उपापचयी मार्ग में ऊर्जा की अग्रणी भूमिका प्रक्रिया पर निर्भर करती है, जिसका सार ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण है। पोषक तत्वों का ऑक्सीकरण होता है, इस प्रकार ऊर्जा का निर्माण होता है जिसे शरीर कोशिकाओं के माइटोकॉन्ड्रिया में एटीपी के रूप में संग्रहीत करता है। स्थलीय जीवन के हर रूप के अपने पसंदीदा पोषक तत्व होते हैं, लेकिन एटीपी एक सार्वभौमिक यौगिक है, और जो ऊर्जा ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण पैदा करती है उसे चयापचय प्रक्रियाओं के लिए उपयोग करने के लिए संग्रहीत किया जाता है।
बैक्टीरिया
साढ़े तीन अरब साल पहले हमारे ग्रह पर सबसे पहले जीवित जीव दिखाई दिए थे। पृथ्वी पर जीवन की उत्पत्ति इस तथ्य के कारण हुई कि जो बैक्टीरिया दिखाई दिए - प्रोकैरियोटिक जीव (एक नाभिक के बिना) श्वसन और पोषण के सिद्धांत के अनुसार दो प्रकारों में विभाजित थे। श्वसन द्वारा - एरोबिक और एनारोबिक में, और पोषण द्वारा - हेटरोट्रॉफ़िक और ऑटोट्रॉफ़िक प्रोकैरियोट्स में। यह अनुस्मारक शायद ही बेमानी है, क्योंकि बुनियादी अवधारणाओं के बिना ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण की व्याख्या नहीं की जा सकती है।
तो, ऑक्सीजन के संबंध में प्रोकैरियोट्स(शारीरिक वर्गीकरण) एरोबिक सूक्ष्मजीवों में विभाजित हैं, जो मुक्त ऑक्सीजन के प्रति उदासीन हैं, और एरोबिक, जिनकी महत्वपूर्ण गतिविधि पूरी तरह से इसकी उपस्थिति पर निर्भर करती है। यह वे हैं जो मुक्त ऑक्सीजन से संतृप्त वातावरण में ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण करते हैं। यह अवायवीय किण्वन की तुलना में उच्च ऊर्जा दक्षता वाला सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला चयापचय मार्ग है।
माइटोकॉन्ड्रिया
एक और बुनियादी अवधारणा: माइटोकॉन्ड्रिया क्या है? यह सेल की ऊर्जा बैटरी है। माइटोकॉन्ड्रिया साइटोप्लाज्म में स्थित होते हैं और उनमें से एक अविश्वसनीय मात्रा होती है - किसी व्यक्ति की मांसपेशियों में या उसके यकृत में, उदाहरण के लिए, कोशिकाओं में डेढ़ हजार माइटोकॉन्ड्रिया होते हैं (बस जहां सबसे गहन चयापचय होता है)। और जब एक कोशिका में ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण होता है, तो यह माइटोकॉन्ड्रिया का काम है, वे ऊर्जा का भंडारण और वितरण भी करते हैं।
माइटोकॉन्ड्रिया कोशिका विभाजन पर भी निर्भर नहीं होते हैं, वे बहुत गतिशील होते हैं, जरूरत पड़ने पर कोशिका द्रव्य में स्वतंत्र रूप से चलते हैं। उनका अपना डीएनए है, और इसलिए वे अपने आप पैदा होते हैं और मर जाते हैं। फिर भी, एक कोशिका का जीवन पूरी तरह से उन पर निर्भर करता है; माइटोकॉन्ड्रिया के बिना, यह कार्य नहीं करता है, अर्थात जीवन वास्तव में असंभव है। वसा, कार्बोहाइड्रेट, प्रोटीन ऑक्सीकृत होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप हाइड्रोजन परमाणु और इलेक्ट्रॉनों का निर्माण होता है - समकक्षों को कम करना, जो श्वसन श्रृंखला के साथ आगे बढ़ते हैं। इस प्रकार ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण होता है, इसका तंत्र, ऐसा प्रतीत होता है, सरल है।
इतना आसान नहीं
माइटोकॉन्ड्रिया द्वारा उत्पादित ऊर्जा को दूसरे में परिवर्तित किया जाता है, जो कि पूरी तरह से प्रोटॉन के लिए विद्युत रासायनिक ढाल की ऊर्जा है जो माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली पर होती है। यह वह ऊर्जा है जो एटीपी के संश्लेषण के लिए आवश्यक है। और ठीक यही ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण है। जैव रसायन एक अपेक्षाकृत युवा विज्ञान है, केवल उन्नीसवीं शताब्दी के मध्य में कोशिकाओं में पाए जाने वाले माइटोकॉन्ड्रियल कणिकाओं थे, और ऊर्जा प्राप्त करने की प्रक्रिया का वर्णन बहुत बाद में किया गया था। यह देखा गया है कि ग्लाइकोलाइसिस (और सबसे महत्वपूर्ण, पाइरुविक एसिड) के माध्यम से बनने वाले ट्रायोज़ माइटोकॉन्ड्रिया में और ऑक्सीकरण कैसे करते हैं।
ट्रायोज विभाजन की ऊर्जा का उपयोग करते हैं, जिससे CO2 निकलती है, ऑक्सीजन की खपत होती है और बड़ी मात्रा में एटीपी का संश्लेषण होता है। उपरोक्त सभी प्रक्रियाएं ऑक्सीडेटिव चक्रों के साथ-साथ इलेक्ट्रॉनों को ले जाने वाली श्वसन श्रृंखला से निकटता से संबंधित हैं। इस प्रकार, कोशिकाओं में ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण होता है, उनके लिए "ईंधन" को संश्लेषित करता है - एटीपी अणु।
ऑक्सीडेटिव चक्र और श्वसन श्रृंखला
ऑक्सीडेटिव चक्र में, ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड इलेक्ट्रॉनों को छोड़ते हैं, जो इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के साथ अपनी यात्रा शुरू करते हैं: पहले कोएंजाइम अणुओं के लिए, यहां एनएडी मुख्य चीज है (निकोटिनामाइड एडेनिन डाइन्यूक्लियोटाइड), और फिर इलेक्ट्रॉनों को ईटीसी में स्थानांतरित किया जाता है। (इलेक्ट्रिक ट्रांसपोर्ट चेन),जब तक वे आणविक ऑक्सीजन के साथ मिलकर पानी का अणु नहीं बनाते। ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण, जिसके तंत्र का संक्षेप में ऊपर वर्णन किया गया है, क्रिया के दूसरे स्थान पर स्थानांतरित कर दिया जाता है। यह श्वसन श्रृंखला है - माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली में निर्मित प्रोटीन कॉम्प्लेक्स।
यह वह जगह है जहां परिणति होती है - ऑक्सीकरण और तत्वों की कमी के क्रम के माध्यम से ऊर्जा का परिवर्तन। इलेक्ट्रोट्रांसपोर्ट श्रृंखला में यहां रुचि के तीन प्रमुख बिंदु हैं जहां ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण होता है। जैव रसायन इस प्रक्रिया को बहुत गहराई से और ध्यान से देखता है। शायद किसी दिन उम्र बढ़ने का एक नया इलाज यहीं से पैदा होगा। तो, इस श्रृंखला के तीन बिंदुओं पर, एटीपी फॉस्फेट से बनता है और एडीपी (एडेनोसिन डिपोस्फेट एक न्यूक्लियोटाइड है जिसमें राइबोज, एडेनिन और फॉस्फोरिक एसिड के दो भाग होते हैं)। इसलिए इस प्रक्रिया को इसका नाम मिला।
कोशिकीय श्वसन
सेलुलर (दूसरे शब्दों में - ऊतक) श्वसन और ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण एक साथ ली गई एक ही प्रक्रिया के चरण हैं। ऊतकों और अंगों की प्रत्येक कोशिका में हवा का उपयोग किया जाता है, जहां दरार उत्पाद (वसा, कार्बोहाइड्रेट, प्रोटीन) टूट जाते हैं, और यह प्रतिक्रिया मैक्रोर्जिक यौगिकों के रूप में संग्रहीत ऊर्जा का उत्पादन करती है। सामान्य फुफ्फुसीय श्वसन ऊतक श्वसन से भिन्न होता है जिसमें ऑक्सीजन शरीर में प्रवेश करती है और कार्बन डाइऑक्साइड को इससे हटा दिया जाता है।
शरीर हमेशा सक्रिय रहता है, उसकी ऊर्जा गति और वृद्धि पर, स्व-प्रजनन पर, चिड़चिड़ापन पर और कई अन्य प्रक्रियाओं पर खर्च होती है। यह इसके लिए है औरमाइटोकॉन्ड्रिया में ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण होता है। कोशिकीय श्वसन को तीन स्तरों में विभाजित किया जा सकता है: पाइरुविक एसिड, साथ ही अमीनो एसिड और फैटी एसिड से एटीपी का ऑक्सीडेटिव गठन; एसिटाइल अवशेष ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड द्वारा नष्ट हो जाते हैं, जिसके बाद दो कार्बन डाइऑक्साइड अणु और चार जोड़ी हाइड्रोजन परमाणु निकलते हैं; इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन को आणविक ऑक्सीजन में स्थानांतरित किया जाता है।
अतिरिक्त तंत्र
सेलुलर स्तर पर श्वसन कोशिकाओं में सीधे एडीपी के गठन और पुनःपूर्ति को सुनिश्चित करता है। हालांकि शरीर को दूसरे तरीके से एडेनोसिन ट्राइफॉस्फोरिक एसिड से भरा जा सकता है। इसके लिए अतिरिक्त तंत्र मौजूद हैं और, यदि आवश्यक हो, शामिल किए गए हैं, हालांकि वे इतने प्रभावी नहीं हैं।
ये ऐसी प्रणालियाँ हैं जिनमें कार्बोहाइड्रेट का ऑक्सीजन मुक्त विघटन होता है - ग्लाइकोजेनोलिसिस और ग्लाइकोलाइसिस। यह अब ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण नहीं है, प्रतिक्रियाएं कुछ अलग हैं। लेकिन सेलुलर श्वसन नहीं रुक सकता, क्योंकि इसकी प्रक्रिया में सबसे महत्वपूर्ण यौगिकों के बहुत आवश्यक अणु बनते हैं, जिनका उपयोग विभिन्न प्रकार के जैवसंश्लेषण के लिए किया जाता है।
ऊर्जा के रूप
जब इलेक्ट्रॉनों को माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली में स्थानांतरित किया जाता है, जहां ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण होता है, इसके प्रत्येक परिसर से श्वसन श्रृंखला जारी ऊर्जा को झिल्ली के माध्यम से प्रोटॉन को स्थानांतरित करने के लिए निर्देशित करती है, यानी मैट्रिक्स से झिल्ली के बीच की जगह तक।. तब एक संभावित अंतर बनता है। प्रोटॉन सकारात्मक रूप से चार्ज होते हैं और इंटरमेम्ब्रेन स्पेस में स्थित होते हैं, और नकारात्मक रूप सेमाइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स से चार्ज किया गया कार्य।
जब एक निश्चित संभावित अंतर तक पहुँच जाता है, तो प्रोटीन कॉम्प्लेक्स प्रोटॉन को वापस मैट्रिक्स में लौटा देता है, प्राप्त ऊर्जा को पूरी तरह से अलग में बदल देता है, जहाँ ऑक्सीडेटिव प्रक्रियाओं को सिंथेटिक - एडीपी फॉस्फोराइलेशन के साथ जोड़ा जाता है। सबस्ट्रेट्स के ऑक्सीकरण और माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली के माध्यम से प्रोटॉन के पंपिंग के दौरान, एटीपी संश्लेषण बंद नहीं होता है, यानी ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण।
दो प्रकार
ऑक्सीडेटिव और सब्सट्रेट फास्फारिलीकरण एक दूसरे से मौलिक रूप से भिन्न हैं। आधुनिक विचारों के अनुसार, जीवन के सबसे प्राचीन रूप केवल सब्सट्रेट फास्फारिलीकरण की प्रतिक्रियाओं का उपयोग करने में सक्षम थे। इसके लिए बाहरी वातावरण में मौजूद कार्बनिक यौगिकों का उपयोग दो चैनलों के माध्यम से किया जाता था - ऊर्जा के स्रोत के रूप में और कार्बन के स्रोत के रूप में। हालांकि, पर्यावरण में ऐसे यौगिक धीरे-धीरे सूख गए, और जो जीव पहले ही प्रकट हो चुके थे, वे अनुकूलन करने लगे, ऊर्जा के नए स्रोतों और कार्बन के नए स्रोतों की तलाश करने लगे।
इसलिए उन्होंने प्रकाश और कार्बन डाइऑक्साइड की ऊर्जा का उपयोग करना सीखा। लेकिन ऐसा होने तक, जीवों ने ऑक्सीडेटिव किण्वन प्रक्रियाओं से ऊर्जा जारी की और इसे एटीपी अणुओं में भी संग्रहीत किया। इसे सब्सट्रेट फास्फारिलीकरण कहा जाता है जब घुलनशील एंजाइमों द्वारा उत्प्रेरण की विधि का उपयोग किया जाता है। किण्वित सब्सट्रेट एक कम करने वाला एजेंट बनाता है जो इलेक्ट्रॉनों को वांछित अंतर्जात स्वीकर्ता में स्थानांतरित करता है - एसीटोन, एसिटालहाइड, पाइरूवेट और इसी तरह, या एच 2 - गैसीय हाइड्रोजन जारी किया जाता है।
तुलनात्मक विशेषताएं
किण्वन की तुलना में, ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण में बहुत अधिक ऊर्जा उपज होती है। ग्लाइकोलिसिस दो अणुओं की कुल एटीपी उपज देता है, और इस प्रक्रिया के दौरान, छत्तीस से छत्तीस संश्लेषित होते हैं। ऑक्सीडेटिव और कमी प्रतिक्रियाओं के माध्यम से दाता यौगिकों से स्वीकर्ता यौगिकों में इलेक्ट्रॉनों की गति होती है, जिससे एटीपी के रूप में संग्रहीत ऊर्जा बनती है।
यूकैरियोट्स प्रोटीन कॉम्प्लेक्स के साथ इन प्रतिक्रियाओं को अंजाम देते हैं जो माइटोकॉन्ड्रियल कोशिका झिल्ली के अंदर स्थानीयकृत होते हैं, और प्रोकैरियोट्स बाहर काम करते हैं - इसके इंटरमेम्ब्रेन स्पेस में। यह लिंक्ड प्रोटीन का यह परिसर है जो ईटीसी (इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला) बनाता है। यूकेरियोट्स की संरचना में केवल पांच प्रोटीन कॉम्प्लेक्स होते हैं, जबकि प्रोकैरियोट्स में कई होते हैं, और वे सभी विभिन्न प्रकार के इलेक्ट्रॉन दाताओं और उनके स्वीकर्ता के साथ काम करते हैं।
कनेक्शन और डिस्कनेक्शन
ऑक्सीकरण की प्रक्रिया एक विद्युत रासायनिक क्षमता पैदा करती है, और फास्फारिलीकरण की प्रक्रिया के साथ इस क्षमता का उपयोग किया जाता है। इसका मतलब है कि संयुग्मन प्रदान किया जाता है, अन्यथा - फॉस्फोराइलेशन और ऑक्सीकरण की प्रक्रियाओं का बंधन। इसलिए नाम, ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण। संयुग्मन के लिए आवश्यक विद्युत रासायनिक क्षमता श्वसन श्रृंखला के तीन परिसरों द्वारा निर्मित होती है - पहला, तीसरा और चौथा, जिसे संयुग्मन बिंदु कहा जाता है।
यदि माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली क्षतिग्रस्त हो जाती है या इसकी पारगम्यता अनकप्लर्स की गतिविधि से बढ़ जाती है, तो यह निश्चित रूप से विद्युत रासायनिक क्षमता में गायब या कमी का कारण होगा, औरइसके बाद फॉस्फोराइलेशन और ऑक्सीकरण की प्रक्रियाओं का अयुग्मन आता है, अर्थात एटीपी संश्लेषण की समाप्ति। यह वह घटना है जब विद्युत रासायनिक क्षमता गायब हो जाती है जिसे फास्फारिलीकरण और श्वसन का युग्मन कहा जाता है।
डिस्कनेक्टर
वह अवस्था जहां सबस्ट्रेट्स का ऑक्सीकरण जारी रहता है और फॉस्फोराइलेशन नहीं होता है (अर्थात, पी और एडीपी से एटीपी नहीं बनता है) फॉस्फोराइलेशन और ऑक्सीकरण का अयुग्मन है। यह तब होता है जब अयुग्मक प्रक्रिया में हस्तक्षेप करते हैं। वे क्या हैं और वे किस परिणाम के लिए प्रयास करते हैं? मान लीजिए कि एटीपी संश्लेषण बहुत कम हो गया है, अर्थात इसे कम मात्रा में संश्लेषित किया जाता है, जबकि श्वसन श्रृंखला कार्य करती है। ऊर्जा का क्या होता है? यह गर्मी की तरह निकलता है। बुखार से बीमार होने पर हर कोई ऐसा महसूस करता है।
क्या आपके पास तापमान है? तो तोड़ने वालों ने काम किया है। उदाहरण के लिए, एंटीबायोटिक्स। ये कमजोर अम्ल हैं जो वसा में घुल जाते हैं। सेल के इंटरमेम्ब्रेन स्पेस में प्रवेश करते हुए, वे मैट्रिक्स में फैल जाते हैं, अपने साथ बंधे प्रोटॉन को खींचते हैं। उदाहरण के लिए, अयुग्मन क्रिया में थायरॉयड ग्रंथि द्वारा स्रावित हार्मोन होते हैं, जिसमें आयोडीन (ट्राईआयोडोथायरोनिन और थायरोक्सिन) होता है। यदि थायरॉयड ग्रंथि हाइपरफंक्शनिंग है, तो रोगियों की स्थिति भयानक है: उनके पास एटीपी की ऊर्जा की कमी है, वे बहुत अधिक भोजन करते हैं, क्योंकि शरीर को ऑक्सीकरण के लिए बहुत सारे सब्सट्रेट की आवश्यकता होती है, लेकिन वे अपना वजन कम करते हैं, क्योंकि इसका मुख्य भाग प्राप्त ऊर्जा ऊष्मा के रूप में नष्ट हो जाती है।
