पादप कोशिका में ऊर्जा के स्रोत। कोशिका जैव रसायन (ऊर्जा)

वायरस को छोड़कर सभी जीवित जीव कोशिकाओं से बने होते हैं। वे पौधे या जानवर के जीवन के लिए आवश्यक सभी प्रक्रियाएं प्रदान करते हैं। कोशिका स्वयं एक अलग जीव हो सकती है। और इतनी जटिल संरचना बिना ऊर्जा के कैसे रह सकती है? बिल्कुल नहीं। तो कोशिकाओं को ऊर्जा की आपूर्ति कैसे होती है? यह उन प्रक्रियाओं पर आधारित है जिनकी हम नीचे चर्चा करेंगे।

कोशिकाओं को ऊर्जा प्रदान करना: यह कैसे होता है?

कुछ कोशिकाएं बाहर से ऊर्जा प्राप्त करती हैं, वे इसे स्वयं उत्पन्न करती हैं। उनके अपने "स्टेशन" हैं। और कोशिका में ऊर्जा का स्रोत माइटोकॉन्ड्रिया है - वह अंग जो इसे पैदा करता है। यह कोशिकीय श्वसन की प्रक्रिया है। इसके कारण, कोशिकाओं को ऊर्जा प्रदान की जाती है। हालांकि, वे केवल पौधों, जानवरों और कवक में मौजूद हैं। जीवाणु कोशिकाओं में माइटोकॉन्ड्रिया अनुपस्थित होते हैं। इसलिए, उनमें, ऊर्जा के साथ कोशिकाओं का प्रावधान मुख्य रूप से किण्वन प्रक्रियाओं के कारण होता है, न कि श्वसन के कारण।

माइटोकॉन्ड्रिया की संरचना

यह एक दो-झिल्ली वाला अंग है जो विकास के दौरान यूकेरियोटिक कोशिका में एक छोटे से अवशोषण के परिणामस्वरूप दिखाई दिया। यह इस तथ्य की व्याख्या कर सकता है कि माइटोकॉन्ड्रिया में अपने स्वयं के डीएनए और आरएनए होते हैं, साथ ही साथ माइटोकॉन्ड्रियल राइबोसोम भी होते हैं जो आवश्यक प्रोटीन का उत्पादन करते हैं अंग।

भीतरी झिल्ली में बहिर्वृद्धि होती है जिसे cristae, या ridges कहते हैं। cristae पर, कोशिकीय श्वसन की प्रक्रिया होती है।

दो झिल्लियों के अंदर जो होता है उसे मैट्रिक्स कहते हैं। इसमें रासायनिक प्रतिक्रियाओं को गति देने के लिए आवश्यक प्रोटीन, एंजाइम, साथ ही आरएनए, डीएनए और राइबोसोम शामिल हैं।

सेलुलर श्वसन जीवन का आधार है

यह तीन चरणों में होता है। आइए उनमें से प्रत्येक को अधिक विस्तार से देखें।

पहला चरण तैयारी है

इस चरण के दौरान जटिल कार्बनिक यौगिकों को सरल यौगिकों में तोड़ा जाता है। इस प्रकार, प्रोटीन अमीनो एसिड में, वसा कार्बोक्जिलिक एसिड और ग्लिसरॉल में, न्यूक्लिक एसिड न्यूक्लियोटाइड में और कार्बोहाइड्रेट ग्लूकोज में टूट जाते हैं।

ग्लाइकोलाइसिस

यह एनोक्सिक स्टेज है। यह इस तथ्य में निहित है कि पहले चरण के दौरान प्राप्त पदार्थ आगे टूट जाते हैं। इस स्तर पर कोशिका द्वारा उपयोग की जाने वाली ऊर्जा के मुख्य स्रोत ग्लूकोज अणु होते हैं। उनमें से प्रत्येक ग्लाइकोलाइसिस की प्रक्रिया में पाइरूवेट के दो अणुओं में विघटित हो जाता है। यह लगातार दस रासायनिक प्रतिक्रियाओं के दौरान होता है। पहले पांच के कारण, ग्लूकोज फॉस्फोराइलेटेड होता है और फिर दो फॉस्फोट्रिओज में विभाजित हो जाता है। निम्नलिखित पांच प्रतिक्रियाएं पीवीसी (पाइरुविक एसिड) के दो अणु और दो अणु उत्पन्न करती हैं। कोशिका की ऊर्जा ATP के रूप में संचित रहती है।

ग्लाइकोलाइसिस की पूरी प्रक्रिया को निम्नानुसार सरल किया जा सकता है:

2NAD + 2ADP + 2H 3 RO 4 + C 6 H 12 O 6 → 2एच 2 ओ + 2ओवर। एच 2 + 2 सी 3 एच 4 ओ 3 + 2एटीपी

इस प्रकार, एक ग्लूकोज अणु, दो एडीपी अणु और दो फॉस्फोरिक एसिड का उपयोग करके, कोशिका दो एटीपी अणु (ऊर्जा) और दो पाइरुविक एसिड अणु प्राप्त करती है, जिसका उपयोग वह अगले चरण में करेगी।

तीसरा चरण ऑक्सीकरण है

यह चरण केवल ऑक्सीजन की उपस्थिति में होता है। इस कदम की रासायनिक प्रतिक्रिया माइटोकॉन्ड्रिया में होती है। यह मुख्य भाग है जिसके दौरान सबसे अधिक ऊर्जा निकलती है। इस स्तर पर, ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करके, यह पानी और कार्बन डाइऑक्साइड में टूट जाता है। इसके अलावा इस प्रक्रिया में 36 ATP अणु बनते हैं। तो, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि कोशिका में ऊर्जा के मुख्य स्रोत ग्लूकोज और पाइरुविक अम्ल हैं।

सभी रासायनिक प्रतिक्रियाओं को संक्षेप में और विवरण को छोड़कर, हम सेलुलर श्वसन की पूरी प्रक्रिया को एक सरलीकृत समीकरण के साथ व्यक्त कर सकते हैं:

6O 2 + C 6 H 12 O 6 + 38ADP + 38H 3 RO 4 → 6CO 2 + 6H2O + 38ATP।

इस प्रकार, श्वसन के दौरान, एक ग्लूकोज अणु, छह ऑक्सीजन अणु, अड़तीस एडीपी अणु और समान मात्रा में फॉस्फोरिक एसिड से, कोशिका को 38 एटीपी अणु प्राप्त होते हैं, जिसके रूप में ऊर्जा संग्रहीत होती है।

माइटोकॉन्ड्रियल एंजाइमों की विविधता

कोशिका श्वसन के माध्यम से जीवन के लिए ऊर्जा प्राप्त करती है - ग्लूकोज का ऑक्सीकरण, और फिर पाइरुविक एसिड। ये सभी रासायनिक अभिक्रियाएँ एंजाइमों - जैविक उत्प्रेरकों के बिना नहीं हो सकती थीं। आइए उन लोगों को देखें जो माइटोकॉन्ड्रिया में हैं - कोशिकीय श्वसन के लिए जिम्मेदार अंग। उन सभी को ऑक्सीडोरडक्टेस कहा जाता है, क्योंकि रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं की घटना को सुनिश्चित करने के लिए उनकी आवश्यकता होती है।

सभी ऑक्सीडोरडक्टेस को दो समूहों में विभाजित किया जा सकता है:

• ऑक्सीडेज;
• डिहाइड्रोजनेज;

डिहाइड्रोजनेज, बदले में, एरोबिक और एनारोबिक में विभाजित होते हैं। एरोबिक खाद्य पदार्थों में कोएंजाइम राइबोफ्लेविन होता है, जो शरीर को विटामिन बी2 से प्राप्त होता है। एरोबिक डिहाइड्रोजनेज में एनएडी और एनएडीपी अणु कोएंजाइम के रूप में होते हैं।

ऑक्सीडेज अधिक विविध हैं। सबसे पहले, उन्हें दो समूहों में बांटा गया है:

• जिनमें तांबा होता है;
• जिनमें लोहा होता है।

पूर्व में पॉलीफेनोल ऑक्सीडेज, एस्कॉर्बेट ऑक्सीडेज, बाद वाले - कैटालेज, पेरोक्सीडेज, साइटोक्रोमेस शामिल हैं। उत्तरार्द्ध, बदले में, चार समूहों में विभाजित हैं:

• साइटोक्रोमेस ए;
• साइटोक्रोमेस बी;
• साइटोक्रोमेस सी;
• साइटोक्रोमेस D.

साइटोक्रोमेस ए में आयरन फॉर्माइलपोर्फिरिन होता है, साइटोक्रोम्स बी में आयरन प्रोटोपोर्फिरिन होता है, सी में प्रतिस्थापित आयरन मेसोपोर्फिरिन होता है, और डी में आयरन डायहाइड्रोपोर्फिरिन होता है।

क्या ऊर्जा प्राप्त करने के अन्य तरीके हैं?

जबकि अधिकांश कोशिकाएं कोशिकीय श्वसन के माध्यम से इसे प्राप्त करती हैं, ऐसे एनारोबिक बैक्टीरिया भी होते हैं जिन्हें जीवित रहने के लिए ऑक्सीजन की आवश्यकता नहीं होती है। वे किण्वन द्वारा आवश्यक ऊर्जा का उत्पादन करते हैं। यह एक ऐसी प्रक्रिया है जिसके दौरान ऑक्सीजन की भागीदारी के बिना एंजाइम की मदद से कार्बोहाइड्रेट टूट जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप कोशिका को ऊर्जा प्राप्त होती है। रासायनिक प्रतिक्रियाओं के अंतिम उत्पाद के आधार पर कई प्रकार के किण्वन होते हैं। यह लैक्टिक एसिड, अल्कोहल, ब्यूटिरिक, एसीटोन-ब्यूटेन, साइट्रिक एसिड हो सकता है।

उदाहरण के लिए, इसे इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

सी 6 एच 12 ओ 6 → सी 2 एच 5 ओएच + 2CO 2

अर्थात्, जीवाणु ग्लूकोज के एक अणु को एथिल अल्कोहल के एक अणु और कार्बन ऑक्साइड (IV) के दो अणुओं में तोड़ देता है।

प्रकाश संश्लेषण में अक्षम कोशिकाएं (उदाहरण के लिए, मनुष्यों में) भोजन से ऊर्जा प्राप्त करती हैं, जो या तो प्रकाश संश्लेषण के परिणामस्वरूप बनाए गए पौधों का बायोमास है, या अन्य जीवित प्राणियों का बायोमास जो पौधों को खाते हैं, या किसी भी जीवित जीवों के अवशेष हैं।

पोषक तत्वों (प्रोटीन, वसा और कार्बोहाइड्रेट) को एक पशु कोशिका द्वारा कम आणविक भार यौगिकों के एक सीमित सेट में परिवर्तित किया जाता है - कार्बन परमाणुओं से निर्मित कार्बनिक अम्ल, जो विशेष आणविक तंत्र का उपयोग करके कार्बन डाइऑक्साइड और पानी में ऑक्सीकृत होते हैं। यह ऊर्जा जारी करता है, यह झिल्लियों पर एक विद्युत रासायनिक संभावित अंतर के रूप में जमा होता है और इसका उपयोग एटीपी को संश्लेषित करने या सीधे कुछ प्रकार के कार्य करने के लिए किया जाता है।

एक पशु कोशिका में ऊर्जा रूपांतरण की समस्याओं का अध्ययन करने का इतिहास, प्रकाश संश्लेषण के इतिहास की तरह, दो शताब्दियों से भी पहले का है।

एरोबिक जीवों में, कार्बनिक अम्लों के कार्बन परमाणुओं का कार्बन डाइऑक्साइड और पानी में ऑक्सीकरण ऑक्सीजन की मदद से आगे बढ़ता है और इसे इंट्रासेल्युलर श्वसन कहा जाता है, जो विशेष कणों - माइटोकॉन्ड्रिया में होता है। माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्लियों में एक सख्त क्रम में स्थित एंजाइमों द्वारा ऑक्सीकरण ऊर्जा का परिवर्तन किया जाता है। ये एंजाइम तथाकथित श्वसन श्रृंखला बनाते हैं और जनरेटर के रूप में काम करते हैं, झिल्ली पर विद्युत रासायनिक क्षमता में अंतर पैदा करते हैं, जिसके कारण एटीपी को संश्लेषित किया जाता है, जैसा कि प्रकाश संश्लेषण के दौरान होता है।

श्वसन और प्रकाश संश्लेषण दोनों का मुख्य कार्य एक निश्चित स्तर पर एटीपी / एडीपी अनुपात को थर्मोडायनामिक संतुलन से दूर बनाए रखना है, जो एटीपी को ऊर्जा दाता के रूप में सेवा करने की अनुमति देता है, जिसमें यह भाग लेता है।

जीवित कोशिकाओं के मुख्य ऊर्जा स्टेशन माइटोकॉन्ड्रिया हैं - इंट्रासेल्युलर कण 0.1-10μ आकार में, दो झिल्लियों से ढके होते हैं। माइटोकॉन्ड्रिया में, खाद्य ऑक्सीकरण की मुक्त ऊर्जा एटीपी की मुक्त ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। जब एटीपी पानी के साथ जुड़ता है, तो अभिकारकों की सामान्य सांद्रता पर, 10 किलो कैलोरी / मोल के क्रम की एक मुक्त ऊर्जा निकलती है।

अकार्बनिक प्रकृति में, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के मिश्रण को "विस्फोटक" कहा जाता है: एक छोटी सी चिंगारी विस्फोट का कारण बनने के लिए पर्याप्त होती है - गर्मी के रूप में ऊर्जा की एक बड़ी रिहाई के साथ पानी का तात्कालिक गठन। श्वसन श्रृंखला के एंजाइम जो कार्य करते हैं वह एक "विस्फोट" उत्पन्न करना है ताकि जारी ऊर्जा को एटीपी के संश्लेषण के लिए उपयुक्त रूप में संग्रहीत किया जा सके। वे क्या करते हैं: इलेक्ट्रॉनों को एक घटक से दूसरे में (अंततः ऑक्सीजन में) व्यवस्थित तरीके से स्थानांतरित करना, धीरे-धीरे हाइड्रोजन की क्षमता को कम करना और ऊर्जा का भंडारण करना।

निम्नलिखित आंकड़े इस कार्य के पैमाने को दर्शाते हैं। औसत ऊंचाई और वजन के एक वयस्क मानव का माइटोकॉन्ड्रिया अपनी झिल्लियों के माध्यम से प्रति दिन लगभग 500 ग्राम हाइड्रोजन आयनों को पंप करता है, जिससे एक झिल्ली क्षमता बनती है। उसी समय के दौरान, एच + -एटीपी सिंथेस एडीपी और फॉस्फेट से लगभग 40 किलो एटीपी का उत्पादन करता है, और एटीपी-प्रयोग करने वाली प्रक्रियाएं एटीपी के पूरे द्रव्यमान को वापस एडीपी और फॉस्फेट में हाइड्रोलाइज करती हैं।

शोध से पता चला है कि माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली वोल्टेज ट्रांसफॉर्मर के रूप में कार्य करती है। यदि सब्सट्रेट के इलेक्ट्रॉनों को एनएडीएच से सीधे झिल्ली के माध्यम से ऑक्सीजन में स्थानांतरित किया जाता है, तो लगभग 1 वी का संभावित अंतर होगा। लेकिन जैविक झिल्ली - दो-परत फॉस्फोलिपिड फिल्में इस तरह के अंतर का सामना नहीं कर सकती हैं - एक टूटना होता है। इसके अलावा, ADP, फॉस्फेट और पानी से ATP के उत्पादन के लिए केवल 0.25 V की आवश्यकता होती है, जिसका अर्थ है कि एक वोल्टेज ट्रांसफार्मर की आवश्यकता होती है। और मनुष्य के आगमन से बहुत पहले, कोशिकाओं ने इस तरह के आणविक उपकरण का "आविष्कार" किया। यह आपको वर्तमान को चार गुना बढ़ाने की अनुमति देता है और, सब्सट्रेट से ऑक्सीजन में स्थानांतरित प्रत्येक इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा के कारण, श्वसन श्रृंखला के आणविक घटकों के बीच रासायनिक प्रतिक्रियाओं के कड़ाई से समन्वित अनुक्रम के कारण झिल्ली के माध्यम से चार प्रोटॉन स्थानांतरित करता है।

तो, जीवित कोशिकाओं में एटीपी उत्पन्न करने और पुनर्जीवित करने के दो मुख्य तरीके: ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण (श्वसन) और फोटोफॉस्फोराइलेशन (प्रकाश अवशोषण), हालांकि वे विभिन्न बाहरी ऊर्जा स्रोतों द्वारा समर्थित हैं, दोनों झिल्ली में डूबे हुए उत्प्रेरक एंजाइमों की श्रृंखलाओं के काम पर निर्भर करते हैं। : माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली, क्लोरोप्लास्ट की थायलाकोइड झिल्ली या कुछ बैक्टीरिया की प्लाज्मा झिल्ली।

जब आप मानव जाति के मौलिक कार्यों से परिचित होते हैं, तो आप अक्सर खुद को यह सोचते हुए पाते हैं कि विज्ञान के विकास के साथ, उत्तर से अधिक प्रश्न हैं। 1980 और 1990 के दशक में, आणविक जीव विज्ञान और आनुवंशिकी ने कोशिकाओं और सेलुलर इंटरैक्शन की हमारी समझ का विस्तार किया। कोशिकीय कारकों का एक पूरा वर्ग जो अंतरकोशिकीय अंतःक्रिया को नियंत्रित करता है, अलग कर दिया गया है। यह बहुकोशिकीय मानव शरीर और विशेष रूप से प्रतिरक्षा प्रणाली की कोशिकाओं के कामकाज को समझने के लिए महत्वपूर्ण है। लेकिन हर साल जीवविज्ञानी इन अंतरकोशिकीय कारकों की अधिक से अधिक खोज करते हैं और एक पूरे जीव की तस्वीर को फिर से बनाना अधिक कठिन हो जाता है। इस प्रकार, उत्तर से अधिक प्रश्न हैं।

मानव शरीर की अटूटता और इसके अध्ययन की सीमित संभावनाएँ इस निष्कर्ष की ओर ले जाती हैं कि तत्काल और बाद की शोध प्राथमिकताएँ आवश्यक हैं। ऐसी प्राथमिकता आज एक जीवित मानव शरीर की कोशिकाओं की ऊर्जा है। शरीर में ऊर्जा उत्पादन और कोशिकाओं के ऊर्जा विनिमय के बारे में अपर्याप्त ज्ञान गंभीर वैज्ञानिक अनुसंधान के लिए एक बाधा बन जाता है।

कोशिका शरीर की मूल संरचनात्मक इकाई है: सभी अंग और ऊतक कोशिकाओं से बने होते हैं। दवाओं या गैर-दवा विधियों की सफलता पर भरोसा करना मुश्किल है यदि वे कोशिका ऊर्जा और अंतरकोशिकीय ऊर्जा संपर्क के बारे में पर्याप्त ज्ञान के बिना विकसित किए जाते हैं। ऐसे पर्याप्त उदाहरण दिए जा सकते हैं जहां व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले और सुझाए गए उपाय स्वास्थ्य के लिए हानिकारक हैं।

स्वास्थ्य सेवा में मूल दृष्टिकोण प्रमुख है। पदार्थ पदार्थ है। उपचार का तर्क अत्यंत सरल है: शरीर को आवश्यक पदार्थ (पानी, भोजन, विटामिन, ट्रेस तत्व, और यदि आवश्यक हो, दवाएं) प्रदान करें और शरीर से चयापचय उत्पादों (मलमूत्र, अतिरिक्त वसा, लवण, विषाक्त पदार्थ, आदि) को हटा दें। .). औषधियों के विस्तार की विजय होती रहती है। कई देशों में लोगों की नई पीढ़ियां बड़े पैमाने पर प्रयोग में स्वैच्छिक भागीदार बन रही हैं। दवा उद्योग नए रोगियों की मांग करता है। हालांकि, कम और कम स्वस्थ लोग हैं।

एक लोकप्रिय दवा गाइड के निर्माता से एक बार पूछा गया था कि उन्हें व्यक्तिगत रूप से कितनी दवाओं का प्रयास करना पड़ा। कोई नहीं, उत्तर था। जाहिर है, इस बुद्धिमान व्यक्ति को कोशिका जैव रसायन का एक शानदार ज्ञान था और वह इस ज्ञान का उपयोग जीवन में अच्छे उपयोग के लिए करने में सक्षम था।

जीवित पदार्थ के एक लघु कण की कल्पना करें, एक दीर्घवृत्ताकार, डिस्क, गेंद के रूप में, लगभग 8-15 माइक्रोन (माइक्रोन) व्यास में, जो एक ही समय में सबसे जटिल स्व-विनियमन प्रणाली है। एक साधारण जीवित कोशिका को विभेदित कहा जाता है, जैसे कि इस बात पर जोर देना कि इसकी संरचना बनाने वाले कई तत्व स्पष्ट रूप से एक दूसरे के सापेक्ष अलग हो गए हैं। "अविभाजित सेल" की अवधारणा, एक नियम के रूप में, एक संशोधित से संबंधित है, उदाहरण के लिए, एक कैंसर सेल। विभेदित कोशिकाएं न केवल संरचना, आंतरिक चयापचय में, बल्कि विशेषज्ञता में भी भिन्न होती हैं, उदाहरण के लिए, गुर्दे, यकृत और हृदय कोशिकाएं।

सामान्य तौर पर, एक कोशिका में तीन घटक होते हैं: कोशिका झिल्ली, साइटोप्लाज्म, नाभिक। कोशिका झिल्ली की संरचना, एक नियम के रूप में, एक तीन-, चार-परत झिल्ली और एक बाहरी आवरण शामिल है। झिल्ली की दो परतें लिपिड (वसा) से बनी होती हैं, जिनमें से अधिकांश असंतृप्त वसा - फॉस्फोलिपिड हैं। कोशिका झिल्ली की एक बहुत ही जटिल संरचना और विविध कार्य हैं। झिल्ली के दोनों किनारों पर संभावित अंतर कई सौ मिलीवोल्ट हो सकता है। झिल्ली की बाहरी सतह में एक नकारात्मक विद्युत आवेश होता है।

आमतौर पर, एक कोशिका में एक केंद्रक होता है। यद्यपि ऐसी कोशिकाएँ हैं जिनमें दो या अधिक नाभिक होते हैं। नाभिक का कार्य वंशानुगत जानकारी को संग्रहीत और प्रसारित करना है, उदाहरण के लिए, कोशिका विभाजन के दौरान, साथ ही कोशिका में सभी शारीरिक प्रक्रियाओं को नियंत्रित करना। केंद्रक में डीएनए अणु होते हैं जो कोशिका के आनुवंशिक कोड को वहन करते हैं। केंद्रक एक दो-परत झिल्ली से घिरा होता है।

साइटोप्लाज्म सेल के थोक बनाता है और इसमें स्थित ऑर्गेनेल और समावेशन के साथ एक सेल तरल पदार्थ होता है। ऑर्गेनेल साइटोप्लाज्म के स्थायी घटक हैं जो विशिष्ट महत्वपूर्ण कार्य करते हैं। इनमें से, हम माइटोकॉन्ड्रिया में सबसे अधिक रुचि रखते हैं, जिन्हें कभी-कभी सेल का पावरहाउस कहा जाता है। प्रत्येक माइटोकॉन्ड्रियन में दो झिल्ली तंत्र होते हैं: बाहरी और आंतरिक। बाहरी झिल्ली चिकनी होती है, इसमें लिपिड और प्रोटीन समान रूप से प्रदर्शित होते हैं। आंतरिक झिल्ली मानव शरीर में सबसे जटिल प्रकार की झिल्ली प्रणालियों से संबंधित है। इसमें कई तहें होती हैं, जिन्हें स्कैलप्स (क्रिस्टे) कहा जाता है, जिसके कारण झिल्ली की सतह काफी बढ़ जाती है। इस झिल्ली को माइटोकॉन्ड्रिया के आंतरिक स्थान में निर्देशित मशरूम के आकार के बहिर्वाह के एक सेट के रूप में दर्शाया जा सकता है। प्रति माइटोकॉन्ड्रिया में 10 से 4-10 से 5 ऐसे बहिर्गमन होते हैं।

इसके अलावा, आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली में 50-60 और एंजाइम होते हैं, विभिन्न प्रकार के अणुओं की कुल संख्या 80 तक पहुंच जाती है। यह सब रासायनिक ऑक्सीकरण और ऊर्जा चयापचय के लिए आवश्यक है। इस झिल्ली के भौतिक गुणों के बीच, उच्च विद्युत प्रतिरोध को ध्यान में रखा जाना चाहिए, जो तथाकथित संयुग्मन झिल्लियों की विशेषता है, जो एक अच्छे संधारित्र की तरह ऊर्जा जमा करने में सक्षम हैं। आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली के दोनों किनारों पर संभावित अंतर लगभग 200-250 mV है।

कोई कल्पना कर सकता है कि एक कोशिका कितनी जटिल है, उदाहरण के लिए, एक हेपेटोसाइट यकृत कोशिका में लगभग 2000 माइटोकॉन्ड्रिया होते हैं। लेकिन कोशिका में कई अन्य अंग, सैकड़ों एंजाइम, हार्मोन और अन्य जटिल पदार्थ होते हैं। प्रत्येक ऑर्गेनेल में पदार्थों का अपना सेट होता है, इसमें कुछ भौतिक, रासायनिक और जैव रासायनिक प्रक्रियाएं होती हैं। साइटोप्लाज्मिक स्पेस में पदार्थ एक ही गतिशील अवस्था में होते हैं; वे लगातार अपनी झिल्ली के माध्यम से ऑर्गेनेल और सेल के बाहरी वातावरण के साथ आदान-प्रदान करते हैं।

तकनीकी विवरण के लिए मैं गैर-विशेषज्ञ पाठक से माफी मांगता हूं, लेकिन स्वस्थ रहने की इच्छा रखने वाले प्रत्येक व्यक्ति के लिए सेल के बारे में इन विचारों को जानना उपयोगी है। हमें प्रकृति के इस चमत्कार की प्रशंसा करनी चाहिए और साथ ही उपचार करते समय कोशिका की कमजोरियों को भी ध्यान में रखना चाहिए। मैंने देखा है कि जब एक युवा स्वस्थ व्यक्ति में सामान्य एनलजिन के कारण टिश्यू एडिमा हो जाता है। यह आश्चर्यजनक है कि कैसे, बिना सोचे-समझे, कितनी आसानी से दूसरे लोग गोलियां निगल लेते हैं!

यदि हम कोशिकाओं की ऊर्जा के बारे में बात नहीं करते हैं तो सेलुलर कामकाज की जटिलता की समझ पूरी नहीं होगी। कोशिका में ऊर्जा विभिन्न कार्य करने पर खर्च की जाती है: यांत्रिक - द्रव की गति, जीवों की गति; रासायनिक - जटिल कार्बनिक पदार्थों का संश्लेषण; विद्युत - प्लाज्मा झिल्ली पर विद्युत क्षमता में अंतर का निर्माण; आसमाटिक - कोशिका और पीठ में पदार्थों का परिवहन। सभी प्रक्रियाओं को सूचीबद्ध करने का कार्य निर्धारित किए बिना, हम खुद को प्रसिद्ध कथन तक सीमित रखते हैं: पर्याप्त ऊर्जा आपूर्ति के बिना, सेल के पूर्ण कामकाज को प्राप्त नहीं किया जा सकता है।

कोशिका को वह ऊर्जा कहाँ से मिलती है जिसकी उसे आवश्यकता होती है? वैज्ञानिक सिद्धांतों के अनुसार, पोषक तत्वों (कार्बोहाइड्रेट, वसा, प्रोटीन) की रासायनिक ऊर्जा एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (एटीपी) के मैक्रोर्जिक (बहुत अधिक ऊर्जा युक्त) बांड की ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। इन प्रक्रियाओं को कोशिकाओं के माइटोकॉन्ड्रिया में मुख्य रूप से ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र (क्रेब्स चक्र) और ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण के दौरान किया जाता है। मैक्रोर्जिक बॉन्ड के टूटने पर एटीपी में संग्रहीत ऊर्जा आसानी से जारी हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप शरीर में ऊर्जा की खपत होती है।

हालांकि, ये विचार ऊतकों में ऊर्जा आपूर्ति और ऊर्जा विनिमय की मात्रात्मक और गुणात्मक विशेषताओं के साथ-साथ सेल ऊर्जा और इंटरसेलुलर इंटरैक्शन की स्थिति के एक उद्देश्य मूल्यांकन की अनुमति नहीं देते हैं। सबसे महत्वपूर्ण प्रश्न (जी। एन। पेट्राकोविच) पर ध्यान दिया जाना चाहिए, जिसका उत्तर पारंपरिक सिद्धांत द्वारा नहीं दिया जा सकता है: किन कारकों के कारण अंतरकोशिकीय संपर्क किया जाता है? आखिरकार, माइटोकॉन्ड्रिया के अंदर, एटीपी बनता है और खपत होता है, ऊर्जा जारी करता है।

इस बीच, अंगों, ऊतकों, कोशिकाओं की ऊर्जा आपूर्ति की भलाई पर संदेह करने के पर्याप्त कारण हैं। यहाँ तक कि सीधे तौर पर यह भी कहा जा सकता है कि एक व्यक्ति इस मामले में बहुत पूर्ण नहीं है। यह उस थकान से स्पष्ट होता है जो कई लोग हर दिन अनुभव करते हैं, और जो बचपन से एक व्यक्ति को परेशान करना शुरू कर देता है।

गणना से पता चलता है कि यदि इन प्रक्रियाओं (क्रेब्स चक्र और ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण) के कारण मानव शरीर में ऊर्जा का उत्पादन होता है, तो कम भार पर ऊर्जा की कमी 30-50% होगी, और उच्च भार पर - से अधिक 90%। इसकी पुष्टि अमेरिकी वैज्ञानिकों के अध्ययन से होती है, जो इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि किसी व्यक्ति को ऊर्जा प्रदान करने के मामले में माइटोकॉन्ड्रिया ठीक से काम नहीं कर रहे हैं।

कोशिकाओं और ऊतकों की ऊर्जा के बारे में प्रश्न शायद लंबे समय तक सड़क के किनारे बने रहेंगे, जिसके साथ सैद्धांतिक और व्यावहारिक चिकित्सा धीरे-धीरे आगे बढ़ रही है, अगर दो घटनाएं नहीं हुई होतीं। हम श्वसन की नई परिकल्पना और अंतर्जात श्वसन की खोज के बारे में बात कर रहे हैं।

मोटे पेड़ों की प्रचुर वृद्धि,
जो बंजर रेत पर जड़ जमाए हुए हैं
अपनी खुद की मंजूरी दे दी, स्पष्ट रूप से बताता है कि
हवा से चिकना वसा की चिकना चादरें
अवशोषित करना...
एम वी लोमोनोसोव

कोशिका में ऊर्जा कैसे संग्रहित होती है? चयापचय क्या है? ग्लाइकोलाइसिस, किण्वन और कोशिकीय श्वसन की प्रक्रियाओं का सार क्या है? प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश और अंधेरे चरणों में क्या प्रक्रियाएं होती हैं? ऊर्जा और प्लास्टिक विनिमय की प्रक्रियाएं कैसे संबंधित हैं? रसायनसंश्लेषण क्या है?

पाठ-व्याख्यान

एक प्रकार की ऊर्जा को दूसरे में परिवर्तित करने की क्षमता (उज्ज्वल ऊर्जा को रासायनिक बंधों की ऊर्जा में, रासायनिक ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में, आदि) जीवित चीजों के मूलभूत गुणों में से एक है। यहाँ हम इस बात पर विस्तार से विचार करेंगे कि ये प्रक्रियाएँ सजीवों में कैसे होती हैं।

एटीपी - सेल में ऊर्जा का मुख्य वाहक. कोशिकाओं की महत्वपूर्ण गतिविधि के किसी भी अभिव्यक्ति के कार्यान्वयन के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है। ऑटोट्रॉफ़िक जीव प्रकाश संश्लेषण प्रतिक्रियाओं के दौरान सूर्य से प्रारंभिक ऊर्जा प्राप्त करते हैं, जबकि हेटरोट्रॉफ़िक जीव ऊर्जा स्रोत के रूप में भोजन से कार्बनिक यौगिकों का उपयोग करते हैं। ऊर्जा कोशिकाओं द्वारा अणुओं के रासायनिक बंधों में संग्रहित की जाती है एटीपी (एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट), जो एक न्यूक्लियोटाइड हैं जिसमें तीन फॉस्फेट समूह होते हैं, एक चीनी अवशेष (राइबोस) और एक नाइट्रोजनस बेस अवशेष (एडेनिन) (चित्र 52)।

चावल। 52. एटीपी अणु

फॉस्फेट अवशेषों के बीच के बंधन को मैक्रोर्जिक कहा जाता है, क्योंकि जब यह टूटता है, तो बड़ी मात्रा में ऊर्जा निकलती है। आम तौर पर, एक सेल केवल टर्मिनल फॉस्फेट समूह को हटाकर एटीपी से ऊर्जा निकालती है। इस मामले में, ADP (एडेनोसिन डाइफॉस्फेट), फॉस्फोरिक एसिड बनता है और 40 kJ / mol निकलता है:

एटीपी अणु सेल की सार्वभौमिक ऊर्जा सौदेबाजी चिप की भूमिका निभाते हैं। उन्हें एक ऊर्जा-गहन प्रक्रिया के स्थल पर पहुँचाया जाता है, चाहे वह कार्बनिक यौगिकों का एंजाइमेटिक संश्लेषण हो, प्रोटीन का काम हो - आणविक मोटर्स या झिल्ली परिवहन प्रोटीन, आदि। एटीपी अणुओं का रिवर्स संश्लेषण फॉस्फेट संलग्न करके किया जाता है। ऊर्जा अवशोषण के साथ ADP का समूह। सेल द्वारा एटीपी के रूप में ऊर्जा का भंडारण प्रतिक्रियाओं के दौरान किया जाता है ऊर्जा उपापचय. से उनका गहरा नाता है प्लास्टिक एक्सचेंजजिसके दौरान कोशिका अपनी कार्यप्रणाली के लिए आवश्यक कार्बनिक यौगिकों का निर्माण करती है।

सेल में चयापचय और ऊर्जा (चयापचय). चयापचय - प्लास्टिक और ऊर्जा चयापचय की सभी प्रतिक्रियाओं की समग्रता, आपस में जुड़ी हुई। कोशिकाओं में कार्बोहाइड्रेट, वसा, प्रोटीन, न्यूक्लिक एसिड का संश्लेषण लगातार होता रहता है। यौगिकों का संश्लेषण हमेशा ऊर्जा के व्यय के साथ होता है, अर्थात एटीपी की अनिवार्य भागीदारी के साथ। एटीपी के गठन के लिए ऊर्जा स्रोत कोशिका में प्रवेश करने वाले प्रोटीन, वसा और कार्बोहाइड्रेट के ऑक्सीकरण की एंजाइमिक प्रतिक्रियाएं हैं। यह प्रक्रिया ऊर्जा छोड़ती है, जो एटीपी में संग्रहित होती है। सेल ऊर्जा चयापचय में ग्लूकोज ऑक्सीकरण एक विशेष भूमिका निभाता है। ग्लूकोज अणु क्रमिक परिवर्तनों की एक श्रृंखला से गुजरते हैं।

प्रथम चरण कहा जाता है ग्लाइकोलाइसिस, कोशिकाओं के साइटोप्लाज्म में होता है और इसे ऑक्सीजन की आवश्यकता नहीं होती है। एंजाइमों से जुड़ी लगातार प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप, ग्लूकोज पाइरुविक एसिड के दो अणुओं में टूट जाता है। इस मामले में, दो एटीपी अणुओं की खपत होती है, और ऑक्सीकरण के दौरान जारी ऊर्जा चार एटीपी अणुओं को बनाने के लिए पर्याप्त होती है। नतीजतन, ग्लाइकोलाइसिस की ऊर्जा उपज छोटी होती है और दो एटीपी अणुओं की मात्रा होती है:

सी 6 एच1 2 0 6 → 2सी 3 एच 4 0 3 + 4एच + + 2एटीपी

अवायवीय परिस्थितियों में (ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में), आगे के परिवर्तन विभिन्न प्रकारों से जुड़े हो सकते हैं किण्वन.

सब जानते हैं लैक्टिक किण्वन(दूध खट्टा), जो लैक्टिक एसिड कवक और बैक्टीरिया की गतिविधि के कारण होता है। तंत्र में यह ग्लाइकोलाइसिस के समान है, यहां केवल अंतिम उत्पाद लैक्टिक एसिड है। इस प्रकार का ग्लूकोज ऑक्सीकरण ऑक्सीजन की कमी वाली कोशिकाओं में होता है, जैसे कड़ी मेहनत करने वाली मांसपेशियों में। रसायन विज्ञान में लैक्टिक और मादक किण्वन के करीब। अंतर यह है कि मादक किण्वन के उत्पाद एथिल अल्कोहल और कार्बन डाइऑक्साइड हैं।

अगला चरण, जिसके दौरान पाइरुविक अम्ल कार्बन डाइऑक्साइड और पानी में ऑक्सीकृत हो जाता है, कहलाता है कोशिकीय श्वसन. श्वसन संबंधी प्रतिक्रियाएं पौधे और पशु कोशिकाओं के माइटोकॉन्ड्रिया में और केवल ऑक्सीजन की उपस्थिति में होती हैं। यह अंतिम उत्पाद - कार्बन डाइऑक्साइड के निर्माण से पहले रासायनिक परिवर्तनों की एक श्रृंखला है। इस प्रक्रिया के विभिन्न चरणों में, प्रारंभिक पदार्थ के ऑक्सीकरण के मध्यवर्ती उत्पाद हाइड्रोजन परमाणुओं के उन्मूलन के साथ बनते हैं। इस मामले में, ऊर्जा जारी की जाती है, जो एटीपी के रासायनिक बंधों में "संरक्षित" होती है, और पानी के अणु बनते हैं। यह स्पष्ट हो जाता है कि विभाजित हाइड्रोजन परमाणुओं को बाँधने के लिए ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है। रासायनिक परिवर्तनों की यह श्रृंखला काफी जटिल है और माइटोकॉन्ड्रिया, एंजाइम और वाहक प्रोटीन की आंतरिक झिल्लियों की भागीदारी के साथ होती है।

सेलुलर श्वसन की बहुत उच्च दक्षता है। माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली पर ग्लाइकोलाइसिस उत्पादों के परिवर्तन के परिणामस्वरूप 30 एटीपी अणुओं का संश्लेषण होता है, ग्लाइकोलाइसिस के दौरान दो और अणु बनते हैं, और छह एटीपी अणु बनते हैं। कुल मिलाकर, एक ग्लूकोज अणु के ऑक्सीकरण के परिणामस्वरूप, 38 एटीपी अणु बनते हैं:

सी 6 एच 12 ओ 6 + 6 एच 2 0 → 6 सीओ 2 + 6 एच 2 ओ + 38एटीपी

माइटोकॉन्ड्रिया में, न केवल शर्करा, बल्कि प्रोटीन और लिपिड के ऑक्सीकरण के अंतिम चरण होते हैं। इन पदार्थों का उपयोग कोशिकाओं द्वारा किया जाता है, मुख्यतः जब कार्बोहाइड्रेट की आपूर्ति समाप्त हो जाती है। सबसे पहले, वसा का सेवन किया जाता है, जिसके ऑक्सीकरण के दौरान कार्बोहाइड्रेट और प्रोटीन की समान मात्रा की तुलना में बहुत अधिक ऊर्जा निकलती है। इसलिए, जानवरों में वसा ऊर्जा संसाधनों का मुख्य "रणनीतिक भंडार" है। पौधों में, स्टार्च एक ऊर्जा आरक्षित के रूप में कार्य करता है। संग्रहीत होने पर, यह वसा की ऊर्जा-समतुल्य मात्रा की तुलना में काफी अधिक स्थान लेता है। पौधों के लिए, यह कोई बाधा नहीं है, क्योंकि वे गतिहीन हैं और जानवरों की तरह खुद पर भंडार नहीं रखते हैं। आप वसा की तुलना में बहुत तेजी से कार्बोहाइड्रेट से ऊर्जा निकाल सकते हैं। प्रोटीन शरीर में कई महत्वपूर्ण कार्य करते हैं, इसलिए वे ऊर्जा चयापचय में तभी शामिल होते हैं जब शर्करा और वसा के संसाधन समाप्त हो जाते हैं, उदाहरण के लिए, लंबे समय तक भुखमरी के दौरान।

प्रकाश संश्लेषण. प्रकाश संश्लेषण- एक प्रक्रिया है जिसके दौरान सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा कार्बनिक यौगिकों के रासायनिक बंधों की ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। पादप कोशिकाओं में, प्रकाश संश्लेषण संबंधी प्रक्रियाएँ क्लोरोप्लास्ट में होती हैं। इस ऑर्गेनेल के अंदर झिल्लियों की प्रणाली होती है जिसमें वर्णक एम्बेडेड होते हैं जो सूर्य की उज्ज्वल ऊर्जा को ग्रहण करते हैं। प्रकाश संश्लेषण का मुख्य वर्णक क्लोरोफिल है, जो मुख्य रूप से नीले और बैंगनी रंग के साथ-साथ स्पेक्ट्रम की लाल किरणों को अवशोषित करता है। हरे रंग का प्रकाश परावर्तित होता है, इसलिए स्वयं क्लोरोफिल और इसे युक्त पौधे के हिस्से हरे रंग के दिखाई देते हैं।

प्रकाश संश्लेषण की दो अवस्थाएँ होती हैं - रोशनीऔर अँधेरा(चित्र 53)। उज्ज्वल ऊर्जा का वास्तविक कब्जा और रूपांतरण प्रकाश चरण के दौरान होता है। प्रकाश क्वांटा को अवशोषित करते समय, क्लोरोफिल उत्तेजित अवस्था में चला जाता है और एक इलेक्ट्रॉन दाता बन जाता है। इसके इलेक्ट्रॉनों को इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के साथ एक प्रोटीन परिसर से दूसरे में स्थानांतरित किया जाता है। इस श्रृंखला के प्रोटीन, पिगमेंट की तरह, क्लोरोप्लास्ट की आंतरिक झिल्ली पर केंद्रित होते हैं। जब एक इलेक्ट्रॉन वाहक श्रृंखला से गुजरता है, तो वह ऊर्जा खो देता है, जिसका उपयोग एटीपी को संश्लेषित करने के लिए किया जाता है। प्रकाश से उत्साहित कुछ इलेक्ट्रॉनों का उपयोग NDP (निकोटिनामाइड एडेनिन डाइन्यूक्लिओटिफॉस्फेट), या NADPH को कम करने के लिए किया जाता है।

चावल। 53. प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश और अंधेरे चरणों की प्रतिक्रियाओं के उत्पाद

क्लोरोप्लास्ट में सूर्य के प्रकाश के प्रभाव में जल के अणुओं का विखंडन भी होता है - photolysis; इस मामले में, इलेक्ट्रॉन उत्पन्न होते हैं जो क्लोरोफिल द्वारा उनके नुकसान की भरपाई करते हैं; ऑक्सीजन एक उप-उत्पाद के रूप में बनता है:

इस प्रकार, प्रकाश चरण का कार्यात्मक अर्थ प्रकाश ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करके ATP और NADP·H के संश्लेषण में निहित है।

प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण को प्रकाश की आवश्यकता नहीं होती है। यहां होने वाली प्रक्रियाओं का सार यह है कि प्रकाश चरण में प्राप्त एटीपी और एनएडीपी·एच अणु रासायनिक प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला में उपयोग किए जाते हैं जो कार्बोहाइड्रेट के रूप में सीओ2 को "फिक्स" करते हैं। अंधेरे चरण की सभी प्रतिक्रियाएं क्लोरोप्लास्ट के अंदर की जाती हैं, और कार्बन डाइऑक्साइड के "निर्धारण" के दौरान जारी एडीपी और एनएडीपी को फिर से एटीपी और एनएडीपी एच के संश्लेषण के लिए प्रकाश चरण की प्रतिक्रियाओं में उपयोग किया जाता है।

समग्र प्रकाश संश्लेषण समीकरण इस प्रकार है:

प्लास्टिक और ऊर्जा विनिमय की प्रक्रियाओं का संबंध और एकता. एटीपी संश्लेषण की प्रक्रिया साइटोप्लाज्म (ग्लाइकोलाइसिस), माइटोकॉन्ड्रिया (कोशिकीय श्वसन) और क्लोरोप्लास्ट (प्रकाश संश्लेषण) में होती है। इन प्रक्रियाओं के दौरान होने वाली सभी प्रतिक्रियाएँ ऊर्जा विनिमय की प्रतिक्रियाएँ हैं। कोशिका के जीवन के लिए आवश्यक प्रोटीन, वसा, कार्बोहाइड्रेट और न्यूक्लिक एसिड के उत्पादन के लिए प्लास्टिक एक्सचेंज की प्रतिक्रियाओं में एटीपी के रूप में संग्रहीत ऊर्जा खर्च की जाती है। ध्यान दें कि प्रकाश संश्लेषण का अंधेरा चरण प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला है, प्लास्टिक एक्सचेंज है, और प्रकाश चरण ऊर्जा है।

ऊर्जा और प्लास्टिक विनिमय की प्रक्रियाओं के संबंध और एकता को निम्नलिखित समीकरण द्वारा अच्छी तरह से चित्रित किया गया है:

इस समीकरण को बाएं से दाएं पढ़ने पर, हमें ग्लाइकोलाइसिस और सेलुलर श्वसन के दौरान ग्लूकोज के ऑक्सीकरण की प्रक्रिया कार्बन डाइऑक्साइड और पानी में मिलती है, जो एटीपी (ऊर्जा चयापचय) के संश्लेषण से जुड़ी है। यदि आप इसे दाएं से बाएं पढ़ते हैं, तो आपको प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण की प्रतिक्रियाओं का विवरण मिलता है, जब एटीपी (प्लास्टिक चयापचय) की भागीदारी के साथ ग्लूकोज को पानी और कार्बन डाइऑक्साइड से संश्लेषित किया जाता है।

chemosynthesis. फोटोऑटोट्रॉफ़्स के अलावा, कुछ बैक्टीरिया (हाइड्रोजन, नाइट्रिफाइंग, सल्फर बैक्टीरिया, आदि) भी अकार्बनिक पदार्थों से कार्बनिक पदार्थों को संश्लेषित करने में सक्षम हैं। वे इस संश्लेषण को अकार्बनिक पदार्थों के ऑक्सीकरण के दौरान जारी ऊर्जा के कारण करते हैं। उन्हें केमोआटोट्रॉफ़ कहा जाता है। ये रसायन संश्लेषक जीवाणु जीवमंडल में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। उदाहरण के लिए, नाइट्रिफ़ाइंग बैक्टीरिया अमोनियम लवणों को नाइट्रिक एसिड लवणों में परिवर्तित कर देते हैं जो पौधों के लिए दुर्गम हैं, जो उनके द्वारा अच्छी तरह से अवशोषित होते हैं।

सेलुलर चयापचय ऊर्जा और प्लास्टिक चयापचय की प्रतिक्रियाओं से बना है। ऊर्जा चयापचय के दौरान, मैक्रोर्जिक रासायनिक बांड - एटीपी - के साथ कार्बनिक यौगिकों का निर्माण होता है। इसके लिए आवश्यक ऊर्जा एनारोबिक (ग्लाइकोलिसिस, किण्वन) और एरोबिक (सेलुलर श्वसन) प्रतिक्रियाओं के दौरान कार्बनिक यौगिकों के ऑक्सीकरण से आती है; सूर्य की किरणों से, जिसकी ऊर्जा प्रकाश चरण (प्रकाश संश्लेषण) में अवशोषित होती है; अकार्बनिक यौगिकों (रसायन संश्लेषण) के ऑक्सीकरण से। प्लास्टिक विनिमय प्रतिक्रियाओं के दौरान सेल के लिए आवश्यक कार्बनिक यौगिकों के संश्लेषण पर एटीपी की ऊर्जा खर्च की जाती है, जिसमें प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण की प्रतिक्रियाएं शामिल हैं।

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कोशिका ऊर्जा कैसे प्राप्त और उपयोग करती है?

जीने के लिए, आपको काम करना होगा। यह सांसारिक सत्य किसी भी जीवित प्राणी पर काफी लागू होता है। एककोशिकीय सूक्ष्म जीवों से लेकर उच्च जन्तुओं और मनुष्यों तक सभी जीव निरंतर विभिन्न प्रकार के कार्य करते रहते हैं। ऐसा आंदोलन है, वह है यांत्रिकजानवर की मांसपेशियों के संकुचन या बैक्टीरिया के फ्लैगेलम के रोटेशन के साथ काम करें; कोशिकाओं में जटिल रासायनिक यौगिकों का संश्लेषण, अर्थात रासायनिककाम; प्रोटोप्लाज्म और बाहरी वातावरण के बीच एक संभावित अंतर पैदा करना, अर्थात इलेक्ट्रिककाम; बाहरी वातावरण से पदार्थों का स्थानांतरण, जहाँ उनमें से कुछ हैं, कोशिका में, जहाँ समान पदार्थ अधिक हैं, अर्थात आसमाटिककाम। सूचीबद्ध चार मुख्य प्रकार के कार्यों के अलावा, हम परिवेश के तापमान में कमी के साथ-साथ चमकदार जीवों द्वारा प्रकाश के उत्पादन के जवाब में गर्म रक्त वाले जानवरों द्वारा गर्मी के उत्पादन का उल्लेख कर सकते हैं।

ऊर्जा चयापचय क्या है

इस सब के लिए ऊर्जा के व्यय की आवश्यकता होती है, जो विभिन्न बाहरी ऊर्जा संसाधनों से प्राप्त होती है। जीवमंडल के लिए ऊर्जा का प्राथमिक स्रोत सूर्य का प्रकाश है, जो प्रकाश संश्लेषक जीवित प्राणियों द्वारा आत्मसात किया जाता है: हरे पौधे और कुछ बैक्टीरिया। इन जीवों (कार्बोहाइड्रेट, वसा और प्रोटीन) द्वारा बनाए गए बायोपॉलिमर्स को तब अन्य सभी - हेटरोट्रॉफ़िक - जीवन रूपों द्वारा "ईंधन" के रूप में उपयोग किया जा सकता है, जिसमें जानवर, कवक और अधिकांश प्रकार के बैक्टीरिया शामिल हैं।

खाद्य बायोपॉलिमर्स बहुत विविध हो सकते हैं: वे सैकड़ों विभिन्न प्रोटीन, वसा और पॉलीसेकेराइड हैं। यह "ईंधन" शरीर में टूट जाता है। सबसे पहले, बहुलक अणु अपने घटक मोनोमर्स में टूट जाते हैं: प्रोटीन अमीनो एसिड में, वसा फैटी एसिड और ग्लिसरॉल में, पॉलीसेकेराइड मोनोसेकेराइड में टूट जाते हैं। विभिन्न प्रकार के मोनोमर्स की कुल संख्या अब सैकड़ों में नहीं, बल्कि दसियों में मापी जाती है।

इसके बाद, मोनोमर्स 2 से 6 तक कार्बन परमाणुओं की संख्या के साथ छोटे मोनो-, di- और ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड में परिवर्तित हो जाते हैं। इनमें से केवल दस एसिड होते हैं। उनका परिवर्तन एक चक्र में बंद है, जिसे इसके खोजकर्ता के सम्मान में क्रेब्स चक्र कहा जाता है,

क्रेब्स चक्र में, कार्बोक्जिलिक एसिड ऑक्सीजन के साथ कार्बन डाइऑक्साइड और पानी में ऑक्सीकृत होते हैं। यह कार्बोक्जिलिक एसिड से निकलने वाले हाइड्रोजन के साथ आणविक ऑक्सीजन की प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप पानी का निर्माण होता है जो ऊर्जा की सबसे बड़ी रिलीज के साथ होता है, जबकि पूर्ववर्ती प्रक्रियाएं मुख्य रूप से केवल "ईंधन" तैयार करने के लिए काम करती हैं। ऑक्सीजन के साथ हाइड्रोजन का ऑक्सीकरण, यानी विस्फोट करने वाली गैस (O2 + 2H2 \u003d 2H20) की प्रतिक्रिया, सेल में कई चरणों में विभाजित होती है, ताकि इस मामले में जारी ऊर्जा तुरंत नहीं, बल्कि भागों में जारी हो।

उसी तरह, भागों में, प्रकाश की मात्रा के रूप में ऊर्जा की रिहाई प्रकाश संश्लेषक जीवों की कोशिकाओं में होती है।

तो, एक ही सेल में, सबसे पहले, ऊर्जा की कई प्रतिक्रियाएं जारी होती हैं और दूसरी, कई प्रक्रियाएं जो ऊर्जा के अवशोषण के साथ चलती हैं। इन दोनों प्रणालियों का मध्यस्थ, जिसकी समग्रता को ऊर्जा चयापचय कहा जाता है, एक विशेष पदार्थ है - एडेनोसिन ट्राइफोस्फोरिक एसिड (एटीपी)।