एरोबिक श्वसन: विशेषताएँ, अवस्थाएँ और जीव - जीवविज्ञान - 2025

वायुजीवी श्वसन मुख्य रूप से ग्लूकोज - - ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला, जहां अंतिम इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता ऑक्सीजन है द्वारा या एरोबिक एक जैविक प्रक्रिया है कि कार्बनिक अणुओं की ऊर्जा प्राप्त करने के शामिल है।

यह प्रक्रिया बहुत सारे कार्बनिक प्राणियों में मौजूद है, विशेष रूप से यूकेरियोट्स। सभी जानवर, पौधे और कवक सांस लेते हैं। इसके अतिरिक्त, कुछ बैक्टीरिया एरोबिक चयापचय का प्रदर्शन भी करते हैं।

यूकेरियोट्स में, सेलुलर श्वसन के लिए मशीनरी माइटोकॉन्ड्रिया में स्थित है।

स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स के माध्यम से बेथेस्डा, एमडी, यूएसए से राष्ट्रीय मानव जीनोम अनुसंधान संस्थान (NHGRI)

सामान्य तौर पर, ग्लूकोज अणु से ऊर्जा प्राप्त करने की प्रक्रिया को ग्लाइकोलाइसिस में विभाजित किया जाता है (यह कदम एरोबिक और एनारोबिक दोनों मार्गों में आम है), क्रेब्स चक्र और इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला।

एरोबिक श्वसन की अवधारणा अवायवीय श्वसन के विरोध में है। उत्तरार्द्ध में, इलेक्ट्रॉनों की अंतिम स्वीकृति एक अन्य अकार्बनिक पदार्थ है, जो ऑक्सीजन से अलग है। यह कुछ प्रोकैरियोट्स के लिए विशिष्ट है।

ऑक्सीजन क्या है?

एरोबिक श्वसन की प्रक्रिया पर चर्चा करने से पहले, ऑक्सीजन अणु के कुछ पहलुओं को जानना आवश्यक है।

यह एक रासायनिक तत्व है जिसे ओ पत्र के साथ आवर्त सारणी में दर्शाया गया है, और परमाणु संख्या 8. तापमान और दबाव की मानक स्थितियों के तहत, ऑक्सीजन जोड़े में बांधने के लिए जाता है, जिससे डाइऑक्सीजन अणु में वृद्धि होती है।

दो ऑक्सीजन परमाणुओं से बनी इस गैस का कोई रंग, गंध या स्वाद नहीं है, और इसका सूत्र O _{2 है} । वायुमंडल में, यह एक प्रमुख घटक है, और पृथ्वी पर अधिकांश जीवन रूपों को बनाए रखने के लिए आवश्यक है।

ऑक्सीजन की गैसीय प्रकृति के लिए धन्यवाद, अणु कोशिका झिल्ली को स्वतंत्र रूप से पार करने में सक्षम है - बाहरी झिल्ली जो सेल को बाह्य वातावरण से अलग करती है, और उपचारात्मक डिब्बों के झिल्ली को अलग करती है, जिसमें मच्छर भी शामिल है।

श्वसन की विशेषताएँ

कोशिकाएं उन अणुओं का उपयोग करती हैं जिन्हें हम अपने आहार के माध्यम से श्वसन "ईंधन" के रूप में निगलना करते हैं।

सेलुलर श्वसन ऊर्जा पैदा करने की प्रक्रिया है, एटीपी अणुओं के रूप में, जहां अणुओं को नीचा दिखाना ऑक्सीकरण होता है और इलेक्ट्रॉनों का अंतिम स्वीकर्ता एक अकार्बनिक अणु होता है।

एक आवश्यक विशेषता जो सांस लेने की प्रक्रियाओं को करने की अनुमति देती है, वह इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला की उपस्थिति है। एरोबिक श्वसन में, इलेक्ट्रॉनों के लिए अंतिम स्वीकर्ता ऑक्सीजन अणु है।

सामान्य परिस्थितियों में, ये "ईंधन" कार्बोहाइड्रेट या कार्बोहाइड्रेट और वसा या लिपिड हैं। जैसा कि भोजन की कमी के कारण शरीर अनिश्चित परिस्थितियों में चला जाता है, यह अपनी ऊर्जा मांगों को पूरा करने के लिए प्रोटीन के उपयोग का सहारा लेता है।

श्वसन शब्द रोजमर्रा की जिंदगी में हमारी शब्दावली का हिस्सा है। साँस छोड़ने और साँस लेने के निरंतर चक्रों में, हमारे फेफड़ों में हवा लेने का कार्य, हम श्वसन कहते हैं।

हालांकि, जीवन विज्ञान के औपचारिक संदर्भ में, इस तरह की कार्रवाई को वेंटिलेशन शब्द द्वारा नामित किया गया है। इस प्रकार, श्वसन शब्द का उपयोग सेलुलर स्तर पर होने वाली प्रक्रियाओं को संदर्भित करने के लिए किया जाता है।

प्रक्रियाएं (चरण)

एरोबिक श्वसन के चरणों में कार्बनिक अणुओं से ऊर्जा निकालने के लिए आवश्यक कदम शामिल हैं - इस मामले में हम श्वसन ईंधन के रूप में ग्लूकोज अणु के मामले का वर्णन करेंगे - जब तक यह ऑक्सीजन स्वीकर्ता तक नहीं पहुंचता।

यह जटिल चयापचय मार्ग ग्लाइकोलिसिस, क्रेब्स चक्र और इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में विभाजित है:

ग्लाइकोलाइसिस

चित्र 1: ग्लाइकोलाइसिस बनाम ग्लुकोनोजेनेसिस। प्रतिक्रिया और एंजाइम शामिल हैं।

ग्लूकोज मोनोमर के टूटने में पहला कदम ग्लाइकोलाइसिस है, जिसे ग्लाइकोलाइसिस भी कहा जाता है। इस कदम को सीधे ऑक्सीजन की आवश्यकता नहीं है, और यह लगभग सभी जीवित चीजों में मौजूद है।

इस चयापचय मार्ग का लक्ष्य पाइरुविक एसिड के दो अणुओं में ग्लूकोज की दरार है, दो शुद्ध ऊर्जा अणु (एटीपी) प्राप्त करना, और एनएडी ^{+ के} दो अणुओं को कम करना ।

ऑक्सीजन की उपस्थिति में, मार्ग क्रेब्स चक्र और इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के लिए जारी रह सकता है। यदि ऑक्सीजन अनुपस्थित है, तो अणु किण्वन मार्ग का अनुसरण करेंगे। दूसरे शब्दों में, ग्लाइकोलाइसिस एरोबिक और एनारोबिक श्वसन के लिए एक सामान्य चयापचय मार्ग है।

क्रेब्स चक्र से पहले, पाइरुविक एसिड का ऑक्सीडेटिव डिकार्बोलाइजेशन होना चाहिए। इस कदम की मध्यस्थता एक बहुत ही महत्वपूर्ण एंजाइम कॉम्प्लेक्स द्वारा की जाती है, जिसे पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज कहा जाता है, जो उपरोक्त प्रतिक्रिया को पूरा करता है।

इस प्रकार, पाइरूवेट एक एसिटाइल कट्टरपंथी बन जाता है जिसे बाद में कोएंजाइम ए द्वारा कब्जा कर लिया जाता है, जो इसे क्रेब्स चक्र में ले जाने के लिए जिम्मेदार है।

क्रेब्स चक्र

क्रेब्स चक्र, जिसे साइट्रिक एसिड चक्र या ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र के रूप में भी जाना जाता है, में विशिष्ट एंजाइमों द्वारा उत्प्रेरित जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला होती है जो धीरे-धीरे एसिटाइल कोएंजाइम ए में संग्रहीत रासायनिक ऊर्जा को छोड़ना चाहते हैं।

यह एक मार्ग है जो पाइरूवेट अणु को पूरी तरह से ऑक्सीकरण करता है और माइटोकॉन्ड्रिया के मैट्रिक्स में होता है।

यह चक्र ऑक्सीकरण और कमी प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला पर आधारित है जो इलेक्ट्रॉनों के रूप में संभावित ऊर्जा को उन तत्वों को स्थानांतरित करता है जो उन्हें स्वीकार करते हैं, विशेष रूप से एनएडी ⁺ अणु ।

क्रेब्स चक्र का सारांश

पाइरुविक एसिड का प्रत्येक अणु कार्बन डाइऑक्साइड और एक दो-कार्बन अणु में टूट जाता है, जिसे एसिटाइल समूह के रूप में जाना जाता है। कोएंजाइम ए (पिछले भाग में उल्लिखित) के साथ एसिटाइल कोएंजाइम ए कॉम्प्लेक्स बनता है।

पाइरुविक एसिड के दो कार्बन चक्र में प्रवेश करते हैं, ऑक्सीलोसेटेट के साथ संघनन करते हैं, और एक छह-कार्बन साइट्रेट अणु बनाते हैं। इस प्रकार, ऑक्सीडेटिव चरण प्रतिक्रियाएं होती हैं। साइट्रेट, कार्बन डाइऑक्साइड के 2 मोल, NADH के 3 मोल, FADH _{2 के 1,} और GTP के 1 मोल के सैद्धांतिक उत्पादन के साथ ऑक्सालोसेटेट में बदल जाता है ।

चूंकि दो पाइरूवेट अणु ग्लाइकोलिसिस में बनते हैं, एक ग्लूकोज अणु में क्रेब्स चक्र के दो क्रांतियां शामिल होती हैं।

इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला

एक इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में प्रोटीन का एक क्रम होता है जो ऑक्सीकरण और कमी प्रतिक्रियाओं को पूरा करने की क्षमता रखता है।

इन प्रोटीन परिसरों के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों के पारित होने के परिणामस्वरूप ऊर्जा की एक क्रमिक रिहाई होती है जो बाद में एटीओपी की पीढ़ी में केमोस्मोटिक्स द्वारा उपयोग की जाती है। महत्वपूर्ण रूप से, अंतिम श्रृंखला प्रतिक्रिया अपरिवर्तनीय प्रकार की होती है।

यूकेरियोटिक जीवों में, जिसमें उपकोशिकीय घटक होते हैं, ट्रांसपोर्टर चेन के तत्वों को माइटोकॉन्ड्रिया की झिल्ली के लिए लंगर डाला जाता है। प्रोकैरियोट्स में, जिनमें इन डिब्बों की कमी होती है, श्रृंखला के तत्व कोशिका के प्लाज्मा झिल्ली में स्थित होते हैं।

इस श्रृंखला की प्रतिक्रियाएं एटीपी के गठन की ओर ले जाती हैं, ट्रांसपोर्टर्स के माध्यम से हाइड्रोजन के विस्थापन द्वारा प्राप्त ऊर्जा के माध्यम से, जब तक यह अंतिम स्वीकर्ता तक नहीं पहुंचती: ऑक्सीजन, एक प्रतिक्रिया जो पानी पैदा करती है।

वाहक अणुओं की कक्षाएं

श्रृंखला तीन प्रकार के कन्वेयर से बनी है। पहली श्रेणी फ्लेवप्रोटीन हैं, जो फ्लेविन की उपस्थिति द्वारा विशेषता है। इस प्रकार के ट्रांसपोर्टर वैकल्पिक रूप से कमी और ऑक्सीकरण दोनों प्रकार की प्रतिक्रियाएं कर सकते हैं।

दूसरा प्रकार साइटोक्रोम से बना है। इन प्रोटीनों में एक हीम समूह (जैसे हीमोग्लोबिन) होता है, जो विभिन्न ऑक्सीकरण राज्यों को प्रस्तुत कर सकता है।

ट्रांसपोर्टर का अंतिम वर्ग सर्वव्यापी है, जिसे कोएंजाइम क्यू के रूप में भी जाना जाता है। ये अणु प्रकृति में प्रोटीन नहीं हैं।

एरोबिक श्वसन के साथ जीव

अधिकांश जीवित जीवों में एरोबिक-प्रकार का श्वसन होता है। यह यूकेरियोटिक जीवों (उनकी कोशिकाओं में एक सच्चे नाभिक के साथ एक झिल्ली द्वारा सीमांकित) के लिए विशिष्ट है। सभी जानवर, पौधे और कवक सांस लेते हैं।

पशु और कवक हेटरोट्रॉफ़िक जीव हैं, जिसका अर्थ है कि "ईंधन" जिसका उपयोग श्वसन के चयापचय मार्ग में किया जाएगा, को आहार में सक्रिय रूप से सेवन किया जाना चाहिए। पौधों के विपरीत, जो प्रकाश संश्लेषण के माध्यम से अपना भोजन बनाने की क्षमता रखते हैं।

प्रोकैरियोट्स के कुछ जननों को भी श्वसन के लिए ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है। विशेष रूप से, सख्त एरोबिक बैक्टीरिया होते हैं - अर्थात, वे केवल ऑक्सीजन युक्त वातावरण में बढ़ते हैं, जैसे कि स्यूडोमोनास।

बैक्टीरिया के अन्य जेनेरा में साल्मोनेला जैसे पर्यावरणीय स्थितियों के आधार पर अपने चयापचय को एरोबिक से अवायवीय में बदलने की क्षमता है। प्रोकैरियोट्स में, एरोबिक या एनारोबिक होना उनके वर्गीकरण के लिए एक महत्वपूर्ण विशेषता है।

अवायवीय श्वसन से अंतर

एरोबिक श्वसन के विपरीत प्रक्रिया एनारोबिक मोड है। दोनों के बीच सबसे स्पष्ट अंतर अंतिम इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता के रूप में ऑक्सीजन का उपयोग है। एनारोबिक श्वसन अन्य अकार्बनिक अणुओं को स्वीकर्ता के रूप में उपयोग करता है।

इसके अलावा, अवायवीय श्वसन में प्रतिक्रियाओं का अंतिम उत्पाद एक अणु है जो अभी भी ऑक्सीकरण जारी रखने की क्षमता रखता है। उदाहरण के लिए, किण्वन के दौरान मांसपेशियों में गठित लैक्टिक एसिड। इसके विपरीत, एरोबिक श्वसन के अंतिम उत्पाद कार्बन डाइऑक्साइड और पानी हैं।

ऊर्जा के दृष्टिकोण से भी मतभेद हैं। एनारोबिक मार्ग में, केवल दो एटीपी अणु उत्पन्न होते हैं (ग्लाइकोलाइटिक मार्ग के अनुरूप), जबकि एरोबिक श्वसन में अंत उत्पाद आम तौर पर लगभग 38 एटीपी अणु होते हैं - जो एक महत्वपूर्ण अंतर है।

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