मेटाबोलिक मार्ग: प्रकार और मुख्य मार्ग - जीवविज्ञान

एक चयापचय पथ रासायनिक प्रतिक्रियाओं का एक सेट है, जो एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होता है। इस प्रक्रिया में, एक अणु X मध्यवर्ती चयापचयों के माध्यम से एक अणु Y में बदल जाता है। सेलुलर वातावरण में चयापचय पथ होते हैं।

सेल के बाहर, ये प्रतिक्रियाएं बहुत लंबा समय लेती हैं, और कुछ नहीं हो सकती हैं। इसलिए, प्रत्येक चरण में एंजाइम नामक उत्प्रेरक प्रोटीन की उपस्थिति की आवश्यकता होती है। इन अणुओं की भूमिका मार्ग के भीतर प्रत्येक प्रतिक्रिया की गति को परिमाण के कई आदेशों द्वारा तेज करना है।

मुख्य चयापचय मार्ग

स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स के माध्यम से चकाज़ुल (बात · कंट्रीबस)।

शारीरिक रूप से, चयापचय पथ एक दूसरे से जुड़े हुए हैं। यही है, वे सेल के भीतर पृथक नहीं हैं। कई सबसे महत्वपूर्ण रास्ते सामान्य में मेटाबोलाइट्स साझा करते हैं।

नतीजतन, कोशिकाओं में होने वाली सभी रासायनिक प्रतिक्रियाओं के सेट को चयापचय कहा जाता है। प्रत्येक कोशिका को एक विशिष्ट चयापचय प्रदर्शन का प्रदर्शन करने की विशेषता होती है, जिसे इसके भीतर एंजाइमों की सामग्री द्वारा परिभाषित किया जाता है, जो बदले में आनुवंशिक रूप से निर्धारित होता है।

चयापचय मार्गों की सामान्य विशेषताएं

सेलुलर वातावरण के भीतर, बड़ी संख्या में रासायनिक प्रतिक्रियाएं होती हैं। इन प्रतिक्रियाओं का सेट चयापचय है, और इस प्रक्रिया का मुख्य कार्य सामान्य परिस्थितियों में जीव के होमोस्टैसिस को बनाए रखना है, और तनाव की स्थिति के तहत भी है।

इस प्रकार, इन चयापचयों के प्रवाह का संतुलन होना चाहिए। चयापचय पथ के मुख्य लक्षणों में हमारे पास निम्नलिखित हैं:

प्रतिक्रियाएं एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होती हैं

साइक्लोऑक्सीजिनेज एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित प्रतिक्रिया (स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स के माध्यम से पंचर)

चयापचय मार्गों के नायक एंजाइम हैं। वे चयापचय राज्य पर जानकारी को एकीकृत और विश्लेषण करने के लिए जिम्मेदार हैं और पल की सेलुलर आवश्यकताओं के आधार पर अपनी गतिविधि को संशोधित करने में सक्षम हैं।

चयापचय हार्मोन द्वारा नियंत्रित किया जाता है

चयापचय हार्मोन की एक श्रृंखला द्वारा निर्देशित होता है, जो शरीर की जरूरतों और प्रदर्शन को देखते हुए चयापचय प्रतिक्रियाओं के समन्वय में सक्षम होता है।

Compartmentalisation

चयापचय मार्गों का एक कंपार्टमेंटलाइज़ेशन है। यही है, प्रत्येक मार्ग एक विशिष्ट उपकुलर डिब्बे में होता है, इसे साइटोप्लाज्म, माइटोकॉन्ड्रिया, अन्य लोगों के बीच कहते हैं। अन्य मार्ग एक साथ कई डिब्बों में हो सकते हैं।

उपचय और कैटाबोलिक पथ के नियमन में पथ के सहायक के डिब्बेकरण (नीचे देखें)।

चयापचय प्रवाह का समन्वय

चयापचय के समन्वय में शामिल एंजाइमों की गतिविधि की स्थिरता के माध्यम से प्राप्त किया जाता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि उपचय रास्ते और उनके catabolic समकक्ष पूरी तरह से स्वतंत्र नहीं हैं। इसके विपरीत, वे समन्वित हैं।

चयापचय पथ के भीतर महत्वपूर्ण एंजाइमेटिक बिंदु हैं। इन एंजाइमों के रूपांतरण की दर के साथ, मार्ग के पूरे प्रवाह को विनियमित किया जाता है।

चयापचय मार्गों के प्रकार

जैव रसायन में, तीन मुख्य प्रकार के चयापचय पथ प्रतिष्ठित हैं। इस विभाजन को बायोएनेरगेटिक मानदंडों के बाद किया जाता है: कैटोबोलिक, एनाबॉलिक और एम्फीबोल मार्ग।

कैटोबोलिक मार्ग

कैटोबोलिक रास्ते ऑक्सीडेटिव क्षरण प्रतिक्रियाओं को शामिल करते हैं। वे ऊर्जा प्राप्त करने और शक्ति को कम करने के लिए किए जाते हैं, जिसका उपयोग बाद में सेल द्वारा अन्य प्रतिक्रियाओं में किया जाएगा।

अधिकांश कार्बनिक अणु शरीर द्वारा संश्लेषित नहीं होते हैं। इसके विपरीत, हमें भोजन के माध्यम से इसका सेवन करना चाहिए। कैटोबोलिक प्रतिक्रियाओं में, इन अणुओं को बनाने वाले मोनोमर्स में नीचा होता है, जिसका उपयोग कोशिकाओं द्वारा किया जा सकता है।

उपचय मार्ग

एनाबॉलिक मार्गों में संश्लेषण की रासायनिक प्रतिक्रियाएं होती हैं, छोटे, सरल अणुओं को ले जाती हैं और उन्हें बड़े, अधिक जटिल तत्वों में बदल देती हैं।

इन प्रतिक्रियाओं को होने के लिए, ऊर्जा उपलब्ध होने की आवश्यकता है। यह ऊर्जा कहां से आती है? मुख्य रूप से एटीपी के रूप में, catabolic पथ से।

इस प्रकार, अधिक जटिल अणुओं को संश्लेषित करने के लिए उपापचय मार्गों में कैटोबोलिक पथमार्गों (जो कि "चयापचयों का पूल" कहा जाता है) का उपयोग किया जाता है, जो शरीर को इस समय आवश्यक हैं।

मेटाबोलाइट्स के इस पूल में, प्रक्रिया के तीन प्रमुख अणु हैं: पाइरूवेट, एसिटाइल कोएंजाइम ए और ग्लिसरॉल। ये मेटाबोलाइट्स विभिन्न बायोमॉलेक्यूल के चयापचय को जोड़ने के लिए जिम्मेदार हैं, जैसे कि लिपिड, कार्बोहाइड्रेट, अन्य।

उभयचर मार्ग

एंफीबोल मार्ग या तो एनाबॉलिक या कैटोबोलिक मार्ग के रूप में कार्य करता है। यानी यह एक मिश्रित मार्ग है।

सबसे अच्छा ज्ञात उभयचर मार्ग क्रेब्स चक्र है। कार्बोहाइड्रेट, लिपिड और अमीनो एसिड के क्षरण में इस मार्ग की मौलिक भूमिका है। हालांकि, यह सिंथेटिक मार्गों के लिए अग्रदूतों के उत्पादन में भी भाग लेता है।

उदाहरण के लिए, क्रेब्स चक्र मेटाबोलाइट्स अमीनो एसिड के आधे हिस्से के अग्रदूत हैं जो प्रोटीन बनाने के लिए उपयोग किए जाते हैं।

मुख्य चयापचय पथ

सभी कोशिकाओं में जो जीवित प्राणियों का हिस्सा होते हैं, चयापचय पथों की एक श्रृंखला होती है। इनमें से कुछ को अधिकांश जीवों द्वारा साझा किया गया है।

इन चयापचय मार्गों में संश्लेषण, गिरावट और जीवन-महत्वपूर्ण चयापचयों का रूपांतरण शामिल है। इस पूरी प्रक्रिया को मध्यवर्ती चयापचय के रूप में जाना जाता है।

कोशिकाओं को स्थायी रूप से कार्बनिक और अकार्बनिक यौगिकों की आवश्यकता होती है, और रासायनिक ऊर्जा भी होती है, जो मुख्य रूप से एटीपी अणु से प्राप्त होती है।

एटीपी (एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट) सभी कोशिकाओं में ऊर्जा भंडारण का सबसे महत्वपूर्ण रूप है। और चयापचय मार्गों के ऊर्जा लाभ और निवेश अक्सर एटीपी अणुओं के संदर्भ में व्यक्त किए जाते हैं।

सबसे महत्वपूर्ण मार्ग जो जीवित जीवों के विशाल बहुमत में मौजूद हैं, नीचे चर्चा की जाएगी।

ग्लाइकोलाइसिस या ग्लाइकोलाइसिस

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

ग्लाइकोलाइसिस एक मार्ग है जिसमें पाइरुविक एसिड के दो अणुओं तक ग्लूकोज का क्षरण होता है, जो एटीपी के शुद्ध लाभ के दो अणुओं के रूप में प्राप्त होता है। यह वस्तुतः सभी जीवित जीवों में मौजूद है और इसे ऊर्जा प्राप्त करने का एक तेज़ तरीका माना जाता है।

सामान्य तौर पर, इसे आमतौर पर दो चरणों में विभाजित किया जाता है। पहले में दो ग्लिसराल्डिहाइड अणुओं में ग्लूकोज अणु के पारित होने में दो एटीपी अणु होते हैं। दूसरे चरण में, उच्च-ऊर्जा यौगिक उत्पन्न होते हैं, और 4 एटीपी अणु और 2 पाइरूवेट अणु अंतिम उत्पादों के रूप में प्राप्त होते हैं।

मार्ग दो अलग-अलग तरीकों से जारी रह सकता है। यदि ऑक्सीजन है, तो अणु श्वसन श्रृंखला में अपने ऑक्सीकरण को समाप्त कर देंगे। या, इसके अभाव में, किण्वन होता है।

ग्लुकोनियोजेनेसिस

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ग्लूकोनोजेनेसिस ग्लूकोज के संश्लेषण के लिए एक मार्ग है, जो अमीनो एसिड (ल्यूसीन और लाइसिन के अपवाद के साथ) से शुरू होता है, लैक्टेट, ग्लिसरॉल या क्रेब्स चक्र के किसी भी मध्यवर्ती।

ग्लूकोज कुछ ऊतकों, जैसे मस्तिष्क, लाल रक्त कोशिकाओं और मांसपेशियों के लिए एक आवश्यक सब्सट्रेट है। ग्लूकोज की आपूर्ति ग्लाइकोजन स्टोर के माध्यम से प्राप्त की जा सकती है।

हालांकि, जब ये कम हो जाते हैं, तो शरीर को ऊतकों की मांगों को पूरा करने के लिए ग्लूकोज संश्लेषण शुरू करना चाहिए - मुख्य रूप से तंत्रिका ऊतक।

यह मार्ग मुख्यतः यकृत में होता है। यह महत्वपूर्ण है, उपवास की स्थितियों में, शरीर ग्लूकोज प्राप्त करना जारी रख सकता है।

मार्ग की सक्रियता या नहीं जीव के खिला से जुड़ी हुई है। जो जानवर कार्बोहाइड्रेट में उच्च आहार लेते हैं उनमें ग्लूकोनोजेनिक दर कम होती है, जबकि ग्लूकोज में आहार कम महत्वपूर्ण ग्लूकोनोजेनिक गतिविधि की आवश्यकता होती है।

ग्लाइओक्सिलेट चक्र

से लिया और संपादित किया गया: मूल अपलोडर अंग्रेजी विकिपीडिया पर एडेनोसिन था। / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

यह चक्र पौधों और कुछ प्रकार के जीवाणुओं के लिए अद्वितीय है। यह मार्ग दो-कार्बन एसिटाइल इकाइयों के चार-कार्बन इकाइयों में परिवर्तन को प्राप्त करता है - जिसे सक्सेस के नाम से जाना जाता है। यह अंतिम यौगिक ऊर्जा का उत्पादन कर सकता है और इसका उपयोग ग्लूकोज के संश्लेषण के लिए भी किया जा सकता है।

उदाहरण के लिए, मनुष्यों में, अकेले एसीटेट पर निर्वाह करना असंभव होगा। हमारे चयापचय में, एसिटाइल कोएंजाइम ए को पाइरूवेट में परिवर्तित नहीं किया जा सकता है, जो ग्लूकोनोजेनिक मार्ग का अग्रदूत है, क्योंकि पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज एंजाइम की प्रतिक्रिया अपरिवर्तनीय है।

चक्र का जैव रासायनिक तर्क साइट्रिक एसिड चक्र के समान है, जिसमें दो डिकार्बोलेशन चरणों के अपवाद हैं। यह पौधों के बहुत विशिष्ट ऑर्गेनेल में होता है जिसे ग्लाइक्सोसम कहा जाता है, और कुछ पौधों जैसे सूरजमुखी के बीज में विशेष रूप से महत्वपूर्ण है।

क्रेब्स चक्र

Tricarboxylic एसिड चक्र (क्रेब्स चक्र)। से लिया और संपादित किया गया: नारायणी, विकीसेरपीडिया, यासीनाइनबेट, टोटोबग्गिन्स (अलेजांद्रो पोर्टो द्वारा स्पेनिश में अनुवादित)।

यह कार्बनिक प्राणियों के चयापचय में केंद्रीय माना जाता है, क्योंकि यह प्रोटीन, वसा और कार्बोहाइड्रेट सहित सबसे महत्वपूर्ण अणुओं के चयापचय को एकीकृत करता है।

यह कोशिकीय श्वसन का एक घटक है, और एसिटाइल कोएंजाइम ए अणु में संग्रहीत ऊर्जा को छोड़ने का लक्ष्य है - क्रेब्स चक्र का मुख्य अग्रदूत। यह दस एंजाइमिक चरणों से बना है और जैसा कि हमने उल्लेख किया है, चक्र उपचय और कैटोबोलिक दोनों मार्गों में काम करता है।

यूकेरियोटिक जीवों में, चक्र माइटोकॉन्ड्रिया के मैट्रिक्स में होता है। प्रोकैरियोट्स में - जिसमें सच्चे सबसेल्यूलर डिब्बों की कमी होती है - चक्र साइटोप्लाज्मिक क्षेत्र में होता है।

इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला

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इलेक्ट्रॉन ट्रांसपोर्ट चेन एक झिल्ली में लंगर डाले गए ट्रांसपोर्टर्स की एक श्रृंखला से बना है। श्रृंखला का उद्देश्य एटीपी के रूप में ऊर्जा उत्पन्न करना है।

चेन इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह के लिए एक विद्युत रासायनिक ढाल बनाने में सक्षम हैं, ऊर्जा के संश्लेषण के लिए एक महत्वपूर्ण प्रक्रिया है।

फैटी एसिड संश्लेषण

फैटी एसिड अणु होते हैं जो कोशिकाओं में बहुत महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, वे मुख्य रूप से सभी जैविक झिल्ली के संरचनात्मक घटकों के रूप में पाए जाते हैं। इस कारण से, फैटी एसिड का संश्लेषण आवश्यक है।

संपूर्ण संश्लेषण प्रक्रिया कोशिका के साइटोसोल में होती है। प्रक्रिया के केंद्रीय अणु को मैलोनील कोएंजाइम कहा जाता है। यह परमाणुओं को प्रदान करने के लिए जिम्मेदार है जो गठन में फैटी एसिड के कार्बन कंकाल का निर्माण करेगा।

फैटी एसिड का बीटा ऑक्सीकरण

बीटा ऑक्सीकरण फैटी एसिड के क्षरण की एक प्रक्रिया है। यह चार चरणों के माध्यम से पूरा किया जाता है: एफएडी ऑक्सीकरण, जलयोजन, एनएडी + ऑक्सीकरण, और थायोलिसिस। इससे पहले, कोएंजाइम ए के एकीकरण से फैटी एसिड को सक्रिय करने की आवश्यकता होती है।

उल्लिखित प्रतिक्रियाओं का उत्पाद एसिटाइल कोएंजाइम ए के रूप में कार्बन की एक जोड़ी द्वारा गठित इकाइयां हैं। यह अणु क्रेब्स चक्र में प्रवेश कर सकता है।

इस मार्ग की ऊर्जा दक्षता फैटी एसिड श्रृंखला की लंबाई पर निर्भर करती है। पामिटिक एसिड के लिए, उदाहरण के लिए, जिसमें 16 कार्बन होते हैं, शुद्ध उपज 106 एटीपी अणु होते हैं।

यह मार्ग यूकेरियोट्स के माइटोकॉन्ड्रिया में होता है। पेरॉक्सिसोम नामक एक डिब्बे में एक और वैकल्पिक मार्ग भी है।

चूंकि अधिकांश फैटी एसिड सेल साइटोसोल में स्थित होते हैं, इसलिए उन्हें डिब्बे में ले जाया जाना चाहिए जहां उन्हें ऑक्सीकरण किया जाएगा। परिवहन कार्टिनिटन पर निर्भर है, और इन अणुओं को माइटोकॉन्ड्रिया में प्रवेश करने की अनुमति देता है।

न्यूक्लियोटाइड चयापचय

न्यूक्लियोटाइड्स का संश्लेषण सेलुलर चयापचय में एक महत्वपूर्ण घटना है, क्योंकि ये अणुओं के पूर्वज हैं जो आनुवंशिक सामग्री, डीएनए और आरएनए का हिस्सा हैं, और एटीपी और जीटीपी जैसे महत्वपूर्ण ऊर्जा अणुओं का हिस्सा हैं।

न्यूक्लियोटाइड संश्लेषण के अग्रदूतों में विभिन्न अमीनो एसिड, राइबोस 5 फॉस्फेट, कार्बन डाइऑक्साइड और एनएच _{3 शामिल हैं} । रिकवरी पाथवे, न्यूक्लिक एसिड के टूटने से मुक्त हुए फ्री बेस और न्यूक्लियोसाइड के पुनर्चक्रण के लिए जिम्मेदार हैं।

प्यूरीन रिंग का निर्माण राइबोस 5 फॉस्फेट से होता है, यह एक प्यूरीन न्यूक्लियस बन जाता है और अंत में न्यूक्लियोटाइड प्राप्त होता है।

पाइरीमिडीन वलय को ओटिक एसिड के रूप में संश्लेषित किया जाता है। 5 फॉस्फेट को रिबोस करने के लिए बाध्य करने के बाद इसे पाइरीमिडीन न्यूक्लियोटाइड में बदल दिया जाता है।

किण्वन

मूल संस्करण का लेखक उपयोगकर्ता है: नोरो। / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

किण्वन ऑक्सीजन-स्वतंत्र चयापचय प्रक्रियाएं हैं। वे कैटाबोलिक प्रकार के होते हैं और प्रक्रिया का अंतिम उत्पाद एक मेटाबोलाइट है जिसमें अभी भी ऑक्सीकरण की क्षमता है। किण्वन के विभिन्न प्रकार हैं, लेकिन हमारे शरीर में लैक्टिक किण्वन होता है।

लैक्टिक किण्वन कोशिका कोशिका द्रव्य में होता है। इसमें चयापचय ऊर्जा प्राप्त करने के लिए ग्लूकोज का आंशिक क्षरण होता है। अपशिष्ट पदार्थ के रूप में, लैक्टिक एसिड का उत्पादन होता है।

अवायवीय अभ्यासों के गहन सत्र के बाद, मांसपेशियों को ऑक्सीजन की पर्याप्त सांद्रता नहीं होती है और लैक्टिक किण्वन होता है।

शरीर में कुछ कोशिकाओं को किण्वन के लिए मजबूर किया जाता है, क्योंकि उनमें माइटोकॉन्ड्रिया की कमी होती है, जैसा कि लाल रक्त कोशिकाओं के साथ होता है।

उद्योग में, किण्वन प्रक्रियाओं का उपयोग उच्च आवृत्ति के साथ किया जाता है, ताकि मानव उपभोग के लिए उत्पादों की एक श्रृंखला तैयार की जा सके, जैसे कि रोटी, मादक पेय, दही, आदि।

संदर्भ

बैचेले, टीआर, और अर्ल, आरडब्ल्यू (ईडीएस)। (2007)। शक्ति प्रशिक्षण और शारीरिक कंडीशनिंग के सिद्धांत। पैनामेरिकान मेडिकल एड।
बर्ग, जेएम, स्ट्रायर, एल।, और टाइमोकोज़्को, जेएल (2007)। जैव रसायन। मैं पलट गया।
कैंपबेल, एमके, और फैरेल, एसओ (2011)। जैव रसायन। छठा संस्करण। थॉमसन। ब्रूक्स / कोल।
डेविन, टीएम (2011)। जैव रसायन विज्ञान की पाठ्यपुस्तक। जॉन विले एंड संस।
कूलमैन, जे।, और रोहम, केएच (2005)। जैव रसायन: पाठ और एटलस। पैनामेरिकान मेडिकल एड।
मौजीस, वी। (2006)। बायोकैमिस्ट्री एक्सरसाइज करें। मानव कैनेटीक्स।
मुलर-एस्टर, डब्ल्यू। (2008)। जैव रसायन। चिकित्सा और जीवन विज्ञान के लिए बुनियादी बातें। मैं पलट गया।
पॉर्टमैन, जेआर (2004)। व्यायाम जैव रसायन के सिद्धांत। 3 ^आरडी, संशोधित संस्करण। Karger।
वायट, डी।, और वायट, जेजी (2006)। जैव रसायन। पैनामेरिकान मेडिकल एड।

मेटाबोलिक मार्ग: प्रकार और मुख्य मार्ग - जीवविज्ञान - 2025