एटीपी बनाने के लिए ग्लूकोज को मेटाबोलाइज कैसे करें

ग्लूकोज, एक छह-कार्बन चीनी, समीकरण में मौलिक "इनपुट" है जो पूरे जीवन को शक्ति देता है। बाहर से ऊर्जा, किसी न किसी तरह से, कोशिका के लिए ऊर्जा में परिवर्तित होती है। हर जीव जो जीवित है, आपके सबसे अच्छे दोस्त से लेकर सबसे निचले जीवाणु तक, में कोशिकाएं होती हैं जो जड़ चयापचय स्तर पर ग्लूकोज को ईंधन के लिए जलाती हैं।

जीव इस बात में भिन्न होते हैं कि उनकी कोशिकाएं ग्लूकोज से ऊर्जा कैसे निकाल सकती हैं। सभी कोशिकाओं में यह ऊर्जा के रूप में होती है एडेनोसाइन ट्रायफ़ोस्फेट (एटीपी).

इसलिए एक बात सभी जीवित कोशिकाओं में एक समान बात यह है कि वे ग्लूकोज को चयापचय करके एटीपी. एक सेल में प्रवेश करने वाला ग्लूकोज अणु स्टेक डिनर के रूप में, जंगली जानवर के शिकार के रूप में, पौधे के पदार्थ के रूप में या कुछ और के रूप में शुरू हो सकता है।

भले ही, विभिन्न पाचन और जैव रासायनिक प्रक्रियाओं ने सभी बहु-कार्बन अणुओं को तोड़ दिया है मोनोसैकराइड शर्करा के पोषण के लिए जीव जो भी पदार्थ ग्रहण करता है, वह कोशिकीय उपापचय में प्रवेश करता है रास्ते

रासायनिक रूप से, शर्करा एक है हेक्सोज चीनी, हेक्स "छह" के लिए ग्रीक उपसर्ग होने के नाते, ग्लूकोज में कार्बन परमाणुओं की संख्या। इसका आणविक सूत्र है

ग्लूकोज भी है a मोनोसैकराइड उसमें एक चीनी है जिसमें केवल एक मौलिक इकाई शामिल है, या एकलकफ्रुक्टोज एक मोनोसेकेराइड का एक और उदाहरण है, जबकि सुक्रोज, या टेबल शुगर (फ्रुक्टोज प्लस ग्लूकोज), लैक्टोज (ग्लूकोज प्लस गैलेक्टोज) और माल्टोस (ग्लूकोज प्लस ग्लूकोज) हैं डिसैक्राइड.

ध्यान दें कि ग्लूकोज में कार्बन, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन परमाणुओं का अनुपात 1:2:1 है। सभी कार्बोहाइड्रेट, वास्तव में, समान अनुपात दिखाते हैं, और उनके आणविक सूत्र सभी फॉर्म C. के होते हैं_नहींएच_२एनहे_नहीं.

एटीपी एक है न्यूक्लीओसाइड, इस मामले में एडेनोसाइन, इसके साथ तीन फॉस्फेट समूह जुड़े होते हैं। यह वास्तव में इसे बनाता है न्यूक्लियोटाइड, एक न्यूक्लियोसाइड के रूप में a. है पेन्टोज़ चीनी (या तो राइबोज़ या डीऑक्सीराइबोज) एक नाइट्रोजनस बेस (यानी, एडेनिन, साइटोसिन, ग्वानिन, थाइमिन या यूरैसिल) के साथ संयुक्त, जबकि एक न्यूक्लियोटाइड एक न्यूक्लियोसाइड होता है जिसमें एक या एक से अधिक फॉस्फेट समूह जुड़े होते हैं। लेकिन शब्दावली एक तरफ, जानने के लिए महत्वपूर्ण बात एटीपी यह है कि इसमें एडेनिन, राइबोज और तीन फॉस्फेट (पी) समूहों की एक श्रृंखला होती है।

ATP किसके द्वारा बनता है फास्फारिलीकरण का एडेनोसिन डाइफॉस्फेट (एडीपी), और इसके विपरीत, जब एटीपी में टर्मिनल फॉस्फेट बांड है हाइड्रोलाइज्ड, एडीपी और पी_मैं (अकार्बनिक फॉस्फेट) उत्पाद हैं। एटीपी को कोशिकाओं की "ऊर्जा मुद्रा" माना जाता है क्योंकि इस असाधारण अणु का उपयोग लगभग हर चयापचय प्रक्रिया को शक्ति प्रदान करने के लिए किया जाता है।

कोशिकीय श्वसन यूकेरियोटिक जीवों में चयापचय मार्गों का समूह है जो उपस्थिति में ग्लूकोज को एटीपी और कार्बन डाइऑक्साइड में परिवर्तित करता है ऑक्सीजन का, पानी छोड़ना और एटीपी (प्रति ग्लूकोज अणु निवेशित 36 से 38 अणु) की संपत्ति का उत्पादन करना प्रक्रिया।

इलेक्ट्रॉन वाहक और ऊर्जा अणुओं को छोड़कर, समग्र शुद्ध प्रतिक्रिया के लिए संतुलित रासायनिक सूत्र है:

सी₆एच₁₂हे₆ + 6 ओ₂ → 6 सीओ₂ + 6 एच₂हे

सेलुलर श्वसन में वास्तव में तीन अलग और अनुक्रमिक मार्ग शामिल हैं:

• ग्लाइकोलाइसिस, जो सभी कोशिकाओं में होता है और साइटोप्लाज्म में होता है, और हमेशा ग्लूकोज चयापचय का पहला चरण होता है (और अधिकांश प्रोकैरियोट्स में, अंतिम चरण भी)।
  
• क्रेब्स चक्र, जिसे ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड (TCA) चक्र या साइट्रिक एसिड चक्र भी कहा जाता है, जो माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में प्रकट होता है।
• इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला, जो आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली पर होता है और सेलुलर श्वसन में उत्पादित अधिकांश एटीपी उत्पन्न करता है।

इनमें से बाद के दो चरण ऑक्सीजन पर निर्भर हैं और एक साथ मिलकर बनाते हैं एरोबिक श्वसन. अक्सर, हालांकि, यूकेरियोटिक चयापचय की चर्चा में, ग्लाइकोलाइसिस, हालांकि यह ऑक्सीजन पर निर्भर नहीं है, को हिस्सा माना जाता है "एरोबिक श्वसन"क्योंकि इसके लगभग सभी मुख्य उत्पाद, पाइरूवेट, अन्य दो रास्तों में प्रवेश करने के लिए चला जाता है।

ग्लाइकोलाइसिस में, ग्लूकोज को 10 प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला में अणु पाइरूवेट में परिवर्तित किया जाता है, जिसमें a ATP के दो अणुओं का शुद्ध लाभ और "इलेक्ट्रॉन वाहक" के दो अणु निकोटिनामाइड एडेनाइन डाईन्यूक्लियोटाइड (एनएडीएच)। प्रक्रिया में प्रवेश करने वाले ग्लूकोज के प्रत्येक अणु के लिए, पाइरूवेट के दो अणु उत्पन्न होते हैं, क्योंकि पाइरूवेट में ग्लूकोज के छह में तीन कार्बन परमाणु होते हैं।

पहले चरण में, ग्लूकोज बनने के लिए फॉस्फोराइलेट किया जाता है ग्लूकोज 6 फॉस्फेट (जी६पी)। यह ग्लूकोज को मेटाबोलाइज करने के लिए प्रतिबद्ध करता है बजाय इसके कि के माध्यम से वापस बाहर निकल जाए कोशिका झिल्ली, क्योंकि फॉस्फेट समूह G6P को ऋणात्मक आवेश देता है। अगले कुछ चरणों में, अणु को एक अलग चीनी व्युत्पन्न में पुनर्व्यवस्थित किया जाता है और फिर बनने के लिए दूसरी बार फॉस्फोराइलेट किया जाता है फ्रुक्टोज-1,6-बिस्फोस्फेट.

ग्लाइकोलाइसिस के इन शुरुआती चरणों में दो एटीपी के निवेश की आवश्यकता होती है क्योंकि यह फॉस्फोराइलेशन प्रतिक्रियाओं में फॉस्फेट समूहों का स्रोत है।

फ्रुक्टोज-1,6-बिस्फोस्फेट दो अलग-अलग तीन-कार्बन अणुओं में विभाजित होता है, प्रत्येक का अपना फॉस्फेट समूह होता है; इनमें से लगभग सभी, जल्दी से दूसरे में परिवर्तित हो जाते हैं, ग्लिसराल्डिहाइड-3-फॉस्फेट (जी३पी)। इस प्रकार इस बिंदु से आगे, सब कुछ दोहराया जाता है क्योंकि प्रत्येक ग्लूकोज "अपस्ट्रीम" के लिए दो G3P हैं।

इस बिंदु से, G3P को एक चरण में फॉस्फोराइलेट किया जाता है जो NADH को ऑक्सीकृत रूप NAD+ से भी उत्पन्न करता है, और फिर दो फॉस्फेट समूह हैं ग्लाइकोलाइसिस के अंतिम कार्बन उत्पाद के साथ दो एटीपी अणुओं का उत्पादन करने के लिए बाद के पुनर्व्यवस्था चरणों में एडीपी अणुओं को दिया गया, पाइरूवेट

चूंकि यह प्रति ग्लूकोज अणु में दो बार होता है, ग्लाइकोलाइसिस का दूसरा भाग a. के लिए चार ATP उत्पन्न करता है जाल दो एटीपी के ग्लाइकोलाइसिस से लाभ (क्योंकि दो प्रक्रिया में जल्दी आवश्यक थे) और दो एनएडीएच।

में प्रारंभिक प्रतिक्रिया, ग्लाइकोलाइसिस में उत्पन्न पाइरूवेट के साइटोप्लाज्म से माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में अपना रास्ता खोजने के बाद, इसे पहले एसीटेट (CHH) में परिवर्तित किया जाता है।₃सीओओएच-) और सीओ₂ (इस परिदृश्य में एक बेकार उत्पाद) और फिर एक यौगिक के लिए कहा जाता है एसिटाइल कोएंजाइम ए, या एसिटाइल कोआ. इस प्रतिक्रिया में, एक NADH उत्पन्न होता है। यह क्रेब्स चक्र के लिए मंच तैयार करता है।

आठ प्रतिक्रियाओं की इस श्रृंखला का नाम इसलिए रखा गया है क्योंकि पहले चरण में अभिकारकों में से एक, oxaloacetate, अंतिम चरण में उत्पाद भी है। क्रेब्स चक्र का काम एक निर्माता के बजाय एक आपूर्तिकर्ता का है: यह प्रति ग्लूकोज अणु में केवल दो एटीपी उत्पन्न करता है, लेकिन छह और एनएडीएच और दो एफएडीएच का योगदान देता है।₂, एक अन्य इलेक्ट्रॉन वाहक और NADH का एक करीबी रिश्तेदार।

(ध्यान दें कि इसका अर्थ है एक एटीपी, तीन एनएडीएच और एक एफएडीएच₂चक्र के प्रति मोड़. ग्लाइकोलाइसिस में प्रवेश करने वाले प्रत्येक ग्लूकोज के लिए, एसिटाइल सीओए के दो अणु क्रेब्स चक्र में प्रवेश करते हैं।)

प्रति-ग्लूकोज के आधार पर, इस बिंदु तक ऊर्जा की मात्रा चार एटीपी (ग्लाइकोलिसिस से दो और क्रेब्स से दो) है चक्र), 10 एनएडीएच (ग्लाइकोलिसिस से दो, प्रारंभिक प्रतिक्रिया से दो और क्रेब्स चक्र से छह) और दो FADH₂ क्रेब्स चक्र से। जबकि क्रेब्स चक्र में कार्बन यौगिक ऊपर की ओर घूमना जारी रखते हैं, इलेक्ट्रॉन वाहक माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स से माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली.

जब NADH और FADH₂ अपने इलेक्ट्रॉनों को छोड़ते हैं, इनका उपयोग माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली में एक विद्युत रासायनिक ढाल बनाने के लिए किया जाता है। इस ग्रेडिएंट का उपयोग फॉस्फेट समूहों के एडीपी को एटीपी बनाने के लिए एक प्रक्रिया में जोड़ने के लिए किया जाता है जिसे कहा जाता है ऑक्सीडेटिव फाृॉस्फॉरिलेशन, इसलिए नाम दिया गया क्योंकि श्रृंखला में इलेक्ट्रॉन वाहक से इलेक्ट्रॉन वाहक तक इलेक्ट्रॉनों का अंतिम स्वीकर्ता ऑक्सीजन है (O₂).

क्योंकि प्रत्येक एनएडीएच तीन एटीपी और प्रत्येक एफएडीएच उत्पन्न करता है₂ ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण में दो एटीपी उत्पन्न करता है, यह मिश्रण में (10)(3) + (2)(2) = 34 एटीपी जोड़ता है। इस प्रकार ग्लूकोज का एक अणु 38 एटीपी तक उत्पन्न कर सकता है में यूकेरियोटिक जीव.