कोशिकीय श्वसन की परिभाषा कोशिकीय श्वसन वह प्रक्रिया है जिसके माध्यम से कोशिकाएं शर्करा को ऊर्जा में परिवर्तित करती हैं। बिजली सेलुलर प्रतिक्रियाओं के लिए एटीपी और ऊर्जा के अन्य रूपों को बनाने के लिए, कोशिकाओं को ईंधन और एक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता की आवश्यकता होती है जो ऊर्जा को एक उपयोगी रूप में बदलने की रासायनिक प्रक्रिया को संचालित करता है।
सेलुलर श्वसन अवलोकन
यूकेरियोट्स, जिसमें सभी बहुकोशिकीय जीव और कुछ एकल-कोशिका वाले जीव शामिल हैं, ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए एरोबिक श्वसन का उपयोग करते हैं। एरोबिक श्वसन ऑक्सीजन का उपयोग करता है – प्रकृति में उपलब्ध सबसे शक्तिशाली इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता।एरोबिक श्वसन एक अत्यंत कुशल प्रक्रिया है जो यूकेरियोट्स को जटिल जीवन कार्यों और सक्रिय जीवनशैली की अनुमति देती है। हालांकि, इसका मतलब यह भी है कि उन्हें ऑक्सीजन की निरंतर आपूर्ति की आवश्यकता होती है, या वे जीवित रहने के लिए ऊर्जा प्राप्त करने में असमर्थ होंगे।
प्रोकेरियोटिक जीव जैसे बैक्टीरिया और अर्चबैक्टेरिया श्वसन के अन्य रूपों का उपयोग कर सकते हैं, जो कुछ हद तक कम कुशल हैं। यह उन्हें ऐसे वातावरण में रहने की अनुमति देता है जहां यूकेरियोटिक जीव नहीं कर सकते थे, क्योंकि उन्हें ऑक्सीजन की आवश्यकता नहीं होती है।
जीवों द्वारा शर्करा को कैसे तोड़ा जाता है, इसके लिए विभिन्न मार्गों के उदाहरण हैं
सेलुलर श्वसन समीकरण
एरोबिक श्वसन समीकरण
एरोबिक श्वसन के लिए समीकरण कार्बन डाइऑक्साइड, पानी और एटीपी के उत्पादन के लिए ऑक्सीजन और एडीपी के साथ संयुक्त ग्लूकोज दिखाता है:
C6H12O6 (ग्लूकोज) + 6O2 + 36 ADP (कम एटीपी) + 36 Pi (फॉस्फेट समूह) → 6CO2 + 6H2O + 36 ATP
आप देख सकते हैं कि एक बार जब यह पूरी तरह से टूट जाता है, तो ग्लूकोज के कार्बन अणुओं को कार्बन डाइऑक्साइड के छह अणुओं के रूप में उत्सर्जित किया जाता है।
लैक्टिक एसिड किण्वन समीकरण
लैक्टिक एसिड किण्वन में, ग्लूकोज का एक अणु लैक्टिक एसिड के दो अणुओं में टूट जाता है। रासायनिक ऊर्जा जो टूटे हुए ग्लूकोज बॉन्ड में संग्रहीत की गई थी, उसे ADP और फॉस्फेट समूह के बीच के बॉन्ड में स्थानांतरित कर दिया गया है।
C6H12O6 (ग्लूकोज) + 2 एडीपी (कम एटीपी) + 2 पाई (फॉस्फेट समूह) → 2 CH3CHOHCOOH (लैक्टिक एसिड) + 2 एटीपी
मादक किण्वन समीकरण
शराब किण्वन लैक्टिक एसिड किण्वन के समान है कि ऑक्सीजन अंतिम इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता नहीं है। यहां, ऑक्सीजन के बजाय, कोशिका अंतिम इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार करने के लिए पाइरूवेट के एक परिवर्तित रूप का उपयोग करती है। यह एथिल अल्कोहल बनाता है, जो कि मादक पेय पदार्थों में पाया जाता है। शराब बनाने के लिए ब्रूअर और डिस्टिलर खमीर कोशिकाओं का उपयोग करते हैं, जो किण्वन के इस रूप में बहुत अच्छे हैं।
C6H12O6 (ग्लूकोज) + 2 ADP (कम एटीपी) + 2 पाई (फॉस्फेट समूह) → 2 C2H5OH (एथिल अल्कोहल) + 2 CO2 + 2 एटीपी
चरण 1
ग्लाइकोलाइसिस एकमात्र कदम है जो सभी प्रकार के श्वसन द्वारा साझा किया जाता है। ग्लाइकोलाइसिस में, एक चीनी अणु जैसे ग्लूकोज आधे में विभाजित होता है, एटीपी के दो अणु पैदा करता है।
ग्लाइकोलाइसिस के लिए समीकरण है:
C6H12O6 (ग्लूकोज) + 2 एनएडी + 2 एडीपी + 2 पाई → 2 CH3COCOOAD + 2 एनएडीएच + 2 एटीपी + 2 एच 2 ओ + 2 एच +
“ग्लाइकोलाइसिस” नाम “स्प्लिट” के लिए ग्रीक “ग्लाको”, “शुगर” और “लिसीस” से आता है। इससे आपको यह याद रखने में मदद मिल सकती है कि ग्लाइकोलाइसिस यह एक शुगर को विभाजित करने की प्रक्रिया है।
अधिकांश मार्गों में, ग्लाइकोलाइसिस ग्लूकोज से शुरू होता है, जिसे बाद में पाइरुविक एसिड के दो अणुओं में विभाजित किया जाता है। पाइरुविक एसिड के इन दो अणुओं को फिर एथिल अल्कोहल या लैक्टिक एसिड जैसे विभिन्न अंत उत्पादों को बनाने के लिए आगे संसाधित किया जाता है।
चरण 2
रिडक्शन प्रक्रिया का अगला भाग है। रासायनिक शब्दों में, एक अणु को “कम” करने का अर्थ है कि इसमें इलेक्ट्रॉनों को जोड़ना।
लैक्टिक एसिड किण्वन के मामले में, एनएडीएच पाइरुविक एसिड के लिए एक इलेक्ट्रॉन दान करता है, जिसके परिणामस्वरूप लैक्टिक एसिड और एनएडी + के अंतिम उत्पाद होते हैं। यह कोशिका के लिए मददगार है क्योंकि NAD + ग्लाइकोलाइसिस के लिए आवश्यक है। मादक किण्वन के मामले में, पाइरुविक एसिड एक अतिरिक्त कदम से गुजरता है जिसमें यह CO2 के रूप में कार्बन का एक परमाणु खो देता है। परिणामस्वरूप मध्यवर्ती अणु, जिसे एसिटाल्डिहाइड कहा जाता है, को फिर एनएडी + प्लस एथिल अल्कोहल का उत्पादन करने के लिए कम किया जाता है।
चरण 3
एरोबिक श्वसन इन प्रक्रियाओं को दूसरे स्तर पर ले जाता है। क्रेब्स चक्र के मध्यवर्ती को सीधे कम करने के बजाय, एरोबिक श्वसन अंतिम इलेक्ट्रॉन रिसेप्टर के रूप में ऑक्सीजन का उपयोग करता है। लेकिन पहले, इलेक्ट्रॉन वाहक और प्रोटॉन इलेक्ट्रॉन वाहक (जैसे NADH) से बंधे होते हैं, इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के माध्यम से संसाधित होते हैं। माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली के भीतर प्रोटीन की यह श्रृंखला प्रोटॉन को झिल्ली के एक तरफ पंप करने के लिए इन इलेक्ट्रॉनों से ऊर्जा का उपयोग करती है। यह एक इलेक्ट्रोमोटिव बल बनाता है, जिसका उपयोग प्रोटीन कॉम्प्लेक्स एटीपी सिन्थेज फॉस्फोराइलेट एटीडी बनाने वाले एटीडी अणुओं की एक बड़ी संख्या द्वारा किया जाता है।
सेलुलर श्वसन के उत्पाद
एटीपी
किसी भी कोशिकीय श्वसन का मुख्य उत्पाद अणु एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (एटीपी) है। यह अणु श्वसन के दौरान जारी ऊर्जा को संग्रहीत करता है और कोशिका को इस ऊर्जा को कोशिका के विभिन्न भागों में स्थानांतरित करने की अनुमति देता है। एटीपी का उपयोग कई सेलुलर घटकों द्वारा ऊर्जा के स्रोत के रूप में किया जाता है। उदाहरण के लिए, एक एंजाइम को दो अणुओं को मिलाने के लिए एटीपी से ऊर्जा की आवश्यकता हो सकती है। एटीपी का उपयोग आमतौर पर ट्रांसपोर्टरों पर भी किया जाता है, जो प्रोटीन होते हैं जो सेल झिल्ली में अणुओं को स्थानांतरित करने का कार्य करते हैं।
कार्बन डाइऑक्साइड
कार्बन डाइऑक्साइड सेलुलर श्वसन द्वारा निर्मित एक सार्वभौमिक उत्पाद है। आमतौर पर, कार्बन डाइऑक्साइड को एक बेकार उत्पाद माना जाता है और इसे हटा दिया जाना चाहिए। एक जलीय घोल में कार्बन डाइऑक्साइड अम्लीय आयन बनाता है। यह सेल के पीएच को काफी कम कर सकता है, और अंततः सामान्य सेलुलर कार्यों को बंद कर देगा। इससे बचने के लिए, कोशिकाओं को सक्रिय रूप से कार्बन डाइऑक्साइड को निष्कासित करना चाहिए।
अन्य उत्पाद
जबकि एटीपी और कार्बन डाइऑक्साइड नियमित रूप से कोशिकीय श्वसन के सभी रूपों द्वारा निर्मित होते हैं, विभिन्न प्रकार के श्वसन विभिन्न अणुओं पर निर्भर करते हैं जो प्रक्रिया में प्रयुक्त इलेक्ट्रॉनों के अंतिम स्वीकारकर्ता होते हैं।
सेलुलर श्वसन का उद्देश्य
सभी कोशिकाओं को अपने जीवन कार्यों को पूरा करने के लिए ऊर्जा प्राप्त करने और परिवहन करने में सक्षम होने की आवश्यकता है। कोशिकाओं को जीवित रहने के लिए, उन्हें आवश्यक मशीनरी का संचालन करने में सक्षम होना चाहिए, जैसे कि उनके सेल झिल्ली में पंप जो सेल के आंतरिक वातावरण को एक तरह से बनाए रखते हैं जो जीवन के लिए उपयुक्त है।कोशिकाओं का सबसे आम “ऊर्जा मुद्रा” एटीपी है – एक अणु जो अपने फॉस्फेट बांडों में बहुत अधिक ऊर्जा संग्रहीत करता है। इन बांडों को उस ऊर्जा को जारी करने और अन्य अणुओं में परिवर्तन लाने के लिए तोड़ा जा सकता है, जैसे कि सेल झिल्ली पंपों को बिजली की आवश्यकता होती है।
क्योंकि एटीपी लंबे समय तक स्थिर नहीं होता है, इसलिए इसका उपयोग लंबे समय तक ऊर्जा भंडारण के लिए नहीं किया जाता है। इसके बजाय, शर्करा और वसा को भंडारण के दीर्घकालिक रूप के रूप में उपयोग किया जाता है, और कोशिकाओं को लगातार उन अणुओं को नए एटीपी के उत्पादन के लिए संसाधित करना चाहिए। यह श्वसन की प्रक्रिया है।एरोबिक श्वसन की प्रक्रिया चीनी के प्रत्येक अणु से एटीपी की एक बड़ी मात्रा का उत्पादन करती है। वास्तव में, एक पौधे या पशु कोशिका द्वारा पचने वाली चीनी के प्रत्येक अणु में एटीपी के 36 अणु उत्पन्न होते हैं! तुलना करके, किण्वन आमतौर पर एटीपी के 2-4 अणुओं का उत्पादन करता है।
बैक्टीरिया और आर्कबैक्टीरिया द्वारा उपयोग की जाने वाली एनारोबिक श्वसन प्रक्रिया में एटीपी की कम मात्रा होती है, लेकिन वे ऑक्सीजन के बिना जगह ले सकते हैं। नीचे, हम चर्चा करेंगे कि विभिन्न प्रकार के सेलुलर श्वसन एटीपी का उत्पादन कैसे करते हैं।
सेलुलर श्वसन के प्रकार
एरोबिक श्वसन
यूकेरियोटिक जीव अपने माइटोकॉन्ड्रिया में कोशिकीय श्वसन करते हैं – ऐसे अंग जो शर्करा को तोड़ने और एटीपी को बहुत कुशलता से तैयार करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। माइटोकॉन्ड्रिया को अक्सर “सेल का पावरहाउस” कहा जाता है क्योंकि वे बहुत एटीपी का उत्पादन करने में सक्षम होते हैं!एरोबिक श्वसन इतना कुशल है क्योंकि ऑक्सीजन प्रकृति में पाया जाने वाला सबसे शक्तिशाली इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता है। ऑक्सीजन “इलेक्ट्रॉनों” को प्यार करता है – और इलेक्ट्रॉनों के अपने प्यार “माइटोकॉन्ड्रिया के इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के माध्यम से उन्हें” खींचता है।
माइटोकॉन्ड्रिया की विशेष शारीरिक रचना – जो सेल के भीतर एक छोटे, झिल्ली-बाउंड स्पेस में सेलुलर श्वसन के लिए सभी आवश्यक अभिकारकों को एक साथ लाती है – यह एरोबिक श्वसन की उच्च दक्षता में भी योगदान देता है।ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में, अधिकांश यूकेरियोटिक कोशिकाएं विभिन्न प्रकार के अवायवीय श्वसन भी कर सकती हैं, जैसे कि लैक्टिक एसिड किण्वन। हालांकि, ये प्रक्रियाएं सेल के जीवन कार्यों को बनाए रखने के लिए पर्याप्त एटीपी का उत्पादन नहीं करती हैं, और ऑक्सीजन के बिना, कोशिकाएं अंततः मर जाएंगी या कार्य करना बंद कर देंगी।
किण्वन
किण्वन कई अलग-अलग प्रकार के अवायवीय श्वसनों को दिया गया नाम है, जो विभिन्न प्रजातियों के बैक्टीरिया और आर्कबैक्टीरिया, और कुछ यूकेरियोटिक कोशिकाओं द्वारा ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में किए जाते हैं।ये प्रक्रिया विभिन्न प्रकार के इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता का उपयोग कर सकती है और कई प्रकार के बायप्रोडक्ट का उत्पादन कर सकती है। किण्वन के कुछ प्रकार हैं:
एल्कोहलिक किण्वन – खमीर कोशिकाओं और कुछ अन्य कोशिकाओं द्वारा निष्पादित किण्वन के इस प्रकार, चीनी को मेटाबोलाइज़ करता है और अल्कोहल और कार्बन डाइऑक्साइड का उत्पादन करता है। यही कारण है कि बियर फीकी होती है: किण्वन के दौरान, उनके खमीर कार्बन डाइऑक्साइड गैस दोनों को छोड़ते हैं, जो बुलबुले और एथिल अल्कोहल बनाते हैं।
लैक्टिक एसिड किण्वन – इस प्रकार की किण्वन मानव मांसपेशियों की कोशिकाओं द्वारा ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में, और कुछ बैक्टीरिया द्वारा किया जाता है। लैक्टिक एसिड किण्वन वास्तव में मनुष्यों द्वारा दही बनाने के लिए उपयोग किया जाता है। दही बनाने के लिए दूध में हानिरहित बैक्टीरिया उगाए जाते हैं। इन बैक्टीरिया द्वारा उत्पादित लैक्टिक एसिड दही को अपने विशिष्ट तीखे-खट्टे स्वाद देता है और दूध प्रोटीन के साथ प्रतिक्रिया करके एक मोटी, मलाईदार बनावट भी बनाता है।
प्रोप्रोनिक एसिड किण्वन – इस प्रकार की किण्वन कुछ बैक्टीरिया द्वारा किया जाता है, और इसका उपयोग स्विस पनीर बनाने के लिए किया जाता है। प्रोप्रोनिक एसिड स्विस पनीर के विशिष्ट तेज, अखरोट के स्वाद के लिए जिम्मेदार है। इन जीवाणुओं द्वारा निर्मित गैस बुलबुले पनीर में पाए जाने वाले छिद्रों के लिए जिम्मेदार होते हैं।
एसिटोजेनेसिस – एसिटोजेनेसिस बैक्टीरिया द्वारा किया जाने वाला एक प्रकार का किण्वन है, जो एसिटिक एसिड को इसके उपोत्पाद के रूप में पैदा करता है। एसिटिक एसिड सिरका में विशिष्ट घटक है जो इसे अपने तेज, खट्टा स्वाद और गंध देता है। दिलचस्प बात यह है कि जो बैक्टीरिया एसिटिक एसिड का उत्पादन करते हैं, वे एथिल अल्कोहल को अपने ईंधन के रूप में उपयोग करते हैं। इसका मतलब यह है कि सिरका का उत्पादन करने के लिए, एक चीनी युक्त घोल को पहले खमीर के साथ अल्कोहल का उत्पादन करने के लिए किण्वित किया जाना चाहिए, फिर अल्कोहल के साथ किण्वित किया जाता है जो शराब को एसिटिक एसिड में बदल देता है!
methanogenesis
मेथनोजेनेसिस एक अद्वितीय प्रकार का अवायवीय श्वसन है जो केवल आर्कबैक्टेरिया द्वारा किया जा सकता है। मिथेनोजेनेसिस में, कार्बन डाइऑक्साइड और मीथेन के उत्पादन के लिए एक ईंधन स्रोत कार्बोहाइड्रेट टूट गया है।मेथनोजेनेसिस मनुष्यों, गायों और कुछ अन्य जानवरों के पाचन तंत्र में कुछ सहजीवी बैक्टीरिया द्वारा किया जाता है। इनमें से कुछ बैक्टीरिया सेलूलोज़ को पचाने में सक्षम हैं, एक चीनी जो पौधों में पाया जाता है जो सेलुलर श्वसन के माध्यम से टूट नहीं सकता है। सहजीवी जीवाणु गायों और अन्य जानवरों को इन अन्यथा अप्राप्य शर्करा से कुछ ऊर्जा प्राप्त करने की अनुमति देते हैं!
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