सेलुलर श्वसन में ग्लूकोज की क्या भूमिका है?

पृथ्वी पर जीवन असाधारण रूप से विविध है, थर्मल वेंट में रहने वाले सबसे नन्हे बैक्टीरिया से लेकर आलीशान, बहु-टन हाथी जो एशिया में अपना घर बनाते हैं। लेकिन सभी जीवों (जीवित चीजों) में कई बुनियादी विशेषताएं समान होती हैं, उनमें से अणुओं की आवश्यकता होती है जिससे ऊर्जा प्राप्त की जा सके। वृद्धि, मरम्मत, रखरखाव और प्रजनन के लिए बाहरी स्रोतों से ऊर्जा निकालने की प्रक्रिया को कहा जाता है उपापचय.

सभी जीवों में कम से कम एक सेल (आपके अपने शरीर में खरबों शामिल हैं), जो कि सबसे छोटी इरेड्यूसबल इकाई है जिसमें पारंपरिक परिभाषाओं का उपयोग करते हुए जीवन के लिए निर्दिष्ट सभी गुण शामिल हैं। चयापचय एक ऐसी संपत्ति है, जो दोहराने या अन्यथा पुन: उत्पन्न करने की क्षमता है। ग्रह की प्रत्येक कोशिका का उपयोग कर सकती है और करती भी है शर्करा, जिसके बिना पृथ्वी पर जीवन या तो कभी अस्तित्व में नहीं आता या बहुत अलग दिखाई देता।

ग्लूकोज का सूत्र C. होता है₆एच₁₂हे₆, अणु को 180 ग्राम प्रति मोल का आणविक द्रव्यमान देता है। (सभी कार्बोहाइड्रेट का सामान्य सूत्र C. होता है_नहींएच_२एनहे_नहीं।) यह ग्लूकोज को मोटे तौर पर सबसे बड़े अमीनो एसिड के आकार के समान बनाता है।

प्रकृति में ग्लूकोज छह-परमाणु वलय के रूप में मौजूद है, जिसे अधिकांश ग्रंथों में हेक्सागोनल के रूप में दर्शाया गया है। कार्बन परमाणुओं में से पांच ऑक्सीजन परमाणुओं में से एक के साथ रिंग में शामिल हैं, जबकि छठा कार्बन परमाणु हाइड्रोक्सीमिथाइल समूह (-CH) का हिस्सा है।₂OH) अन्य कार्बन में से एक से जुड़ा हुआ है।

ग्लूकोज की तरह अमीनो एसिड, जैव रसायन में प्रमुख मोनोमर हैं। जिस प्रकार ग्लाइकोजन ग्लूकोज की लंबी श्रृंखलाओं से इकट्ठा किया जाता है, प्रोटीन अमीनो एसिड की लंबी श्रृंखला से संश्लेषित होते हैं। जबकि 20 अलग-अलग अमीनो एसिड होते हैं जिनमें कई विशेषताएं समान होती हैं, ग्लूकोज केवल एक आणविक रूप में आता है। इस प्रकार ग्लाइकोजन की संरचना अनिवार्य रूप से अपरिवर्तनीय है, जबकि प्रोटीन एक से दूसरे में बहुत भिन्न होते हैं।

एडीनोसिन ट्राइफॉस्फेट (एटीपी) और सीओ. के रूप में ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए ग्लूकोज का चयापचय₂ (कार्बन डाइऑक्साइड, इस समीकरण में एक अपशिष्ट उत्पाद) के रूप में जाना जाता है कोशिकीय श्वसन. कोशिकीय श्वसन के तीन बुनियादी चरणों में से पहला है ग्लाइकोलाइसिस, 10 प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला जिसमें ऑक्सीजन की आवश्यकता नहीं होती है, जबकि अंतिम दो चरण होते हैं क्रेब्स चक्र (जिसे के रूप में भी जाना जाता है) नीम्बू रस चक्र) और यह इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखलाहैं, जिन्हें ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है। साथ में, इन अंतिम दो चरणों को के रूप में जाना जाता है एरोबिक श्वसन.

कोशिकीय श्वसन लगभग पूरी तरह से होता है यूकैर्योसाइटों (जानवर, पौधे और कवक)। प्रोकैर्योसाइटों (ज्यादातर एककोशिकीय डोमेन जिसमें बैक्टीरिया और आर्किया शामिल हैं) ग्लूकोज से ऊर्जा प्राप्त करते हैं, लेकिन वस्तुतः हमेशा ग्लाइकोलाइसिस से ही। इसका निहितार्थ यह है कि प्रोकैरियोटिक कोशिकाएं ग्लूकोज के प्रति अणु के बारे में केवल दसवां हिस्सा ऊर्जा उत्पन्न कर सकती हैं, जैसा कि यूकेरियोटिक कोशिकाएं कर सकती हैं, जैसा कि बाद में विस्तार से बताया गया है।

यूकेरियोटिक कोशिकाओं के चयापचय पर चर्चा करते समय "सेलुलर श्वसन" और "एरोबिक श्वसन" अक्सर एक दूसरे के लिए उपयोग किए जाते हैं। यह समझा जाता है कि ग्लाइकोलाइसिस, हालांकि एक अवायवीय प्रक्रिया है, लगभग हमेशा अंतिम दो सेलुलर श्वसन चरणों के लिए आगे बढ़ती है। भले ही, सेलुलर श्वसन में ग्लूकोज की भूमिका को संक्षेप में कहें: इसके बिना, श्वसन बंद हो जाता है और जीवन की हानि होती है।

एंजाइमों गोलाकार प्रोटीन हैं जो. के रूप में कार्य करते हैं उत्प्रेरक रासायनिक प्रतिक्रियाओं में। इसका मतलब यह है कि ये अणु प्रतिक्रियाओं के साथ गति में मदद करते हैं जो अन्यथा एंजाइमों के बिना आगे बढ़ते हैं, लेकिन कहीं अधिक धीरे-धीरे - कभी-कभी एक हजार से अधिक के कारक द्वारा। जब एंजाइम कार्य करते हैं, तो वे प्रतिक्रिया के अंत में स्वयं को नहीं बदलते हैं, जबकि वे जिन अणुओं पर कार्य करते हैं, उन्हें सब्सट्रेट कहा जाता है, डिजाइन द्वारा बदल दिए जाते हैं, अभिकारकों जैसे ग्लूकोज CO. जैसे उत्पादों में परिवर्तित हो जाता है₂.

ग्लूकोज और एटीपी एक दूसरे के साथ कुछ रासायनिक समानता रखते हैं, लेकिन बंधों में संग्रहीत ऊर्जा का उपयोग करते हैं बाद के अणु के संश्लेषण को शक्ति देने के लिए पूर्व अणु को काफी जैव रासायनिक कलाबाजी की आवश्यकता होती है कोश। लगभग हर सेलुलर प्रतिक्रिया एक विशिष्ट एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होती है, और अधिकांश एंजाइम एक प्रतिक्रिया और उसके सब्सट्रेट के लिए विशिष्ट होते हैं। ग्लाइकोलाइसिस, क्रेब्स चक्र और इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला, संयुक्त, में लगभग दो दर्जन प्रतिक्रियाएं और एंजाइम होते हैं।

जब ग्लूकोज प्लाज्मा झिल्ली के माध्यम से फैलकर कोशिका में प्रवेश करता है, तो यह तुरंत फॉस्फेट (पी) समूह से जुड़ जाता है, या फॉस्फोरिलेटेड. यह पी के ऋणात्मक आवेश के कारण कोशिका में ग्लूकोज को फंसा देता है। यह प्रतिक्रिया, जो ग्लूकोज-6-फॉस्फेट (G6P) उत्पन्न करती है, एंजाइम के प्रभाव में होती है हेक्सोकाइनेज. (अधिकांश एंजाइम "-ase" में समाप्त होते हैं, जिससे यह जानना काफी आसान हो जाता है कि आप जीव विज्ञान की दुनिया में एक के साथ कब काम कर रहे हैं।)

वहां से, G6P को चीनी के फॉस्फोराइलेटेड प्रकार में पुनर्व्यवस्थित किया जाता है फ्रुक्टोज, और फिर एक और P जोड़ा जाता है। इसके तुरंत बाद छह-कार्बन अणु दो तीन-कार्बन अणुओं में विभाजित हो जाता है, प्रत्येक में एक फॉस्फेट समूह होता है; ये जल्द ही खुद को उसी पदार्थ, ग्लिसराल्डिहाइड-3-फॉस्फेट (जी-3-पी) में व्यवस्थित कर लेते हैं।

G-3-P का प्रत्येक अणु तीन-कार्बन अणु में परिवर्तित होने के लिए पुनर्व्यवस्था चरणों की एक श्रृंखला से गुजरता है पाइरूवेट, इस प्रक्रिया में एटीपी के दो अणु और उच्च ऊर्जा इलेक्ट्रॉन वाहक एनएडीएच (निकोटिनामाइड एडेनिन डाइन्यूक्लियोटाइड, या एनएडी + से कम) के एक अणु का उत्पादन करते हैं।

ग्लाइकोलाइसिस की पहली छमाही फॉस्फोराइलेशन चरणों में 2 एटीपी की खपत करती है, जबकि दूसरी छमाही में कुल 2 पाइरूवेट, 2 एनएडीएच और 4 एटीपी का उत्पादन होता है। प्रत्यक्ष ऊर्जा उत्पादन के संदर्भ में, इस प्रकार ग्लाइकोलाइसिस के परिणामस्वरूप 2 एटीपी प्रति ग्लूकोज अणु होता है. यह, अधिकांश प्रोकैरियोट्स के लिए, ग्लूकोज उपयोग की प्रभावी सीमा का प्रतिनिधित्व करता है। यूकेरियोट्स में, ग्लूकोज-सेलुलर श्वसन शो अभी शुरू हुआ है।

पाइरूवेट अणु तब कोशिका के कोशिका द्रव्य से अंगक के अंदर की ओर चले जाते हैं जिन्हें कहा जाता है माइटोकॉन्ड्रिया, जो अपने स्वयं के दोहरे प्लाज्मा झिल्ली से घिरे होते हैं। यहाँ, पाइरूवेट CO. में विभाजित है₂ और एसीटेट (सीएच .)₃COOH-), और एसीटेट को कोएंजाइम ए (सीओए) नामक बी-विटामिन वर्ग से एक यौगिक द्वारा हथिया लिया जाता है एसिटाइल कोआ, सेलुलर प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला में एक महत्वपूर्ण दो-कार्बन मध्यवर्ती।

क्रेब्स चक्र में प्रवेश करने के लिए, एसिटाइल सीओए चार कार्बन यौगिक के साथ प्रतिक्रिया करता है oxaloacetate बनाने के लिए सिट्रट. चूंकि ऑक्सालोसेटेट क्रेब्स प्रतिक्रिया में बनाया गया अंतिम अणु है और साथ ही पहली प्रतिक्रिया में एक सब्सट्रेट है, श्रृंखला "चक्र" विवरण अर्जित करती है। चक्र कुल आठ प्रतिक्रियाएं शामिल हैं, जो छह-कार्बन साइट्रेट को पांच-कार्बन अणु में और फिर चार-कार्बन मध्यवर्ती की एक श्रृंखला में फिर से पहुंचने से पहले कम करती हैं। ऑक्सालोएसेटेट।

क्रेब्स चक्र में प्रवेश करने वाले पाइरूवेट के प्रत्येक अणु के परिणामस्वरूप दो और CO का उत्पादन होता है₂, 1 एटीपी, 3 एनएडीएच और एनएडीएच के समान इलेक्ट्रॉन वाहक के एक अणु को कहा जाता है फ्लेविन एडेनिन डाइन्यूक्लियोटाइड, या FADH₂.

• क्रेब्स चक्र तभी आगे बढ़ सकता है जब इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला एनएडीएच और एफएडीएच को लेने के लिए डाउनस्ट्रीम में काम कर रही हो₂ यह उत्पन्न करता है। इस प्रकार यदि कोशिका को कोई ऑक्सीजन उपलब्ध नहीं है, तो क्रेब्स चक्र रुक जाता है।

NADH और FADH₂ इस प्रक्रिया के लिए आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली में चले जाते हैं। श्रृंखला की भूमिका है ऑक्सीडेटिव फाृॉस्फॉरिलेशन एडीपी अणुओं के एटीपी बनने के लिए। इलेक्ट्रॉन वाहक से हाइड्रोजन परमाणुओं का उपयोग माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली में एक विद्युत रासायनिक ढाल बनाने के लिए किया जाता है। इस ढाल से ऊर्जा, जो अंततः इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करने के लिए ऑक्सीजन पर निर्भर करती है, एटीपी संश्लेषण को शक्ति प्रदान करने के लिए उपयोग की जाती है।

ग्लूकोज का प्रत्येक अणु सेलुलर श्वसन के माध्यम से 36 से 38 एटीपी से कहीं भी योगदान देता है: 2 ग्लाइकोलाइसिस में, क्रेब्स चक्र में २ और ३२ से ३४ (यह इस पर निर्भर करता है कि इसे प्रयोगशाला में कैसे मापा जाता है) इलेक्ट्रॉन परिवहन में जंजीर।