अपचय: कार्य और प्रक्रियाएँ - जीवविज्ञान - 2025

अपचय शरीर में पदार्थों के सभी गिरावट प्रतिक्रियाओं शामिल हैं। बायोमोलेक्यूल के घटकों को उनकी सबसे छोटी इकाइयों में "टूटने" के अलावा, कैटोबोलिक प्रतिक्रियाएं ऊर्जा का उत्पादन करती हैं, मुख्य रूप से एटीपी के रूप में।

कैटोबोलिक रास्ते भोजन से आने वाले अणुओं को ख़राब करने के लिए जिम्मेदार होते हैं: कार्बोहाइड्रेट, प्रोटीन और लिपिड। प्रक्रिया के दौरान, बांड में निहित रासायनिक ऊर्जा सेलुलर गतिविधियों में उपयोग करने के लिए जारी की जाती है जिन्हें इसकी आवश्यकता होती है।

स्रोत: EsquemaCatabolismo.svg द्वारा: स्वयं; छोटी गलतियों का सुधार: बेसक्वेटुरैडिवेटिव काम: गुस्तावोकार्रा (EsquemaCatabolismo.svg), विकिमीडिया कॉमन्स के माध्यम से

अच्छी तरह से ज्ञात catabolic पथ के कुछ उदाहरण हैं: क्रेब्स चक्र, फैटी एसिड के बीटा ऑक्सीकरण, ग्लाइकोलाइसिस, और ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण।

कैटोबोलिज्म द्वारा निर्मित सरल अणुओं का उपयोग सेल द्वारा आवश्यक तत्वों के निर्माण के लिए किया जाता है, उसी प्रक्रिया द्वारा प्रदान की गई ऊर्जा का भी उपयोग करते हैं। यह संश्लेषण मार्ग कैटोबिज़्म का विरोधी है और इसे उपचय कहा जाता है।

जीव के चयापचय में संश्लेषण और गिरावट दोनों प्रतिक्रियाएं होती हैं, जो एक साथ और कोशिका के भीतर नियंत्रित तरीके से होती हैं।

विशेषताएं

अपचय का मुख्य उद्देश्य पोषक तत्वों का ऑक्सीकरण करना है जो शरीर "ईंधन" के रूप में उपयोग करता है, जिसे कार्बोहाइड्रेट, प्रोटीन और वसा कहा जाता है। इन बायोमॉलीक्यूल के क्षरण से ऊर्जा और अपशिष्ट उत्पाद उत्पन्न होते हैं, मुख्य रूप से कार्बन डाइऑक्साइड और पानी।

एंजाइमों की एक श्रृंखला कैटोबिज़्म में भाग लेती है, जो कोशिका में होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं की गति को तेज करने के लिए जिम्मेदार प्रोटीन हैं।

ईंधन पदार्थ वे भोजन हैं जिनका हम दैनिक उपभोग करते हैं। हमारा आहार प्रोटीन, कार्बोहाइड्रेट और वसा से बना होता है जो कि अपचय पथ से टूट जाते हैं। शरीर अधिमानतः वसा और कार्बोहाइड्रेट का उपयोग करता है, हालांकि कमी की स्थितियों में यह प्रोटीन के टूटने का सहारा ले सकता है।

अपचय द्वारा निकाली गई ऊर्जा उल्लिखित बायोमॉलेक्यूल के रासायनिक बंधों में निहित होती है।

जब हम किसी भी खाद्य पदार्थ का सेवन कर रहे होते हैं, तो हम इसे पचाना आसान बनाते हैं। यह प्रक्रिया अपचय के अनुरूप है, जहाँ शरीर सूक्ष्म स्तर पर कणों को "पचा" रहा है ताकि वे सिंथेटिक या उपचय मार्गों द्वारा उपयोग किए जा सकें।

Catabolic प्रक्रियाओं

कैटोबोलिक पथ या पथ में पदार्थों की सभी गिरावट प्रक्रियाएं शामिल हैं। हम इस प्रक्रिया में तीन चरणों में अंतर कर सकते हैं:

- सेल (कार्बोहाइड्रेट, वसा और प्रोटीन) में पाए जाने वाले अलग-अलग बायोमॉलेक्यूल को मूल इकाइयों में क्रमशः (शर्करा, फैटी एसिड और अमीनो एसिड) बनाने वाले पदार्थों में अपमानित किया जाता है।

- स्टेज I के उत्पाद सरल घटकों को पास करते हैं, जो एसिटाइल-सीओए नामक एक सामान्य मध्यवर्ती में परिवर्तित होते हैं।

- अंत में, यह यौगिक क्रेब्स चक्र में प्रवेश करता है, जहां यह अपने ऑक्सीकरण को जारी रखता है जब तक कि यह कार्बन डाइऑक्साइड और पानी के अणुओं की पैदावार नहीं करता है - किसी भी catabolic प्रतिक्रिया में प्राप्त अंतिम अणु।

सबसे प्रमुख यूरिया चक्र, क्रेब्स चक्र, ग्लाइकोलाइसिस, ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन और फैटी एसिड के बीटा ऑक्सीकरण हैं। नीचे हम प्रत्येक वर्णित मार्गों का वर्णन करेंगे:

यूरिया चक्र

यूरिया चक्र एक कैटाबोलिक मार्ग है जो माइटोकॉन्ड्रिया और यकृत कोशिकाओं के साइटोसोल में होता है। यह प्रोटीन डेरिवेटिव के प्रसंस्करण के लिए जिम्मेदार है और इसका अंतिम उत्पाद यूरिया है।

चक्र माइटोकॉन्ड्रिया के मैट्रिक्स से पहले एमिनो समूह के प्रवेश के साथ शुरू होता है, हालांकि यह आंत के माध्यम से यकृत में भी प्रवेश कर सकता है।

पहले प्रतिक्रिया चरण में एटीपी, बाइकार्बोनेट आयन (एचसीओ ₃ ^-) और अमोनियम (एनएच ₄ ⁺) कार्बोमॉयल फॉस्फेट, एडीपी और पी _{आई शामिल हैं} । दूसरे चरण में सिट्रमलाइन और पी _{i के} अणु का उत्पादन करने के लिए कार्बोमाइल फॉस्फेट और ऑर्निथिन के मिलन होते हैं । ये प्रतिक्रियाएं माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में होती हैं।

सायटोसोल में चक्र जारी रहता है, जिसमें साइट्रुलाइन और एस्पार्टेट कंडेंस एटीपी के साथ मिलकर आर्जिनोसुनेट, एएमपी और पीपी _आई उत्पन्न करते हैं । Argininosuccinate arginine और fumarate में गुजरता है। एमिनो एसिड आर्जिनिन पानी के साथ मिलकर ऑर्निथिन और अंत में यूरिया देता है।

यह चक्र क्रेब्स चक्र के साथ परस्पर जुड़ा हुआ है क्योंकि फ्यूमरेट मेटाबोलाइट दोनों चयापचय मार्गों में भाग लेता है। हालांकि, प्रत्येक चक्र स्वतंत्र रूप से कार्य करता है।

इस मार्ग से संबंधित नैदानिक ​​विकृति रोगी को प्रोटीन से भरपूर आहार खाने से रोकती है।

क्रेब्स चक्र या साइट्रिक एसिड चक्र

क्रेब्स चक्र एक मार्ग है जो सभी जीवों के सेलुलर श्वसन में भाग लेता है। स्थानिक रूप से, यह यूकेरियोटिक जीवों के माइटोकॉन्ड्रिया में होता है।

चक्र का अग्रदूत एक अणु है जिसे एसिटाइल कोएंजाइम ए कहा जाता है, जो एक ऑक्सीलोसेटेट अणु के साथ संघनित होता है। यह संघ एक छह-कार्बन यौगिक बनाता है। प्रत्येक क्रांति में, चक्र में कार्बन डाइऑक्साइड के दो अणु और ऑक्सीलोसेटेट के एक अणु का उत्पादन होता है।

चक्र एक आइसोमेराइजेशन प्रतिक्रिया से शुरू होता है जो एसोनिटेज़ द्वारा उत्प्रेरित होता है, जहां साइट्रेट सीस-एकोनेट और पानी में गुजरता है। इसी तरह, एकोनिटेस आइसोसिट्रेट में सिस-एकोनेट के पारित होने को उत्प्रेरित करता है।

आइसोसिट्रेट को डिहाइड्रोजनेज आइसोसिट्रेट द्वारा ऑक्सालोसुकेट में ऑक्सीकृत किया जाता है। यह अणु एक ही एंजाइम, आइसोसिट्रेट डिहाइड्रोजनेज द्वारा अल्फा-किटोग्लूटारेट में विघटित होता है। अल्फा-किटोग्लूटारेट को अल्फा-किटोग्लूटारेट डिहाइड्रोजनेज की कार्रवाई से सक्सेनाइल-सीओए में परिवर्तित किया जाता है।

Succinyl-CoA सुसाइड हो जाता है, जो कि succinate डिहाइड्रोजनेज द्वारा फ्यूमरेट में ऑक्सीकृत हो जाता है। क्रमिक रूप से फ्यूमरेट l-malate हो जाता है और अंत में l-malate oxaloacetate बन जाता है।

चक्र को निम्नलिखित समीकरण में संक्षेपित किया जा सकता है: एसिटाइल-सीओए + 3 एनएडी ⁺ + एफएडी + जीडीपी + पाई + 2 एच ₂ ओ → सीओए-एसएच + 3 (एनएडीएच + एच +) + एफएडीएच ₂ + टीटीपी + 2 सीओ ₂ ।

ग्लाइकोलाइसिस

ग्लाइकोलाइसिस, जिसे ग्लाइकोलाइसिस भी कहा जाता है, एक महत्वपूर्ण मार्ग है जो सूक्ष्म जीवाणुओं से लेकर बड़े स्तनधारियों तक, लगभग सभी जीवित जीवों में मौजूद है। मार्ग में 10 एंजाइमेटिक प्रतिक्रियाएं होती हैं जो ग्लूकोज को पाइरुविक एसिड से तोड़ती हैं।

प्रक्रिया एंजाइम हेक्सोकिनेस द्वारा ग्लूकोज अणु के फॉस्फोराइलेशन से शुरू होती है। इस चरण का विचार ग्लूकोज को "सक्रिय" करना और इसे सेल के अंदर फंसाना है, क्योंकि ग्लूकोज-6-फॉस्फेट में एक ट्रांसपोर्टर नहीं है जिसके माध्यम से यह बच सकता है।

ग्लूकोज-6-फॉस्फेट आइसोमेरेज ग्लूकोज -6-फॉस्फेट लेता है और इसे अपने फ्रुक्टोज-6-फॉस्फेट आइसोमर में पुनर्व्यवस्थित करता है। तीसरे चरण को फॉस्फोफ्रक्टोकिनेज द्वारा उत्प्रेरित किया जाता है और उत्पाद फ्रुक्टोज-1,6-बिस्फोस्फेट है।

फिर, एल्डोलेस उपरोक्त यौगिक को डाइहाइड्रॉक्सीसिटोन फॉस्फेट और ग्लिसराल्डिहाइड-3-फॉस्फेट में मिलाता है। त्रिक फॉस्फेट आइसोमेरेज़ द्वारा उत्प्रेरित इन दो यौगिकों के बीच एक संतुलन है।

एंजाइम ग्लिसराल्डिहाइड-3-फॉस्फेट डिहाइड्रोजनेज 1,3-बिसफ़ॉस्फ़ोग्लिसरेट का उत्पादन करता है जिसे फ़ॉस्फ़ोग्लाइसेरेट काइनेज द्वारा अगले चरण में 3-फ़ॉस्फ़ोग्लिसरेट में बदल दिया जाता है। फॉस्फोग्लाइसेरेट म्यूटेज कार्बन की स्थिति को बदल देता है और 2-फॉस्फोग्लिसरेट की पैदावार देता है।

Eolase बाद के मेटाबोलाइट को लेता है और इसे फॉस्फेनोलेफ्रुवेट में परिवर्तित करता है। मार्ग में अंतिम चरण पाइरूवेट किनेज द्वारा उत्प्रेरित किया जाता है और अंतिम उत्पाद पाइरूवेट होता है।

ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण

ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण, एनएडीएच या एफएडीएच ₂ से इलेक्ट्रॉनों के ऑक्सीजन के हस्तांतरण के लिए एटीपी गठन की एक प्रक्रिया है और सेलुलर श्वसन प्रक्रियाओं में अंतिम चरण का गठन करता है। यह माइटोकॉन्ड्रिया में होता है और एरोबिक श्वसन जीवों में एटीपी अणुओं का मुख्य स्रोत है।

इसका महत्व निर्विवाद है, क्योंकि 30 में से 26 एटीपी अणु जो ग्लूकोज को पानी और कार्बन डाइऑक्साइड के पूर्ण ऑक्सीकरण के उत्पाद के रूप में उत्पन्न होते हैं, जो ऑक्सीडेटिव फास्फोरिलीकरण द्वारा होता है।

वैचारिक रूप से, ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण झिल्ली प्रणाली के माध्यम से प्रोटॉन के प्रवाह के साथ एटीपी के ऑक्सीकरण और संश्लेषण को जोड़े।

इस प्रकार, विभिन्न मार्गों में उत्पन्न एनएडीएच या एफएडीएच ₂, इसे ग्लाइकोलाइसिस या फैटी एसिड के ऑक्सीकरण कहते हैं, का उपयोग ऑक्सीजन को कम करने के लिए किया जाता है और प्रक्रिया में उत्पन्न मुक्त ऊर्जा का उपयोग एटीपी के संश्लेषण के लिए किया जाता है।

फैटी एसिड का of-ऑक्सीकरण

Is-ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं का एक सेट है जो फैटी एसिड के ऑक्सीकरण को उच्च मात्रा में ऊर्जा का उत्पादन करने की अनुमति देता है।

इस प्रक्रिया में दो-कार्बन फैटी एसिड के क्षेत्रों की आवधिक रिहाई शामिल है जब तक कि फैटी एसिड पूरी तरह से नीचा नहीं हो जाता है। अंतिम उत्पाद एसिटाइल-सीओए अणु है जो क्रेब्स चक्र में पूरी तरह से ऑक्सीकरण हो सकता है।

ऑक्सीकरण से पहले, फैटी एसिड को सक्रिय करना चाहिए, जहां यह कोएंजाइम को बांधता है। कार्निटाइन ट्रांसपोर्टर माइटोकॉन्ड्रिया के मैट्रिक्स को अणुओं को ट्रांसलेट करने के लिए जिम्मेदार है।

इन पिछले चरणों के बाद, iol- ऑक्सीकरण NAD ⁺ और थायोलिसिस द्वारा ऑक्सीकरण, जलयोजन, ऑक्सीकरण की प्रक्रियाओं के साथ शुरू होता है ।

अपचय का विनियमन

विभिन्न एंजाइमेटिक प्रतिक्रियाओं को विनियमित करने वाली प्रक्रियाओं की एक श्रृंखला होनी चाहिए, क्योंकि ये अपनी अधिकतम गति पर हर समय काम नहीं कर सकते हैं। इस प्रकार, चयापचय मार्ग हार्मोन, न्यूरोनल नियंत्रण, सब्सट्रेट उपलब्धता और एंजाइमी संशोधन सहित कई कारकों द्वारा विनियमित होते हैं।

हर मार्ग में कम से कम एक अपरिवर्तनीय प्रतिक्रिया होनी चाहिए (अर्थात यह केवल एक दिशा में होती है) और जो पूरे मार्ग की गति को निर्देशित करती है। यह प्रतिक्रियाओं को सेल द्वारा आवश्यक गति से काम करने की अनुमति देता है और संश्लेषण और गिरावट के रास्ते को एक ही समय में काम करने से रोकता है।

हार्मोन विशेष रूप से महत्वपूर्ण पदार्थ हैं जो रासायनिक दूत के रूप में कार्य करते हैं। इन्हें विभिन्न अंतःस्रावी ग्रंथियों में संश्लेषित किया जाता है और कार्य करने के लिए रक्तप्रवाह में छोड़ा जाता है। कुछ उदाहरण निम्न हैं:

कोर्टिसोल

कोर्टिसोल संश्लेषण प्रक्रियाओं को धीमा करके और मांसपेशियों में catabolic मार्गों को बढ़ाकर काम करता है। यह प्रभाव अमीनो एसिड के रक्तप्रवाह में निकलने से होता है।

इंसुलिन

इसके विपरीत, हार्मोन हैं जो विपरीत प्रभाव डालते हैं और अपचय को कम करते हैं। इंसुलिन प्रोटीन संश्लेषण को बढ़ाने के लिए जिम्मेदार है और एक ही समय में उनके अपचय को कम करता है। इस घटना में, प्रोटियोलिसिस बढ़ जाता है, जो मांसपेशियों को अमीनो एसिड के उत्पादन की सुविधा देता है।

उपचय के साथ अंतर

उपचय और अपचयवाद एक विरोधी प्रक्रिया है जो एक जीव में होने वाली चयापचय प्रतिक्रियाओं की समग्रता को समाहित करता है।

दोनों प्रक्रियाओं में एंजाइमों द्वारा उत्प्रेरित कई रासायनिक प्रतिक्रियाओं की आवश्यकता होती है और सख्त हार्मोनल नियंत्रण के तहत होती हैं जो कुछ प्रतिक्रियाओं को ट्रिगर या धीमा करने में सक्षम होती हैं। हालाँकि, वे निम्नलिखित मूलभूत पहलुओं में भिन्न हैं:

अणुओं का संश्लेषण और गिरावट

उपचय में संश्लेषण की प्रतिक्रियाएँ शामिल होती हैं जबकि अपचय के लिए अणुओं का क्षरण जिम्मेदार होता है। यद्यपि ये प्रक्रियाएं उलट जाती हैं, वे चयापचय के नाजुक संतुलन से जुड़े होते हैं।

एनाबॉलिज्म को एक विचलन प्रक्रिया कहा जाता है, सरल यौगिकों को लेना और उन्हें बड़े यौगिकों में बदलना। अपचय के विपरीत, जिसे बड़े अणुओं से कार्बन डाइऑक्साइड, अमोनिया और पानी जैसे छोटे अणुओं के प्राप्त होने के कारण एक अभिसरण प्रक्रिया के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।

अलग-अलग कैटोबोलिक रास्ते मैक्रोलेक्युलस लेते हैं जो भोजन बनाते हैं और उन्हें अपने सबसे छोटे घटकों तक कम करते हैं। इस बीच, अनाबोलिक रास्ते, इन इकाइयों को लेने और फिर से अधिक विस्तृत अणुओं के निर्माण में सक्षम हैं।

दूसरे शब्दों में, शरीर को भोजन बनाने वाले तत्वों का "कॉन्फ़िगरेशन बदलना" पड़ता है, ताकि वे उन प्रक्रियाओं में उपयोग हो सकें जिनकी उन्हें आवश्यकता होती है।

प्रक्रिया लोकप्रिय लेगो खेल के अनुरूप है, जहां मुख्य घटक विभिन्न प्रकार की स्थानिक व्यवस्था के साथ विभिन्न संरचनाएं बना सकते हैं।

ऊर्जा का उपयोग

कैटाबोलिज्म भोजन के रासायनिक बंधों में निहित ऊर्जा को निकालने के लिए जिम्मेदार है, इसलिए इसका मुख्य उद्देश्य ऊर्जा का उत्पादन है। यह गिरावट, ज्यादातर मामलों में, ऑक्सीडेटिव प्रतिक्रियाओं द्वारा होती है।

हालांकि, यह आश्चर्य की बात नहीं है कि catabolic पथों को अपने प्रारंभिक चरणों में ऊर्जा जोड़ने की आवश्यकता होती है, जैसा कि हमने ग्लाइकोलाइटिक मार्ग में देखा था, जिसमें एटीपी अणुओं के व्युत्क्रम की आवश्यकता होती है।

दूसरी ओर, उपचय की रुचि के संयोजन को प्राप्त करने के लिए अपचय में उत्पन्न होने वाली मुक्त ऊर्जा को जोड़ने के लिए उपचय जिम्मेदार है। दोनों उपचय और अपचय दोनों कोशिका में लगातार और एक साथ होते हैं।

आमतौर पर, एटीपी ऊर्जा को स्थानांतरित करने के लिए उपयोग किया जाने वाला अणु है। यह उन क्षेत्रों में फैल सकता है जहां इसकी आवश्यकता होती है और जब यह अणु में निहित रासायनिक ऊर्जा को हाइड्रोलाइज करता है। इसी तरह, ऊर्जा को हाइड्रोजन परमाणुओं या इलेक्ट्रॉनों के रूप में ले जाया जा सकता है।

इन अणुओं को कोएंजाइम कहा जाता है और इसमें NADP, NADPH और FMNH _{2 शामिल हैं} । वे कमी प्रतिक्रियाओं के माध्यम से कार्य करते हैं। इसके अलावा, वे एटीपी में कम करने की क्षमता को स्थानांतरित कर सकते हैं।

संदर्भ

1. चैन, YK, Ng, KP, & Sim, DSM (Eds।) (2015)। एक्यूट केयर का औषधीय आधार। स्प्रिंगर इंटरनेशनल पब्लिशिंग।
2. कर्टिस, एच।, और बार्न्स, एनएस (1994)। जीव विज्ञान के लिए निमंत्रण। मैकमिलन।
3. लोदीश, एच।, बर्क, ए।, डारनेल, जेई, कैसर, सीए, क्रिगर, एम।, स्कॉट, एमपी,… और मत्सुदैरा, पी। (2008)। आणविक कोशिका जीव विज्ञान। मैकमिलन।
4. रोंज़ियो, आरए (2003)। पोषण और अच्छे स्वास्थ्य का विश्वकोश। इन्फोबेस प्रकाशन।
5. वायट, डी।, वॉयट, जे।, और प्रैट, सीडब्ल्यू (2007)। जैव रसायन की नींव: जीवन आणविक स्तर पर। पैनामेरिकान मेडिकल एड।