पादप कोशिकाओं को ऊर्जा कैसे मिलती है। सेल में ऊर्जा परिवर्तन

अध्याय 4। एक जटिल कोशिका एक वनस्पतिशास्त्री वह है जो जानता है कि एक ही पौधे को एक ही नाम और अलग-अलग लोगों को अलग-अलग नाम कैसे दिए जाते हैं, और इस तरह से कि हर कोई इसका पता लगा सके, ”महान स्वीडिश टैक्सोनोमिस्ट कार्ल लिनिअस ने लिखा ( खुद एक वनस्पति विज्ञानी)। यह परिभाषा हैरान कर सकती है

अध्याय 2. कोशिका विषय कोशिका के अध्ययन का इतिहास। कोशिका सिद्धांत कोशिका की रासायनिक संरचना यूकेरियोटिक और प्रोकैरियोटिक कोशिकाओं की संरचना कोशिका विषाणुओं में वंशानुगत जानकारी का कार्यान्वयन एक अद्भुत और रहस्यमय दुनिया हमें घेर लेती है, ग्रह के निवासी,

10. यूकेरियोटिक कोशिका। साइटोप्लाज्म। अंगक याद रखें! कोशिका सिद्धांत के मुख्य प्रावधान क्या हैं? आनुवंशिक सामग्री के स्थान के आधार पर किस प्रकार की कोशिकाओं में अंतर किया जाता है? आपको ज्ञात कोशिका अंगक क्या हैं। वे कौन से कार्य करते हैं? § 4 में हम पहले ही कर चुके हैं

12. प्रोकैरियोटिक कोशिका याद रखें! प्रोकैरियोटिक और यूकेरियोटिक कोशिकाओं की संरचना में मूलभूत अंतर क्या हैं? प्रकृति में बैक्टीरिया की क्या भूमिका है? प्रोकैरियोट्स की विविधता। प्रोकैरियोट्स का साम्राज्य मुख्य रूप से सबसे प्राचीन बैक्टीरिया द्वारा दर्शाया गया है

एककोशिकीय जीवों की उपस्थिति से लेकर कोशिका नाभिक के "आविष्कार" और कई अन्य नवाचारों के जन्म तक एक अरब से अधिक वर्ष बीत चुके हैं। तभी पहले बहुकोशिकीय प्राणियों के लिए रास्ता खुला, जिसने जानवरों, पौधों और कवक के तीन साम्राज्यों को जन्म दिया। यूरोपीय वैज्ञानिकों ने इस परिवर्तन के लिए एक नई व्याख्या सामने रखी है, जो अब तक मौजूद विचारों के विपरीत है।

यह आम तौर पर स्वीकार किया जाता है कि पहले अधिक परिपूर्ण परमाणु कोशिकाओं का जन्म प्रोकैरियोट्स से हुआ था, जो पुराने ऊर्जा तंत्र पर निर्भर थे, और केवल बाद में रंगरूटों ने माइटोकॉन्ड्रिया का अधिग्रहण किया। उत्तरार्द्ध को यूकेरियोट्स के आगे के विकास में एक महत्वपूर्ण भूमिका सौंपी गई, लेकिन आधारशिला की भूमिका नहीं जो इसकी नींव पर है।

“हमने दिखाया है कि पहला विकल्प काम नहीं करेगा। सेल की जटिलता को विकसित करने के लिए, इसे माइटोकॉन्ड्रिया की आवश्यकता होती है, ”मार्टिन बताते हैं। "हमारी परिकल्पना पारंपरिक दृष्टिकोण का खंडन करती है कि यूकेरियोटिक कोशिकाओं में संक्रमण के लिए केवल उचित उत्परिवर्तन की आवश्यकता होती है," लेन ने उसे प्रतिध्वनित किया।

वे एक साथ विकसित हुए, जबकि एंडोसिम्बियोनेट ने धीरे-धीरे एक कौशल - एटीपी का संश्लेषण किया। भीतरी कोशिका का आकार घट गया और उसने अपने कुछ द्वितीयक जीनों को केन्द्रक में स्थानान्तरित कर दिया। इसलिए माइटोकॉन्ड्रिया ने मूल डीएनए के केवल उस हिस्से को बरकरार रखा जिसकी उन्हें "जीवित ऊर्जा संयंत्र" के रूप में काम करने की आवश्यकता थी।

कोशिका के अंदर माइटोकॉन्ड्रिया (प्रतिदीप्त हरा)। इनसेट: मार्टिन (बाएं) और लेन। नए अध्ययन का विवरण नेचर लेख और यूसीएल प्रेस विज्ञप्ति (डगलस क्लाइन द्वारा फोटो,molvol.de, nick-lane.net) में पाया जा सकता है।

ऊर्जा के संदर्भ में माइटोकॉन्ड्रिया की उपस्थिति की तुलना एक गाड़ी के बाद एक रॉकेट के आविष्कार से की जा सकती है, क्योंकि परमाणु कोशिकाएं बिना नाभिक वाली कोशिकाओं की तुलना में औसतन एक हजार गुना बड़ी होती हैं।

उत्तरार्द्ध, ऐसा प्रतीत होता है, डिवाइस के आकार और जटिलता में भी बढ़ सकता है (यहाँ पृथक हड़ताली उदाहरण हैं)। लेकिन इस रास्ते पर, छोटे जीवों की एक पकड़ है: जैसे-जैसे वे ज्यामितीय रूप से बढ़ते हैं, सतह क्षेत्र से आयतन का अनुपात तेजी से घटता है।

इस बीच, साधारण कोशिकाएं एक झिल्ली की मदद से ऊर्जा उत्पन्न करती हैं जो उन्हें ढकती है। तो एक बड़े प्रोकैरियोटिक सेल में नए जीन के लिए बहुत जगह हो सकती है, लेकिन इसमें इन "निर्देशों" के अनुसार प्रोटीन को संश्लेषित करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा नहीं होती है।

बाहरी झिल्ली की परतों में एक साधारण वृद्धि विशेष रूप से स्थिति को नहीं बचाती है (हालांकि ऐसी कोशिकाएं ज्ञात हैं)। शक्ति बढ़ाने की इस विधि से ऊर्जा प्रणाली के संचालन में त्रुटियों की संख्या भी बढ़ जाती है। कोशिका में अवांछित अणु जमा हो जाते हैं जो इसे नष्ट कर सकते हैं।

एक कोशिका में माइटोकॉन्ड्रिया (लाल रंग में दिखाया गया) की संख्या एक प्रति (ज्यादातर एककोशिकीय यूकेरियोट्स में) से दो हजार (उदाहरण के लिए, मानव यकृत कोशिकाओं में) (ओड्रा नोएल द्वारा चित्रण) से भिन्न होती है।

माइटोकॉन्ड्रिया प्रकृति का एक शानदार आविष्कार है। उनकी संख्या में वृद्धि करके, कोशिका की बाहरी सतह को बढ़ाए बिना उसकी ऊर्जा क्षमता को बढ़ाना संभव है। इसके अलावा, प्रत्येक माइटोकॉन्ड्रियन में अंतर्निहित नियंत्रण और मरम्मत तंत्र भी होते हैं।

और नवाचार का एक और प्लस: माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए छोटा और बहुत ही किफायती है। इसे कॉपी करने के लिए बहुत अधिक संसाधनों की आवश्यकता नहीं होती है। लेकिन बैक्टीरिया, अपनी ऊर्जा क्षमताओं को बढ़ाने के लिए, केवल अपने पूरे जीनोम की कई प्रतियाँ ही बना सकते हैं। लेकिन इस तरह के विकास से तेजी से एक ऊर्जावान गतिरोध पैदा होता है।

विभिन्न कोशिकाओं और उनकी योजनाओं की ऊर्जा की तुलना। ए) - औसत प्रोकैरियोट ( Escherichia), बी) एक बहुत बड़ा प्रोकैरियोट है ( थियोमार्गरिटा) और (सी) मध्य यूकेरियोट ( यूजलैना).
आरेख दिखाते हैं (ऊपर से नीचे): सेल (डी) प्रति ग्राम शक्ति (वाट), प्रति जीन (ई), और शक्ति (पिकोवाट) प्रति हैप्लोइड जीनोम (एफ) (निक लेन, विलियम द्वारा चित्रण) मार्टिन/प्रकृति)।

काम के लेखकों ने गणना की कि औसत यूकेरियोटिक कोशिका सैद्धांतिक रूप से औसत जीवाणु की तुलना में 200,000 गुना अधिक जीन ले सकती है। यूकेरियोट्स को बड़ी संख्या में अलमारियों के साथ एक पुस्तकालय के रूप में सोचा जा सकता है - इसे अपने दिल की सामग्री के लिए पुस्तकों से भरें। खैर, एक अधिक विस्तारित जीनोम सेल की संरचना और उसके चयापचय में और सुधार का आधार है, नए नियामक सर्किट का उदय।

किसी भी जीव के अस्तित्व के लिए एक शर्त पोषक तत्वों की निरंतर आपूर्ति और कोशिकाओं में होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं के अंतिम उत्पादों की निरंतर रिहाई है। जीवों द्वारा पोषक तत्वों का उपयोग रासायनिक तत्वों (मुख्य रूप से कार्बन परमाणुओं) के परमाणुओं के स्रोत के रूप में किया जाता है, जिससे सभी संरचनाएं निर्मित या नवीनीकृत होती हैं। पोषक तत्वों के अतिरिक्त शरीर को जल, ऑक्सीजन तथा खनिज लवण भी प्राप्त होते हैं। कार्बनिक पदार्थ जो कोशिकाओं में प्रवेश करते हैं (या प्रकाश संश्लेषण के दौरान संश्लेषित होते हैं) बिल्डिंग ब्लॉक्स - मोनोमर्स में टूट जाते हैं और शरीर की सभी कोशिकाओं को भेजे जाते हैं। इन पदार्थों के अणुओं का एक हिस्सा इस जीव में निहित विशिष्ट कार्बनिक पदार्थों के संश्लेषण पर खर्च किया जाता है। प्रोटीन, लीचीड, कार्बोहाइड्रेट, न्यूक्लिक एसिड और अन्य पदार्थ कोशिकाओं में संश्लेषित होते हैं जो विभिन्न कार्य (निर्माण, उत्प्रेरक, नियामक, सुरक्षात्मक, आदि) करते हैं। कोशिकाओं में प्रवेश करने वाले कम आणविक भार वाले कार्बनिक यौगिकों का एक और हिस्सा एटीपी के निर्माण में जाता है, जिसके अणुओं में सीधे काम करने के लिए ऊर्जा होती है। ऊर्जा शरीर के सभी विशिष्ट पदार्थों के संश्लेषण के लिए आवश्यक है, इसके अत्यधिक व्यवस्थित संगठन को बनाए रखने के लिए, कोशिकाओं के भीतर पदार्थों के सक्रिय परिवहन के लिए, एक कोशिका से दूसरी कोशिका में, शरीर के एक भाग से दूसरे भाग में, तंत्रिका आवेगों के संचरण के लिए, ऊर्जा आवश्यक है। जीवों की गति, और एक स्थिर शरीर का तापमान (पक्षियों और स्तनधारियों में) और अन्य उद्देश्यों के लिए बनाए रखना। कोशिकाओं में पदार्थों के परिवर्तन के दौरान, चयापचय के अंतिम उत्पाद बनते हैं, जो शरीर के लिए विषाक्त हो सकते हैं और इससे उत्सर्जित होते हैं (उदाहरण के लिए, अमोनिया)। इस प्रकार, सभी जीवित जीव लगातार पर्यावरण से कुछ पदार्थों का उपभोग करते हैं, उन्हें रूपांतरित करते हैं और अंतिम उत्पादों को पर्यावरण में छोड़ते हैं। शरीर में होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं की समग्रता को चयापचय या चयापचय कहा जाता है। प्रक्रियाओं की सामान्य दिशा के आधार पर, अपचय और उपचय को प्रतिष्ठित किया जाता है।

अपचय (डिसिमिलेशन) प्रतिक्रियाओं का एक समूह है जो अधिक जटिल से सरल यौगिकों के निर्माण की ओर ले जाता है। कैटोबोलिक प्रतिक्रियाओं में शामिल हैं, उदाहरण के लिए, पॉलिमर के मोनोमर्स के हाइड्रोलिसिस की प्रतिक्रियाएं और बाद के कार्बन डाइऑक्साइड, पानी, अमोनिया, यानी ऊर्जा चयापचय प्रतिक्रियाएं, जिसके दौरान कार्बनिक पदार्थ ऑक्सीकरण होते हैं और एटीपी संश्लेषित होते हैं। उपचय (आत्मसात) सरल लोगों से जटिल कार्बनिक पदार्थों के संश्लेषण के लिए प्रतिक्रियाओं का एक सेट है। इनमें शामिल हैं, उदाहरण के लिए, नाइट्रोजन निर्धारण और प्रोटीन जैवसंश्लेषण, प्रकाश संश्लेषण के दौरान कार्बन डाइऑक्साइड और पानी से कार्बोहाइड्रेट का संश्लेषण, पॉलीसेकेराइड, लिपिड, न्यूक्लियोटाइड, डीएनए, आरएनए और अन्य पदार्थों का संश्लेषण। जीवित जीवों की कोशिकाओं में पदार्थों के संश्लेषण को अक्सर प्लास्टिक एक्सचेंज कहा जाता है, और एटीपी के संश्लेषण के साथ पदार्थों के टूटने और उनके ऑक्सीकरण को ऊर्जा चयापचय कहा जाता है। दोनों प्रकार के चयापचय किसी भी कोशिका की महत्वपूर्ण गतिविधि का आधार बनते हैं, और परिणामस्वरूप, किसी भी जीव के, और एक दूसरे से निकटता से संबंधित होते हैं। उपचय और अपचय की प्रक्रिया शरीर में गतिशील संतुलन या उनमें से एक के अस्थायी प्रसार की स्थिति में होती है। अपचयी प्रक्रियाओं पर उपचय प्रक्रियाओं की प्रबलता से विकास होता है, ऊतक द्रव्यमान का संचय होता है, और अपचय होता है - ऊतक संरचनाओं का आंशिक विनाश, ऊर्जा की रिहाई। उपचय और अपचय के संतुलन या गैर-संतुलन अनुपात की स्थिति उम्र पर निर्भर करती है। बचपन में, उपचय की प्रक्रिया प्रबल होती है, और बुढ़ापे में - अपचय। वयस्कों में, ये प्रक्रियाएँ संतुलन में होती हैं। उनका अनुपात किसी व्यक्ति द्वारा की जाने वाली स्वास्थ्य, शारीरिक या मानसिक-भावनात्मक गतिविधि की स्थिति पर भी निर्भर करता है।

82. ओपन थर्मोडायनामिक सिस्टम की एंट्रोपी, प्रिगोगिन का समीकरण.

एंट्रॉपी मुक्त ऊर्जा के अपव्यय का एक उपाय है, इसलिए स्थिर अवस्था में कोई भी खुली टी/डी प्रणाली मुक्त ऊर्जा के न्यूनतम अपव्यय की ओर प्रवृत्त होती है। यदि किसी कारण से प्रणाली स्थिर अवस्था से विचलित हो जाती है, तो न्यूनतम एन्ट्रापी की प्रवृत्ति के कारण, इसमें आंतरिक परिवर्तन होते हैं, इसे स्थिर स्थिति में लौटाते हैं। ओपन सिस्टम, थर्मोडायनामिक पर्यावरण के साथ पदार्थ और ऊर्जा का आदान-प्रदान करने में सक्षम प्रणाली। एक खुली प्रणाली में, गर्मी प्रणाली से और उसमें दोनों से प्रवाहित होती है।

पोस्टुलेट आई.आर. प्रोगोगाइन यह है कि एक खुली प्रणाली के एन्ट्रापी डीएस में कुल परिवर्तन स्वतंत्र रूप से या तो बाहरी वातावरण (डीईएस) के साथ विनिमय प्रक्रियाओं के कारण या आंतरिक अपरिवर्तनीय प्रक्रियाओं (डीआईएस) के कारण हो सकता है: डीएस = डीईएस + डीआईएस। प्रोगोगिन की प्रमेय। स्थिर बाहरी मापदंडों के साथ स्थिर राज्यों में, अपरिवर्तनीय प्रक्रियाओं की घटना के कारण एक खुली प्रणाली में एन्ट्रापी उत्पादन की दर समय में स्थिर और परिमाण में न्यूनतम होती है। जिले / डीटी मिनट।

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।

कार्बनिक पदार्थों के ऑक्सीकरण के कारण उत्पन्न होने वाली सेल ऊर्जा

परिवर्तन कार्बनिक पदार्थोंएक पिंजरे में। कार्बनिक पदार्थ (कार्बोहाइड्रेट, वसा, प्रोटीन, विटामिन, आदि) कार्बन डाइऑक्साइड, पानी और खनिज लवणों से पादप कोशिकाओं में बनते हैं।

पौधों को खाने से जंतु कार्बनिक पदार्थ तैयार रूप में प्राप्त करते हैं। इन पदार्थों में संग्रहित ऊर्जा उनके साथ हेटरोट्रॉफ़िक जीवों की कोशिकाओं में जाती है।

हेटरोट्रॉफ़िक जीवों की कोशिकाओं में, उनके ऑक्सीकरण के दौरान कार्बनिक यौगिकों की ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है ऊर्जा एटीपी. इसी समय, हेटरोट्रॉफ़िक जीव कार्बन डाइऑक्साइड और पानी छोड़ते हैं, जो प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के लिए फिर से ऑटोट्रॉफ़िक जीवों द्वारा उपयोग किए जाते हैं।

एटीपी में संग्रहीत ऊर्जा सभी जीवन प्रक्रियाओं को बनाए रखने पर खर्च की जाती है: प्रोटीन और अन्य कार्बनिक यौगिकों के जैवसंश्लेषण, आंदोलन, विकास और कोशिका विभाजन।

जीवित जीवों की सभी कोशिकाओं में क्षमता होती है ऊर्जा के एक रूप को दूसरे रूप में परिवर्तित करना. कार्बनिक यौगिकों में संचित ऊर्जा के निष्कर्षण की प्रक्रिया किस कोशिकीय अंगक में संपन्न होती है? यह पाया गया कि ऊर्जा की रिहाई के साथ कार्बन डाइऑक्साइड में ग्लूकोज अणुओं के टूटने और ऑक्सीकरण का अंतिम चरण माइटोकॉन्ड्रिया में होता है।

कार्बनिक यौगिकों के ऑक्सीकरण होने पर ऊर्जा क्यों मुक्त होती है? कार्बनिक यौगिकों के अणुओं में इलेक्ट्रॉनों में ऊर्जा का एक बड़ा भंडार होता है, जैसे कि उनमें उच्च ऊर्जा स्तर तक उठाया जाता है। ऊर्जा तब निकलती है जब इलेक्ट्रॉन अपने या किसी अन्य अणु या परमाणु में उच्च स्तर से निचले स्तर तक जाते हैं जो इलेक्ट्रॉन सिंक होने में सक्षम होते हैं।

ऑक्सीजन ऐसे इलेक्ट्रॉन रिसीवर के रूप में कार्य करता है।

यह इसकी मुख्य जैविक भूमिका है। इसके लिए हमें हवा में ऑक्सीजन की जरूरत होती है।

प्रकाश संश्लेषण के बारे में बात करते हुए, हमने प्रकाश से उत्तेजित क्लोरोफिल के इलेक्ट्रॉन की तुलना ऊँचाई तक उठाए गए पत्थर से की: ऊँचाई से गिरने पर, यह ऊर्जा खो देता है। कार्बनिक यौगिकों के ऑक्सीकरण के मामले में भी ऐसी तुलना उपयुक्त है।

ऑक्सीकरण प्रक्रियाओं के लिए आवश्यक ऑक्सीजन श्वसन के दौरान शरीर में प्रवेश करती है। इसलिए, श्वसन की प्रक्रिया सीधे जैविक ऑक्सीकरण से संबंधित है। कार्बनिक पदार्थों के जैविक ऑक्सीकरण की प्रक्रिया माइटोकॉन्ड्रिया में की जाती है।

यह ज्ञात है कि कार्बनिक पदार्थों के दहन के दौरान कार्बन डाइऑक्साइड और पानी बनता है। इस मामले में, ऊर्जा गर्मी के रूप में जारी की जाती है। तो, ऑक्सीजन जोड़ने और ऑक्सीकरण, उदाहरण के लिए, जलाऊ लकड़ी, तेल, गैस (मीथेन) जलते हैं।

कार्बन डाइऑक्साइड और पानी के निर्माण के साथ कार्बनिक पदार्थों का ऑक्सीकरण भी होता है। लेकिन जैविक ऑक्सीकरण मूलभूत रूप से दहन से अलग है। कई एंजाइमों की भागीदारी के साथ, जैविक ऑक्सीकरण की प्रक्रिया चरणबद्ध तरीके से आगे बढ़ती है। कार्बनिक पदार्थों के दहन के दौरान, लगभग सभी ऊर्जा ऊष्मा के रूप में निकलती है।

जैविक ऑक्सीकरण के दौरान, कार्बनिक पदार्थों की ऊर्जा का लगभग 50% एटीपी की ऊर्जा के साथ-साथ अन्य ऊर्जा वाहक अणुओं में परिवर्तित हो जाता है। शेष 50% ऑक्सीकरण ऊर्जा गर्मी में परिवर्तित हो जाती है। चूंकि एंजाइमेटिक ऑक्सीकरण प्रक्रियाएं चरणों में आगे बढ़ती हैं, थर्मल ऊर्जा धीरे-धीरे जारी होती है और बाहरी वातावरण में गर्मी-संवेदनशील प्रोटीन और अन्य सेल पदार्थों को नुकसान पहुंचाए बिना फैलने का समय होता है। यह जीवित जीवों और दहन में होने वाली ऑक्सीकरण की प्रक्रियाओं के बीच मुख्य अंतर है।