु होते हैं जिन्हें या तो एटीपी उत्पन्न करने के लिए ऑक्सीकृत किया जा सकता है या अमीनो एसिड, लिपिड और न्यूक्लियोटाइड जैसे मैक्रोमोलेक्युलर सबयूनिट्स को संश्लेषित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।
  4. कोशिकीय श्वसन वह प्रक्रिया है जिसका उपयोग कोशिकाएं पोषक तत्वों के रासायनिक बंधों में ऊर्जा को एटीपी ऊर्जा में बदलने के लिए करती हैं।
  5. एरोबिक श्वसन एक बाहरी मार्ग है जिसके लिए आणविक ऑक्सीजन (O .) की आवश्यकता होती है2).
  6. एनारोबिक एक्सर्जोनिक मार्गों को ऑक्सीजन की आवश्यकता नहीं होती है और इसमें एनारोबिक श्वसन और किण्वन शामिल होते हैं।

परिचय

चित्र 7.1 में विद्युत ऊर्जा संयंत्र ऊर्जा को एक रूप से दूसरे रूप में परिवर्तित करता है जिसे अधिक आसानी से उपयोग किया जा सकता है। इस प्रकार का उत्पादन संयंत्र भूमिगत तापीय ऊर्जा (गर्मी) से शुरू होता है और इसे विद्युत ऊर्जा में बदल देता है जिसे घरों और कारखानों तक पहुँचाया जाएगा। एक उत्पादक पौधे की तरह, पौधों और जानवरों को भी पर्यावरण से ऊर्जा लेनी चाहिए और इसे एक ऐसे रूप में परिवर्तित करना चाहिए जिसका उपयोग उनकी कोशिकाएं कर सकें। द्रव्यमान और उसकी संचित ऊर्जा एक रूप में जीव के शरीर में प्रवेश करती है और दूसरे रूप में परिवर्तित हो जाती है जो जीव के जीवन कार्यों को बढ़ावा दे सकती है। प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में, पौधे और अन्य प्रकाश संश्लेषक उत्पादक प्रकाश (सौर ऊर्जा) के रूप में ऊर्जा लेते हैं और इसे ग्लूकोज के रूप में रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं, जो इस ऊर्जा को अपने रासायनिक बंधों में संग्रहीत करता है। फिर, चयापचय मार्गों की एक श्रृंखला, जिसे सामूहिक रूप से सेलुलर श्वसन कहा जाता है, ग्लूकोज में बंधों से ऊर्जा निकालता है और इसे एक ऐसे रूप में परिवर्तित करता है जिसका उपयोग सभी जीवित चीजें कर सकती हैं।

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    • लेखक: मैरी एन क्लार्क, मैथ्यू डगलस, जंग चोई
    • प्रकाशक/वेबसाइट: ओपनस्टैक्स
    • पुस्तक का शीर्षक: जीवविज्ञान 2e
    • प्रकाशन तिथि: मार्च 28, 2018
    • स्थान: ह्यूस्टन, टेक्सास
    • पुस्तक URL: https://openstax.org/books/biology-2e/pages/1-introduction
    • अनुभाग URL: https://openstax.org/books/biology-2e/pages/7-introduction

    © जनवरी 7, 2021 ओपनस्टैक्स। ओपनस्टैक्स द्वारा निर्मित पाठ्यपुस्तक सामग्री को क्रिएटिव कॉमन्स एट्रिब्यूशन लाइसेंस 4.0 लाइसेंस के तहत लाइसेंस प्राप्त है। ओपनस्टैक्स नाम, ओपनस्टैक्स लोगो, ओपनस्टैक्स बुक कवर, ओपनस्टैक्स सीएनएक्स नाम और ओपनस्टैक्स सीएनएक्स लोगो क्रिएटिव कॉमन्स लाइसेंस के अधीन नहीं हैं और राइस यूनिवर्सिटी की पूर्व और स्पष्ट लिखित सहमति के बिना पुन: प्रस्तुत नहीं किया जा सकता है।


    ग्लाइकोलाइसिस

    ग्लाइकोलाइसिस एक चयापचय मार्ग है जो सभी जीवित जीवों में कोशिकाओं के साइटोसोल में होता है। यह मार्ग ऑक्सीजन की उपस्थिति के साथ या उसके बिना भी कार्य कर सकता है। एरोबिक स्थितियां पाइरूवेट उत्पन्न करती हैं और अवायवीय स्थितियां लैक्टेट उत्पन्न करती हैं। एरोबिक स्थितियों में, प्रक्रिया ग्लूकोज के एक अणु को पाइरूवेट (पाइरुविक एसिड) के दो अणुओं में परिवर्तित करती है, जिससे एटीपी के दो शुद्ध अणुओं के रूप में ऊर्जा उत्पन्न होती है। प्रति ग्लूकोज एटीपी के चार अणु वास्तव में उत्पादित होते हैं, हालांकि दो प्रारंभिक चरण के हिस्से के रूप में खपत होते हैं। एंजाइम एल्डोलेस द्वारा अणु को दो पाइरूवेट अणुओं में विभाजित करने के लिए ग्लूकोज के प्रारंभिक फास्फोराइलेशन को प्रतिक्रियाशीलता (इसकी स्थिरता में कमी) को बढ़ाने की आवश्यकता होती है। ग्लाइकोलाइसिस के पे-ऑफ चरण के दौरान, चार फॉस्फेट समूहों को चार एटीपी बनाने के लिए सब्सट्रेट-स्तरीय फॉस्फोराइलेशन द्वारा एडीपी में स्थानांतरित किया जाता है, और पाइरूवेट के ऑक्सीकरण होने पर दो एनएडीएच उत्पन्न होते हैं। समग्र प्रतिक्रिया इस तरह व्यक्त की जा सकती है:

    ग्लूकोज़ + 2 NAD+ + 2 Pi + 2 ADP → 2 पाइरूवेट + 2 NADH + 2ATP + 2 H+ + 2 H2O + ऊष्मा

    ग्लूकोज से शुरू होकर, ग्लूकोज 6-फॉस्फेट का उत्पादन करने के लिए ग्लूकोज को फॉस्फेट दान करने के लिए 1 एटीपी का उपयोग किया जाता है। ग्लाइकोजन ग्लाइकोजन फॉस्फोराइलेज की मदद से ग्लूकोज 6-फॉस्फेट में बदल सकता है। ऊर्जा चयापचय के दौरान, ग्लूकोज 6-फॉस्फेट फ्रुक्टोज 6-फॉस्फेट में बदल जाता है। एक अतिरिक्त एटीपी का उपयोग फॉस्फोफ्रक्टोकाइनेज की मदद से फ्रुक्टोज 6-फॉस्फेट को फ्रुक्टोज 1,6-डिस्फॉस्फेट में फास्फोराइलेट करने के लिए किया जाता है। फ्रुक्टोज 1,6 डाइफॉस्फेट फिर तीन कार्बन श्रृंखलाओं के साथ दो फॉस्फोराइलेटेड अणुओं में विभाजित हो जाता है जो बाद में पाइरूवेट में बदल जाता है।

    साइटोप्लाज्म से बाहर, यह क्रेब्स चक्र में जाता है जहां एसिटाइल सीओए होता है। यह फिर CO2 के साथ मिश्रित होकर 2 ATP, NADH और FADH बनाता है। वहां से NADH और FADH NADH रिडक्टेस में जाते हैं, जो एंजाइम पैदा करता है। एनएडीएच एंजाइम के इलेक्ट्रॉनों को इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के माध्यम से भेजने के लिए खींचता है। इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला श्रृंखला के माध्यम से H+ आयनों को खींचती है। इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला से, जारी हाइड्रोजन आयन 32 एटीपी के अंतिम परिणाम के लिए एडीपी बनाते हैं। 02 पानी बनाने के लिए बचे हुए इलेक्ट्रॉन की ओर आकर्षित होता है। अंत में, एटीपी एटीपी चैनल के माध्यम से और माइटोकॉन्ड्रिया से बाहर निकलता है।

    प्रकाश संश्लेषण के दौरान ग्लूकोज में संचित ऊर्जा का क्या होता है? जीवित प्राणी इस संचित ऊर्जा का उपयोग कैसे करते हैं? उत्तर है कोशिकीय श्वसन. यह प्रक्रिया ग्लूकोज में ऊर्जा बनाने के लिए मुक्त करती है एटीपी (एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट), वह अणु जो कोशिकाओं के सभी कार्यों को शक्ति प्रदान करता है।

    कोशिकीय श्वसन के चरण

    सेलुलर श्वसन में कई रासायनिक प्रतिक्रियाएं शामिल हैं। प्रतिक्रियाओं को इस समीकरण में अभिव्यक्त किया जा सकता है:

    कोशिकीय श्वसन की प्रतिक्रियाओं को तीन चरणों में बांटा जा सकता है: ग्लाइकोलाइसिस (चरण १), क्रेब्स चक्र, जिसे भी कहा जाता है नीम्बू रस चक्र (चरण 2), और इलेक्ट्रॉन परिवहन (चरण 3)। आकृति नीचे इन तीन चरणों का अवलोकन दिया गया है, जिनकी आगे आने वाली अवधारणाओं में चर्चा की गई है। ग्लाइकोलाइसिस कोशिका के कोशिका द्रव्य में होता है और इसके लिए ऑक्सीजन की आवश्यकता नहीं होती है, जबकि क्रेब्स चक्र और इलेक्ट्रॉन परिवहन माइटोकॉन्ड्रिया में होते हैं और इसके लिए ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है।

    कोशिकीय श्वसन यहाँ दिखाए गए चरणों में होता है। प्रक्रिया ग्लूकोज के एक अणु से शुरू होती है, जिसमें छह कार्बन परमाणु होते हैं। कार्बन के इन परमाणुओं में से प्रत्येक का क्या होता है?

    माइटोकॉन्ड्रियन की संरचना: एरोबिक श्वसन की कुंजी

    माइटोकॉन्ड्रियन की संरचना की प्रक्रिया की कुंजी है एरोबिक (ऑक्सीजन की उपस्थिति में) कोशिकीय श्वसन, विशेष रूप से क्रेब्स चक्र और इलेक्ट्रॉन परिवहन। माइटोकॉन्ड्रिया का आरेख दिखाया गया है आकृति नीचे।

    माइटोकॉन्ड्रियन की संरचना एक आंतरिक और बाहरी झिल्ली द्वारा परिभाषित की जाती है। यह संरचना एरोबिक श्वसन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है।

    जैसा कि आप से देख सकते हैं आकृति ऊपर, एक माइटोकॉन्ड्रिया में एक आंतरिक और बाहरी झिल्ली होती है। आंतरिक और बाहरी झिल्ली के बीच की जगह को इंटरमेम्ब्रेन स्पेस कहा जाता है। आंतरिक झिल्ली से घिरे हुए स्थान को मैट्रिक्स कहा जाता है। सेलुलर श्वसन का दूसरा चरण, क्रेब्स चक्र, मैट्रिक्स में होता है। तीसरा चरण, इलेक्ट्रॉन परिवहन, आंतरिक झिल्ली पर होता है।


    सभी जीवित कोशिकाओं में सेलुलर श्वसन में पहला कदम ग्लाइकोलाइसिस है, जो आणविक ऑक्सीजन की उपस्थिति के बिना हो सकता है। यदि कोशिका में ऑक्सीजन मौजूद है, तो कोशिका बाद में किसी भी अवायवीय मार्ग की तुलना में एटीपी के रूप में अधिक उपयोगी ऊर्जा का उत्पादन करने के लिए टीसीए चक्र के माध्यम से एरोबिक श्वसन का लाभ उठा सकती है। फिर भी, अवायवीय मार्ग महत्वपूर्ण हैं और कई अवायवीय जीवाणुओं के लिए एटीपी का एकमात्र स्रोत हैं। यूकेरियोटिक कोशिकाएं भी अवायवीय मार्गों का सहारा लेती हैं यदि उनकी ऑक्सीजन की आपूर्ति कम होती है। उदाहरण के लिए, जब मांसपेशी कोशिकाएं बहुत मेहनत कर रही होती हैं और अपनी ऑक्सीजन की आपूर्ति को समाप्त कर देती हैं, तो वे सेल फ़ंक्शन के लिए एटीपी प्रदान करना जारी रखने के लिए लैक्टिक एसिड के लिए अवायवीय मार्ग का उपयोग करती हैं।

    ग्लाइकोलाइसिस से स्वयं दो एटीपी अणु उत्पन्न होते हैं, इसलिए यह अवायवीय श्वसन का पहला चरण है। पाइरूवेट, ग्लाइकोलाइसिस का उत्पाद, किण्वन में इथेनॉल और एनएडी + या लैक्टेट और एनएडी + के उत्पादन के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। एनएडी + का उत्पादन महत्वपूर्ण है क्योंकि ग्लाइकोलाइसिस को इसकी आवश्यकता होती है और जब इसकी आपूर्ति समाप्त हो जाती है, तो कोशिका मृत्यु हो जाती है। अवायवीय चरणों का एक सामान्य चित्र नीचे दिखाया गया है। यह कार्प के संगठन का अनुसरण करता है।

    अवायवीय श्वसन (ग्लाइकोलिसिस और किण्वन दोनों) साइटोप्लाज्म के द्रव भाग में होता है जबकि एरोबिक श्वसन की ऊर्जा उपज का बड़ा हिस्सा माइटोकॉन्ड्रिया में होता है। अवायवीय श्वसन इथेनॉल या लैक्टेट अणुओं में बहुत अधिक ऊर्जा छोड़ता है जिसका उपयोग मांसपेशी कोशिकाएं उपयोग नहीं कर सकती हैं और उन्हें उत्सर्जित करना चाहिए। लैक्टेट का एक हिस्सा रक्तप्रवाह के माध्यम से यकृत तक पहुंच जाएगा और कोरी चक्र के माध्यम से वापस ग्लूकोज में परिवर्तित किया जा सकता है। इथेनॉल को यकृत द्वारा चयापचय किया जा सकता है, लेकिन यह ग्लूकोनेोजेनेसिस के लिए एक खराब अग्रदूत है और इससे हाइपोग्लाइसीमिया हो सकता है।


    अनुभाग सारांश

    कोशिकीय श्वसन विभिन्न माध्यमों से नियंत्रित होता है। कोशिका में ग्लूकोज का प्रवेश परिवहन प्रोटीन द्वारा नियंत्रित होता है जो कोशिका झिल्ली के माध्यम से ग्लूकोज के पारित होने में सहायता करता है। श्वसन प्रक्रियाओं का अधिकांश नियंत्रण मार्गों में विशिष्ट एंजाइमों के नियंत्रण के माध्यम से पूरा किया जाता है। यह एक प्रकार का नकारात्मक प्रतिक्रिया तंत्र है, जो एंजाइमों को बंद कर देता है। एंजाइम उपलब्ध न्यूक्लियोसाइड्स एटीपी, एडीपी, एएमपी, एनएडी + और एफएडी के स्तरों पर सबसे अधिक बार प्रतिक्रिया करते हैं। मार्ग के अन्य मध्यवर्ती सिस्टम में कुछ एंजाइमों को भी प्रभावित करते हैं।


    मीथेन चयापचय में तरीके, भाग बी: मेथनोट्रोफी

    माइकल सी. कोनोपका , . मैरी ई। लिडस्ट्रॉम, एंजाइमोलॉजी में विधियों में, 2011

    2.3.1 अवलोकन

    हाल ही में, एक माइक्रोस्कोप पर यूकेरियोटिक कोशिकाओं के लिए एकल-कोशिका श्वसन दर को मापने के लिए एक प्रणाली विकसित की गई थी ( मोल्टर और अन्य।, 2009)। इसमें माइक्रोवेल्स की एक सरणी होती है जिसमें एकल कोशिकाओं को बीज दिया जाता है, प्रत्येक कुएं में प्लैटिनम पोर्फिरिन होता है जिसका उपयोग फॉस्फोरेसेंस आजीवन निर्धारण द्वारा ऑक्सीजन एकाग्रता को मापने के लिए किया जाता है। कुओं को लोड के तहत ढक्कन के साथ विसरित रूप से सील कर दिया जाता है, और ऑक्सीजन की खपत को समय के साथ मापा जाता है (चित्र 10.5)। बैक्टीरिया के छोटे आकार और श्वसन दर को ध्यान में रखते हुए कुओं और प्रक्रियाओं को अपनाना एकल कोशिकाओं के विश्लेषण में श्वसन का उपयोग करने के लिए एक और तरीका प्रदान करता है। थोक संस्कृतियों में अप्रत्यक्ष माप के विपरीत, एकल कोशिका द्वारा ऑक्सीजन की वास्तविक खपत को सीधे मापा जाता है। यूकेरियोटिक प्रणाली के लिए कई प्रायोगिक विवरणों का वर्णन किया गया है, इसलिए यहां हम बैक्टीरिया के लिए उपयोग की जाने वाली प्रणाली के कुछ मुख्य अंतरों के साथ-साथ शुद्ध संस्कृति में विकसित कोशिकाओं के परिणामों पर प्रकाश डालते हैं।

    चित्र 10.5। श्वसन का पता लगाने के लिए सूक्ष्म अवलोकन कक्ष. (ए) माइक्रोऑब्ज़र्वेशन चैंबर इंसर्ट एक स्टेज प्लेट का हिस्सा है जो माइक्रोवेल प्लेट्स के लिए डिज़ाइन किए गए किसी भी प्लेटिन में बैठ सकता है। एक पिस्टन से जुड़ा एक ढक्कन दबाव के साथ चिप पर कुओं को सील करने के लिए कम करेगा। (बी और सी) स्टेज प्लेट (१) में एक खिड़की (६) होती है जो माइक्रोस्कोप के उद्देश्य से अवलोकन की अनुमति देती है। सूक्ष्म अवलोकन कक्ष (2) खिड़की के ऊपर केंद्रित है। एक धारक (5) चिप (4) को जगह पर रखने में मदद करता है जब ढक्कन (3) माइक्रोवेल की सरणी को सील करने के लिए नीचे आता है। (डी) प्रत्येक चिप में ४ × ४ व्यवस्था में १६ सरणियाँ होती हैं। प्रत्येक सरणी माइक्रोवेल को सील करने में मदद करने के लिए शेष चिप के ऊपर उठाए गए पठार पर माइक्रोवेल की 4 × 4 व्यवस्था है। प्रत्येक माइक्रोवेल लगभग 2 पीएल मात्रा में होता है और इसमें प्लैटिनम पोर्फिरिन होता है जो ऑक्सीजन सेंसर के रूप में कार्य करता है। (ई) . का उदाहरण मिथाइलोमोनास सपा LW13 कोशिकाओं को एकल कोशिकाओं वाले कुओं को दिखाने के लिए FM1-43 के साथ लेबल किया गया है।


    जीवविज्ञान 171

    इस खंड के अंत तक, आप निम्न कार्य करने में सक्षम होंगे:

    • वर्णन करें कि कैसे प्रतिक्रिया अवरोध एक मार्ग में एक मध्यवर्ती या उत्पाद के उत्पादन को प्रभावित करेगा
    • उस तंत्र की पहचान करें जो इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों के परिवहन की दर को नियंत्रित करता है

    कोशिकीय श्वसन एटीपी के रूप में संतुलित मात्रा में ऊर्जा प्रदान करने के लिए विनियमित किया जाना चाहिए। सेल को कई मध्यवर्ती यौगिकों को भी उत्पन्न करना चाहिए जो कि मैक्रोमोलेक्यूल्स के उपचय और अपचय में उपयोग किए जाते हैं। नियंत्रण के बिना, चयापचय प्रतिक्रियाएं जल्दी से रुक जाती हैं क्योंकि आगे और पीछे की प्रतिक्रियाएं संतुलन की स्थिति में पहुंच जाती हैं। संसाधनों का गलत इस्तेमाल होगा। एक सेल को एटीपी की अधिकतम मात्रा की आवश्यकता नहीं होती है जो वह हर समय बना सकता है: कभी-कभी, सेल को अमीनो एसिड, प्रोटीन, ग्लाइकोजन, लिपिड और न्यूक्लिक एसिड उत्पादन के लिए कुछ मध्यवर्ती पथों को अलग करने की आवश्यकता होती है। संक्षेप में, कोशिका को अपने चयापचय को नियंत्रित करने की आवश्यकता होती है।

    नियामक तंत्र

    सेलुलर श्वसन को नियंत्रित करने के लिए विभिन्न तंत्रों का उपयोग किया जाता है। ग्लूकोज चयापचय के प्रत्येक चरण में किसी न किसी प्रकार का नियंत्रण मौजूद होता है। सेल में ग्लूकोज की पहुंच को ग्लूट (ग्लूकोज ट्रांसपोर्टर) प्रोटीन का उपयोग करके नियंत्रित किया जा सकता है जो ग्लूकोज ((चित्रा)) का परिवहन करता है। GLUT प्रोटीन के विभिन्न रूप विशिष्ट ऊतकों की कोशिकाओं में ग्लूकोज के पारित होने को नियंत्रित करते हैं।


    कुछ प्रतिक्रियाओं को दो अलग-अलग एंजाइमों द्वारा नियंत्रित किया जाता है - एक प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया की दो दिशाओं के लिए प्रत्येक। केवल एक एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होने वाली प्रतिक्रियाएं प्रतिक्रिया को रोककर संतुलन में जा सकती हैं। इसके विपरीत, यदि दो अलग-अलग एंजाइम (किसी दिए गए दिशा के लिए प्रत्येक विशिष्ट) एक प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक हैं, तो प्रतिक्रिया की दर को नियंत्रित करने का अवसर बढ़ जाता है, और संतुलन नहीं होता है।

    प्रत्येक पथ में शामिल कई एंजाइम- विशेष रूप से, मार्ग की पहली प्रतिबद्ध प्रतिक्रिया को उत्प्रेरित करने वाले एंजाइम- प्रोटीन पर एक एलोस्टेरिक साइट के लिए एक अणु के लगाव द्वारा नियंत्रित होते हैं। इस क्षमता में सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले अणु न्यूक्लियोटाइड्स एटीपी, एडीपी, एएमपी, एनएडी + और एनएडीएच हैं। ये नियामक-एलोस्टेरिक प्रभावकारक- मौजूदा परिस्थितियों के आधार पर एंजाइम गतिविधि को बढ़ा या घटा सकते हैं। एलोस्टेरिक प्रभावकारक एंजाइम की स्टेरिक संरचना को बदल देता है, जो आमतौर पर सक्रिय साइट के विन्यास को प्रभावित करता है। प्रोटीन (एंजाइम) की संरचना में यह परिवर्तन या तो प्रतिक्रिया की दर को बढ़ाने या घटाने के प्रभाव से, इसके सब्सट्रेट के लिए इसकी आत्मीयता को बढ़ाता या घटाता है। लगाव एंजाइम को संकेत देता है। यह बंधन एक प्रतिक्रिया तंत्र प्रदान करते हुए एंजाइम की गतिविधि को बढ़ा या घटा सकता है। यह प्रतिक्रिया प्रकार का नियंत्रण तब तक प्रभावी होता है जब तक कि इसे प्रभावित करने वाला रसायन एंजाइम से जुड़ा रहता है। एक बार जब रसायन की समग्र सांद्रता कम हो जाती है, तो यह प्रोटीन से दूर हो जाएगा, और नियंत्रण शिथिल हो जाएगा।

    अपचय पथों का नियंत्रण

    एंजाइम, प्रोटीन, इलेक्ट्रॉन वाहक और पंप जो ग्लाइकोलाइसिस, साइट्रिक एसिड चक्र और इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में भूमिका निभाते हैं, अपरिवर्तनीय प्रतिक्रियाओं को उत्प्रेरित करते हैं। दूसरे शब्दों में, यदि प्रारंभिक प्रतिक्रिया होती है, तो मार्ग शेष प्रतिक्रियाओं के साथ आगे बढ़ने के लिए प्रतिबद्ध है। एक विशेष एंजाइम गतिविधि जारी की जाती है या नहीं, यह सेल की ऊर्जा जरूरतों पर निर्भर करता है (जैसा कि एटीपी, एडीपी और एएमपी के स्तर से परिलक्षित होता है)।

    ग्लाइकोलाइसिस

    ग्लाइकोलाइसिस का नियंत्रण मार्ग में पहले एंजाइम, हेक्सोकाइनेज ((चित्रा)) से शुरू होता है। यह एंजाइम ग्लूकोज के फॉस्फोराइलेशन को उत्प्रेरित करता है, जो बाद के चरण में यौगिक को दरार के लिए तैयार करने में मदद करता है। अणु में ऋणात्मक रूप से आवेशित फॉस्फेट की उपस्थिति भी शर्करा को कोशिका से बाहर निकलने से रोकती है। जब हेक्सोकाइनेज को बाधित किया जाता है, तो ग्लूकोज कोशिका से बाहर फैल जाता है और उस ऊतक में श्वसन पथ के लिए एक सब्सट्रेट नहीं बनता है। हेक्सोकाइनेज प्रतिक्रिया का उत्पाद ग्लूकोज -6-फॉस्फेट है, जो बाद में एंजाइम, फॉस्फोफ्रक्टोकिनेज के बाधित होने पर जमा हो जाता है।


    फॉस्फोफ्रक्टोकिनेस ग्लाइकोलाइसिस में नियंत्रित मुख्य एंजाइम है। एटीपी या साइट्रेट का उच्च स्तर या कम, अधिक अम्लीय पीएच एंजाइम की गतिविधि को कम करता है। साइट्रिक एसिड चक्र में रुकावट के कारण साइट्रेट एकाग्रता में वृद्धि हो सकती है। किण्वन, लैक्टिक एसिड जैसे कार्बनिक अम्लों के उत्पादन के साथ, अक्सर एक सेल में बढ़ी हुई अम्लता के लिए जिम्मेदार होता है, हालांकि, किण्वन के उत्पाद आमतौर पर कोशिकाओं में जमा नहीं होते हैं।

    ग्लाइकोलाइसिस का अंतिम चरण पाइरूवेट किनेज द्वारा उत्प्रेरित होता है। उत्पादित पाइरूवेट को अपचयित किया जा सकता है या अमीनो एसिड ऐलेनिन में परिवर्तित किया जा सकता है। यदि अधिक ऊर्जा की आवश्यकता नहीं है और ऐलेनिन पर्याप्त आपूर्ति में है, तो एंजाइम बाधित हो जाता है। फ्रुक्टोज-1,6-बिस्फोस्फेट के स्तर में वृद्धि होने पर एंजाइम की गतिविधि बढ़ जाती है। (याद रखें कि फ्रुक्टोज-1,6-बिस्फोस्फेट ग्लाइकोलाइसिस की पहली छमाही में एक मध्यवर्ती है।) पाइरूवेट किनेज के नियमन में किनेज (पाइरूवेट किनेज) द्वारा फास्फोराइलेशन शामिल है, जिसके परिणामस्वरूप एक कम सक्रिय एंजाइम होता है। एक फॉस्फेट द्वारा डीफॉस्फोराइलेशन इसे पुन: सक्रिय करता है। पाइरूवेट किनेज को एटीपी (एक नकारात्मक एलोस्टेरिक प्रभाव) द्वारा भी नियंत्रित किया जाता है।

    यदि अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है, तो पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज की क्रिया के माध्यम से अधिक पाइरूवेट को एसिटाइल सीओए में परिवर्तित किया जाएगा। यदि एसिटाइल समूह या एनएडीएच जमा हो जाता है, तो प्रतिक्रिया की कम आवश्यकता होती है, और दर घट जाती है। पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज को फॉस्फोराइलेशन द्वारा भी नियंत्रित किया जाता है: एक काइनेज इसे एक निष्क्रिय एंजाइम बनाने के लिए फॉस्फोराइलेट करता है, और एक फॉस्फेट इसे पुन: सक्रिय करता है। किनेज और फॉस्फेट को भी नियंत्रित किया जाता है।

    नीम्बू रस चक्र

    साइट्रिक एसिड चक्र उन एंजाइमों के माध्यम से नियंत्रित होता है जो प्रतिक्रियाओं को उत्प्रेरित करते हैं जो एनएडीएच (समीक्षा) के पहले दो अणु बनाते हैं। ये एंजाइम आइसोसिट्रेट डिहाइड्रोजनेज हैं और α-केटोग्लूटारेट डिहाइड्रोजनेज। जब पर्याप्त एटीपी और एनएडीएच स्तर उपलब्ध होते हैं, तो इन प्रतिक्रियाओं की दर कम हो जाती है। जब अधिक एटीपी की आवश्यकता होती है, जैसा कि बढ़ते एडीपी स्तरों में परिलक्षित होता है, दर बढ़ जाती है। अल्फा-केटोग्लूटारेट डिहाइड्रोजनेज भी succinyl CoA के स्तर से प्रभावित होगा - चक्र में एक बाद का मध्यवर्ती - गतिविधि में कमी के कारण। इस बिंदु पर मार्ग के संचालन की दर में कमी आवश्यक रूप से नकारात्मक नहीं है, क्योंकि के बढ़े हुए स्तर αसाइट्रिक एसिड चक्र द्वारा उपयोग नहीं किए जाने वाले केटोग्लूटारेट का उपयोग कोशिका द्वारा अमीनो एसिड (ग्लूटामेट) संश्लेषण के लिए किया जा सकता है।

    इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला

    इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के विशिष्ट एंजाइम प्रतिक्रिया अवरोध से अप्रभावित रहते हैं, लेकिन मार्ग के माध्यम से इलेक्ट्रॉन परिवहन की दर एडीपी और एटीपी के स्तर से प्रभावित होती है। एक सेल द्वारा अधिक से अधिक एटीपी खपत एडीपी के निर्माण द्वारा इंगित की जाती है। जैसे-जैसे एटीपी का उपयोग घटता जाता है, एडीपी की सांद्रता कम होती जाती है, और अब, एटीपी कोशिका में बनना शुरू हो जाता है। एडीपी से एटीपी के सापेक्ष एकाग्रता में यह परिवर्तन सेल को इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला को धीमा करने के लिए ट्रिगर करता है।

    इलेक्ट्रॉन ट्रांसपोर्ट चेन और एटीपी संश्लेषण के बारे में अधिक देखें इलेक्ट्रॉन ट्रांसपोर्ट चेन: द मूवी (फ्लैश इंटरएक्टिव, वीडियो)

    सेलुलर श्वसन में प्रतिक्रिया नियंत्रण के सारांश के लिए, देखें (चित्र)।

    सेलुलर श्वसन में प्रतिक्रिया नियंत्रण का सारांश
    मार्ग एंजाइम प्रभावित प्रभावकारक का ऊंचा स्तर मार्ग गतिविधि पर प्रभाव
    ग्लाइकोलाइसिस हेक्सोकाइनेज ग्लूकोज 6 फॉस्फेट कमी
    फॉस्फोफ्रक्टोकिनेस कम ऊर्जा चार्ज (एटीपी, एएमपी), फ्रुक्टोज-6-फॉस्फेट फ्रुक्टोज-2,6-बिस्फोस्फेट के माध्यम से बढ़ोतरी
    उच्च ऊर्जा चार्ज (एटीपी, एएमपी), साइट्रेट, अम्लीय पीएच कमी
    पाइरूवेट किनेज फ्रुक्टोज-1,6-बिस्फोस्फेट बढ़ोतरी
    उच्च ऊर्जा चार्ज (एटीपी, एएमपी), ऐलेनिन कमी
    पाइरूवेट से एसिटाइल सीओए रूपांतरण पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज एडीपी, पाइरूवेट बढ़ोतरी
    एसिटाइल सीओए, एटीपी, एनएडीएच कमी
    नीम्बू रस चक्र आइसोसाइट्रेट डिहाइड्रोजनेज एडीपी बढ़ोतरी
    एटीपी, NADH कमी
    α-केटोग्लूटारेट डिहाइड्रोजनेज कैल्शियम आयन, एडीपी बढ़ोतरी
    एटीपी, एनएडीएच, सक्सीनिल सीओए कमी
    इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला एडीपी बढ़ोतरी
    एटीपी कमी

    अनुभाग सारांश

    कोशिकीय श्वसन विभिन्न माध्यमों से नियंत्रित होता है। कोशिका में ग्लूकोज का प्रवेश परिवहन प्रोटीन द्वारा नियंत्रित होता है जो कोशिका झिल्ली के माध्यम से ग्लूकोज के पारित होने में सहायता करता है। श्वसन प्रक्रियाओं का अधिकांश नियंत्रण मार्गों में विशिष्ट एंजाइमों के नियंत्रण के माध्यम से पूरा किया जाता है। यह एक प्रकार का नकारात्मक प्रतिक्रिया तंत्र है, जो एंजाइमों को बंद कर देता है। एंजाइम उपलब्ध न्यूक्लियोसाइड्स एटीपी, एडीपी, एएमपी, एनएडी + और एफएडी के स्तरों पर सबसे अधिक बार प्रतिक्रिया करते हैं। मार्ग के अन्य मध्यवर्ती सिस्टम में कुछ एंजाइमों को भी प्रभावित करते हैं।

    स्वतंत्र प्रतिक्रिया

    साइट्रिक एसिड चक्र से साइट्रेट ग्लाइकोलाइसिस को कैसे प्रभावित करता है?

    साइट्रेट प्रतिक्रिया विनियमन द्वारा फॉस्फोफ्रक्टोकिनेज को रोक सकता है।

    जीवित कोशिकाओं में सकारात्मक प्रतिक्रिया तंत्र की तुलना में नकारात्मक प्रतिक्रिया तंत्र अधिक सामान्य क्यों हो सकते हैं?

    नकारात्मक प्रतिक्रिया तंत्र वास्तव में एक प्रक्रिया को नियंत्रित करता है जो इसे बंद कर सकता है, जबकि सकारात्मक प्रतिक्रिया प्रक्रिया को तेज करती है, जिससे सेल को इस पर कोई नियंत्रण नहीं होता है। नकारात्मक प्रतिक्रिया स्वाभाविक रूप से होमोस्टैसिस को बनाए रखती है, जबकि सकारात्मक प्रतिक्रिया प्रणाली को संतुलन से दूर करती है।

    शब्दकोष


    अवायुश्वसन

    अवायवीय श्वसन (स्रोत: विकिमीडिया) यह प्रक्रिया विशिष्ट सेलुलर प्रतिक्रिया (समान ग्लाइकोलाइटिक और क्रेब्स चक्र मार्ग) की तरह ही होती है, लेकिन केवल इसलिए भिन्न होती है क्योंकि इसका उपयोग बैक्टीरिया और आर्किया जैसे जीवों द्वारा किया जाता है जहां ऑक्सीजन अंतिम इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता नहीं है। बल्कि ये जीव इसकी जगह सल्फेट्स या नाइट्रेट्स का इस्तेमाल करते हैं।
    • यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि जबकि किण्वन और अवायवीय दोनों ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में होते हैं, पूर्व केवल एक विकल्प है और ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए ग्लाइकोलाइसिस का विस्तार करता है जबकि बाद वाला चक्र को पूरा करने के लिए अन्य अणुओं का उपयोग करता है क्योंकि जीव ऑक्सीजन की उपस्थिति में मर जाएगा। .
    • माइटोकॉन्ड्रिया में होने वाले एरोबिक श्वसन के विपरीत, एरोबिक श्वसन साइटोसोल में होता है।
    • अवायवीय श्वसन की प्रक्रिया प्रति ग्लूकोज अणु में केवल 2 एटीपी उत्पन्न करती है।

    समग्र प्रक्रिया को देखते हुए, यह स्पष्ट होगा कि जीवित चीजों को एटीपी का उत्पादन करना चाहिए, जो बदले में जीवों के प्रत्येक चयापचय और गतिविधि को शक्ति प्रदान करता है। इसके अलावा, सेलुलर श्वसन समीकरण का पूरा मार्ग इतना सटीक है कि अगर एक भी अणु या एंजाइम गायब है तो यह आगे नहीं बढ़ सकता है। यदि वे ऐसा नहीं हैं तो ज़रा चयापचय भ्रम की कल्पना करें।