अपचय पथ

अपचय पथ चयापचय पथ हैं जिनमें जटिल अणुओं को सरल अणुओं में तोड़ा जाता है, जिससे प्रक्रिया में ऊर्जा निकलती है। यह ऊर्जा अक्सर ATP (एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट) के रूप में कैप्चर की जाती है, जिसका उपयोग कोशिका द्वारा मांसपेशियों के संकुचन, प्रोटीन संश्लेषण और सक्रिय परिवहन जैसी विभिन्न गतिविधियों के लिए किया जाता है।

अपचय पथों की मुख्य विशेषताएँ

ऊर्जा रिलीज़

• अपचय प्रतिक्रियाएँ ऊर्जा छोड़ती हैं क्योंकि वे बड़े अणुओं को छोटे अणुओं में तोड़ देती हैं।
• इस ऊर्जा का उपयोग ATP को संश्लेषित करने के लिए किया जाता है, जिसका उपयोग कोशिका ऊर्जा के प्रत्यक्ष स्रोत के रूप में करती है।

एक्सर्जोनिक प्रतिक्रियाएँ

ये प्रतिक्रियाएँ एक्सर्जोनिक हैं, जिसका अर्थ है कि वे ऊर्जा छोड़ती हैं। यह ऊर्जा अक्सर ATP या NADH जैसे उच्च-ऊर्जा अणुओं के रूप में संग्रहीत होती है।

हाइड्रोलिसिस

कई अपचय प्रतिक्रियाओं में हाइड्रोलिसिस शामिल होता है, एक प्रक्रिया जिसमें पानी के अणुओं का उपयोग बड़े अणुओं (जैसे, प्रोटीन, कार्बोहाइड्रेट, लिपिड) में बंधों को तोड़ने के लिए किया जाता है।

मैक्रोमोलेक्यूल्स का विघटन

कैटाबोलिक पथ में आम तौर पर कार्बोहाइड्रेट, प्रोटीन और वसा जैसे मैक्रोमोलेक्यूल्स का क्रमशः मोनोसैकेराइड, अमीनो एसिड और फैटी एसिड जैसी छोटी इकाइयों में विघटन शामिल होता है।

महत्वपूर्ण कैटाबोलिक पथ

ग्लाइकोलाइसिस

ग्लाइकोलाइसिस ग्लूकोज (6-कार्बन वाली चीनी) का पाइरूवेट (3-कार्बन वाले अणु) के दो अणुओं में विघटन है, जिससे थोड़ी मात्रा में ATP और NADH बनते हैं। ग्लाइकोलाइसिस वह प्रक्रिया है जिसमें ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए ग्लूकोज को तोड़ा जाता है। यह पाइरूवेट, एटीपी, एनएडीएच और पानी के दो अणु पैदा करता है। यह प्रक्रिया कोशिका के कोशिका द्रव्य में होती है और इसके लिए ऑक्सीजन की आवश्यकता नहीं होती है। यह एरोबिक और एनारोबिक दोनों जीवों में होता है।

ग्लाइकोलाइसिस कोशिकीय श्वसन का प्राथमिक चरण है, जो सभी जीवों में होता है। एरोबिक श्वसन के दौरान ग्लाइकोलाइसिस के बाद क्रेब्स चक्र होता है। ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में, कोशिकाएं थोड़ी मात्रा में एटीपी बनाती हैं क्योंकि ग्लाइकोलाइसिस के बाद किण्वन होता है।

इस चयापचय मार्ग की खोज 19वीं सदी की शुरुआत में तीन जर्मन जैव रसायनज्ञों- गुस्ताव एम्बडेन, ओटो मेयरहोफ़ और जैकब करोल पारनास द्वारा की गई थी और इसे ईएमपी मार्ग (एम्बडेन-मेयरहोफ़-पारनास) के रूप में जाना जाता है।

• स्थान: साइटोप्लाज्म।
• मुख्य चरण: एंजाइम-उत्प्रेरित चरणों की एक श्रृंखला के माध्यम से ग्लूकोज का पाइरूवेट में रूपांतरण।
• अंतिम उत्पाद: 2 ATP, 2 NADH और 2 पाइरूवेट अणु।

क्रेब्स चक्र (साइट्रिक एसिड चक्र या TCA चक्र)

क्रेब्स चक्र या टीसीए चक्र (ट्राइकारबॉक्सिलिक अम्ल चक्र) या साइट्रिक अम्ल चक्र माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में होने वाली एंजाइम उत्प्रेरित अभिक्रियाओं की एक श्रृंखला है, जहां एसिटाइल-CO को कार्बन डाइऑक्साइड बनाने के लिए ऑक्सीकरण किया जाता है और कोएंजाइम कम हो जाते हैं, जो इलेक्ट्रॉन परिवहन में एटीपी उत्पन्न करते हैं।

क्रेब्स चक्र का नाम हंस क्रेब्स के नाम पर रखा गया था, जिन्होंने विस्तृत चक्र की परिकल्पना की थी। उनके योगदान के लिए उन्हें 1953 में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया।

यह आठ-चरणीय प्रक्रियाओं की एक श्रृंखला है, जहां एसिटाइल-COके एसिटाइल समूह को CO₂ के दो अणु बनाने के लिए ऑक्सीकरण किया जाता है और इस प्रक्रिया में, एक एटीपी का उत्पादन होता है। कम उच्च ऊर्जा वाले यौगिक, NADH और FADH₂ भी उत्पादित होते हैं।

प्रत्येक ग्लूकोज अणु से एसिटाइल-CO के दो अणु उत्पन्न होते हैं इसलिए क्रेब्स चक्र के दो मोड़ की आवश्यकता होती है जिससे चार CO₂, छह NADH, दो FADH₂ और दो ATP प्राप्त होते हैं।

क्रेब्स चक्र कोशिकीय श्वसन का एक भाग है

कोशिकीय श्वसन कोशिकाओं में होने वाली एक अपचयी अभिक्रिया है। यह एक जैव रासायनिक प्रक्रिया है जिसके द्वारा ऊर्जा जारी करने के लिए पोषक तत्वों को तोड़ा जाता है, जो एटीपी के रूप में संग्रहीत होता है और अपशिष्ट उत्पाद निकलते हैं। एरोबिक श्वसन में ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है।

कोशिकीय श्वसन चार चरणों वाली प्रक्रिया है। इस प्रक्रिया में, ग्लूकोज कार्बन डाइऑक्साइड में ऑक्सीकृत हो जाता है और ऑक्सीजन जल में अपचयित हो जाता है। इस प्रक्रिया में निकलने वाली ऊर्जा एटीपी के रूप में संग्रहीत होती है। प्रत्येक ग्लूकोज अणु से 36 से 38 एटीपी बनते हैं।

चार चरण हैं:

1. ग्लाइकोलाइसिस:

पाइरूवेट के 2 अणुओं को बनाने के लिए ग्लूकोज अणु का आंशिक ऑक्सीकरण। यह प्रक्रिया साइटोसोल में होती है।

2. एसिटाइल COका निर्माण:

ग्लाइकोलाइसिस में बनने वाला पाइरूवेट माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में प्रवेश करता है। यह एसिटाइल CO के दो अणुओं को बनाने के लिए ऑक्सीडेटिव डिकार्बोक्सिलेशनन से गुजरता है। अभिक्रिया पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होती है।

3. क्रेब्स चक्र (टीसीए चक्र या साइट्रिक अम्ल चक्र):

यह कार्बोहाइड्रेट, प्रोटीन और लिपिड के पूर्ण ऑक्सीकरण के लिए सामान्य मार्ग है क्योंकि वे एसिटाइल कोएंजाइम ए या चक्र के अन्य मध्यवर्ती में चयापचयित होते हैं। उत्पादित एसिटाइल COट्राइकार्बोक्सिलिक अम्ल चक्र या साइट्रिक अम्ल चक्र में प्रवेश करता है। इस प्रक्रिया में ग्लूकोज पूरी तरह से ऑक्सीकृत हो जाता है। एसिटाइल CO 4-कार्बन यौगिक ऑक्सालोएसीटेट के साथ मिलकर 6C साइट्रेट बनाता है। इस प्रक्रिया में, CO₂ के 2 अणु निकलते हैं और ऑक्सालोएसीटेट को पुनर्चक्रित किया जाता है। ऊर्जा एटीपी और अन्य उच्च ऊर्जा यौगिकों जैसे एनएडीएच और FDH₂ में संग्रहीत होती है।

4. इलेक्ट्रॉन परिवहन प्रणाली और ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण:

एटीपी तब उत्पन्न होता है जब ग्लाइकोलाइसिस, साइट्रिक अम्ल चक्र और फैटी अम्ल ऑक्सीकरण में उत्पादित NADH और FADH₂ जैसे ऊर्जा-समृद्ध अणुओं से इलेक्ट्रॉन वाहकों की एक श्रृंखला द्वारा आणविक O₂ में इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित किया जाता है। O₂ घटकर H₂O हो गया है। यह माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली में होता है।

इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला (ETC)

कोएजाइम्स और साइटोक्रोम का एक समूह, जो एक रासायनिक यौगिक से इलेक्ट्रॉनों को उसके अंतिम स्वीकर्ता तक पहुँचाने में सहायता करता है, उसे इलेक्ट्रॉन परिवहन तंत्र (ETS) या प्रणाली कहा जाता है। जीवित जीवों के रूप में हमें जीवन को बनाए रखने के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है। यह ऊर्जा हमारे द्वारा खाए जाने वाले भोजन, पानी और सांस लेने वाली हवा की मदद से हमारी कोशिकाओं के अंदर उत्पन्न होती है। जानवरों और पौधों में ऊर्जा उत्पादन प्रक्रिया सेलुलर स्तर पर होती है। जानवरों के मामले में, यह प्रक्रिया भोजन के रूप में खाए जाने वाले कार्बोहाइड्रेट जैसे कार्बनिक पदार्थों को तोड़कर, सांस के साथ ली जाने वाली ऑक्सीजन के साथ मिलकर और इसे ऊर्जा में परिवर्तित करके होती है। इसे कोशिकीय श्वसन कहा जाता है। पौधों में, ऊर्जा का उत्पादन प्रकाश, कार्बन डाइऑक्साइड और पानी के संयोजन से होता है। ये दोनों प्रक्रियाएँ इलेक्ट्रॉन परिवहन प्रणाली का उपयोग करके कोशिका के माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली के अंदर एक मार्ग बनाती हैं जहाँ कोशिकीय श्वसन या प्रकाश संश्लेषण होता है, जिससे इलेक्ट्रॉनों का परिवहन होता है जो कार्बनिक पदार्थ या कार्बन डाइऑक्साइड को कम करके ऊर्जा छोड़ते हैं।

इलेक्ट्रॉन परिवहन प्रणाली

इलेक्ट्रॉन ट्रांसपोर्ट सिस्टम एक माइटोकॉन्ड्रियल मार्ग है जिसके माध्यम से इलेक्ट्रॉन कोएंजाइम की सहायता से चार प्रोटीनों में घूमते रहते हैं और ऊर्जा जारी करने के लिए कई रेडॉक्स अभिक्रियाओं से गुजरते हैं। इलेक्ट्रॉन ट्रांसपोर्ट चेन में, एक साथ रखे गए चार प्रोटीन द्वारा एक ढाल बनाई जाती है। यह प्रक्रिया तब होती है जब प्रत्येक इलेक्ट्रॉन इन चार प्रोटीनों से आगे बढ़ता है और अंत में एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट को छोड़ने के लिए रेडॉक्स अभिक्रियाओं से गुजरता है। इस प्रक्रिया को ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन के रूप में जाना जाता है। प्रकाश संश्लेषण में, जल और ऑक्सीजन उप-उत्पाद के रूप में बाहर निकलते हैं। चार प्रोटीन कॉम्प्लेक्स, कॉम्प्लेक्स I से IV और सहायक मोबाइल इलेक्ट्रॉन वाहक इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला बनाते हैं। माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली के अंदर कई इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखलाएँ होती हैं।

अभ्यास प्रश्न

• इलेक्ट्रॉन परिवहन तंत्र से क्या समझते हैं ?
• इलेक्ट्रॉन परिवहन तंत्र की विभिन्न अवस्थाओं का वर्णन कीजिये।
• क्रेब्स चक्र कोशिकीय श्वसन का एक भाग है क्या ?
• ग्लाइकोलाइसिस से क्या समझते हैं ?