इलेक्ट्रॉन परिवहन

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।

यूबिक्विनोन ऑक्सीडोरिडक्टेस (कॉम्प्लेक्स 1)

पहली अवस्था में, इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी NADH नामक पहले प्रोटीन कॉम्प्लेक्स तक पहुँचती है, जो निम्न से बना होता है:

एनएडीएच डिहाइड्रोजनेज, आयरन-सल्फर (Fe-S) और फ्लेविन मोनोन्यूक्लियोटाइड (FMN)। कॉम्प्लेक्स I से जुड़ा एक सहकारक है जो ग्रेडिएंट बनाने की प्रक्रिया में सहायता करता है ताकि चार हाइड्रोजन आयनों को इंटरमेम्ब्रेन स्पेस में आगे छोड़ा जा सके। इस सहकारक को एनएडीएच डाइहाइड्रोजनेज के रूप में जाना जाता है।

एनएडीएच डिहाइड्रोजनेज, आयरन-सल्फर (Fe-S) और फ्लेविन मोनोन्यूक्लियोटाइड (FMN)। कॉम्प्लेक्स I से जुड़ा एक सहकारक है जो ग्रेडिएंट बनाने में सहायता करता है जिससे चार हाइड्रोजन आयनों को इंटरमेम्ब्रेन स्पेस में आगे छोड़ा जा सके। इस सहकारक को एनएडीएच डाइहाइड्रोजनेज के रूप में जाना जाता है।

सक्सीनेट डिहाइड्रोजनेज (कॉम्प्लेक्स 2 और यूबिक्विनोन)

कॉम्प्लेक्स 2 सीधे सक्सिनेट से इलेक्ट्रॉन प्राप्त करता है। यह इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के लिए एक अलग प्रवेश द्वार बनाता है। FADH2, जिसे कॉम्प्लेक्स II स्वीकार करता है, पहले कॉम्प्लेक्स I से नहीं गुजरता है। एंजाइम कोफ़ैक्टर Q या यूबिक्विनोन एक मोबाइल इलेक्ट्रॉन वाहक है। यह कॉम्प्लेक्स I और II से इलेक्ट्रॉनों को इकट्ठा करके और उन्हें इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में आगे पहुंचाकर एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। कोएंजाइम Q एक मोबाइल कारक है; इस प्रकार, यह माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली के अंदर स्वतंत्र रूप से घूम सकता है। इस प्रक्रिया के दौरान, बहुत कम एटीपी प्राप्त होते हैं क्योंकि प्रोटॉन पंप कॉम्प्लेक्स I की तरह सक्रिय नहीं होता है। इसलिए यह कॉम्प्लेक्स इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में कम ऊर्जा का योगदान करता है।

साइटोक्रोम सी रिडक्टेस (कॉम्प्लेक्स 3)

साइटोक्रोम सी कोएंजाइम Q से केवल एक इलेक्ट्रॉन प्राप्त होता है। क्यू एंजाइमों की एक जोड़ी को वहन करता है, लेकिन कॉम्प्लेक्स III केवल एक को स्वीकार कर सकता है। यह हीम अणु के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों को ले जाता है। हीम अणु फेरस (F++) और फेरिक (F+++) ऑक्साइड के बीच बारी-बारी से चलता है। ले जाने की क्षमता इसकी ऑक्सीकरण अवस्था के साथ परिवर्तित होता है। साइटोक्रोम सी द्वारा कॉम्प्लेक्स IV में इलेक्ट्रॉनों के पारित होने की सुविधा के लिए कॉम्प्लेक्स III द्वारा प्रोटॉन को झिल्ली के माध्यम से पंप किया जाता है। इलेक्ट्रॉनों को साइटोक्रोम द्वारा एक-एक करके कॉम्प्लेक्स IV में स्थानांतरित किया जाता है।

साइटोक्रोम सी ऑक्सीडेज (कॉम्प्लेक्स 4)

कॉम्प्लेक्स IV प्रोटीन में दो हीम अणु और तीन कॉपर आयन होते हैं। ये साइटोक्रोम प्रोटीन हैं। इनकी भूमिका ऑक्सीजन अणु के साथ तब तक बंधे रहना है जब तक कि यह कम न हो जाए। कम होने के बाद, यह हाइड्रोजन आयनों के साथ मिलकर पानी बना लेगा। एक बार जब हाइड्रोजन को आसपास से हटा दिया जाता है, तो यह स्वाभाविक रूप से एक ग्रेडिएंट बना लेगा क्योंकि सभी हाइड्रोजन आयन इंटरमेम्ब्रेन स्पेस में जमा हो जाएंगे। इससे एक तरफ सकारात्मक चार्ज बनेगा।

अभ्यास प्रश्न

• इलेक्ट्रॉन परिवहन तंत्र से क्या समझते हैं ?
• इलेक्ट्रॉन परिवहन तंत्र की विभिन्न अवस्थाओं का वर्णन कीजिये।