कैटोबोलिक प्रतिक्रियाओं में जारी ऊर्जा को बांड के रूप में संग्रहीत किया जाता है जिसे कहा जाता है मैक्रोर्जिक. ऊर्जा का भंडारण करने वाला मुख्य एवं सार्वभौमिक अणु एटीपी है।

शरीर में सभी एटीपी अणु लगातार किसी न किसी प्रकार की प्रतिक्रिया में भाग लेते हैं, लगातार एडीपी में टूटते हैं और फिर से पुनर्जीवित होते हैं। एटीपी का उपयोग करने के तीन मुख्य तरीके हैं, जिन्हें एएफ के गठन की प्रक्रिया के साथ एटीपी चक्र कहा जाता है।

कोशिका में ऊर्जा के मुख्य स्रोत

कोशिका में चार मुख्य प्रक्रियाएँ होती हैं जो पदार्थों के ऑक्सीकरण और उसके भंडारण के दौरान रासायनिक बंधों से ऊर्जा की रिहाई सुनिश्चित करती हैं:

1. ग्लाइकोलाइसिस (चरण 2) - एक ग्लूकोज अणु का दो अणुओं में ऑक्सीकरण पाइरुविक तेजाब, इससे एटीपी और एनएडीएच के 2 अणु उत्पन्न होते हैं। इसके अलावा, पाइरुविक एसिड एरोबिक परिस्थितियों में एसिटाइल-एससीओए में और एनारोबिक परिस्थितियों में लैक्टिक एसिड में परिवर्तित हो जाता है।

2. β-फैटी एसिड का ऑक्सीकरण (चरण 2) - फैटी एसिड का एसिटाइल-एससीओए में ऑक्सीकरण, यहां अणु NADH और FADH2 बनते हैं। एटीपी अणु शुद्ध फ़ॉर्म"नहीं बनता है.

3. ट्राइकार्बोक्सिलिक एसिड चक्र(टीसीए चक्र, चरण 3) - एसिटाइल समूह (एसिटाइल-एससीओए के भाग के रूप में) या अन्य कीटो एसिड का ऑक्सीकरण कार्बन डाईऑक्साइड. पूर्ण चक्र प्रतिक्रियाएँ

जीटीपी के 1 अणु (जो एक एटीपी के बराबर है), एनएडीएच के 3 अणु और एफएडीएच 2 के 1 अणु के गठन के साथ होते हैं।

4. ऑक्सीडेटिव फाृॉस्फॉरिलेशन(तीसरा चरण) - एनएडीएच और एफएडीएच 2 ऑक्सीकृत होते हैं, अर्ध-

ग्लूकोज और फैटी एसिड की अपचय प्रतिक्रियाओं में शामिल। इस मामले में, माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली में एंजाइम एडीपी से सेलुलर एटीपी की मुख्य मात्रा का निर्माण सुनिश्चित करते हैं ( फास्फारिलीकरण).

कोशिका में एटीपी के उत्पादन का मुख्य तरीका ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण है। हालाँकि, एडीपी को एटीपी में फॉस्फोराइलेट करने का एक और तरीका भी है - सब्सट्रेट फास्फारिलीकरण. यह विधि किसी पदार्थ (सब्सट्रेट) की उच्च-ऊर्जा फॉस्फेट या उच्च-ऊर्जा बांड ऊर्जा को एडीपी में स्थानांतरित करने से जुड़ी है। ऐसे पदार्थ शामिल हैं

ग्लाइकोलाइसिस के मेटाबोलाइट्स(1,3-डिफॉस्फोग्लिसरिक एसिड, फ़ॉस्फ़ोएनोलपाइरूवेट),

ट्राइकार्बोक्सिलिक एसिड चक्र (स्यूसिनिल-एससीओए) क्रिएटिन फॉस्फेट। उनके उच्च-ऊर्जा बंधन की हाइड्रोलिसिस ऊर्जा एटीपी (7.3 किलो कैलोरी/मोल) से अधिक है, और एडीपी के फॉस्फोराइलेशन के लिए इन पदार्थों की भूमिका कम हो जाती है।

वायरस को छोड़कर सभी जीवित जीव कोशिकाओं से बने होते हैं। वे किसी पौधे या जानवर के जीवन के लिए आवश्यक सभी प्रक्रियाएँ प्रदान करते हैं। कोशिका स्वयं हो सकती है अलग जीव. और इतनी जटिल संरचना ऊर्जा के बिना कैसे रह सकती है? बिल्कुल नहीं। तो कोशिकाओं को ऊर्जा कैसे मिलती है? यह उन प्रक्रियाओं पर आधारित है जिन पर हम नीचे विचार करेंगे।

कोशिकाओं को ऊर्जा प्रदान करना: यह कैसे होता है?

कुछ कोशिकाएँ बाहर से ऊर्जा प्राप्त करती हैं; वे इसे स्वयं उत्पन्न करती हैं। अद्वितीय "स्टेशन" हैं। और कोशिका में ऊर्जा का स्रोत माइटोकॉन्ड्रियन है, वह अंग जो इसे उत्पन्न करता है। इसमें कोशिकीय श्वसन की प्रक्रिया होती है। इससे कोशिकाओं को ऊर्जा मिलती है। हालाँकि, वे केवल पौधों, जानवरों और कवक में मौजूद हैं। जीवाणु कोशिकाओं में माइटोकॉन्ड्रिया नहीं होता है। इसलिए, उनकी कोशिकाओं को श्वसन के बजाय मुख्य रूप से किण्वन प्रक्रियाओं के माध्यम से ऊर्जा की आपूर्ति की जाती है।

माइटोकॉन्ड्रिया की संरचना

यह एक डबल-झिल्ली अंग है जो विकास की प्रक्रिया के दौरान एक छोटे कोशिका के अवशोषण के परिणामस्वरूप यूकेरियोटिक कोशिका में दिखाई देता है। यह इस तथ्य को समझा सकता है कि माइटोकॉन्ड्रिया में अपने स्वयं के डीएनए और आरएनए होते हैं, साथ ही माइटोकॉन्ड्रियल राइबोसोम भी होते हैं। ऑर्गेनेल के लिए आवश्यक प्रोटीन।

आंतरिक झिल्ली में उभार होते हैं जिन्हें क्राइस्टे या कटक कहा जाता है। कोशिकीय श्वसन की प्रक्रिया क्राइस्ट पर होती है।

दोनों झिल्लियों के अंदर जो होता है उसे मैट्रिक्स कहते हैं। इसमें रासायनिक प्रतिक्रियाओं को तेज करने के लिए आवश्यक प्रोटीन, एंजाइम, साथ ही आरएनए, डीएनए और राइबोसोम शामिल हैं।

कोशिकीय श्वसन जीवन का आधार है

यह तीन चरणों में होता है. आइए उनमें से प्रत्येक को अधिक विस्तार से देखें।

पहला चरण तैयारी का है

इस चरण के दौरान, कठिन कार्बनिक यौगिकसरल भागों में विभाजित हैं। इस प्रकार, प्रोटीन अमीनो एसिड में, वसा कार्बोक्जिलिक एसिड और ग्लिसरॉल में टूट जाता है, न्यूक्लिक एसिड- न्यूक्लियोटाइड्स को, और कार्बोहाइड्रेट्स को - ग्लूकोज को।

ग्लाइकोलाइसिस

यह ऑक्सीजन रहित अवस्था है। यह इस तथ्य में निहित है कि पहले चरण के दौरान प्राप्त पदार्थ आगे टूट जाते हैं। इस स्तर पर कोशिका द्वारा उपयोग किए जाने वाले ऊर्जा के मुख्य स्रोत ग्लूकोज अणु हैं। उनमें से प्रत्येक ग्लाइकोलाइसिस के दौरान पाइरूवेट के दो अणुओं में टूट जाता है। यह लगातार दस रासायनिक प्रतिक्रियाओं के दौरान होता है। पहले पांच के परिणामस्वरूप, ग्लूकोज को फॉस्फोराइलेट किया जाता है और फिर दो फॉस्फोट्रायोज़ में विभाजित किया जाता है। अगली पांच प्रतिक्रियाओं से दो अणु और पीवीए (पाइरुविक एसिड) के दो अणु उत्पन्न होते हैं। कोशिका की ऊर्जा एटीपी के रूप में संग्रहित होती है।

ग्लाइकोलाइसिस की पूरी प्रक्रिया को निम्नानुसार सरल बनाया जा सकता है:

2NAD+ 2ADP + 2H 3 PO 4 + C 6 H 12 O 6 → 2H 2 O + 2NAD. एच 2 + 2सी 3 एच 4 ओ 3 + 2एटीपी

इस प्रकार, ग्लूकोज के एक अणु, एडीपी के दो अणुओं और फॉस्फोरिक एसिड के दो अणुओं का उपयोग करके, कोशिका को एटीपी (ऊर्जा) के दो अणु और पाइरुविक एसिड के दो अणु प्राप्त होते हैं, जिनका उपयोग वह अगले चरण में करेगी।

तीसरा चरण ऑक्सीकरण है

यह अवस्था ऑक्सीजन की उपस्थिति में ही होती है। इस चरण की रासायनिक प्रतिक्रियाएँ माइटोकॉन्ड्रिया में होती हैं। यह मुख्य भाग है जिसके दौरान सबसे अधिक ऊर्जा निकलती है। इस स्तर पर, ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करके, यह पानी और कार्बन डाइऑक्साइड में टूट जाता है। इसके अलावा, 36 एटीपी अणु बनते हैं। तो, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि कोशिका में ऊर्जा के मुख्य स्रोत ग्लूकोज और पाइरुविक एसिड हैं।

सभी रासायनिक प्रतिक्रियाओं को सारांशित करते हुए और विवरण छोड़ कर, हम सेलुलर श्वसन की पूरी प्रक्रिया को एक सरल समीकरण के साथ व्यक्त कर सकते हैं:

6ओ 2 + सी 6 एच 12 ओ 6 + 38एडीपी + 38एच 3 पीओ 4 → 6CO 2 + 6H2O + 38ATP.

इस प्रकार, श्वसन के दौरान, ग्लूकोज के एक अणु, ऑक्सीजन के छह अणु, एडीपी के अड़तीस अणु और फॉस्फोरिक एसिड की समान मात्रा से, कोशिका को एटीपी के 38 अणु प्राप्त होते हैं, जिसके रूप में ऊर्जा संग्रहीत होती है।

माइटोकॉन्ड्रियल एंजाइमों की विविधता

कोशिका को श्वसन के माध्यम से महत्वपूर्ण गतिविधि के लिए ऊर्जा प्राप्त होती है - ग्लूकोज का ऑक्सीकरण और फिर पाइरुविक एसिड। ये सभी रासायनिक प्रतिक्रियाएँ एंजाइम-जैविक उत्प्रेरक के बिना नहीं हो सकतीं। आइए उन पर नज़र डालें जो माइटोकॉन्ड्रिया में स्थित हैं, सेलुलर श्वसन के लिए जिम्मेदार अंग। उन सभी को ऑक्सीडोरडक्टेस कहा जाता है क्योंकि रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं की घटना सुनिश्चित करने के लिए उनकी आवश्यकता होती है।

सभी ऑक्सीडोरडक्टेस को दो समूहों में विभाजित किया जा सकता है:

• ऑक्सीडेस;
• डिहाइड्रोजनेज;

बदले में, डिहाइड्रोजनेज को एरोबिक और एनारोबिक में विभाजित किया जाता है। एरोबिक वाले में कोएंजाइम राइबोफ्लेविन होता है, जो शरीर को विटामिन बी2 से प्राप्त होता है। एरोबिक डिहाइड्रोजनेज में कोएंजाइम के रूप में NAD और NADP अणु होते हैं।

ऑक्सीडेज़ अधिक विविध हैं। सबसे पहले, उन्हें दो समूहों में विभाजित किया गया है:

• जिनमें तांबा होता है;
• जिनमें आयरन होता है.

पूर्व में पॉलीफेनोलॉक्सीडेस और एस्कॉर्बेट ऑक्सीडेज शामिल हैं, बाद में कैटालेज, पेरोक्सीडेज और साइटोक्रोम शामिल हैं। बाद वाले, बदले में, चार समूहों में विभाजित हैं:

• साइटोक्रोमेस ए;
• साइटोक्रोमेस बी;
• साइटोक्रोमेस सी;
• साइटोक्रोमेस डी.

साइटोक्रोमेस ए में आयरन फॉर्माइल पोर्फिरिन होता है, साइटोक्रोमेस बी में आयरन प्रोटोपॉर्फिरिन होता है, सी में आयरन मेसोपोर्फिरिन होता है, डी में आयरन डायहाइड्रोपॉर्फिरिन होता है।

क्या ऊर्जा प्राप्त करने के अन्य तरीके हैं?

हालाँकि अधिकांश कोशिकाएँ इसे कोशिकीय श्वसन के माध्यम से प्राप्त करती हैं, वहाँ भी हैं अवायवीय जीवाणु, जिनके अस्तित्व के लिए ऑक्सीजन की आवश्यकता नहीं होती है। वे किण्वन के माध्यम से आवश्यक ऊर्जा उत्पन्न करते हैं। यह एक ऐसी प्रक्रिया है जिसके दौरान, एंजाइमों की मदद से, ऑक्सीजन की भागीदारी के बिना कार्बोहाइड्रेट टूट जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप कोशिका को ऊर्जा प्राप्त होती है। रासायनिक प्रतिक्रियाओं के अंतिम उत्पाद के आधार पर किण्वन कई प्रकार के होते हैं। यह लैक्टिक एसिड, अल्कोहलिक, ब्यूटिरिक एसिड, एसीटोन-ब्यूटेन, साइट्रिक एसिड हो सकता है।

उदाहरण के लिए, विचार करें इसे निम्नलिखित समीकरण द्वारा व्यक्त किया जा सकता है:

सी 6 एच 12 ओ 6 → सी 2 एच 5 ओएच + 2सीओ 2

यानि कि जीवाणु ग्लूकोज के एक अणु को तोड़कर एक अणु में बदल देता है एथिल अल्कोहोलऔर कार्बन(IV) ऑक्साइड के दो अणु।

प्रकाश संश्लेषण में असमर्थ कोशिकाएं (उदाहरण के लिए, मनुष्य) भोजन से ऊर्जा प्राप्त करती हैं, जो या तो प्रकाश संश्लेषण के परिणामस्वरूप निर्मित पौधों का बायोमास होता है, या अन्य जीवित प्राणियों का बायोमास जो पौधों पर फ़ीड करते हैं, या किसी जीवित जीव के अवशेष होते हैं।

पोषक तत्वों (प्रोटीन, वसा और कार्बोहाइड्रेट) को पशु कोशिका द्वारा कम आणविक भार यौगिकों के एक सीमित सेट में परिवर्तित किया जाता है - कार्बन परमाणुओं से निर्मित कार्बनिक अम्ल, जो विशेष की मदद से आणविक तंत्रकार्बन डाइऑक्साइड और पानी में ऑक्सीकरण होता है। इस मामले में, ऊर्जा जारी की जाती है, यह झिल्ली पर विद्युत रासायनिक संभावित अंतर के रूप में जमा होती है और इसका उपयोग एटीपी के संश्लेषण के लिए या सीधे कुछ प्रकार के कार्य करने के लिए किया जाता है।

ऊर्जा रूपांतरण की समस्याओं के अध्ययन का इतिहास पशु सेलप्रकाश संश्लेषण के इतिहास की तरह, यह भी दो शताब्दियों से अधिक पुराना है।

एरोबिक जीवों में, कार्बनिक अम्लों के कार्बन परमाणुओं का कार्बन डाइऑक्साइड और पानी में ऑक्सीकरण ऑक्सीजन की मदद से होता है और इसे इंट्रासेल्युलर श्वसन कहा जाता है, जो विशेष कणों - माइटोकॉन्ड्रिया में होता है। ऑक्सीकरण ऊर्जा का परिवर्तन माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्लियों में एक सख्त क्रम में स्थित एंजाइमों द्वारा किया जाता है। ये एंजाइम तथाकथित श्वसन श्रृंखला बनाते हैं और जनरेटर के रूप में काम करते हैं, जिससे झिल्ली में एक विद्युत रासायनिक संभावित अंतर पैदा होता है, जिसके माध्यम से एटीपी को संश्लेषित किया जाता है, जैसा कि प्रकाश संश्लेषण के दौरान होता है।

श्वसन और प्रकाश संश्लेषण दोनों का मुख्य कार्य एटीपी/एडीपी अनुपात को थर्मोडायनामिक संतुलन से दूर एक निश्चित स्तर पर बनाए रखना है, जो एटीपी को ऊर्जा दाता के रूप में कार्य करने की अनुमति देता है, जिससे उन प्रतिक्रियाओं के संतुलन में बदलाव होता है जिनमें वह भाग लेता है।

जीवित कोशिकाओं के मुख्य ऊर्जा स्टेशन माइटोकॉन्ड्रिया हैं - 0.1-10μ आकार के इंट्रासेल्युलर कण, दो झिल्लियों से ढके होते हैं। माइटोकॉन्ड्रिया में, भोजन ऑक्सीकरण से मुक्त ऊर्जा एटीपी की मुक्त ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। जब एटीपी अभिकारकों की सामान्य सांद्रता पर पानी के साथ जुड़ता है, तो 10 किलो कैलोरी/मोल के क्रम की मुक्त ऊर्जा निकलती है।

अकार्बनिक प्रकृति में, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के मिश्रण को "विस्फोटक" कहा जाता है: एक छोटी सी चिंगारी विस्फोट का कारण बनने के लिए पर्याप्त है - गर्मी के रूप में ऊर्जा की भारी रिहाई के साथ पानी का तात्कालिक गठन। श्वसन श्रृंखला के एंजाइमों द्वारा किया जाने वाला कार्य एक "विस्फोट" उत्पन्न करना है ताकि जारी ऊर्जा एटीपी के संश्लेषण के लिए उपयुक्त रूप में संग्रहीत हो। वे जो करते हैं वह क्रमबद्ध तरीके से इलेक्ट्रॉनों को एक घटक से दूसरे घटक (अंततः ऑक्सीजन तक) में स्थानांतरित करते हैं, धीरे-धीरे हाइड्रोजन की क्षमता को कम करते हैं और ऊर्जा का भंडारण करते हैं।

निम्नलिखित आंकड़े इस कार्य के पैमाने को दर्शाते हैं। औसत ऊंचाई और वजन वाले एक वयस्क में माइटोकॉन्ड्रिया अपनी झिल्लियों में प्रति दिन लगभग 500 ग्राम हाइड्रोजन आयन पंप करता है, जिससे उत्पादन होता है झिल्ली क्षमता. इसी समय के दौरान, एच + -एटीपी सिंथेज़ एडीपी और फॉस्फेट से लगभग 40 किलोग्राम एटीपी का उत्पादन करता है, और एटीपी-उपयोग प्रक्रियाएं एटीपी के पूरे द्रव्यमान को वापस एडीपी और फॉस्फेट में हाइड्रोलाइज करती हैं।

शोध से पता चला है कि माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली वोल्टेज ट्रांसफार्मर के रूप में कार्य करती है। यदि आप सब्सट्रेट इलेक्ट्रॉनों को एनएडीएच से सीधे झिल्ली के माध्यम से ऑक्सीजन में स्थानांतरित करते हैं, तो लगभग 1 वी का संभावित अंतर उत्पन्न होगा जैविक झिल्ली- बाइलेयर फॉस्फोलिपिड फिल्में इस तरह के अंतर का सामना नहीं कर सकती हैं - टूटना होता है। इसके अलावा, एडीपी, फॉस्फेट और पानी से एटीपी का उत्पादन करने के लिए केवल 0.25 वी की आवश्यकता होती है, जिसका मतलब है कि एक वोल्टेज ट्रांसफार्मर की आवश्यकता होती है। और मनुष्य के आगमन से बहुत पहले, कोशिकाओं ने ऐसे आणविक उपकरण का "आविष्कार" किया था। यह धारा को चौगुना करने की अनुमति देता है और, सब्सट्रेट से ऑक्सीजन में स्थानांतरित प्रत्येक इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा के कारण, श्वसन श्रृंखला के आणविक घटकों के बीच रासायनिक प्रतिक्रियाओं के कड़ाई से समन्वित अनुक्रम के कारण झिल्ली के माध्यम से चार प्रोटॉन को स्थानांतरित करने की अनुमति देता है।

तो, जीवित कोशिकाओं में एटीपी के उत्पादन और पुनर्जनन के लिए दो मुख्य मार्ग हैं: ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन (श्वसन) और फोटोफॉस्फोराइलेशन (प्रकाश अवशोषण) - हालांकि विभिन्न बाहरी ऊर्जा स्रोतों द्वारा समर्थित, दोनों झिल्ली में डूबे उत्प्रेरक एंजाइमों की श्रृंखलाओं के काम पर निर्भर करते हैं। : माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली, क्लोरोप्लास्ट की थायलाकोइड झिल्ली या प्लाज्मा झिल्लीकुछ बैक्टीरिया.

यह समझना असंभव है कि मानव शरीर कैसे संरचित है और कोशिका में चयापचय कैसे होता है, यह समझे बिना "काम करता है"। प्रत्येक लिविंग सेल लगातार ऊर्जा का उत्पादन करना चाहिए। उसे गर्मी उत्पन्न करने और कुछ महत्वपूर्ण रसायनों, जैसे प्रोटीन या को संश्लेषित (बनाने) के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है वंशानुगत पदार्थ. ऊर्जाकोशिका को गति करने के लिए इसकी आवश्यकता होती है। शरीर की कोशिकाएँ, गति करने में सक्षम मांसपेशीय कहलाते हैं। वे सिकुड़ सकते हैं. यह हमारे हाथ, पैर, हृदय और आंतों को गति प्रदान करता है। अंततः, उत्पादन के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है बिजली: इसके लिए धन्यवाद, शरीर के कुछ हिस्से दूसरों के साथ "संवाद" करते हैं। और उनके बीच संबंध मुख्य रूप से तंत्रिका कोशिकाओं द्वारा प्रदान किया जाता है।

कोशिकाओं को ऊर्जा कहाँ से मिलती है? उत्तर है: इससे उन्हें मदद मिलती है एटीपी. मुझे समझाने दो। कोशिकाएं जल रही हैं पोषक तत्व, और एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा निकलती है। वे इसका उपयोग किसी विशेष को संश्लेषित करने के लिए करते हैं रासायनिक पदार्थ, जो उस ऊर्जा को संचित करता है जिसकी उन्हें बहुत आवश्यकता होती है। इस पदार्थ को कहा जाता है एडेनोसाइन ट्रायफ़ोस्फेट(संक्षिप्त रूप में एटीपी)। जब किसी कोशिका में मौजूद एटीपी अणु टूट जाता है, तो उसमें संग्रहीत ऊर्जा निकल जाती है। इस ऊर्जा के लिए धन्यवाद, कोशिका गर्मी, विद्युत प्रवाह उत्पन्न कर सकती है, रसायनों को संश्लेषित कर सकती है, या गति कर सकती है। संक्षेप में, एटीपीकोशिका के संपूर्ण "तंत्र" को सक्रिय करता है।

माइक्रोस्कोप के नीचे से लिया गया ऊतक का एक पतला, रंगा हुआ घेरा इस तरह दिखता है। पीयूष ग्रंथि- मटर के आकार का एक मस्तिष्क उपांग। लाल, पीला, नीला, बैंगनी धब्बे, साथ ही मांस के रंग के धब्बे भी होते हैं केन्द्रक वाली कोशिकाएँ. प्रत्येक प्रकार की पिट्यूटरी कोशिका एक या अधिक महत्वपूर्ण हार्मोन स्रावित करती है।

अब आइए अधिक विस्तार से बात करें कि कोशिकाएं एटीपी कैसे प्राप्त करती हैं। हम उत्तर पहले से ही जानते हैं. प्रकोष्ठोंपोषक तत्वों को जलाएं. वे ऐसा दो तरीकों से कर सकते हैं. सबसे पहले, ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में कार्बोहाइड्रेट, मुख्य रूप से ग्लूकोज को जलाएं। इससे एक पदार्थ उत्पन्न होता है जिसे रसायनशास्त्री पाइरुविक एसिड कहते हैं और कार्बोहाइड्रेट के टूटने की प्रक्रिया को ही ग्लाइकोलाइसिस कहा जाता है। ग्लाइकोलाइसिस के परिणामस्वरूप, बहुत कम एटीपी का उत्पादन होता है: एक ग्लूकोज अणु के टूटने के साथ केवल दो एटीपी अणुओं का निर्माण होता है। ग्लाइकोलाइसिस अप्रभावी है - यह ऊर्जा निष्कर्षण का सबसे पुराना रूप है। याद रखें कि जीवन की उत्पत्ति पानी में हुई थी, यानी ऐसे वातावरण में जहां ऑक्सीजन बहुत कम थी।

दूसरी बात, शरीर की कोशिकाएँपाइरुविक एसिड, वसा और प्रोटीन को ऑक्सीजन की उपस्थिति में जलाएं। इन सभी पदार्थों में कार्बन और हाइड्रोजन होते हैं। इस मामले में, दहन दो चरणों में होता है। सबसे पहले, कोशिका हाइड्रोजन निकालती है, फिर तुरंत शेष कार्बन फ्रेम को विघटित करना शुरू कर देती है और कार्बन डाइऑक्साइड से छुटकारा पाती है - के माध्यम से कोशिका झिल्लीउसे बाहर ले जाता है. दूसरे चरण में, पोषक तत्वों से निकाले गए हाइड्रोजन को जला दिया जाता है (ऑक्सीकरण किया जाता है)। पानी बनता है और बड़ी मात्रा में ऊर्जा निकलती है। कोशिकाओं में कई एटीपी अणुओं को संश्लेषित करने के लिए पर्याप्त मात्रा होती है (उदाहरण के लिए, लैक्टिक एसिड के दो अणुओं का ऑक्सीकरण, पाइरुविक एसिड का अपचयन उत्पाद, 36 एटीपी अणुओं का उत्पादन करता है)।

यह वर्णन शुष्क एवं सारगर्भित प्रतीत होता है। वास्तव में, हममें से प्रत्येक ने देखा है कि ऊर्जा उत्पादन की प्रक्रिया कैसे होती है। रॉकेट प्रक्षेपण के बारे में अंतरिक्षयानों की टेलीविजन रिपोर्टें याद हैं? वे हाइड्रोजन के ऑक्सीकरण के दौरान, यानी, जब इसे ऑक्सीजन में जलाया जाता है, जारी ऊर्जा की अविश्वसनीय मात्रा के कारण ऊपर की ओर उड़ते हैं।

हाइड्रोजन के जलने पर निकलने वाली भारी ऊर्जा के कारण टावर जितनी ऊंचाई वाले अंतरिक्ष रॉकेट आकाश में उड़ जाते हैं शुद्ध ऑक्सीजन. यही ऊर्जा हमारे शरीर की कोशिकाओं में जीवन बनाए रखती है। केवल उनमें ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया चरणों में आगे बढ़ती है। इसके अलावा, थर्मल और गतिज ऊर्जा के बजाय, हमारी कोशिकाएं पहले सेलुलर ईंधन बनाती हैं" - एटीपी.

उनके ईंधन टैंक तरल हाइड्रोजन और ऑक्सीजन से भरे हुए हैं। जब इंजन चालू होते हैं, तो हाइड्रोजन का ऑक्सीकरण शुरू हो जाता है और विशाल रॉकेट तेजी से आकाश में उड़ जाता है। शायद यह अविश्वसनीय लगता है, और फिर भी: वही ऊर्जा जो आपको ऊपर उठाती है अंतरिक्ष रॉकेट, हमारे शरीर की कोशिकाओं में जीवन का समर्थन करता है।

सिवाय इसके कि कोशिकाओं में कोई विस्फोट न हो और उनमें से ज्वाला का गुबार न फूटे। ऑक्सीकरण चरणों में होता है, और इसलिए थर्मल और गतिज ऊर्जा के बजाय एटीपी अणु बनते हैं।

जीवित चीजों की कोई भी संपत्ति, और जीवन की कोई भी अभिव्यक्ति निश्चित रूप से जुड़ी हुई है रासायनिक प्रतिक्रिएंएक पिंजरे में। ये प्रतिक्रियाएँ या तो व्यय के साथ या ऊर्जा की रिहाई के साथ होती हैं। कोशिका के साथ-साथ शरीर में पदार्थों के परिवर्तन की प्रक्रियाओं के पूरे सेट को चयापचय कहा जाता है।

उपचय

एक कोशिका अपनी स्थिरता बनाए रखती है आंतरिक पर्यावरणहोमियोस्टैसिस कहा जाता है। ऐसा करने के लिए, यह अपनी आनुवंशिक जानकारी के अनुसार पदार्थों का संश्लेषण करता है।

चावल। 1. चयापचय योजना.

चयापचय का यह भाग, जिसके दौरान किसी दिए गए कोशिका की विशेषता वाले उच्च-आणविक यौगिकों का निर्माण होता है, प्लास्टिक चयापचय (आत्मसात, उपचय) कहलाता है।

अनाबोलिक प्रतिक्रियाओं में शामिल हैं:

• अमीनो एसिड से प्रोटीन का संश्लेषण;
• ग्लूकोज से स्टार्च का निर्माण;
• प्रकाश संश्लेषण;
• ग्लिसरॉल और फैटी एसिड से वसा का संश्लेषण।

ये प्रतिक्रियाएँ ऊर्जा के व्यय से ही संभव हैं। यदि प्रकाश संश्लेषण के लिए बाहरी (प्रकाश) ऊर्जा खर्च की जाती है, तो बाकी के लिए - कोशिका के संसाधन।

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आत्मसात करने पर खर्च होने वाली ऊर्जा की मात्रा संग्रहीत ऊर्जा से अधिक होती है रासायनिक बन्ध, क्योंकि इसका एक भाग प्रक्रिया को विनियमित करने के लिए उपयोग किया जाता है।

अपचय

कोशिका में चयापचय और ऊर्जा रूपांतरण का दूसरा पक्ष है ऊर्जा उपापचय(असमानता, अपचय)।

कैटोबोलिक प्रतिक्रियाएं ऊर्जा की रिहाई के साथ होती हैं।
इस प्रक्रिया में शामिल हैं:

• साँस;
• मोनोसैकेराइड में पॉलीसेकेराइड का टूटना;
• वसा का अपघटन वसा अम्लऔर ग्लिसरॉल, और अन्य प्रतिक्रियाएँ।

चावल। 2. कोशिका में अपचयी प्रक्रियाएँ।

विनिमय प्रक्रियाओं का अंतर्संबंध

एक कोशिका में सभी प्रक्रियाएं एक-दूसरे के साथ-साथ अन्य कोशिकाओं और अंगों में प्रक्रियाओं से निकटता से संबंधित होती हैं। परिवर्तनों कार्बनिक पदार्थअकार्बनिक एसिड, मैक्रो- और माइक्रोलेमेंट्स की उपस्थिति पर निर्भर करते हैं।

अपचय और उपचय की प्रक्रियाएँ कोशिका में एक साथ होती हैं और चयापचय के दो विरोधी घटक हैं।

चयापचय प्रक्रियाएँ कुछ कोशिका संरचनाओं से जुड़ी होती हैं:

• साँस- माइटोकॉन्ड्रिया के साथ;
• प्रोटीन संश्लेषण- राइबोसोम के साथ;
• प्रकाश संश्लेषण- क्लोरोप्लास्ट के साथ.

एक कोशिका की पहचान व्यक्तिगत रासायनिक प्रक्रियाओं से नहीं, बल्कि उनके घटित होने के नियमित क्रम से होती है। चयापचय नियामक एंजाइम प्रोटीन होते हैं जो प्रतिक्रियाओं को निर्देशित करते हैं और उनकी तीव्रता को बदलते हैं।

एटीपी

एडेनोसिन ट्राइफॉस्फोरिक एसिड (एटीपी) चयापचय में एक विशेष भूमिका निभाता है। यह एक कॉम्पैक्ट रासायनिक ऊर्जा भंडारण उपकरण है जिसका उपयोग संलयन प्रतिक्रियाओं के लिए किया जाता है।

चावल। 3. एटीपी की संरचना और एडीपी में इसके रूपांतरण की योजना।

अपनी अस्थिरता के कारण, एटीपी रिलीज के साथ एडीपी और एएमपी (डी- और मोनोफॉस्फेट) के अणु बनाता है बड़ी मात्राआत्मसात प्रक्रियाओं के लिए ऊर्जा।