ग्लूकोज है सेलुलर ईंधन का अंतिम स्रोत सभी जीवित चीजों के लिए, इसके रासायनिक बंधनों में ऊर्जा को संश्लेषित करने के लिए इस्तेमाल किया जा रहा है एडेनोसाइन ट्रायफ़ोस्फेट (एटीपी) विभिन्न परस्पर और अन्योन्याश्रित तरीकों से। जब इस छह-कार्बन (यानी, हेक्सोज) चीनी का एक अणु कोशिका के प्लाज्मा झिल्ली को बाहर से साइटोप्लाज्म में प्रवेश करने के लिए पार करता है, तो यह तुरंत होता है फॉस्फोरिलेटेड - यानी, एक फॉस्फेट समूह, जो एक नकारात्मक विद्युत आवेश वहन करता है, ग्लूकोज अणु के हिस्से से जुड़ा होता है। इसका परिणाम उस पर शुद्ध ऋणात्मक आवेश होता है जो तब a. हो गया है ग्लूकोज 6 फॉस्फेट अणु, जो इसे कोशिका छोड़ने से रोकता है।
प्रोकैर्योसाइटों, जिसमें बैक्टीरिया और आर्किया डोमेन शामिल हैं, में झिल्ली-बाध्य अंग नहीं होते हैं, जिनमें शामिल हैं माइटोकॉन्ड्रिया में है कि यूकैर्योसाइटों क्रेब्स चक्र और ऑक्सीजन पर निर्भर इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला की मेजबानी करते हैं। नतीजतन, प्रोकैरियोट्स एरोबिक ("ऑक्सीजन के साथ") श्वसन में भाग नहीं लेते हैं, इसके बजाय उनकी लगभग सारी ऊर्जा प्राप्त करते हैं ग्लाइकोलाइसिस से, अवायवीय प्रक्रिया जो यूकेरियोटिक कोशिकाओं में किए गए एरोबिक श्वसन से पहले भी संचालित होती है।
ग्लूकोज: परिभाषा
चूंकि ग्लूकोज जैव रसायन में सबसे महत्वपूर्ण अणुओं में से एक है, और संभवतः सबसे महत्वपूर्ण सेट का प्रारंभिक बिंदु है पृथ्वी ग्रह पर जीवन के इतिहास में प्रतिक्रियाएं, इस अणु की संरचना और व्यवहार की एक संक्षिप्त चर्चा में है गण।
के रूप में भी जाना जाता है डेक्सट्रोज (आमतौर पर गैर-जैविक प्रणालियों के संदर्भ में, जैसे मकई से बना ग्लूकोज) और खून में शक्कर (जैविक प्रणालियों के संदर्भ में, उदाहरण के लिए, चिकित्सा संदर्भों में), ग्लूकोज रासायनिक सूत्र के साथ एक छह-कार्बन अणु है सी6एच12हे6. मानव रक्त में, ग्लूकोज की सामान्य सांद्रता लगभग 100 mg/dL होती है। 100 मिलीग्राम एक ग्राम का दसवां हिस्सा है, जबकि एक डीएल एक लीटर का दसवां हिस्सा है; यह प्रति लीटर एक ग्राम तक काम करता है, और चूंकि औसत व्यक्ति के पास लगभग 4 लीटर रक्त होता है, अधिकांश लोगों के रक्तप्रवाह में किसी भी समय लगभग 4 ग्राम ग्लूकोज होता है - केवल एक-सातवें हिस्से के बारे में औंस
ग्लूकोज में छह कार्बन (सी) परमाणुओं में से पांच में बैठे हैं छह-परमाणु वलय इस रूप में कि अणु प्रकृति में 99.98 प्रतिशत समय ग्रहण करता है। छठा वलय परमाणु एक ऑक्सीजन (O) है, जिसमें छठा C वलय Cs में से एक के भाग के रूप में जुड़ा हुआ है हाइड्रोक्सीमेथाइल (-सीएच2ओह) समूह. यह हाइड्रॉक्सिल (-OH) समूह में है कि अकार्बनिक फॉस्फेट (पाई) फॉस्फोराइलेशन प्रक्रिया के दौरान जुड़ा होता है जो कोशिका कोशिका द्रव्य में अणु को फंसाता है।
ग्लूकोज, सेल प्रकार और चयापचय
प्रोकैरियोट्स छोटे होते हैं (अधिकांश बहुसंख्यक एककोशिकीय होते हैं) और सरल (उनमें से अधिकांश में एक कोशिका में एक नाभिक और अन्य झिल्ली-बाउंड ऑर्गेनेल का अभाव होता है)। यह उन्हें यूकेरियोट्स के रूप में अधिकांश तरीकों से 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 फास्फोराइलेशन ग्लाइकोलाइसिस में पहला कदम है, जिसे बाद के खंड में विस्तार से वर्णित किया गया है।
- कुछ बैक्टीरिया ग्लूकोज के अलावा, या इसके अलावा, सुक्रोज, लैक्टोज या माल्टोस जैसे शर्करा को चयापचय कर सकते हैं। ये शर्करा डिसैकराइड हैं, जो ग्रीक से "दो शर्करा" के लिए आती है। उनमें ग्लूकोज का एक मोनोमर, जैसे फ्रुक्टोज, एक मोनोसेकेराइड, उनके दो उप-इकाइयों में से एक के रूप में शामिल है।
ग्लाइकोलाइसिस के अंत में, ग्लूकोज अणु का उपयोग दो तीन-कार्बन पाइरूवेट अणु, दो अणु उत्पन्न करने के लिए किया गया है। तथाकथित उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन वाहक निकोटीनैमाइड एडेनिन डाइन्यूक्लियोटाइड (एनएडीएच), और दो एटीपी अणुओं का शुद्ध लाभ।
इस बिंदु पर, प्रोकैरियोट्स में, पाइरूवेट आमतौर पर किण्वन में प्रवेश करता है, एक अवायवीय प्रक्रिया जिसमें कई अलग-अलग बदलाव होते हैं जिन्हें जल्द ही खोजा जाएगा। लेकिन कुछ बैक्टीरिया ने कुछ हद तक एरोबिक श्वसन करने की क्षमता विकसित कर ली है और उन्हें कहा जाता है एछिक अवायुजीव. जीवाणु जो केवल ग्लाइकोलाइसिस से ऊर्जा प्राप्त कर सकते हैं, कहलाते हैं अवायवीय को बाध्य करना, और इनमें से कई वास्तव में ऑक्सीजन द्वारा मारे जाते हैं। कुछ सीमित जीवाणु सम होते हैं बाध्य एरोबिक्स, जिसका अर्थ है कि, आप की तरह, उन्हें ऑक्सीजन की परम आवश्यकता है। यह देखते हुए कि पृथ्वी के स्थानांतरण की मांगों के अनुकूल होने के लिए बैक्टीरिया के पास लगभग 3.5 बिलियन वर्ष हैं पर्यावरण, यह आश्चर्यजनक नहीं होना चाहिए कि उन्होंने बुनियादी चयापचय अस्तित्व की एक श्रृंखला का आदेश दिया है रणनीतियाँ।
ग्लाइकोलाइसिस की प्रक्रिया
ग्लाइकोलाइसिस 10. शामिल है प्रतिक्रियाओं, जो एक अच्छी, गोल संख्या है, लेकिन आपको इन सभी चरणों में सभी उत्पादों, मध्यवर्ती और एंजाइमों को याद रखने की आवश्यकता नहीं है। इसके बजाय, जबकि इनमें से कुछ सूक्ष्मताएं मजेदार और जानने के लिए उपयोगी हैं, इसका अर्थ प्राप्त करना अधिक महत्वपूर्ण है क्या भ कुल मिलाकर ग्लाइकोलाइसिस में होता है, और क्यूं कर ऐसा होता है (बुनियादी भौतिकी और सेल की जरूरतों दोनों के संदर्भ में)।
ग्लाइकोलाइसिस को निम्नलिखित प्रतिक्रिया में कैद किया जाता है, जो इसकी 10 व्यक्तिगत प्रतिक्रियाओं का योग है:
सी6एच12हे6 → 2 सी3एच4हे3 + 2 एटीपी + 2 नाध
सादे अंग्रेजी में, ग्लाइकोलाइसिस में, एक ग्लूकोज अणु दो पाइरूवेट अणुओं में टूट जाता है, और रास्ते में, कुछ ईंधन अणु और "पूर्व-ईंधन" अणुओं की एक जोड़ी बनाई जाती है। एटीपी सेलुलर प्रक्रियाओं में ऊर्जा के लिए निकट-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 उन इलेक्ट्रॉनों को हाइड्रोजन आयनों (H+) के रूप में, अंत में ऑक्सीजन अणुओं को दान करता है। की इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में एरोबिक चयापचय, जिसके परिणामस्वरूप अकेले ग्लाइकोलाइसिस की तुलना में अधिक एटीपी की आपूर्ति हो सकती है।
प्रारंभिक ग्लाइकोलाइसिस
साइटोप्लाज्म में प्रवेश के बाद ग्लूकोज का फास्फोराइलेशन ग्लूकोज-6-फॉस्फेट (जी-6-पी) में परिणत होता है। फॉस्फेट एटीपी से आता है और ग्लूकोज के पत्तों में इसका समावेश होता है एडीनोसिन डाइफॉस्फेट (एडीपी) पीछे। जैसा कि कहा गया है, यह कोशिका के भीतर ग्लूकोज को फंसाता है।
अगला, G-6-P को. में परिवर्तित किया जाता है फ्रुक्टोज-6-फॉस्फेट (एफ-6-पी)। यह एक आइसोमराइज़ेशन प्रतिक्रिया, क्योंकि अभिकारक और उत्पाद एक दूसरे के आइसोमर हैं - अणु प्रत्येक प्रकार के परमाणु की समान संख्या के साथ, लेकिन अलग-अलग स्थानिक व्यवस्था के साथ। इस मामले में, फ्रुक्टोज की अंगूठी में केवल पांच परमाणु होते हैं। इस प्रकार के परमाणु करतब दिखाने के लिए जिम्मेदार एंजाइम को कहा जाता है फॉस्फोग्लुकोज आइसोमेरेज़. (अधिकांश एंजाइम नाम, जबकि अक्सर बोझिल होते हैं, कम से कम सही अर्थ रखते हैं।)
ग्लाइकोलाइसिस की तीसरी प्रतिक्रिया में, F-6-P को. में परिवर्तित किया जाता है फ्रुक्टोज-1,6-बिस्फोस्फेट (एफ-1,6-बीपी)। इस फॉस्फोराइलेशन चरण में, फॉस्फेट फिर से एटीपी से आता है, लेकिन इस बार इसे एक अलग कार्बन परमाणु में जोड़ा जाता है। एंजाइम जिम्मेदार है फॉस्फोफ्रक्टोकिनेस (पीएफके).
- कई फॉस्फोराइलेशन प्रतिक्रियाओं में, फॉस्फेट समूहों को मौजूदा फॉस्फेट समूह के मुक्त अंत में जोड़ा जाता है, लेकिन इस मामले में नहीं - इसलिए "_di_फॉस्फेट" के बजाय "_bis_phosphate"।
ग्लाइकोलाइसिस की चौथी प्रतिक्रिया में, F-1,6-BP अणु, जो फॉस्फेट समूहों की दोहरी खुराक के कारण काफी अस्थिर है, एंजाइम द्वारा विभाजित किया जाता है। एल्डोलेस तीन-कार्बन, एकल-फॉस्फेट-समूह-वाहक अणुओं में ग्लिसराल्डिहाइड 3-फॉस्फेट (जीएपी) और डायहाइड्रोक्सीसिटोन फॉस्फेट (डीएचएपी)। ये आइसोमर्स हैं, और डीएचएपी एंजाइम से धक्का का उपयोग करके ग्लाइकोलाइसिस के पांचवें चरण में तेजी से जीएपी में परिवर्तित हो जाता है। ट्रायोज़ फॉस्फेट आइसोमेरेज़ (टीआईएम)।
इस स्तर पर, मूल ग्लूकोज अणु दो एटीपी की कीमत पर दो समान तीन-कार्बन, एकल फॉस्फोराइलेटेड अणु बन गए हैं। इस बिंदु से आगे, ग्लाइकोलाइसिस 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, GAP को में परिवर्तित किया जाता है 1,3-बिस्फोस्फोग्लिसरेट (१,३-बीपीजी) के प्रभाव में influence ग्लिसराल्डिहाइड 3-फॉस्फेट डिहाइड्रोजनेज. डिहाइड्रोजनेज एंजाइम हाइड्रोजन परमाणुओं (यानी, प्रोटॉन) को हटाते हैं। GAP से मुक्त हाइड्रोजन NAD+ अणु से जुड़ जाता है, जिससे NADH उत्पन्न होता है। क्योंकि ग्लूकोज के प्रारंभिक अणु ने अपस्ट्रीम को जन्म दिया है दो इस प्रतिक्रिया के बाद GAP के अणु, दो एनएडीएच के अणु बनाए गए हैं।
सातवें ग्लाइकोलाइसिस प्रतिक्रिया में, प्रारंभिक ग्लाइकोलाइसिस की फॉस्फोराइलेशन प्रतिक्रियाओं में से एक, वास्तव में, उलट है। जब एंजाइम फॉस्फोग्लाइसेरेट किनेज 1,3-बीपीजी से फॉस्फेट समूह को हटा देता है, परिणाम है 3-फॉस्फोग्लाइसेरेट (3-पीजी)। दो 1,3-बीपीजी अणुओं से छीन लिए गए फॉस्फेट को दो एटीपी बनाने के लिए एडीपी में जोड़ा जाता है। इसका मतलब यह है कि दो एटीपी चरण एक और तीन में "उधार" सातवीं प्रतिक्रिया में "वापस" हैं।
चरण आठ में, 3-पीजी को में परिवर्तित किया जाता है 2-फॉस्फोग्लाइसेरेट (2-पीजी) द्वारा फॉस्फोग्लाइसेरेट म्यूटेज, जो एक शेष फॉस्फेट समूह को एक अलग कार्बन परमाणु में बंद कर देता है। एक उत्परिवर्तजन एक आइसोमेरेज़ से इस मायने में भिन्न होता है कि यह अपनी क्रिया में कम भारी होता है; एक अणु की संरचना को पुनर्व्यवस्थित करने के बजाय, वे केवल इसके एक पक्ष समूह को एक नए स्थान पर स्थानांतरित कर देते हैं, जिससे समग्र रीढ़, अंगूठी आदि निकल जाती है। जैसा था।
ग्लाइकोलाइसिस की नौवीं अभिक्रिया में 2-PG को में परिवर्तित किया जाता है फॉस्फोनोलपाइरूवेटuv (पीईपी) की कार्रवाई के तहत एनोलेज़. एक एनोल कार्बन-कार्बन डबल बॉन्ड वाला एक यौगिक है जिसमें कार्बन में से एक हाइड्रॉक्सिल समूह से भी जुड़ा होता है।
अंत में, ग्लाइकोलाइसिस की दसवीं और अंतिम प्रतिक्रिया, पीईपी एंजाइम के कारण पाइरूवेट में बदल जाती है पाइरूवेट किनेज. दो पीईपी से निकाले गए फॉस्फेट समूह एडीपी अणुओं से जुड़े होते हैं, जो दो एटीपी और दो पाइरूवेट पैदा करते हैं, जिसका सूत्र है ( सी3एच4हे3) या (सीएच3) सीओ (सीओओएच). इस प्रकार ग्लूकोज के एक अणु के प्रारंभिक, अवायवीय प्रसंस्करण से दो पाइरूवेट, दो एटीपी और दो एनएडीएच अणु प्राप्त होते हैं।
ग्लाइकोलाइसिस के बाद की 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 अधिक ईंधन की आवश्यकता होती है, तो अकेले एरोबिक श्वसन प्रदान कर सकता है (जैसे, उदाहरण के लिए, कठिन शारीरिक व्यायाम के दौरान मांसपेशियों की कोशिकाएं जैसे कि दौड़ना या भार उठाना), पाइरूवेट किण्वन में प्रवेश करता है पथ। यदि कोशिका यूकेरियोटिक है और इसकी ऊर्जा आवश्यकताएं विशिष्ट हैं, तो यह पाइरूवेट को माइटोकॉन्ड्रिया के अंदर ले जाती है और इसमें भाग लेती है क्रेब्स चक्र:
- किण्वन: किण्वन अक्सर "अवायवीय श्वसन" के साथ एक दूसरे के स्थान पर प्रयोग किया जाता है, लेकिन वास्तव में यह भ्रामक है क्योंकि ग्लाइकोलाइसिस, जो किण्वन से पहले होता है, अवायवीय भी है, हालांकि इसे आम तौर पर प्रति श्वसन का हिस्सा नहीं माना जाता है। से.
- किण्वन से पाइरूवेट को परिवर्तित करके ग्लाइकोलाइसिस में उपयोग के लिए NAD+ को पुन: उत्पन्न करता है लैक्टेट. इसका पूरा उद्देश्य पर्याप्त ऑक्सीजन के अभाव में ग्लाइकोलाइसिस को जारी रखने देना है; पर्याप्त मात्रा में सब्सट्रेट मौजूद होने पर भी स्थानीय रूप से NAD+ की कमी प्रक्रिया को सीमित कर देगी।
- एरोबिक श्वसन: इसमें शामिल हैं क्रेब्स चक्र और यह इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला.
- क्रेब्स चक्र: यहाँ, पाइरूवेट को परिवर्तित किया जाता है एसिटाइल कोएंजाइम ए (एसिटिल सीओए) और कार्बन डाइऑक्साइड (सीओ .)2). दो-कार्बन एसिटाइल सीओए चार-कार्बन के साथ जोड़ती है oxaloacetate साइट्रेट बनाने के लिए, एक छह-कार्बन अणु जो तब छह प्रतिक्रियाओं के "पहिया" (चक्र) के माध्यम से आगे बढ़ता है जिसके परिणामस्वरूप दो सीओ होते हैं2, एक एटीपी, तीन एनएडीएच और एक कम फ्लेविन एडेनिन डाइन्यूक्लियोटाइड (एफएडीएच .)2).
- इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला: यहाँ, प्रोटॉन (H+ NADH और FADH_ के परमाणु)2क्रेब्स चक्र से एक विद्युत रासायनिक ढाल बनाने के लिए उपयोग किया जाता है जो आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली पर एटीपी के 34 (या तो) अणुओं के संश्लेषण को संचालित करता है। ऑक्सीजन इलेक्ट्रॉनों के अंतिम स्वीकर्ता के रूप में कार्य करता है जो एक यौगिक से दूसरे तक "स्पिल" करता है, ग्लूकोज के साथ यौगिकों की श्रृंखला तक सभी तरह से शुरू होता है।