कोशिकीय श्वसन

कोशिकीय स्तर पर होने वाला श्वसन जिसमें कोशिकाएँ भोजन के अणुओं के साथ ऑक्सीजन के संयोजन से ऊर्जा उत्पन्न करती हैं, कोशिकीय श्वसन कहलाती हैं। कोशिकीय श्वसन शरीर को नियमित कार्य करने के लिए ऊर्जा प्रदान करने में मदद करता है।

श्वसन सभी जीवित जीवों द्वारा जीवित रहने के लिए की जाने वाली आवश्यक प्रक्रियाओं में से एक है। जब आप अपनी स्कूल बस पकड़ने के लिए दौड़ते हैं, तो आप पाते हैं कि आपकी साँसें तेज़ चल रही हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि आपके शरीर को दौड़ने के लिए अतिरिक्त ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जो श्वसन द्वारा प्रदान की जाती है। इससे सांसें तेज चलने लगीं। साँस लेना साँस लेने का एक अभिन्न अंग है लेकिन कुल मिलाकर, यह एक ऐसी घटना है जो हमारे शरीर को चालू रखती है।

सरल शब्दों में, श्वसन वह प्रक्रिया है जिसके माध्यम से हम जो पोषक तत्व खाते हैं उन्हें उपयोगी ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है। जैसा कि हम जानते हैं, कोशिका जीवन की संरचनात्मक और कार्यात्मक इकाई है और प्रत्येक कोशिका को अपना कार्य करने के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है। अत: हमारे शरीर के सबसे छोटे स्तर अर्थात कोशिकीय स्तर पर होने वाली श्वसन को कोशिकीय श्वसन कहते हैं। प्रक्रिया यह सुनिश्चित करती है कि प्रत्येक कोशिका अपना कार्य पूरी तरह से करे।

श्वसन प्रक्रियाएं

कोशिकीय श्वसन भोजन से प्राप्त जैव रासायनिक ऊर्जा को एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (एटीपी) नामक रासायनिक यौगिक में परिवर्तित करने के लिए कोशिकाओं के अंदर होने वाली चयापचय प्रतिक्रियाओं का एक सेट है। उपापचय किसी जीव में कोशिकाओं की जीवित स्थिति को बनाए रखने के लिए की जाने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं के एक सेट को संदर्भित करता है। इन्हें दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है:

अपचय - ऊर्जा प्राप्त करने के लिए अणुओं को तोड़ने की प्रक्रिया।
उपचय - कोशिकाओं के लिए आवश्यक सभी यौगिकों को संश्लेषित करने की प्रक्रिया।

इसलिए, श्वसन एक अपचयी प्रक्रिया है, जो बड़े अणुओं को छोटे अणुओं में तोड़ती है, जिससे कोशिकीय गतिविधियों को बढ़ावा देने के लिए ऊर्जा निकलती है।

हम सांस क्यों लेते हैं?

प्रत्येक जीवित जीव को जीवित रहने के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है। जब हम खा रहे होते हैं या सो रहे होते हैं तब भी हमें ऊर्जा की आवश्यकता होती है। क्या आपको लगता है कि यदि आपके पास ऊर्जा की कमी है तो आप तेज़ दौड़ सकते हैं? यह ऊर्जा कहाँ से आती है? हाँ, यह भोजन से आता है और यह श्वसन की प्रक्रिया है, जो भोजन को ऊर्जा में परिवर्तित करती है।

साँस लेते समय, हम उस हवा में सांस लेते हैं जिसमें ऑक्सीजन होती है और हम कार्बन डाइऑक्साइड से भरपूर हवा को बाहर छोड़ते हैं। जैसे ही हम सांस लेते हैं, ऑक्सीजन युक्त हवा हमारे शरीर के सभी हिस्सों और अंततः प्रत्येक कोशिका तक पहुंचाई जाती है।

कोशिका के अंदर ग्लूकोज के रूप में उपस्थित भोजन ऑक्सीजन की मदद से कार्बन डाइऑक्साइड और जल में टूट जाता है। ऊर्जा जारी करने के लिए ग्लूकोज के टूटने की प्रक्रिया, जिसका उपयोग हमारा शरीर चलने, बैठने या यहां तक कि सोचने जैसे दैनिक कार्यों को करने के लिए कर सकता है, श्वसन के रूप में जानी जाती है।

मुख्य चयापचय प्रक्रियाएं

कोशिकीय श्वसन ग्लूकोज अणुओं में संग्रहीत ऊर्जा को मुक्त करता है और इसे ऊर्जा के एक रूप में परिवर्तित करता है जिसका उपयोग कोशिकाओं द्वारा किया जा सकता है।

जीवविज्ञानी नाम, विवरण और कोशिकीय श्वसन के चरणों की संख्या के संबंध में कुछ भिन्न हैं। हालाँकि, समग्र प्रक्रिया को तीन मुख्य चयापचय चरणों में विभाजित किया जा सकता है:

ग्लाइकोलाइसिस,
ट्राइकार्बोक्सिलिक अम्ल चक्र (टीसीए चक्र),
और ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन (श्वसन-श्रृंखला फॉस्फोराइलेशन)।

ग्लाइकोलाइसिस

ग्लाइकोलाइसिस की प्रक्रिया के माध्यम से पाइरूवेट का उत्पादन किण्वन में पहला कदम है।

ग्लाइकोलाइसिस (जिसे ग्लाइकोलाइटिक मार्ग या एम्बडेन-मेयरहोफ-परनास मार्ग के रूप में भी जाना जाता है) अधिकांश कोशिकाओं में होने वाली 10 रासायनिक प्रतिक्रियाओं का एक क्रम है जो ग्लूकोज अणु को दो पाइरूवेट (पाइरुविक अम्ल) अणुओं में तोड़ देता है।

ग्लाइकोलाइसिस के दौरान कार्बोहाइड्रेट, वसा और प्रोटीन से ग्लूकोज और अन्य कार्बनिक ईंधन अणुओं के टूटने के दौरान जारी ऊर्जा को एटीपी में कैप्चर और संग्रहीत किया जाता है। इसके अतिरिक्त, इस चरण के दौरान यौगिक निकोटिनमाइड एडेनिन डाइन्यूक्लियोटाइड (एनएडी+) को एनएडीएच में बदल दिया जाता है ।

ग्लाइकोलाइसिस के दौरान उत्पादित पाइरूवेट अणु फिर माइटोकॉन्ड्रिया में प्रवेश करते हैं, जहां वे प्रत्येक एसिटाइल कोएंजाइम ए नामक यौगिक में परिवर्तित हो जाते हैं, जो फिर टीसीए चक्र में प्रवेश करता है। (कुछ स्रोत कोशिकीय श्वसन की प्रक्रिया में पाइरूवेट के एसिटाइल कोएंजाइम ए में रूपांतरण को एक विशिष्ट चरण के रूप में मानते हैं, जिसे पाइरूवेट ऑक्सीकरण या संक्रमण प्रतिक्रिया कहा जाता है।)

ट्राइकार्बोक्सिलिक अम्ल चक्र (TCA cycle)

टीसीए चक्र (जिसे क्रेब्स या साइट्रिक अम्ल चक्र के रूप में भी जाना जाता है) कार्बनिक ईंधन अणुओं के टूटने, या अपचय में केंद्रीय भूमिका निभाता है। यह चक्र आठ अलग-अलग एंजाइमों द्वारा उत्प्रेरित आठ चरणों से बना है जो कई अलग-अलग चरणों में ऊर्जा उत्पन्न करते हैं। हालाँकि, TCA चक्र से प्राप्त अधिकांश ऊर्जा, यौगिकों NAD+ और फ्लेविन एडेनिन डाइन्यूक्लियोटाइड (FAD) द्वारा ग्रहण की जाती है और बाद में ATP में परिवर्तित हो जाती है। टीसीए चक्र के एक ही मोड़ के उत्पादों में तीन एनएडी+ अणु होते हैं, जो (हाइड्रोजन, H⁺ जोड़ने की प्रक्रिया के माध्यम से) एनएडीएच अणुओं की समान संख्या में कम हो जाते हैं, और एक एफएडी अणु, जो इसी तरह एक एफएडीएच2 में कम हो जाता है।

अणु. ये अणु कोशिकीय श्वसन के तीसरे चरण को ईंधन देते हैं, जबकि कार्बन डाइऑक्साइड, जो टीसीए चक्र द्वारा भी उत्पन्न होता है, अपशिष्ट उत्पाद के रूप में जारी किया जाता है।

ऑक्सीडेटिव फाृॉस्फॉरिलेशन

ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन चरण में, NADH और FADH2 से निकाले गए हाइड्रोजन परमाणुओं की प्रत्येक जोड़ी इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी प्रदान करती है जो - आयरन युक्त हीमप्रोटीन, साइटोक्रोम की एक श्रृंखला की क्रिया के माध्यम से - अंततः जल बनाने के लिए ऑक्सीजन के एक परमाणु को कम कर देती है। 1951 में यह पता चला कि इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी को ऑक्सीजन में स्थानांतरित करने से एटीपी के तीन अणुओं का निर्माण होता है।
ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण वह प्रमुख तंत्र है जिसके द्वारा खाद्य पदार्थों में बड़ी मात्रा में ऊर्जा संरक्षित की जाती है और कोशिका को उपलब्ध करायी जाती है।
चरणों की वह श्रृंखला जिसके द्वारा इलेक्ट्रॉन ऑक्सीजन की ओर प्रवाहित होते हैं, इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा को धीरे-धीरे कम करने की अनुमति देता है।
ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन चरण के इस भाग को कभी-कभी इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला भी कहा जाता है।
कोशिकीय श्वसन के कुछ विवरण जो इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के महत्व पर ध्यान केंद्रित करते हैं, उन्होंने ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन चरण का नाम बदलकर इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला कर दिया है।

किण्वन

किण्वन, रासायनिक प्रक्रिया जिसके द्वारा ग्लूकोज जैसे अणु अवायवीय रूप से टूट जाते हैं। अधिक मोटे तौर पर, किण्वन वह झाग है जो वाइन और बीयर के निर्माण के दौरान होता है, यह प्रक्रिया कम से कम 10,000 साल पुरानी है। कार्बन डाइऑक्साइड गैस के विकास के परिणामस्वरूप झाग निकलता है, हालाँकि इसे 17वीं शताब्दी तक मान्यता नहीं मिली थी।

19वीं शताब्दी में फ्रांसीसी रसायनज्ञ और सूक्ष्म जीवविज्ञानी लुई पाश्चर ने हवा की अनुपस्थिति में (अवायवीय रूप से) बढ़ने वाले यीस्ट और अन्य सूक्ष्मजीवों द्वारा लाए गए परिवर्तनों का वर्णन करने के लिए किण्वन शब्द का उपयोग संकीर्ण अर्थ में किया था; उन्होंने यह भी माना कि एथिल एल्कोहॉल और कार्बन डाइऑक्साइड किण्वन के एकमात्र उत्पाद नहीं हैं।

अभ्यास प्रश्न:

श्वसन क्या है?
उपापचय क्या है?
एटीपी क्या है?