प्रसार की प्रक्रिया में ऊर्जा का क्या होता है। आत्मसात और प्रसार में किस प्रकार की जैव रासायनिक प्रतिक्रियाएं होती हैं

31 अगस्त 2015

विघटन रासायनिक प्रतिक्रियाओं का एक जटिल है जिसमें जटिल कार्बनिक पदार्थों का क्रमिक रूप से सरल से क्षय होता है। यह प्रक्रिया ऊर्जा की रिहाई के साथ होती है, जिसका एक महत्वपूर्ण हिस्सा एटीपी के संश्लेषण में उपयोग किया जाता है।

जीव विज्ञान में प्रसार

विघटन आत्मसात करने की विपरीत प्रक्रिया है। न्यूक्लिक एसिड, प्रोटीन, वसा और कार्बोहाइड्रेट विघटित होने वाले प्रारंभिक पदार्थों के रूप में कार्य करते हैं। और अंतिम उत्पाद पानी, कार्बन डाइऑक्साइड और अमोनिया हैं। जानवरों के शरीर में, क्षय उत्पादों को बाहर की ओर उत्सर्जित किया जाता है क्योंकि वे धीरे-धीरे जमा होते हैं। और पौधों में, कार्बन डाइऑक्साइड आंशिक रूप से जारी किया जाता है, और अमोनिया का उपयोग पूरी तरह से आत्मसात करने की प्रक्रिया में किया जाता है, जो कार्बनिक यौगिकों के जैवसंश्लेषण के लिए प्रारंभिक सामग्री के रूप में कार्य करता है।

प्रसार और आत्मसात का संबंध शरीर के ऊतकों को लगातार अद्यतन करने की अनुमति देता है। उदाहरण के लिए, 10 दिनों के भीतर, मानव रक्त में एल्ब्यूमिन कोशिकाओं का आधा नवीनीकरण हो जाता है, और 4 महीने में सभी लाल रक्त कोशिकाएं पुन: उत्पन्न हो जाती हैं। दो विपरीत चयापचय प्रक्रियाओं की तीव्रता का अनुपात कई कारकों पर निर्भर करता है। यह जीव, और आयु, और शारीरिक अवस्था के विकास का चरण है। वृद्धि और विकास के क्रम में शरीर में आत्मसात हो जाता है, परिणामस्वरूप नई कोशिकाओं, ऊतकों और अंगों का निर्माण होता है, उनका विभेदीकरण होता है, अर्थात शरीर का वजन बढ़ जाता है। विकृति की उपस्थिति में और भुखमरी के दौरान, आत्मसात करने पर विघटन की प्रक्रिया प्रबल होती है, और शरीर का वजन कम हो जाता है।

प्रसार की प्रकृति के अनुसार जीवों का वर्गीकरण

सभी जीवों को दो समूहों में विभाजित किया जा सकता है, जो उन स्थितियों पर निर्भर करता है जिनमें विच्छेदन होता है। ये एरोबेस और एनारोबेस हैं। पूर्व को जीवन के लिए मुफ्त ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है, बाद वाले को इसकी आवश्यकता नहीं होती है। अवायवीय जीवों में, किण्वन किण्वन द्वारा आगे बढ़ता है, जो कार्बनिक पदार्थों का सरल से ऑक्सीजन मुक्त एंजाइमेटिक टूटना है। उदाहरण के लिए, लैक्टिक एसिड या अल्कोहलिक किण्वन।

एरोबिक जीवों में प्रसार के चरण: एक प्रारंभिक चरण

एरोबिक्स में कार्बनिक पदार्थों का टूटना तीन चरणों में किया जाता है। इसी समय, उनमें से प्रत्येक पर कई विशिष्ट एंजाइमेटिक प्रतिक्रियाएं होती हैं।

पहला चरण तैयारी है। इस स्तर पर मुख्य भूमिका बहुकोशिकीय जीवों में जठरांत्र संबंधी मार्ग में स्थित पाचन एंजाइमों की होती है। एककोशिकीय जीवों में - लाइसोसोम के एंजाइम। पहले चरण के दौरान, प्रोटीन अमीनो एसिड में टूट जाते हैं, वसा ग्लिसरॉल और फैटी एसिड बनाते हैं, पॉलीसेकेराइड मोनोसेकेराइड में टूट जाते हैं, न्यूक्लिक एसिड न्यूक्लियोटाइड में।

ग्लाइकोलाइसिस

प्रसार का दूसरा चरण ग्लाइकोलाइसिस है। यह बिना ऑक्सीजन के बहता है। ग्लाइकोलाइसिस का जैविक सार यह है कि यह ग्लूकोज के टूटने और ऑक्सीकरण की शुरुआत है, जिसके परिणामस्वरूप 2 एटीपी अणुओं के रूप में मुक्त ऊर्जा का संचय होता है। यह कई लगातार प्रतिक्रियाओं के दौरान होता है, जिसका अंतिम परिणाम दो पाइरूवेट अणुओं का निर्माण होता है और एक ग्लूकोज अणु से एटीपी की समान मात्रा होती है। यह एडेनोसिन ट्राइफॉस्फोरिक एसिड के रूप में है कि ग्लाइकोलाइसिस के परिणामस्वरूप जारी ऊर्जा का हिस्सा संग्रहीत होता है, बाकी गर्मी के रूप में अपव्यय के अधीन होता है। ग्लाइकोलाइसिस की रासायनिक प्रतिक्रिया: C6H12O6 + 2ADP + 2P → 2C3H4O3 + 2ATP।

पादप कोशिकाओं और खमीर कोशिकाओं में ऑक्सीजन की कमी की स्थितियों में, पाइरूविरेट दो पदार्थों में विभाजित होता है: एथिल अल्कोहल और कार्बन डाइऑक्साइड। यह अल्कोहलिक किण्वन है।

ग्लाइकोलाइसिस के दौरान निकलने वाली ऊर्जा की मात्रा उन जीवों के लिए पर्याप्त नहीं है जो ऑक्सीजन में सांस लेते हैं। यही कारण है कि जानवरों और मनुष्यों के शरीर में, भारी शारीरिक परिश्रम के दौरान, मांसपेशियों में लैक्टिक एसिड का संश्लेषण होता है, जो ऊर्जा के आरक्षित स्रोत के रूप में कार्य करता है और लैक्टेट के रूप में जमा होता है। इस प्रक्रिया की एक विशिष्ट विशेषता मांसपेशियों में दर्द की उपस्थिति है।

ऑक्सीजन चरण

विघटन एक बहुत ही जटिल प्रक्रिया है, और तीसरे ऑक्सीजन चरण में भी लगातार दो प्रतिक्रियाएं होती हैं। हम क्रेब्स चक्र और ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण के बारे में बात कर रहे हैं।

ऑक्सीजन श्वसन के दौरान, पाइरूविरेट को अंतिम उत्पादों में ऑक्सीकृत किया जाता है, जो CO2 और H2O हैं। यह 36 एटीपी अणुओं के रूप में संग्रहीत ऊर्जा को मुक्त करता है। फिर वही ऊर्जा प्लास्टिक के आयतन में कार्बनिक पदार्थों का संश्लेषण प्रदान करती है। क्रमिक रूप से, इस चरण का उद्भव वायुमंडल में आणविक ऑक्सीजन के संचय और एरोबिक जीवों की उपस्थिति से जुड़ा है।

ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण (सेलुलर श्वसन) की साइट माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली है, जिसके अंदर वाहक अणु होते हैं जो इलेक्ट्रॉनों को आणविक ऑक्सीजन में ले जाते हैं। इस अवस्था में उत्पन्न ऊर्जा आंशिक रूप से ऊष्मा के रूप में नष्ट हो जाती है, जबकि शेष एटीपी के निर्माण में चली जाती है।

जीव विज्ञान में विघटन एक ऊर्जा विनिमय है, जिसकी प्रतिक्रिया इस तरह दिखती है: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 38ATP।

इस प्रकार, विघटन प्रतिक्रियाओं का एक समूह है जो कार्बनिक पदार्थों के कारण होता है जो पहले कोशिका द्वारा संश्लेषित किए गए थे, और मुक्त ऑक्सीजन जो श्वसन के दौरान बाहरी वातावरण से आया था।

प्रश्न 1. भेद क्या है? इसके चरणों की सूची बनाएं।

विघटन, या ऊर्जा चयापचय, मैक्रोमोलेक्यूलर यौगिकों की दरार प्रतिक्रियाओं का एक समूह है, जो ऊर्जा की रिहाई और भंडारण के साथ होता है।

एरोबिक (ऑक्सीजन-श्वास) जीवों में विघटन तीन चरणों में होता है: प्रारंभिक - ऊर्जा के भंडारण के बिना उच्च-आणविक यौगिकों का निम्न-आणविक यौगिकों में विभाजन;

ऑक्सीजन मुक्त - यौगिकों का आंशिक ऑक्सीजन मुक्त विघटन, ऊर्जा एटीपी के रूप में संग्रहीत होती है;

ऑक्सीजन - कार्बनिक पदार्थों का कार्बन डाइऑक्साइड और पानी में अंतिम विघटन, ऊर्जा भी एटीपी के रूप में संग्रहीत होती है।

अवायवीय (ऑक्सीजन का उपयोग नहीं) जीवों में विघटन दो चरणों में होता है: प्रारंभिक और एनोक्सिक। इस मामले में, कार्बनिक पदार्थ पूरी तरह से विघटित नहीं होते हैं और बहुत कम ऊर्जा संग्रहीत होती है।

प्रश्न 2. कोशिका उपापचय में एटीपी की क्या भूमिका है?

एटीपी (एडेनोसिन ट्राइफॉस्फोरिक एसिड) एक न्यूक्लियोटाइड है जिसमें नाइट्रोजनस बेस (एडेनिन), पांच कार्बन मोनोसेकेराइड (राइबोज) और फॉस्फोरिक एसिड के तीन अवशेष होते हैं। यह विभिन्न प्रकार की कोशिकाओं में पाया जाने वाला एक सार्वभौमिक उच्च-ऊर्जा यौगिक है, जिसमें फॉस्फोरिक एसिड अवशेषों के बीच दो उच्च-ऊर्जा बंधन होते हैं। जब इस तरह के बंधन को तोड़ा जाता है, तो फॉस्फोरिक एसिड अवशेषों को हटा दिया जाता है और बड़ी मात्रा में ऊर्जा (40 kJ/mol) निकलती है। इस मामले में, एटीपी को एडीपी में बदल दिया जाता है। यदि फॉस्फोरिक एसिड के दूसरे अवशेष का विभाजन होता है, तो एडीपी एएमपी में बदल जाएगा। जीवित जीवों में सभी प्रक्रियाएं जिनमें ऊर्जा व्यय की आवश्यकता होती है, एटीपी अणुओं के एडीपी (या यहां तक कि एएमपी) में रूपांतरण के साथ होती है।

प्रश्न 3. कौन सी कोशिका संरचना एटीपी का संश्लेषण करती है?

यूकेरियोटिक कोशिकाओं में, एडीपी और फॉस्फोरिक एसिड से एटीपी के थोक का संश्लेषण माइटोकॉन्ड्रिया में होता है और ऊर्जा के अवशोषण (भंडारण) के साथ होता है। प्लास्टिड्स में, एटीपी प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण के मध्यवर्ती उत्पाद के रूप में बनता है।

प्रश्न 4. एक उदाहरण के रूप में ग्लूकोज के टूटने का उपयोग करके सेल में ऊर्जा चयापचय के बारे में बताएं।

एरोबिक जीवों में ऊर्जा चयापचय तीन चरणों में होता है।

तैयारी। जठरांत्र संबंधी मार्ग और कोशिकाओं के लाइसोसोम में, पाचन एंजाइमों की कार्रवाई के तहत, पॉलीसेकेराइड मोनोसेकेराइड में टूट जाते हैं, विशेष रूप से ग्लूकोज में। इस मामले में जारी ऊर्जा संग्रहीत नहीं होती है, लेकिन गर्मी के रूप में समाप्त हो जाती है।

ऑक्सीजन रहित। ग्लाइकोलाइसिस के परिणामस्वरूप, ग्लूकोज का एक अणु पाइरुविक एसिड के दो अणुओं में विभाजित हो जाता है:

सी 6 हाय 2 0 6 -> 2सी 3 एच 4 0 3

इसी समय, जारी की गई ऊर्जा का 60% गर्मी में परिवर्तित हो जाता है, और 40% एटीपी के रूप में संग्रहीत होता है। जब एक ग्लूकोज अणु टूट जाता है, तो 2 एटीपी अणु बनते हैं। फिर, अवायवीय जीवों में किण्वन होता है - शराब (सी 2 एच 5 ओएच - एथिल अल्कोहल) या लैक्टिक एसिड (सी 3 एच 6 0 3 - लैक्टिक एसिड)। एरोबिक जीवों में, ऊर्जा चयापचय का तीसरा चरण शुरू होता है।

ऑक्सीजन। इस स्तर पर, पाइरुविक एसिड में निहित कार्बन और हाइड्रोजन ऑक्सीजन के साथ मिलकर कार्बन डाइऑक्साइड और पानी बनाते हैं। इससे बड़ी मात्रा में ऊर्जा निकलती है, जिसका अधिकांश भाग एटीपी के रूप में संग्रहित होता है। जब पाइरुविक एसिड के दो अणुओं का ऑक्सीकरण होता है, तो ऊर्जा निकलती है जो 36 एटीपी अणुओं के निर्माण की अनुमति देती है। यह प्रक्रिया माइटोकॉन्ड्रिया में होती है और इसे दो मल्टीस्टेज चरणों (क्रेब्स चक्र और ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण) में विभाजित किया जाता है।

ऑक्सीजन प्रसार पथ का अंतिम समीकरण:

सी 6 एच 12 0 6 + 6ओ 2 + 38एडीपी + 38एफ ->

प्रसार, या ऊर्जा विनिमय। इस प्रक्रिया में, उच्च आणविक कार्बनिक पदार्थ सरल कार्बनिक और अकार्बनिक में परिवर्तित हो जाते हैं। यह प्रक्रिया बहुस्तरीय और जटिल है। योजनाबद्ध रूप से, इसे निम्नलिखित तीन चरणों में घटाया जा सकता है:

पहला चरण प्रारंभिक है. उच्च-आणविक कार्बनिक पदार्थ एंजाइमी रूप से सरल में परिवर्तित हो जाते हैं: गिलहरी- अमीनो एसिड में, स्टार्च - ग्लूकोज में, वसा - ग्लिसरॉल और फैटी एसिड में। इस मामले में, थोड़ी ऊर्जा निकलती है और यह सब तापीय ऊर्जा के रूप में चली जाती है।

दूसरा चरण एनोक्सिक है. पहले चरण में बनने वाले पदार्थ एंजाइम की क्रिया के तहत और अधिक अपघटन से गुजरते हैं। एक उदाहरण ग्लाइकोलाइसिस है, पशु जीवों की कोशिकाओं में लैक्टिक एसिड के दो अणुओं के लिए ग्लूकोज अणु का एंजाइमेटिक एनोक्सिक टूटना। यह प्रक्रिया बहु-चरण है (इसे क्रमिक रूप से 13 एंजाइमों द्वारा किया जाता है) और केवल सबसे सामान्यीकृत रूप में इसे निम्नानुसार दर्शाया जा सकता है:

सी 6 एच 12 ओ 6 → 2सी 3 एच 6 ओ 3 + मुक्त ऊर्जा।

जैसे ही ग्लाइकोलाइसिस प्रतिक्रिया आगे बढ़ती है, प्रत्येक चरण में मुक्त ऊर्जा निकलती है। इसकी कुल मात्रा इस प्रकार वितरित की जाती है: एक भाग (≈60%) गर्मी के रूप में नष्ट हो जाता है, और दूसरा (≈40%) सेल में जमा हो जाता है और फिर उपयोग किया जाता है। जारी की गई ऊर्जा का संरक्षण एटीपी-एडीपी प्रणाली के माध्यम से होता है जो ऊपर अलग हो जाता है। इस मामले में, एक ग्लूकोज अणु के ऑक्सीजन मुक्त टूटने के दौरान जारी ऊर्जा के कारण, दो एडीपी अणु दो एटीपी अणुओं में परिवर्तित हो जाते हैं। बाद में, ऊर्जा, जैसा कि एटीपी अणुओं में संरक्षित थी, का उपयोग (जब वे वापस एडीपी में परिवर्तित हो जाते हैं) आत्मसात, उत्तेजना हस्तांतरण, आदि की प्रक्रियाओं के लिए किया जाएगा।

ऊर्जा चयापचय में ऑक्सीजन मुक्त कदम का एक और उदाहरण अल्कोहल किण्वन है, जिसमें ग्लूकोज का एक अणु अंततः एथिल अल्कोहल के दो अणु, सीओ 2 के दो अणु और कुछ मुक्त ऊर्जा उत्पन्न करता है:

C 6 H 12 O 6 → 2CO 2 + 2C 2 H 5 OH + मुक्त ऊर्जा।

तीसरा चरण ऑक्सीजन है।यह सरल अकार्बनिक वाले वायु ऑक्सीजन को ऑक्सीकरण करके कार्बनिक पदार्थों के अंतिम टूटने का चरण है: सीओ 2 और एच 2 ओ। इस मामले में, मुक्त ऊर्जा की अधिकतम मात्रा जारी की जाती है, जिसका एक महत्वपूर्ण हिस्सा भी आरक्षित है एटीपी अणुओं के निर्माण के माध्यम से कोशिका। तो, लैक्टिक एसिड के दो अणु, सीओ 2 और एच 2 ओ में ऑक्सीकृत होते हैं, उनकी ऊर्जा का हिस्सा 36 एटीपी अणुओं में स्थानांतरित करते हैं। यह देखना आसान है कि ऊर्जा चयापचय का तीसरा चरण कोशिका को मुक्त ऊर्जा प्रदान करता है, जो कि एटीपी संश्लेषण के माध्यम से संग्रहीत होता है।

एटीपी संश्लेषण की सभी प्रक्रियाएं कोशिकाओं के माइटोकॉन्ड्रिया में होती हैं और सभी जीवित चीजों के लिए सार्वभौमिक होती हैं।

इस प्रकार, कोशिका में विघटन की प्रक्रिया कोशिका द्वारा पहले संश्लेषित कार्बनिक पदार्थों और श्वसन के कारण बाहरी वातावरण से आने वाली मुक्त ऑक्सीजन के कारण होती है। इसी समय, ऊर्जा से भरपूर एटीपी अणु कोशिका में जमा हो जाते हैं, और कार्बन डाइऑक्साइड और अतिरिक्त पानी बाहरी वातावरण में उत्सर्जित हो जाते हैं। एनोक्सिक वातावरण में रहने वाले अवायवीय जीवों में, प्रसार का अंतिम चरण थोड़ा अलग रासायनिक तरीके से किया जाता है, लेकिन एटीपी अणुओं के संचय के साथ भी।

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ग्लाइकोलाइसिस के दौरान निकलने वाली ऊर्जा की मात्रा उन जीवों के लिए पर्याप्त नहीं है जो ऑक्सीजन में सांस लेते हैं। इसीलिए जानवरों और मनुष्यों के शरीर में, भारी शारीरिक परिश्रम के दौरान, मांसपेशियों में लैक्टेट का संश्लेषण होता है, जो ऊर्जा के आरक्षित स्रोत के रूप में कार्य करता है और लैक्टेट के रूप में जमा होता है। इस प्रक्रिया की एक विशिष्ट विशेषता मांसपेशियों में दर्द की उपस्थिति है।

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कार्यान्वयन का स्थान (सेलुलर श्वसन) माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली है, जिसके अंदर वाहक अणु होते हैं जो इलेक्ट्रॉनों को आणविक ऑक्सीजन में ले जाते हैं। इस अवस्था में उत्पन्न ऊर्जा आंशिक रूप से ऊष्मा के रूप में नष्ट हो जाती है, जबकि शेष एटीपी के निर्माण में चली जाती है।

जीव विज्ञान में विघटन वह प्रतिक्रिया है जिसकी प्रतिक्रिया इस तरह दिखती है: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 38ATP।

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