इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला (ईटीसी): परिभाषा, स्थान और महत्व

अधिकांश जीवित कोशिकाएं सेलुलर श्वसन के माध्यम से पोषक तत्वों से ऊर्जा का उत्पादन करती हैं जिसमें ऊर्जा को मुक्त करने के लिए ऑक्सीजन लेना शामिल है। इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला या ईटीसी इस प्रक्रिया का तीसरा और अंतिम चरण है, अन्य दो हैं ग्लाइकोलाइसिस और यह नीम्बू रस चक्र.

उत्पादित ऊर्जा को के रूप में संग्रहित किया जाता है एटीपी या एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट, जो एक न्यूक्लियोटाइड है जो पूरे जीवित जीवों में पाया जाता है।

एटीपी अणु अपने में ऊर्जा जमा करते हैं फॉस्फेट बांड. ईटीसी ऊर्जा की दृष्टि से कोशिकीय श्वसन का सबसे महत्वपूर्ण चरण है क्योंकि यह सबसे अधिक एटीपी का उत्पादन करता है। रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला में, ऊर्जा मुक्त होती है और तीन फॉस्फेट समूहों के साथ एटीपी बनाने के लिए एडीनोसिन डिपोस्फेट को तीसरे फॉस्फेट समूह को संलग्न करने के लिए उपयोग किया जाता है।

जब एक कोशिका को ऊर्जा की आवश्यकता होती है, तो वह तीसरे फॉस्फेट समूह बंधन को तोड़ देती है और परिणामी ऊर्जा का उपयोग करती है।

कोशिका श्वसन की कई रासायनिक प्रतिक्रियाएं रेडॉक्स प्रतिक्रियाएं हैं। ये सेलुलर पदार्थों के बीच परस्पर क्रिया हैं जिनमें शामिल हैं

रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला बनाती है इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला.

ऑक्सीकरण वाले रसायनों को कम करने वाले एजेंट हैं। वे इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार करते हैं और अपने इलेक्ट्रॉनों को लेकर अन्य पदार्थों को कम करते हैं। ये अन्य रसायन ऑक्सीकरण एजेंट हैं। वे रेडॉक्स रासायनिक प्रतिक्रिया में इलेक्ट्रॉनों का दान करते हैं और अन्य पक्षों को ऑक्सीकरण करते हैं।

जब रेडॉक्स रासायनिक प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला होती है, तो इलेक्ट्रॉनों को कई चरणों के माध्यम से पारित किया जा सकता है जब तक कि वे अंतिम कम करने वाले एजेंट के साथ संयुक्त नहीं हो जाते।

उन्नत जीवों या यूकेरियोट्स की कोशिकाओं में a. होता है नाभिक और कहा जाता है यूकेरियोटिक कोशिकाएं. इन उच्च स्तर की कोशिकाओं में भी छोटे होते हैं झिल्ली बाध्य माइटोकॉन्ड्रिया नामक संरचनाएं जो कोशिका के लिए ऊर्जा उत्पन्न करती हैं। माइटोकॉन्ड्रिया छोटे कारखानों की तरह हैं जो एटीपी अणुओं के रूप में ऊर्जा उत्पन्न करते हैं। इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला प्रतिक्रियाएं reactions के अंदर होती हैं माइटोकॉन्ड्रिया.

कोशिका के कार्य के आधार पर, कोशिकाओं में कम या ज्यादा माइटोकॉन्ड्रिया हो सकते हैं। मांसपेशियों की कोशिकाएं कभी-कभी हजारों होते हैं क्योंकि उन्हें बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है। पादप कोशिकाओं में माइटोकॉन्ड्रिया भी होते हैं; वे प्रकाश संश्लेषण के माध्यम से ग्लूकोज का उत्पादन करते हैं, और फिर इसका उपयोग सेलुलर श्वसन और अंततः माइटोकॉन्ड्रिया में इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में किया जाता है।

ईटीसी प्रतिक्रियाएं माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली पर और उसके पार होती हैं। एक अन्य कोशिका श्वसन प्रक्रिया, नीम्बू रस चक्र, माइटोकॉन्ड्रिया के अंदर होता है और ETC प्रतिक्रियाओं के लिए आवश्यक कुछ रसायनों को वितरित करता है। ईटीसी की विशेषताओं का उपयोग करता है आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली संश्लेषित करने के लिए एटीपी अणु.

माइटोकॉन्ड्रियन एक कोशिका से छोटा और बहुत छोटा होता है। इसे ठीक से देखने और इसकी संरचना का अध्ययन करने के लिए कई हजार गुना आवर्धन वाले इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप की आवश्यकता होती है। इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप से छवियों से पता चलता है कि माइटोकॉन्ड्रियन में एक चिकनी, लम्बी बाहरी झिल्ली होती है और a भारी मुड़ा हुआ भीतरी झिल्ली।

भीतरी झिल्ली की तहें उंगलियों के आकार की होती हैं और माइटोकॉन्ड्रिया के आंतरिक भाग में गहराई तक पहुँचती हैं। आंतरिक झिल्ली के अंदर एक तरल पदार्थ होता है जिसे मैट्रिक्स कहा जाता है, और आंतरिक और बाहरी झिल्ली के बीच एक चिपचिपा द्रव से भरा क्षेत्र होता है जिसे कहा जाता है इनतेरमेम्ब्रेन स्पेस.

साइट्रिक एसिड चक्र मैट्रिक्स में होता है, और यह ईटीसी द्वारा उपयोग किए जाने वाले कुछ यौगिकों का उत्पादन करता है। ईटीसी इन यौगिकों से इलेक्ट्रॉन लेता है और उत्पादों को साइट्रिक एसिड चक्र में वापस कर देता है। आंतरिक झिल्ली की तह इसे एक बड़ा सतह क्षेत्र देती है जिसमें इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला प्रतिक्रियाओं के लिए बहुत जगह होती है।

अधिकांश एकल कोशिका जीव प्रोकैरियोट्स हैं, जिसका अर्थ है कि कोशिकाओं में एक नाभिक की कमी होती है। इन प्रोकैरियोटिक कोशिकाओं में एक सरल संरचना होती है जिसमें कोशिका भित्ति और कोशिका के चारों ओर कोशिका झिल्ली होती है और यह नियंत्रित करती है कि कोशिका में क्या और बाहर जाता है। प्रोकैरियोटिक कोशिकाएं माइटोकॉन्ड्रिया और अन्य की कमी झल्ली बाध्य कोशिकांग. इसके बजाय, सेल ऊर्जा उत्पादन पूरे सेल में होता है।

कुछ प्रोकैरियोटिक कोशिकाएं जैसे हरी शैवाल ग्लूकोज का उत्पादन कर सकती हैं प्रकाश संश्लेषण, जबकि अन्य ऐसे पदार्थ ग्रहण करते हैं जिनमें ग्लूकोज़ होता है। ग्लूकोज को तब सेल श्वसन के माध्यम से सेल ऊर्जा उत्पादन के लिए भोजन के रूप में उपयोग किया जाता है।

चूंकि इन कोशिकाओं में माइटोकॉन्ड्रिया नहीं होता है, सेल श्वसन के अंत में ईटीसी प्रतिक्रिया कोशिका की दीवार के अंदर स्थित कोशिका झिल्ली पर और उसके पार होनी चाहिए।

ईटीसी साइट्रिक एसिड चक्र द्वारा उत्पादित रसायनों से उच्च ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों का उपयोग करता है और उन्हें चार चरणों के माध्यम से निम्न ऊर्जा स्तर तक ले जाता है। इन रासायनिक प्रतिक्रियाओं से ऊर्जा का उपयोग किया जाता है पंप प्रोटॉन एक झिल्ली के पार। ये प्रोटॉन फिर झिल्ली के माध्यम से वापस फैल जाते हैं।

प्रोकैरियोटिक कोशिकाओं के लिए, कोशिका के चारों ओर कोशिका झिल्ली में प्रोटीन पंप किए जाते हैं। माइटोकॉन्ड्रिया के साथ यूकेरियोटिक कोशिकाओं के लिए, प्रोटॉन को मैट्रिक्स से इंटरमेम्ब्रेन स्पेस में आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली में पंप किया जाता है।

रासायनिक इलेक्ट्रॉन दाताओं में शामिल हैं नाधी तथा FADH जबकि अंतिम इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता ऑक्सीजन है। रसायन एनएडी और एफएडी को साइट्रिक एसिड चक्र में वापस दिया जाता है जबकि ऑक्सीजन हाइड्रोजन के साथ मिलकर पानी बनाता है।

झिल्ली में पंप किए गए प्रोटॉन a. बनाते हैं प्रोटॉन ढाल. ढाल एक प्रोटॉन-प्रेरक बल उत्पन्न करता है जो प्रोटॉन को झिल्ली के माध्यम से वापस जाने की अनुमति देता है। यह प्रोटॉन आंदोलन एटीपी सिंथेज़ को सक्रिय करता है और एटीपी अणुओं को बनाता है एडीपी. समग्र रासायनिक प्रक्रिया कहलाती है ऑक्सीडेटिव फाृॉस्फॉरिलेशन.

चार रासायनिक परिसर इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला बनाते हैं। उनके निम्नलिखित कार्य हैं:

• कॉम्प्लेक्स I मैट्रिक्स से इलेक्ट्रॉन दाता एनएडीएच लेता है और झिल्ली में प्रोटॉन पंप करने के लिए ऊर्जा का उपयोग करते हुए इलेक्ट्रॉनों को श्रृंखला के नीचे भेजता है।
• कॉम्प्लेक्स II श्रृंखला में अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों की आपूर्ति के लिए FADH का उपयोग इलेक्ट्रॉन दाता के रूप में करता है।
• कॉम्प्लेक्स III इलेक्ट्रॉनों को साइटोक्रोम नामक एक मध्यवर्ती रसायन में भेजता है और झिल्ली में अधिक प्रोटॉन पंप करता है।
• कॉम्प्लेक्स IV साइटोक्रोम से इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करता है और उन्हें आधे ऑक्सीजन अणु में भेजता है जो दो हाइड्रोजन परमाणुओं के साथ मिलकर एक पानी का अणु बनाता है।

इस प्रक्रिया के अंत में, झिल्ली में प्रत्येक जटिल पंपिंग प्रोटॉन द्वारा प्रोटॉन ढाल का उत्पादन किया जाता है। परिणामस्वरूप प्रोटॉन अभिप्रेरक बल एटीपी सिंथेज़ अणुओं के माध्यम से झिल्ली के माध्यम से प्रोटॉन खींचता है।

जैसे ही वे माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स या प्रोकैरियोटिक कोशिका के आंतरिक भाग में जाते हैं, की क्रिया प्रोटॉन एटीपी सिंथेज़ अणु को फॉस्फेट समूह को एडीपी या एडेनोसिन डिपोस्फेट में जोड़ने की अनुमति देता है अणु एडीपी एटीपी या एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट बन जाता है, और ऊर्जा अतिरिक्त फॉस्फेट बंधन में जमा हो जाती है।

तीन सेलुलर श्वसन चरणों में से प्रत्येक में महत्वपूर्ण सेल प्रक्रियाएं शामिल होती हैं, लेकिन ईटीसी अब तक का सबसे अधिक एटीपी पैदा करता है। चूंकि ऊर्जा उत्पादन कोशिका श्वसन के प्रमुख कार्यों में से एक है, एटीपी उस दृष्टिकोण से सबसे महत्वपूर्ण चरण है।

जहां ETC तक का उत्पादन करता है एटीपी. के 34 अणु एक ग्लूकोज अणु के उत्पादों से, साइट्रिक एसिड चक्र दो पैदा करता है, और ग्लाइकोलाइसिस चार एटीपी अणु पैदा करता है लेकिन उनमें से दो का उपयोग करता है।

ईटीसी का अन्य प्रमुख कार्य उत्पादन करना है नाडी तथा सनक पहले दो रासायनिक परिसरों में NADH और FADH से। ईटीसी कॉम्प्लेक्स I और कॉम्प्लेक्स II में प्रतिक्रियाओं के उत्पाद एनएडी और एफएडी अणु हैं जो साइट्रिक एसिड चक्र में आवश्यक हैं।

नतीजतन, साइट्रिक एसिड चक्र ईटीसी पर निर्भर है। चूंकि ईटीसी केवल ऑक्सीजन की उपस्थिति में हो सकता है, जो अंतिम इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता के रूप में कार्य करता है, सेल श्वसन चक्र केवल तभी पूरी तरह से संचालित हो सकता है जब जीव ऑक्सीजन लेता है।

सभी उन्नत जीवों को जीवित रहने के लिए ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है। कुछ जानवर हवा से ऑक्सीजन में सांस लेते हैं जबकि जलीय जंतु हो सकते हैं गलफड़ा या उनके माध्यम से ऑक्सीजन को अवशोषित करते हैं खाल.

उच्च जानवरों में, लाल रक्त कोशिकाएं ऑक्सीजन को अवशोषित करती हैं फेफड़ों और इसे शरीर में ले जाते हैं। धमनियां और फिर छोटी केशिकाएं पूरे शरीर के ऊतकों में ऑक्सीजन वितरित करती हैं।

चूंकि माइटोकॉन्ड्रिया पानी बनाने के लिए ऑक्सीजन का उपयोग करते हैं, ऑक्सीजन लाल रक्त कोशिकाओं से फैलती है। ऑक्सीजन के अणु कोशिका झिल्लियों में और कोशिका के आंतरिक भाग में यात्रा करते हैं। जैसे-जैसे मौजूदा ऑक्सीजन अणुओं का उपयोग किया जाता है, नए अणु उनकी जगह लेते हैं।

जब तक पर्याप्त ऑक्सीजन मौजूद है, माइटोकॉन्ड्रिया कोशिका को आवश्यक सभी ऊर्जा की आपूर्ति कर सकता है।

ग्लूकोज है a कार्बोहाइड्रेट जो ऑक्सीकृत होने पर कार्बन डाइऑक्साइड और पानी पैदा करता है। इस प्रक्रिया के दौरान, इलेक्ट्रॉनों को इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में खिलाया जाता है।

हाइड्रोजन आयनों के परिवहन के लिए माइटोकॉन्ड्रियल या कोशिका झिल्ली में प्रोटीन परिसरों द्वारा इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह का उपयोग किया जाता है, एच+, झिल्लियों के पार। झिल्ली के बाहर अधिक हाइड्रोजन आयनों की उपस्थिति अंदर से अधिक बनाती है a पीएच असंतुलन झिल्ली के बाहर अधिक अम्लीय घोल के साथ।

पीएच को संतुलित करने के लिए, हाइड्रोजन आयन एटीपी सिंथेज़ प्रोटीन कॉम्प्लेक्स के माध्यम से झिल्ली में वापस प्रवाहित होते हैं, जिससे एटीपी अणुओं का निर्माण होता है। इलेक्ट्रॉनों से एकत्रित रासायनिक ऊर्जा को हाइड्रोजन आयन ढाल में संग्रहीत ऊर्जा के विद्युत रासायनिक रूप में बदल दिया जाता है।

जब एटीपी सिंथेज़ कॉम्प्लेक्स के माध्यम से हाइड्रोजन आयनों या प्रोटॉन के प्रवाह के माध्यम से विद्युत रासायनिक ऊर्जा जारी की जाती है, तो इसे बदल दिया जाता है जैव रासायनिक ऊर्जा एटीपी के रूप में।

ईटीसी प्रतिक्रियाएं सेल को अपने आंदोलन, प्रजनन और अस्तित्व में उपयोग करने के लिए ऊर्जा का उत्पादन और भंडारण करने का एक अत्यधिक कुशल तरीका है। जब प्रतिक्रियाओं की श्रृंखला में से एक को अवरुद्ध कर दिया जाता है, तो ईटीसी अब कार्य नहीं करता है, और उस पर भरोसा करने वाली कोशिकाएं मर जाती हैं।

कुछ प्रोकैरियोट्स के पास अंतिम इलेक्ट्रॉन के रूप में ऑक्सीजन के अलावा अन्य पदार्थों का उपयोग करके ऊर्जा उत्पादन के वैकल्पिक तरीके हैं स्वीकर्ता, लेकिन यूकेरियोटिक कोशिकाएं अपनी ऊर्जा के लिए ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण और इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला पर निर्भर करती हैं जरूरत है।

पदार्थ जो ईटीसी क्रिया को बाधित कर सकते हैं ब्लॉक रेडॉक्स प्रतिक्रियाएं, प्रोटॉन स्थानांतरण को रोकना या प्रमुख एंजाइमों को संशोधित करना। यदि एक रेडॉक्स चरण अवरुद्ध हो जाता है, तो इलेक्ट्रॉनों का स्थानांतरण रुक जाता है और ऑक्सीकरण ऑक्सीजन के अंत में उच्च स्तर तक पहुंच जाता है जबकि श्रृंखला की शुरुआत में और कमी होती है।

जब प्रोटॉन को झिल्ली में स्थानांतरित नहीं किया जा सकता है या एटीपी सिंथेज़ जैसे एंजाइम खराब हो जाते हैं, एटीपी का उत्पादन बंद हो जाता है।

किसी भी मामले में, कोशिका कार्य टूट जाते हैं और कोशिका मर जाती है।

पौधे आधारित पदार्थ जैसे रोटेनोन, यौगिक जैसे साइनाइड और एंटीबायोटिक्स जैसे एंटीमाइसीन ईटीसी प्रतिक्रिया को बाधित करने और लक्षित कोशिका मृत्यु लाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

उदाहरण के लिए, रोटेनोन का उपयोग कीटनाशक के रूप में किया जाता है, और एंटीबायोटिक दवाओं का उपयोग बैक्टीरिया को मारने के लिए किया जाता है। जब जीव प्रसार और वृद्धि को नियंत्रित करने की आवश्यकता होती है, तो ईटीसी को हमले के एक मूल्यवान बिंदु के रूप में देखा जा सकता है। इसके कार्य को बाधित करने से कोशिका को उस ऊर्जा से वंचित कर दिया जाता है जिसकी उसे आवश्यकता होती है।