श्वसनी क्रियाधार

श्वसन सब्सट्रेट कार्बनिक यौगिक होते हैं जो श्वसन के दौरान ऑक्सीकृत होकर ATP के रूप में ऊर्जा छोड़ते हैं। पौधों में, ये सब्सट्रेट मुख्य रूप से कार्बोहाइड्रेट होते हैं, लेकिन प्रोटीन, लिपिड और कार्बनिक अम्ल भी कुछ स्थितियों में श्वसन सब्सट्रेट के रूप में काम कर सकते हैं।

श्वसन सब्सट्रेट के प्रकार

कार्बोहाइड्रेट (प्राथमिक श्वसन सब्सट्रेट)

ग्लूकोज: सबसे सामान्य और कुशल श्वसन सब्सट्रेट।

सुक्रोज, फ्रुक्टोज और स्टार्च: श्वसन के लिए ग्लूकोज में टूट जाते हैं।

ग्लाइकोलाइसिस के दौरान, ग्लूकोज पाइरूवेट में परिवर्तित हो जाता है, जो ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए साइट्रिक अम्ल चक्र में प्रवेश करता है।

लिपिड (द्वितीयक श्वसन सब्सट्रेट)

लिपिड: ग्लिसरॉल और फैटी अम्ल में टूट जाते हैं।

ग्लिसरॉल ग्लाइकोलाइसिस में प्रवेश करता है, जबकि फैटी अम्ल बीटा-ऑक्सीकरण से गुजरते हुए एसिटाइल-CO बनाते हैं, जो साइट्रिक अम्ल चक्र में प्रवेश करता है।

लिपिड का उपयोग लंबे समय तक ऊर्जा की मांग के दौरान किया जाता है, जैसे कि बीज का अंकुरण।

प्रोटीन (तृतीयक श्वसन सब्सट्रेट)

• प्रोटीन अमीनो अम्ल में हाइड्रोलाइज्ड होते हैं, जिन्हें कीटो अम्ल बनाने के लिए डीमिनेट किया जाता है।
• ये कीटो अम्ल साइट्रिक अम्ल चक्र में प्रवेश कर सकते हैं।
• प्रोटीन का उपयोग भुखमरी या तनाव जैसी चरम स्थितियों में श्वसन सब्सट्रेट के रूप में किया जाता है।

कार्बनिक अम्ल

कुछ पौधे, विशेष रूप से क्रैसुलेसियन अम्ल मेटाबॉलिज्म (CAM) वाले, श्वसन सब्सट्रेट के रूप में मैलिक अम्ल जैसे कार्बनिक अम्लों का उपयोग करते हैं।

श्वसन भागफल (RQ)

श्वसन भागफल (RQ) शरीर विज्ञान और जैव रसायन विज्ञान में एक महत्वपूर्ण अवधारणा है, विशेष रूप से कोशिकीय श्वसन और चयापचय के अध्ययन में। यह इस बात की जानकारी देता है कि जीव ऊर्जा उत्पादन के लिए विभिन्न सब्सट्रेट का उपयोग कैसे करते हैं। श्वसन गुणांक (RQ) का मतलब है, कोशिकीय चयापचय में उत्पादित कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) और ऊतकों द्वारा इस्तेमाल की गई ऑक्सीजन (O2) का अनुपात। यह एक आयामहीन संख्या है। श्वसन गुणांक के बारे में कुछ खास बातेंः

• श्वसन गुणांक का इस्तेमाल बेसल चयापचय दर की गणना करने के लिए किया जाता है।  
• श्वसन गुणांक का मान 1, 0, एक से ज़्यादा या एक से कम हो सकता है।
• कार्बोहाइड्रेट श्वसन सब्सट्रेट होने पर श्वसन गुणांक 1 होता है।
• वसा या प्रोटीन श्वसन सब्सट्रेट होने पर श्वसन गुणांक 1 से कम होता है।
• सामान्य वसा के लिए श्वसन गुणांक करीब 0.7 होता है।
• ग्लूकोज़ एक कार्बोहाइड्रेट है और इसका श्वसन गुणांक 1 के बराबर होता है।

• श्वसन गुणांक को ज़्यादा या कम भोजन का संकेतक माना जा सकता है। कम भोजन करने पर श्वसन गुणांक कम होता है और ज़्यादा भोजन करने पर यह बढ़ता है।  

श्वसन भागफल, श्वसन के दौरान उत्पादित कार्बन डाइऑक्साइड (CO₂) की मात्रा और खपत की गई ऑक्सीजन (O₂) की मात्रा का अनुपात है।

श्वसन भागफल की गणना निम्नलिखित समीकरण का उपयोग करके की जा सकती है:

$RQ={\frac {VCO2}{VO2}}$

जहाँ

VCO₂ उत्पादित कार्बन डाइऑक्साइड की मात्रा है और

𝑉𝑂₂ एक विशिष्ट समय अवधि में खपत की गई ऑक्सीजन की मात्रा है।

RQ का मान

RQ का मान मेटाबोलाइज़ किए जा रहे सब्सट्रेट के प्रकार के आधार पर भिन्न होता है:

कार्बोहाइड्रेट: RQ लगभग 1.0 है (उदाहरण के लिए, ग्लूकोज) क्योंकि ग्लूकोज के श्वसन को संक्षेप में इस प्रकार बताया जा सकता है:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O

वसा: RQ लगभग 0.7 है (उदाहरण के लिए, पामिटिक अम्ल ) क्योंकि वसा चयापचय में खपत किए गए O₂ की तुलना में अधिक CO₂ प्राप्त होता है:

C₁₆H₃₂O₂ + 23O₂ → 16CO₂ + 16H₂O

प्रोटीन: RQ सामान्यतौर पर 0.8 के आसपास होता है, क्योंकि प्रोटीन चयापचय के परिणामस्वरूप नाइट्रोजनयुक्त अपशिष्ट का उत्पादन भी होता है।

महत्व

श्वसन गुणांक जीव द्वारा उपयोग किए जा रहे चयापचय मार्गों में अंतर्दृष्टि प्रदान करता है:

• 1.0 के करीब RQ ऊर्जा के लिए कार्बोहाइड्रेट पर निर्भरता को इंगित करता है।
• 1.0 से नीचे का RQ वसा ऑक्सीकरण के लिए वरीयता का सुझाव देता है।
• 0.8 के आसपास का RQ प्रोटीन चयापचय को इंगित करता है।

इसका उपयोग जीव की चयापचय स्थिति का आकलन करने के लिए किया जा सकता है, चाहे वह आराम कर रहा हो या व्यायाम के दौरान, और पोषण संबंधी स्थिति को भी दर्शा सकता है।

पौधों में श्वसन सब्सट्रेट का महत्व

ऊर्जा उत्पादन

सब्सट्रेट ऑक्सीकरण से उत्पन्न एटीपी विभिन्न सेलुलर प्रक्रियाओं को शक्ति प्रदान करता है।

बीज अंकुरण

तेल युक्त बीजों में लिपिड प्राथमिक सब्सट्रेट होते हैं, जो अंकुरण के लिए ऊर्जा प्रदान करते हैं।

तनाव के प्रति अनुकूलन

सूखे या पोषक तत्वों की कमी जैसी तनाव की स्थिति में, प्रोटीन या लिपिड वैकल्पिक सब्सट्रेट के रूप में काम कर सकते हैं।

विकास और रखरखाव

कार्बोहाइड्रेट विकास, विकास और रखरखाव के लिए निरंतर ऊर्जा आपूर्ति प्रदान करते हैं।

अभ्यास प्रश्न

• श्वसन गुणांक (RQ) को परिभाषित करें और चयापचय में इसके महत्व की व्याख्या करें।
• RQ की गणना करने का सूत्र क्या है, और चर क्या दर्शाते हैं?
• ऐसे जीव के लिए RQ की गणना करें जो 180 लीटर CO₂ का उत्पादन करता है और 200 लीटर O₂ का उपभोग करता है।