माइटोकॉन्ड्रिया में एटीपी का संश्लेषण

यूकैरियोटिक कोशिकाओं में, माइटोकॉन्ड्रिया ATP संश्लेषण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। ATP संश्लेषण के लिए आवश्यक एंजाइम माइटोकॉन्ड्रिया में उपस्थित होते हैं। यद्यपि, ATP का उत्पादन भी कुछ प्रक्रियाओं में माइटोकॉन्ड्रिया जैसे ग्लाइकोलिसिस को शामिल किए बिना होता है। माइटोकॉन्ड्रिया में एटीपी (एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट) का संश्लेषण कोशिकीय श्वसन में एक महत्वपूर्ण प्रक्रिया है, जिसे अक्सर ऑक्सीडेटिव फॉस्फोरिलेशन कहा जाता है। यह प्रक्रिया आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली में होती है और यह इस बात का केंद्र है कि कोशिकाएँ पोषक तत्वों से ऊर्जा कैसे उत्पन्न करती हैं।

एटीपी संश्लेषण में चरण

इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला (ETC)

NADH और FADH₂: ग्लाइकोलाइसिस और क्रेब्स चक्र के दौरान उत्पादित ये अणु ETC को इलेक्ट्रॉन दान करते हैं।

इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण: इलेक्ट्रॉन ETC के साथ-साथ एक कॉम्प्लेक्स से दूसरे कॉम्प्लेक्स (कॉम्प्लेक्स I से IV) में जाते हैं।

प्रोटॉन पंपिंग: जैसे-जैसे इलेक्ट्रॉन ETC से गुजरते हैं, ऊर्जा निकलती है और इसका उपयोग माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स से प्रोटॉन (H⁺ आयन) को इंटरमेम्ब्रेन स्पेस में पंप करने के लिए किया जाता है, जिससे प्रोटॉन ग्रेडिएंट (जिसे प्रोटॉन मोटिव फोर्स भी कहा जाता है) बनता है।

केमियोस्मोसिस

प्रोटॉन ग्रेडिएंट: इंटरमेम्ब्रेन स्पेस में प्रोटॉन का निर्माण मैट्रिक्स के सापेक्ष आंतरिक झिल्ली के बाहर प्रोटॉन की उच्च सांद्रता बनाता है।

एटीपी सिंथेस के माध्यम से प्रोटॉन प्रवाह: प्रोटॉन एटीपी सिंथेस के माध्यम से मैट्रिक्स में वापस प्रवाहित होते हैं, जो प्रोटॉन ग्रेडिएंट द्वारा संचालित एक प्रक्रिया है। प्रोटॉन का यह प्रवाह एटीपी सिंथेस को एडीपी (एडेनोसिन डिफॉस्फेट) और अकार्बनिक फॉस्फेट (पीआई) को एटीपी में बदलने के लिए आवश्यक ऊर्जा प्रदान करता है।

एटीपी गठन

फॉस्फोरिलेशन: प्रोटॉन प्रवाह से ऊर्जा का उपयोग एटीपी सिंथेस द्वारा एडीपी में फॉस्फेट समूह जोड़ने के लिए किया जाता है, जिससे एटीपी बनता है। इस प्रक्रिया को ऑक्सीडेटिव फॉस्फोरिलेशन के रूप में जाना जाता है क्योंकि इसमें इलेक्ट्रॉनों का स्थानांतरण (ऑक्सीकरण) और एटीपी का गठन (फॉस्फोरिलेशन) शामिल होता है।

अंतिम इलेक्ट्रॉन स्वीकारकर्ता के रूप में ऑक्सीजन:

ETC के अंत में, इलेक्ट्रॉन ऑक्सीजन में स्थानांतरित हो जाते हैं, जो अंतिम इलेक्ट्रॉन स्वीकारकर्ता है, जो प्रोटॉन के साथ मिलकर पानी (H₂O) बनाता है। ऑक्सीजन के बिना, ETC वापस आ जाएगा, जिससे ATP का उत्पादन बंद हो जाएगा।

माइटोकॉन्ड्रिया

माइटोकॉन्ड्रिया सभी यूकेरियोटिक कोशिकाओं के साइटोप्लाज्म में मौजूद झिल्ली-बद्ध अंग हैं, जो कोशिका द्वारा उपयोग किए जाने वाले मुख्य ऊर्जा अणु एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (एटीपी) का उत्पादन करते हैं।

इसे "कोशिका का पावरहाउस" के रूप में भी जाना जाता है, माइटोकॉन्ड्रिया (एकवचन: माइटोकॉन्ड्रियन) अधिकांश यूकेरियोटिक जीवों में पाया जाने वाला एक डबल झिल्ली-बद्ध अंग है। वे साइटोप्लाज्म के अंदर पाए जाते हैं और अनिवार्य रूप से कोशिका के "पाचन तंत्र" के रूप में कार्य करते हैं।

वे पोषक तत्वों को तोड़ने और कोशिका के लिए ऊर्जा-समृद्ध अणु उत्पन्न करने में प्रमुख भूमिका निभाते हैं। सेलुलर श्वसन में सम्मिलित कई जैव रासायनिक प्रतिक्रियाएं माइटोकॉन्ड्रिया के भीतर होती हैं। 'माइटोकॉन्ड्रियन' शब्द ग्रीक शब्द "मिटोस" और "चॉन्ड्रियन" से लिया गया है, जिसका अर्थ क्रमशः "धागा" और "कणिकाओं जैसा" है। इसका वर्णन सबसे पहले वर्ष 1890 में रिचर्ड ऑल्टमैन नामक एक जर्मन रोगविज्ञानी द्वारा किया गया था।

माइटोकॉन्ड्रिया की संरचना

• माइटोकॉन्ड्रियन एक दोहरी झिल्लीदार, छड़ के आकार की संरचना है जो पौधे और पशु कोशिका दोनों में पाई जाती है।
• इसका आकार 0.5 से 1.0 माइक्रोमीटर व्यास तक होता है।
• संरचना में एक बाहरी झिल्ली, एक आंतरिक झिल्ली और एक जेल जैसा पदार्थ सम्मिलित होता है जिसे मैट्रिक्स कहा जाता है।
• बाहरी झिल्ली और भीतरी झिल्ली इंटरमेम्ब्रेन स्पेस द्वारा अलग किए गए प्रोटीन और फॉस्फोलिपिड परतों से बनी होती हैं।
• बाहरी झिल्ली माइटोकॉन्ड्रियन की सतह को कवर करती है और इसमें बड़ी संख्या में विशेष प्रोटीन होते हैं जिन्हें पोरिन कहा जाता है।

क्रिस्टी

माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली संरचना में काफी जटिल होती है। इसमें कई तहें होती हैं जो एक परतदार संरचना बनाती हैं जिसे क्रिस्टी कहा जाता है, और यह अंग के अंदर सतह क्षेत्र को बढ़ाने में मदद करता है। क्रिस्टे और आंतरिक झिल्ली के प्रोटीन एटीपी अणुओं के उत्पादन में सहायता करते हैं। आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली केवल ऑक्सीजन और एटीपी अणुओं के लिए सख्ती से पारगम्य है। माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली के भीतर कई रासायनिक प्रतिक्रियाएं होती हैं।

माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स

माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स एक चिपचिपा तरल पदार्थ है जिसमें एंजाइम और प्रोटीन का मिश्रण होता है। इसमें राइबोसोम, अकार्बनिक आयन, माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए, न्यूक्लियोटाइड सहकारक और कार्बनिक अणु भी सम्मिलित हैं। मैट्रिक्स में मौजूद एंजाइम एटीपी अणुओं के संश्लेषण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

माइटोकॉन्ड्रिया के कार्य

माइटोकॉन्ड्रिया का सबसे महत्वपूर्ण कार्य ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण की प्रक्रिया के माध्यम से ऊर्जा का उत्पादन करना है। यह निम्नलिखित प्रक्रिया में भी सम्मिलित है:-

• कोशिका की चयापचय गतिविधि को नियंत्रित करता है I
• नई कोशिकाओं के विकास और कोशिका गुणन को बढ़ावा देता है I
• लिवर कोशिकाओं में अमोनिया को विषहरण करने में मदद करता है I
• एपोप्टोसिस या क्रमादेशित कोशिका मृत्यु में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है I
• रक्त के कुछ हिस्सों और टेस्टोस्टेरोन और एस्ट्रोजन जैसे विभिन्न हार्मोनों के निर्माण के लिए जिम्मेदार I
• कोशिका के डिब्बों के भीतर कैल्शियम आयनों की पर्याप्त सांद्रता बनाए रखने में मदद करता है I
• यह विभिन्न सेलुलर गतिविधियों जैसे सेलुलर विभेदन, सेल सिग्नलिंग, सेल सेनेसेंस, सेल चक्र को नियंत्रित करने और सेल विकास में भी सम्मिलित है।

माइटोकॉन्ड्रिया से जुड़े विकार

माइटोकॉन्ड्रिया के कामकाज में कोई भी अनियमितता सीधे मानव स्वास्थ्य को प्रभावित कर सकती है, लेकिन अक्सर, इसकी पहचान करना मुश्किल होता है क्योंकि लक्षण हर व्यक्ति में अलग-अलग होते हैं। माइटोकॉन्ड्रिया के विकार काफी गंभीर हो सकते हैं; कुछ मामलों में, वे किसी अंग के विफल होने का कारण भी बन सकते हैं।

माइटोकॉन्ड्रियल रोग:

• एल्पर्स रोग

• बार्थ सिंड्रोम
• किर्न्स-सायरे सिंड्रोम (केएसएस)

अभ्यास प्रश्न

1. माइटोकॉन्ड्रिया की संरचना का संक्षेप में वर्णन करें।

2. माइटोकॉन्ड्रिया के क्या कार्य हैं?

3. माइटोकॉन्ड्रिया को कोशिका का पावरहाउस क्यों कहा जाता है?

4. कुछ माइटोकॉन्ड्रियल विकारों का उल्लेख करें।