श्वसन श्रृंखला: कार्यात्मक एंजाइम

2024 लेखक: Angel Austin | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-12-17 05:27

किसी भी जीव की कोशिकाओं में होने वाली सभी जैवरासायनिक प्रतिक्रियाएं ऊर्जा के व्यय के साथ आगे बढ़ती हैं। श्वसन श्रृंखला विशिष्ट संरचनाओं का एक क्रम है जो माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली पर स्थित होती है और एटीपी बनाने का काम करती है। एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट ऊर्जा का एक सार्वभौमिक स्रोत है और 80 से 120 kJ तक अपने आप में जमा होने में सक्षम है।

इलेक्ट्रॉन श्वसन श्रृंखला - यह क्या है?

इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन ऊर्जा के निर्माण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। वे माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली के विपरीत पक्षों पर एक संभावित अंतर पैदा करते हैं, जो कणों की एक निर्देशित गति उत्पन्न करता है - एक वर्तमान। श्वसन श्रृंखला (उर्फ ईटीसी, इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला) सकारात्मक चार्ज कणों को इंटरमेम्ब्रेन स्पेस में और नकारात्मक चार्ज कणों को आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली की मोटाई में स्थानांतरित करने में मध्यस्थता करती है।

ऊर्जा के निर्माण में मुख्य भूमिका एटीपी सिंथेज़ की होती है। यह जटिल परिसर प्रोटॉन की निर्देशित गति की ऊर्जा को जैव रासायनिक बंधों की ऊर्जा में बदल देता है। वैसे, लगभग एक समान परिसर पादप क्लोरोप्लास्ट में पाया जाता है।

श्वसन श्रृंखला के परिसर और एंजाइम

एक एंजाइमी तंत्र की उपस्थिति में इलेक्ट्रॉनों का स्थानांतरण जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं के साथ होता है। ये जैविक रूप से सक्रिय पदार्थ, जिनकी कई प्रतियां बड़ी जटिल संरचनाएं बनाती हैं, इलेक्ट्रॉनों के हस्तांतरण में मध्यस्थ के रूप में काम करती हैं।

श्वसन श्रृंखला के परिसर आवेशित कणों के परिवहन के केंद्रीय घटक हैं। कुल मिलाकर, माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली में 4 ऐसी संरचनाएं होती हैं, साथ ही एटीपी सिंथेज़ भी। ये सभी संरचनाएं एक सामान्य लक्ष्य से एकजुट होती हैं - ईटीसी के साथ इलेक्ट्रॉनों का स्थानांतरण, इंटरमेम्ब्रेन स्पेस में हाइड्रोजन प्रोटॉन का स्थानांतरण और, परिणामस्वरूप, एटीपी का संश्लेषण।

कॉम्प्लेक्स प्रोटीन अणुओं का एक संचय है, जिसके बीच एंजाइम, संरचनात्मक और सिग्नल प्रोटीन होते हैं। 4 परिसरों में से प्रत्येक अपना कार्य करता है, केवल इसके लिए विशिष्ट। आइए देखें कि ईटीसी में ये संरचनाएं किन कार्यों के लिए मौजूद हैं।

मैं जटिल

माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली की मोटाई में इलेक्ट्रॉनों के स्थानांतरण में श्वसन श्रृंखला मुख्य भूमिका निभाती है। हाइड्रोजन प्रोटॉन और उनके साथ वाले इलेक्ट्रॉनों के अमूर्तन की प्रतिक्रियाएं केंद्रीय ईटीसी प्रतिक्रियाओं में से एक हैं। परिवहन श्रृंखला का पहला परिसर NADH+ (जानवरों में) या NADPH+ (पौधों में) के अणुओं को अपने कब्जे में ले लेता है और उसके बाद चार हाइड्रोजन प्रोटॉन को हटा देता है। दरअसल, इस जैव रासायनिक प्रतिक्रिया के कारण, कॉम्प्लेक्स I को NADH - डिहाइड्रोजनेज (केंद्रीय एंजाइम के नाम पर) भी कहा जाता है।

डिहाइड्रोजनेज कॉम्प्लेक्स की संरचना में 3 प्रकार के आयरन-सल्फर प्रोटीन शामिल हैं, साथ हीफ्लेविन मोनोन्यूक्लियोटाइड्स (FMN)।

द्वितीय जटिल

इस परिसर का संचालन इंटरमेम्ब्रेन स्पेस में हाइड्रोजन प्रोटॉन के स्थानांतरण से जुड़ा नहीं है। इस संरचना का मुख्य कार्य सक्सेनेट के ऑक्सीकरण के माध्यम से इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों की आपूर्ति करना है। कॉम्प्लेक्स का केंद्रीय एंजाइम succinate-ubiquinone oxidoreductase है, जो succinic एसिड से इलेक्ट्रॉनों को हटाने और लिपोफिलिक ubiquinone में स्थानांतरित करने के लिए उत्प्रेरित करता है।

दूसरे परिसर को हाइड्रोजन प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों का आपूर्तिकर्ता भी FADН₂ है। हालाँकि, फ्लेविन एडेनिन डाइन्यूक्लियोटाइड की दक्षता इसके एनालॉग्स - NADH या NADPH.

से कम है।

कॉम्प्लेक्स II में तीन प्रकार के आयरन-सल्फर प्रोटीन और केंद्रीय एंजाइम succinate oxidoreductase शामिल हैं।

III कॉम्प्लेक्स

अगला घटक, ETC, में साइटोक्रोम b₅₅₆, b₅₆₀ और c शामिल हैं। 1_{, साथ ही आयरन-सल्फर प्रोटीन रिस्के। तीसरे परिसर का काम दो हाइड्रोजन प्रोटॉनों को इंटरमेम्ब्रेन स्पेस में और इलेक्ट्रॉनों को लिपोफिलिक यूबिकिनोन से साइटोक्रोम C.} में स्थानांतरित करने से जुड़ा है।

रिस्क प्रोटीन की ख़ासियत यह है कि यह वसा में घुल जाता है। इस समूह के अन्य प्रोटीन, जो श्वसन श्रृंखला परिसरों में पाए जाते हैं, पानी में घुलनशील होते हैं। यह विशेषता माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली की मोटाई में प्रोटीन अणुओं की स्थिति को प्रभावित करती है।

तीसरा जटिल ubiquinone-cytochrome c-oxidoreductase के रूप में कार्य करता है।

चतुर्थ जटिल

वह एक साइटोक्रोम-ऑक्सीडेंट कॉम्प्लेक्स भी है, ईटीसी में अंतिम बिंदु है। उसका काम हैसाइटोक्रोम c से ऑक्सीजन परमाणुओं में इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण। इसके बाद, ऋणात्मक रूप से आवेशित O परमाणु हाइड्रोजन प्रोटॉन के साथ प्रतिक्रिया करके पानी बनाएंगे। मुख्य एंजाइम साइटोक्रोम सी-ऑक्सीजन ऑक्सीडोरक्टेज है।

चौथे परिसर में साइटोक्रोम a, a₃ और दो तांबे के परमाणु शामिल हैं। साइटोक्रोम a₃ ने इलेक्ट्रॉन को ऑक्सीजन में स्थानांतरित करने में केंद्रीय भूमिका निभाई। इन संरचनाओं की परस्पर क्रिया नाइट्रोजन साइनाइड और कार्बन मोनोऑक्साइड द्वारा दबा दी जाती है, जो वैश्विक अर्थों में एटीपी संश्लेषण और मृत्यु की समाप्ति की ओर ले जाती है।

यूबिकिनोन

Ubiquinone एक विटामिन जैसा पदार्थ है, एक लिपोफिलिक यौगिक है जो झिल्ली की मोटाई में स्वतंत्र रूप से चलता है। माइटोकॉन्ड्रियल श्वसन श्रृंखला इस संरचना के बिना नहीं कर सकती, क्योंकि यह कॉम्प्लेक्स I और II से कॉम्प्लेक्स III तक इलेक्ट्रॉनों के परिवहन के लिए जिम्मेदार है।

Ubiquinone एक बेंजोक्विनोन व्युत्पन्न है। आरेखों में इस संरचना को Q अक्षर से दर्शाया जा सकता है या LU (लिपोफिलिक ubiquinone) के रूप में संक्षिप्त किया जा सकता है। अणु के ऑक्सीकरण से सेमीक्विनोन का निर्माण होता है, एक मजबूत ऑक्सीकरण एजेंट जो कोशिका के लिए संभावित रूप से खतरनाक है।

एटीपी सिंथेज़

ऊर्जा के निर्माण में मुख्य भूमिका एटीपी सिंथेज़ की होती है। यह मशरूम जैसी संरचना कणों (प्रोटॉन) की दिशात्मक गति की ऊर्जा को रासायनिक बंधों की ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए उपयोग करती है।

ईटीसी में होने वाली मुख्य प्रक्रिया ऑक्सीकरण है। श्वसन श्रृंखला माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली की मोटाई में इलेक्ट्रॉनों के हस्तांतरण और मैट्रिक्स में उनके संचय के लिए जिम्मेदार है। इसके साथ हीकॉम्प्लेक्स I, III और IV इंटरमेम्ब्रेन स्पेस में हाइड्रोजन प्रोटॉन पंप करते हैं। झिल्ली के किनारों पर आवेशों के अंतर से एटीपी सिंथेज़ के माध्यम से प्रोटॉन की निर्देशित गति होती है। तो एच + मैट्रिक्स में प्रवेश करें, इलेक्ट्रॉनों से मिलें (जो ऑक्सीजन से जुड़े होते हैं) और एक पदार्थ बनाते हैं जो सेल - पानी के लिए तटस्थ होता है।

एटीपी सिंथेज़ में F0 और F1 सबयूनिट होते हैं, जो मिलकर एक राउटर अणु बनाते हैं। F1 तीन अल्फा और तीन बीटा सबयूनिट से बना है, जो एक साथ एक चैनल बनाते हैं। इस चैनल का व्यास बिल्कुल हाइड्रोजन प्रोटॉन के समान है। जब धनावेशित कण एटीपी सिंथेज़ से गुजरते हैं, तो F₀ अणु का शीर्ष अपनी धुरी पर 360 डिग्री घूमता है। इस समय के दौरान, फॉस्फोरस अवशेष एएमपी या एडीपी (एडेनोसिन मोनो- और डिपोस्फेट) से उच्च-ऊर्जा बांड का उपयोग करते हैं, जिसमें बड़ी मात्रा में ऊर्जा होती है।

एटीपी सिन्थेस केवल माइटोकॉन्ड्रिया में ही नहीं शरीर में पाए जाते हैं। पौधों में, ये संकुल रिक्तिका झिल्ली (टोनोप्लास्ट) के साथ-साथ क्लोरोप्लास्ट के थायलाकोइड्स पर भी स्थित होते हैं।

साथ ही, जानवरों और पौधों की कोशिकाओं में ATPases मौजूद होते हैं। उनके पास एटीपी सिंथेस के समान संरचना है, लेकिन उनकी क्रिया का उद्देश्य ऊर्जा के व्यय के साथ फास्फोरस के अवशेषों को खत्म करना है।

श्वसन श्रृंखला का जैविक अर्थ

सबसे पहले, ईटीसी प्रतिक्रियाओं का अंतिम उत्पाद तथाकथित चयापचय पानी (प्रति दिन 300-400 मिलीलीटर) है। दूसरे, एटीपी को संश्लेषित किया जाता है और ऊर्जा इस अणु के जैव रासायनिक बंधों में संग्रहीत होती है। प्रति दिन 40-60 संश्लेषित होते हैंकिलो एडीनोसिन ट्राइफॉस्फेट और इतनी ही मात्रा का उपयोग कोशिका की एंजाइमी प्रतिक्रियाओं में किया जाता है। एक एटीपी अणु का जीवनकाल 1 मिनट है, इसलिए श्वसन श्रृंखला को सुचारू रूप से, स्पष्ट रूप से और त्रुटियों के बिना काम करना चाहिए। नहीं तो सेल मर जाएगी।

माइटोकॉन्ड्रिया को किसी भी कोशिका का ऊर्जा केंद्र माना जाता है। उनकी संख्या कुछ कार्यों के लिए आवश्यक ऊर्जा खपत पर निर्भर करती है। उदाहरण के लिए, 1000 माइटोकॉन्ड्रिया को न्यूरॉन्स में गिना जा सकता है, जो अक्सर तथाकथित सिनैप्टिक पट्टिका में एक क्लस्टर बनाते हैं।

पौधों और जानवरों में श्वसन श्रृंखला में अंतर

पौधों में, क्लोरोप्लास्ट कोशिका का एक अतिरिक्त "ऊर्जा स्टेशन" है। इन जीवों की आंतरिक झिल्ली पर एटीपी सिंथेसेस भी पाए जाते हैं, और यह पशु कोशिकाओं पर एक फायदा है।

पौधे ईटीसी में साइनाइड प्रतिरोधी मार्ग के माध्यम से कार्बन मोनोऑक्साइड, नाइट्रोजन और साइनाइड की उच्च सांद्रता से भी बच सकते हैं। श्वसन श्रृंखला इस प्रकार ubiquinone पर समाप्त होती है, जिससे इलेक्ट्रॉनों को तुरंत ऑक्सीजन परमाणुओं में स्थानांतरित कर दिया जाता है। नतीजतन, कम एटीपी संश्लेषित होता है, लेकिन संयंत्र प्रतिकूल परिस्थितियों में जीवित रह सकता है। ऐसे मामलों में जानवर लंबे समय तक संपर्क में रहने से मर जाते हैं।

आप प्रति इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण एटीपी उत्पादन की दर का उपयोग करके एनएडी, एफएडी, और साइनाइड-प्रतिरोधी मार्ग की दक्षता की तुलना कर सकते हैं।

• एनएडी या एनएडीपी के साथ, 3 एटीपी अणु बनते हैं;
• एफएडी 2 एटीपी अणु पैदा करता है;
• साइनाइड प्रतिरोधी मार्ग 1 एटीपी अणु पैदा करता है।

ईटीसी का विकासवादी मूल्य

सभी यूकेरियोटिक जीवों के लिए, ऊर्जा के मुख्य स्रोतों में से एक श्वसन श्रृंखला है। कोशिका में एटीपी संश्लेषण की जैव रसायन दो प्रकारों में विभाजित है: सब्सट्रेट फास्फारिलीकरण और ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण। ईटीसी का उपयोग दूसरे प्रकार की ऊर्जा के संश्लेषण में किया जाता है, अर्थात रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं के कारण।

प्रोकैरियोटिक जीवों में ग्लाइकोलाइसिस की अवस्था में केवल सब्सट्रेट फास्फारिलीकरण की प्रक्रिया में एटीपी का निर्माण होता है। छह-कार्बन शर्करा (मुख्य रूप से ग्लूकोज) प्रतिक्रियाओं के चक्र में शामिल होते हैं, और आउटपुट पर सेल को 2 एटीपी अणु प्राप्त होते हैं। इस प्रकार के ऊर्जा संश्लेषण को सबसे आदिम माना जाता है, क्योंकि यूकेरियोट्स में ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण की प्रक्रिया में 36 एटीपी अणु बनते हैं।

हालांकि, इसका मतलब यह नहीं है कि आधुनिक पौधों और जानवरों ने फॉस्फोराइलेशन को सब्सट्रेट करने की क्षमता खो दी है। यह सिर्फ इतना है कि इस प्रकार का एटीपी संश्लेषण कोशिका में ऊर्जा प्राप्त करने के तीन चरणों में से केवल एक बन गया है।

यूकैरियोट्स में ग्लाइकोलाइसिस कोशिका के कोशिकाद्रव्य में होता है। एटीपी के 2 अणुओं के निर्माण के साथ सभी आवश्यक एंजाइम होते हैं जो ग्लूकोज को पाइरुविक एसिड के दो अणुओं में तोड़ सकते हैं। बाद के सभी चरण माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में होते हैं। क्रेब्स चक्र, या ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र, माइटोकॉन्ड्रिया में भी होता है। यह प्रतिक्रियाओं की एक बंद श्रृंखला है, जिसके परिणामस्वरूप NADH और FADH2 संश्लेषित होते हैं। ये अणु उपभोग्य के रूप में ईटीसी में जाएंगे।