हमारी प्रत्येक गति या विचार के लिए शरीर से ऊर्जा की आवश्यकता होती है। यह बल शरीर की प्रत्येक कोशिका द्वारा संचित होता है और मैक्रोर्जिक बंधों की सहायता से इसे जैव-अणुओं में संचित करता है। यह बैटरी के अणु हैं जो सभी जीवन प्रक्रियाओं को प्रदान करते हैं। कोशिकाओं के भीतर ऊर्जा का निरंतर आदान-प्रदान ही जीवन को निर्धारित करता है। मैक्रोर्जिक बॉन्ड वाले ये बायोमोलेक्यूल्स क्या हैं, ये कहां से आते हैं और हमारे शरीर की हर कोशिका में इनकी ऊर्जा का क्या होता है - इस पर लेख में चर्चा की गई है।
जैविक मध्यस्थ
किसी भी जीव में, ऊर्जा पैदा करने वाले एजेंट से जैविक ऊर्जा उपभोक्ता तक ऊर्जा सीधे नहीं जाती है। जब खाद्य उत्पादों के इंट्रामोल्युलर बॉन्ड टूट जाते हैं, तो रासायनिक यौगिकों की संभावित ऊर्जा निकलती है, जो इंट्रासेल्युलर एंजाइमेटिक सिस्टम के उपयोग की क्षमता से कहीं अधिक है। यही कारण है कि जैविक प्रणालियों में संभावित रसायनों की रिहाई क्रमिक रूप से ऊर्जा में उनके क्रमिक परिवर्तन और मैक्रोर्जिक यौगिकों और बांडों में इसके संचय के साथ होती है। और यह जैव-अणु हैं जो ऊर्जा के ऐसे संचय में सक्षम हैं जिन्हें उच्च-ऊर्जा कहा जाता है।
मैक्रोर्जिक किसे कहते हैं?
12.5 kJ/mol का मुक्त ऊर्जा स्तर, जो एक रासायनिक बंधन के निर्माण या क्षय के दौरान बनता है, सामान्य माना जाता है। जब कुछ पदार्थों के जल-अपघटन के दौरान 21 kJ/mol से अधिक मुक्त ऊर्जा बनती है, तो इसे मैक्रोर्जिक बांड कहा जाता है। उन्हें टिल्ड प्रतीक - ~ द्वारा निरूपित किया जाता है। भौतिक रसायन विज्ञान के विपरीत, जहां एक मैक्रोर्जिक बंधन का अर्थ है परमाणुओं का एक सहसंयोजक बंधन, जीव विज्ञान में उनका मतलब प्रारंभिक एजेंटों की ऊर्जा और उनके क्षय उत्पादों के बीच का अंतर है। अर्थात्, ऊर्जा परमाणुओं के एक विशिष्ट रासायनिक बंधन में स्थानीयकृत नहीं होती है, बल्कि संपूर्ण प्रतिक्रिया की विशेषता होती है। जैव रसायन में, वे रासायनिक संयुग्मन और एक मैक्रोर्जिक यौगिक के निर्माण के बारे में बात करते हैं।
सार्वभौम जैव ऊर्जा स्रोत
हमारे ग्रह पर सभी जीवित जीवों में ऊर्जा भंडारण का एक सार्वभौमिक तत्व है - यह मैक्रोर्जिक बंधन एटीपी - एडीपी - एएमपी (एडेनोसिन ट्राई, डी, मोनोफॉस्फोरिक एसिड) है। ये बायोमोलेक्यूल्स हैं जिनमें एक नाइट्रोजन युक्त एडेनिन बेस होता है जो एक राइबोज कार्बोहाइड्रेट और संलग्न फॉस्फोरिक एसिड अवशेषों से जुड़ा होता है। पानी और एक प्रतिबंध एंजाइम की क्रिया के तहत, एक एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट अणु (C10H16N5 O 13P3) एक एडीनोसिन डाइफोस्फोरिक एसिड अणु और ऑर्थोफॉस्फेट एसिड में विघटित हो सकता है। इस प्रतिक्रिया के साथ 30.5 kJ/mol की कोटि की मुक्त ऊर्जा निकलती है। हमारे शरीर की हर कोशिका में सभी जीवन प्रक्रियाएं तब होती हैं जब ऊर्जा एटीपी में जमा हो जाती है और टूटने पर इसका उपयोग किया जाता है।ऑर्थोफोस्फोरिक एसिड अवशेषों के बीच बंधन।
दाता और स्वीकर्ता
उच्च-ऊर्जा यौगिकों में लंबे नाम वाले पदार्थ भी शामिल होते हैं जो हाइड्रोलिसिस प्रतिक्रियाओं में एटीपी अणु बना सकते हैं (उदाहरण के लिए, पाइरोफॉस्फोरिक और पाइरुविक एसिड, स्यूसिनिल कोएंजाइम, राइबोन्यूक्लिक एसिड के एमिनोएसिल डेरिवेटिव)। इन सभी यौगिकों में फास्फोरस (पी) और सल्फर (एस) परमाणु होते हैं, जिनके बीच उच्च ऊर्जा बंधन होते हैं। यह वह ऊर्जा है जो एटीपी (दाता) में उच्च-ऊर्जा बंधन के टूटने पर निकलती है जो कोशिका द्वारा अपने स्वयं के कार्बनिक यौगिकों के संश्लेषण के दौरान अवशोषित होती है। और साथ ही, मैक्रोमोलेक्यूल्स के हाइड्रोलिसिस के दौरान जारी ऊर्जा (स्वीकर्ता) के संचय के साथ इन बांडों के भंडार को लगातार भर दिया जाता है। मानव शरीर की प्रत्येक कोशिका में, ये प्रक्रिया माइटोकॉन्ड्रिया में होती है, जबकि एटीपी के अस्तित्व की अवधि 1 मिनट से भी कम होती है। दिन के दौरान, हमारा शरीर लगभग 40 किलोग्राम एटीपी का संश्लेषण करता है, जो प्रत्येक क्षय के 3 हजार चक्र तक जाता है। और किसी भी समय हमारे शरीर में लगभग 250 ग्राम एटीपी मौजूद होता है।
उच्च ऊर्जा जैव अणुओं के कार्य
मैक्रोमोलेक्यूलर यौगिकों के अपघटन और संश्लेषण की प्रक्रियाओं में ऊर्जा के दाता और स्वीकर्ता के कार्य के अलावा, एटीपी अणु कोशिकाओं में कई अन्य महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। मैक्रोर्जिक बॉन्ड को तोड़ने की ऊर्जा का उपयोग गर्मी पैदा करने, यांत्रिक कार्य, बिजली के संचय और ल्यूमिनेसिसेंस की प्रक्रियाओं में किया जाता है। उसी समय, परिवर्तनरासायनिक बंधों की ऊर्जा एक ही समय में थर्मल, इलेक्ट्रिकल, मैकेनिकल में एटीपी के बाद के भंडारण के साथ उसी मैक्रो-एनर्जी बॉन्ड में ऊर्जा विनिमय के एक चरण के रूप में कार्य करती है। कोशिका में इन सभी प्रक्रियाओं को प्लास्टिक और ऊर्जा विनिमय (आकृति में आरेख) कहा जाता है। एटीपी अणु भी कोएंजाइम के रूप में कार्य करते हैं, कुछ एंजाइमों की गतिविधि को नियंत्रित करते हैं। इसके अलावा, एटीपी एक मध्यस्थ भी हो सकता है, तंत्रिका कोशिकाओं के synapses में एक सिग्नलिंग एजेंट।
कोशिका में ऊर्जा और पदार्थ का प्रवाह
इस प्रकार, कोशिका में एटीपी पदार्थ के आदान-प्रदान में एक केंद्रीय और मुख्य स्थान रखता है। ऐसी बहुत सी प्रतिक्रियाएं हैं जिनके माध्यम से एटीपी उत्पन्न होता है और टूट जाता है (ऑक्सीडेटिव और सब्सट्रेट फॉस्फोराइलेशन, हाइड्रोलिसिस)। इन अणुओं के संश्लेषण की जैव रासायनिक प्रतिक्रियाएं प्रतिवर्ती होती हैं, कुछ शर्तों के तहत, उन्हें कोशिकाओं में संश्लेषण या क्षय की दिशा में स्थानांतरित कर दिया जाता है। इन प्रतिक्रियाओं के मार्ग पदार्थों के परिवर्तनों की संख्या, ऑक्सीडेटिव प्रक्रियाओं के प्रकार और ऊर्जा-आपूर्ति और ऊर्जा-खपत प्रतिक्रियाओं के संयुग्मन के तरीकों में भिन्न होते हैं। प्रत्येक प्रक्रिया में एक विशेष प्रकार के "ईंधन" और इसकी दक्षता सीमाओं के प्रसंस्करण के लिए स्पष्ट अनुकूलन होते हैं।
प्रदर्शन मूल्यांकन
बायोसिस्टम में ऊर्जा रूपांतरण की दक्षता के संकेतक छोटे होते हैं और दक्षता कारक के मानक मूल्यों में अनुमानित होते हैं (कार्य पर खर्च किए गए उपयोगी कार्य का कुल ऊर्जा व्यय का अनुपात)। लेकिन यहां, जैविक कार्यों के प्रदर्शन को सुनिश्चित करने के लिए, लागत बहुत अधिक है। उदाहरण के लिए, एक धावक, द्रव्यमान की एक इकाई के संदर्भ में, इतना खर्च करता हैऊर्जा, कितना और एक बड़ा महासागर लाइनर। आराम करने पर भी किसी जीव के जीवन को बनाए रखना कठिन काम होता है और उस पर लगभग 8 हजार kJ/mol खर्च होता है। वहीं, लगभग 1.8 हजार kJ/mol प्रोटीन संश्लेषण पर, 1.1 हजार kJ/mol हृदय के कार्य पर, लेकिन 3.8 हजार kJ/mol तक ATP संश्लेषण पर खर्च होता है।
एडेनाइलेट सेल सिस्टम
यह एक प्रणाली है जिसमें एक निश्चित अवधि में एक सेल में सभी एटीपी, एडीपी और एएमपी का योग शामिल होता है। यह मान और घटकों का अनुपात सेल की ऊर्जा स्थिति को निर्धारित करता है। प्रणाली का मूल्यांकन प्रणाली के ऊर्जा प्रभार (एडेनोसिन अवशेषों के फॉस्फेट समूहों के अनुपात) के संदर्भ में किया जाता है। यदि सेल मैक्रोर्जिक यौगिकों में केवल एटीपी मौजूद है - इसकी उच्चतम ऊर्जा स्थिति (इंडेक्स -1) है, यदि केवल एएमपी - न्यूनतम स्थिति (इंडेक्स - 0) है। जीवित कोशिकाओं में, 0.7-0.9 के संकेतक आमतौर पर बनाए रखा जाता है। कोशिका की ऊर्जा स्थिति की स्थिरता एंजाइमी प्रतिक्रियाओं की दर और महत्वपूर्ण गतिविधि के इष्टतम स्तर के रखरखाव को निर्धारित करती है।
और बिजली स्टेशनों के बारे में थोड़ा
जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, एटीपी संश्लेषण विशेष सेल ऑर्गेनेल - माइटोकॉन्ड्रिया में होता है। और आज जीवविज्ञानियों के बीच इन अद्भुत संरचनाओं की उत्पत्ति के बारे में विवाद हैं। माइटोकॉन्ड्रिया कोशिका के बिजली संयंत्र हैं, "ईंधन" जिसके लिए प्रोटीन, वसा, ग्लाइकोजन और बिजली हैं - एटीपी अणु, जिसका संश्लेषण ऑक्सीजन की भागीदारी के साथ होता है। हम कह सकते हैं कि माइटोकॉन्ड्रिया के काम करने के लिए हम सांस लेते हैं। करने के लिए और अधिक कामकोशिकाओं, उन्हें जितनी अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है। पढ़ें - एटीपी, जिसका अर्थ है - माइटोकॉन्ड्रिया।
उदाहरण के लिए, एक पेशेवर एथलीट की कंकाल की मांसपेशियों में लगभग 12% माइटोकॉन्ड्रिया होता है, जबकि एक गैर-एथलेटिक आम आदमी के पास आधा होता है। लेकिन हृदय की मांसपेशियों में इनकी दर 25% होती है। एथलीटों, विशेष रूप से मैराथन धावकों के लिए आधुनिक प्रशिक्षण विधियां एमओसी (अधिकतम ऑक्सीजन खपत) पर आधारित हैं, जो सीधे माइटोकॉन्ड्रिया की संख्या और लंबे समय तक भार करने के लिए मांसपेशियों की क्षमता पर निर्भर करती है। पेशेवर खेलों के लिए अग्रणी प्रशिक्षण कार्यक्रम पेशी कोशिकाओं में माइटोकॉन्ड्रिया के संश्लेषण को प्रोत्साहित करने के उद्देश्य से हैं।
