मनुष्यों में कोशिकीय श्वसन

कोशिकीय श्वसन का उद्देश्य भोजन से ग्लूकोज को ऊर्जा में बदलना है।

कोशिकाएं जटिल रासायनिक प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला में ग्लूकोज को तोड़ती हैं और ऊर्जा को स्टोर करने के लिए प्रतिक्रिया उत्पादों को ऑक्सीजन के साथ जोड़ती हैं एडेनोसाइन ट्रायफ़ोस्फेट (एटीपी) अणु. एटीपी अणुओं का उपयोग सेल गतिविधियों को शक्ति देने और जीवित जीवों के लिए सार्वभौमिक ऊर्जा स्रोत के रूप में कार्य करने के लिए किया जाता है।

कोशिकीय श्वसन मनुष्यों में पाचन और श्वसन प्रणाली में शुरू होता है। भोजन आंतों में पचता है और ग्लूकोज में बदल जाता है। ऑक्सीजन फेफड़ों में अवशोषित हो जाती है और लाल रक्त कोशिकाओं में जमा हो जाती है। ग्लूकोज और ऑक्सीजन शरीर में संचार प्रणाली के माध्यम से उन कोशिकाओं तक पहुंचते हैं जिन्हें ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

कोशिकाएं ऊर्जा उत्पादन के लिए संचार प्रणाली से ग्लूकोज और ऑक्सीजन का उपयोग करती हैं। वे अपशिष्ट उत्पाद, कार्बन डाइऑक्साइड, वापस लाल रक्त कोशिकाओं में पहुंचाते हैं और कार्बन डाइऑक्साइड फेफड़ों के माध्यम से वातावरण में छोड़ दिया जाता है।

जबकि पाचन, श्वसन और परिसंचरण तंत्र मानव श्वसन में एक प्रमुख भूमिका निभाते हैं, सेलुलर स्तर पर श्वसन कोशिकाओं के अंदर और अंदर होता है।

• ग्लाइकोलाइसिस: कोशिका कोशिका साइटोसोल में ग्लूकोज अणु को विभाजित करती है।
  
• क्रेब्स चक्र (या साइट्रिक एसिड चक्र): चक्रीय प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला अगले चरण में प्रयुक्त इलेक्ट्रॉन दाताओं का उत्पादन करती है और माइटोकॉन्ड्रिया में होती है।
• इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला: एटीपी अणुओं का उत्पादन करने के लिए ऑक्सीजन का उपयोग करने वाली प्रतिक्रियाओं की अंतिम श्रृंखला माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली पर होती है।

समग्र कोशिकीय श्वसन प्रतिक्रिया में, प्रत्येक ग्लूकोज अणु उत्पन्न करता है ATP. के 36 या 38 अणु, सेल प्रकार के आधार पर। मनुष्यों में कोशिकीय श्वसन एक सतत प्रक्रिया है और इसके लिए ऑक्सीजन की निरंतर आपूर्ति की आवश्यकता होती है। ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में, कोशिकीय श्वसन प्रक्रिया ग्लाइकोलाइसिस पर रुक जाती है।

कोशिका श्वसन का उद्देश्य किसके माध्यम से एटीपी अणुओं का उत्पादन करना है? ऑक्सीकरण ग्लूकोज का।

उदाहरण के लिए, ग्लूकोज के एक अणु से 36 एटीपी अणुओं के उत्पादन के लिए कोशिकीय श्वसन सूत्र C. है₆एच₁₂हे₆ + 6O₂ = 6CO₂ + 6H₂ओ + ऊर्जा (36ATP अणु)। एटीपी अणु अपने तीनों में ऊर्जा जमा करते हैं फॉस्फेट समूह बांड.

कोशिका द्वारा उत्पादित ऊर्जा तीसरे फॉस्फेट समूह के बंधन में संग्रहित होती है, जिसे सेलुलर श्वसन प्रक्रिया के दौरान एटीपी अणुओं में जोड़ा जाता है। जब ऊर्जा की आवश्यकता होती है, तो तीसरा फॉस्फेट बंधन टूट जाता है और सेल रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए उपयोग किया जाता है। एक एडीनोसिन डाइफॉस्फेट (एडीपी) अणु दो फॉस्फेट समूहों के साथ छोड़ दिया जाता है।

सेलुलर श्वसन के दौरान, ऑक्सीकरण प्रक्रिया से ऊर्जा का उपयोग एडीपी अणु को एक तीसरा फॉस्फेट समूह जोड़कर वापस एटीपी में बदलने के लिए किया जाता है। एटीपी अणु फिर से इस तीसरे बंधन को तोड़ने के लिए तैयार है ताकि सेल के उपयोग के लिए ऊर्जा जारी की जा सके।

ग्लाइकोलाइसिस में, एक छह-कार्बन ग्लूकोज अणु दो भागों में विभाजित होकर दो बनाता है पाइरूवेट प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला में अणु। ग्लूकोज अणु कोशिका में प्रवेश करने के बाद, इसके दो तीन-कार्बन हिस्सों में से प्रत्येक को दो अलग-अलग चरणों में दो फॉस्फेट समूह प्राप्त होते हैं।

सबसे पहले, दो एटीपी अणु फॉस्फोराइलेट प्रत्येक में एक फॉस्फेट समूह जोड़कर ग्लूकोज अणु के दो हिस्सों। फिर एंजाइम ग्लूकोज अणु के प्रत्येक भाग में एक और फॉस्फेट समूह जोड़ते हैं, जिसके परिणामस्वरूप दो तीन-कार्बन अणु आधा हो जाते हैं, प्रत्येक में दो फॉस्फेट समूह होते हैं।

प्रतिक्रियाओं की दो अंतिम और समानांतर श्रृंखला में, मूल ग्लूकोज अणु के दो फॉस्फोराइलेटेड तीन-कार्बन हिस्से दो पाइरूवेट अणुओं को बनाने के लिए अपने फॉस्फेट समूह खो देते हैं। ग्लूकोज अणु का अंतिम विभाजन ऊर्जा जारी करता है जिसका उपयोग फॉस्फेट समूहों को एडीपी अणुओं में जोड़ने और एटीपी बनाने के लिए किया जाता है।

ग्लूकोज अणु का प्रत्येक आधा अपने दो फॉस्फेट समूहों को खो देता है और पाइरूवेट अणु और दो एटीपी अणु पैदा करता है।

ग्लाइकोलाइसिस कोशिका साइटोसोल में होता है, लेकिन शेष कोशिकीय श्वसन प्रक्रिया में चलती है माइटोकॉन्ड्रिया. ग्लाइकोलिसिस को ऑक्सीजन की आवश्यकता नहीं होती है, लेकिन एक बार जब पाइरूवेट माइटोकॉन्ड्रिया में चला जाता है, तो आगे के सभी चरणों के लिए ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है।

माइटोकॉन्ड्रिया ऊर्जा कारखाने हैं जो ऑक्सीजन और पाइरूवेट को अपनी बाहरी झिल्ली से प्रवेश करने देते हैं और फिर प्रतिक्रिया उत्पादों कार्बन डाइऑक्साइड और एटीपी को सेल में और संचार में वापस जाने दें प्रणाली

नीम्बू रस चक्र परिपत्र रासायनिक प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला है जो NADH और FADH उत्पन्न करती है₂ अणु। ये दो यौगिक कोशिकीय श्वसन के अगले चरण में प्रवेश करते हैं, इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला, और श्रृंखला में प्रयुक्त प्रारंभिक इलेक्ट्रॉनों को दान करें। परिणामी NAD⁺ और एफएडी यौगिकों को साइट्रिक एसिड चक्र में वापस उनके मूल एनएडीएच और एफएडीएच में बदलने के लिए वापस कर दिया जाता है₂ रूपों और पुनर्नवीनीकरण।

जब तीन-कार्बन पाइरूवेट अणु माइटोकॉन्ड्रिया में प्रवेश करते हैं, तो वे कार्बन डाइऑक्साइड और दो-कार्बन यौगिक बनाने के लिए अपने एक कार्बन अणु को खो देते हैं। यह प्रतिक्रिया उत्पाद बाद में ऑक्सीकृत हो जाता है और इसमें शामिल हो जाता है कोएंजाइम ए दो बनाने के लिए एसिटाइल कोआ अणु। साइट्रिक एसिड चक्र के दौरान, कार्बन यौगिक छह-कार्बन साइट्रेट का उत्पादन करने के लिए चार-कार्बन यौगिक से जुड़े होते हैं।

प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला में, साइट्रेट दो कार्बन परमाणुओं को कार्बन डाइऑक्साइड के रूप में छोड़ता है और 3 एनएडीएच, 1 एटीपी और 1 एफएडीएच पैदा करता है।₂ अणु। प्रक्रिया के अंत में, चक्र मूल चार-कार्बन यौगिक का पुन: गठन करता है और फिर से शुरू होता है। प्रतिक्रियाएं माइटोकॉन्ड्रिया इंटीरियर में होती हैं, और NADH और FADH₂ अणु तब माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली पर इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में भाग लेते हैं।

इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला चार. से बनी होती है प्रोटीन परिसरों माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली पर स्थित होता है। NADH पहले प्रोटीन कॉम्प्लेक्स को इलेक्ट्रॉन दान करता है जबकि FADH₂ दूसरे प्रोटीन कॉम्प्लेक्स को अपने इलेक्ट्रॉन देता है। प्रोटीन कॉम्प्लेक्स इलेक्ट्रॉनों को परिवहन श्रृंखला में कमी-ऑक्सीकरण की एक श्रृंखला में पास करते हैं या रेडोक्स प्रतिक्रियाओं.

प्रत्येक रेडॉक्स चरण के दौरान ऊर्जा मुक्त होती है, और प्रत्येक प्रोटीन कॉम्प्लेक्स इसका उपयोग पंप करने के लिए करता है प्रोटान माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली के पार आंतरिक और बाहरी झिल्ली के बीच अंतर-झिल्ली स्थान में। इलेक्ट्रॉन चौथे और अंतिम प्रोटीन कॉम्प्लेक्स से गुजरते हैं जहां ऑक्सीजन अणु अंतिम इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता के रूप में कार्य करते हैं। दो हाइड्रोजन परमाणु एक ऑक्सीजन परमाणु के साथ मिलकर पानी के अणु बनाते हैं।

जैसे-जैसे आंतरिक झिल्ली के बाहर प्रोटॉन की सांद्रता बढ़ती है, an ऊर्जा प्रवणता स्थापित किया जाता है, जो प्रोटॉन को झिल्ली के आर-पार उस ओर आकर्षित करने की प्रवृत्ति रखता है, जिसमें प्रोटॉन की सांद्रता कम होती है। एक आंतरिक झिल्ली एंजाइम कहा जाता है एटीपी सिंथेज़ प्रोटॉन को आंतरिक झिल्ली के माध्यम से वापस मार्ग प्रदान करता है।

जैसे ही प्रोटॉन एटीपी सिंथेज़ से गुजरते हैं, एंजाइम एडीपी को एटीपी में बदलने के लिए प्रोटॉन ऊर्जा का उपयोग करता है, एटीपी अणुओं में इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला से प्रोटॉन ऊर्जा का भंडारण करता है।

जटिल जैविक और रासायनिक प्रक्रियाएं जो सेलुलर स्तर पर श्वसन बनाती हैं, उनमें एंजाइम, प्रोटॉन पंप और प्रोटीन शामिल होते हैं जो आणविक स्तर पर बहुत जटिल तरीके से बातचीत करते हैं। जबकि ग्लूकोज और ऑक्सीजन के इनपुट सरल पदार्थ हैं, एंजाइम और प्रोटीन नहीं हैं।

का एक सिंहावलोकन ग्लाइकोलाइसिस, क्रेब्स या साइट्रिक एसिड चक्र और इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण श्रृंखला यह प्रदर्शित करने में मदद करती है कि कोशिकीय श्वसन एक बुनियादी स्तर पर कैसे काम करता है, लेकिन इन चरणों का वास्तविक संचालन बहुत अधिक जटिल है।

वैचारिक स्तर पर कोशिकीय श्वसन की प्रक्रिया का वर्णन करना सरल है। शरीर पोषक तत्वों और ऑक्सीजन को लेता है और भोजन में ग्लूकोज और आवश्यकतानुसार अलग-अलग कोशिकाओं को ऑक्सीजन वितरित करता है। कोशिकाएं रासायनिक ऊर्जा, कार्बन डाइऑक्साइड और पानी का उत्पादन करने के लिए ग्लूकोज अणुओं का ऑक्सीकरण करती हैं।

एटीपी बनाने के लिए एडीपी अणु में तीसरे फॉस्फेट समूह को जोड़ने के लिए ऊर्जा का उपयोग किया जाता है, और कार्बन डाइऑक्साइड फेफड़ों के माध्यम से समाप्त हो जाता है। तीसरे फॉस्फेट बांड से एटीपी ऊर्जा का उपयोग अन्य सेल कार्यों को शक्ति देने के लिए किया जाता है। इस प्रकार कोशिकीय श्वसन अन्य सभी मानवीय गतिविधियों का आधार बनता है।