सेल्युलर श्वसन ही एक महत्त्वपूर्ण प्रक्रिया आहे जी पेशींना ॲडेनोसिन ट्रायफॉस्फेट (एटीपी) तयार करण्यास परवानगी देते, जे सेलचे प्राथमिक ऊर्जा चलन आहे. या जटिल जैवरासायनिक मार्गामध्ये ऑक्सिजनच्या उपस्थितीत होणाऱ्या प्रतिक्रियांची मालिका समाविष्ट असते, ज्यामुळे ATP आणि कार्बन डायऑक्साइडचे उत्पादन होते. सेल्युलर श्वासोच्छ्वास आणि एटीपी उत्पादनाचे गुंतागुंतीचे तपशील समजून घेणे जीवनाला चालना देणाऱ्या मूलभूत प्रक्रिया समजून घेण्यासाठी आवश्यक आहे.
सेल्युलर श्वसन: एक विहंगावलोकन
सेल्युलर श्वसन हा चयापचय प्रतिक्रिया आणि प्रक्रियांचा एक संच आहे जो पोषक घटकांपासून जैवरासायनिक ऊर्जेला एडेनोसिन ट्रायफॉस्फेट (ATP) मध्ये रूपांतरित करण्यासाठी आणि नंतर कचरा उत्पादने सोडण्यासाठी जीवांच्या पेशींमध्ये होतो. एकूण प्रक्रिया तीन मुख्य टप्प्यात विभागली जाऊ शकते: ग्लायकोलिसिस, सायट्रिक ऍसिड सायकल (याला क्रेब्स सायकल देखील म्हणतात), आणि ऑक्सिडेटिव्ह फॉस्फोरिलेशन.
ग्लायकोलिसिस
ग्लायकोलिसिस ही सेल्युलर श्वसनाची प्रारंभिक पायरी आहे, जी पेशींच्या सायटोप्लाझममध्ये उद्भवते. या प्रक्रियेमध्ये ग्लुकोजचे, सहा-कार्बन साखरेचे रेणू, पायरुवेटच्या दोन रेणूंमध्ये, तीन-कार्बन संयुगात मोडते. जरी ऑक्सिजनच्या अनुपस्थितीत ग्लायकोलिसिस होऊ शकते, तरीही सेल्युलर श्वासोच्छवासाचे पुढील टप्पे कार्यक्षमतेने पुढे जाण्यासाठी ऑक्सिजनच्या उपस्थितीवर अवलंबून असतात.
ग्लायकोलिसिसचे एकूण समीकरण खालीलप्रमाणे सारांशित केले जाऊ शकते:
ग्लुकोज + 2 NAD + + 2 ADP + 2 Pi → 2 Pyruvate + 2 NADH + 2 ATP + 2 H2O + 2 H+ग्लायकोलिसिस दरम्यान, एटीपीचे दोन रेणू सब्सट्रेट-लेव्हल फॉस्फोरिलेशनद्वारे तयार होतात आणि कोएन्झाइम NAD+ कमी होऊन NADH बनते. ऑक्सिजन उपलब्ध असल्यास पायरुवेटचे दोन रेणू नंतर सेल्युलर श्वसनाच्या पुढील टप्प्यावर जातात.
सायट्रिक ऍसिड सायकल (क्रेब्स सायकल)
सायट्रिक ऍसिड सायकल, ज्याला क्रेब्स सायकल असेही म्हणतात, युकेरियोटिक पेशींच्या मायटोकॉन्ड्रियामध्ये घडते. रासायनिक अभिक्रियांची ही मालिका ग्लुकोजचे विघटन पूर्ण करते आणि NADH आणि FADH2 सारखे उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन वाहक तयार करते. सायट्रिक ऍसिड सायकल एसिटाइल CoA ने सुरू होते, जी ग्लायकोलिसिस दरम्यान तयार झालेल्या पायरुवेटपासून मिळते.
सायट्रिक ऍसिड सायकलमधील प्रमुख प्रतिक्रियांमुळे कार्बन डायऑक्साइड कचरा उत्पादन म्हणून सोडण्याव्यतिरिक्त ATP, NADH आणि FADH2 तयार होतात. सायट्रिक ऍसिड सायकलचे एकूण समीकरण खालीलप्रमाणे मांडता येते:
Acetyl-CoA + 3 NAD+ + FAD + ADP + Pi → 2 CO2 + CoA + 3 NADH + FADH2 + ATPसायट्रिक ऍसिड सायकल पूर्ण झाल्यानंतर, उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन वाहक NADH आणि FADH2 सेल्युलर श्वासोच्छवासाच्या अंतिम टप्प्यावर जातात, जेथे ते इलेक्ट्रॉन वाहतूक साखळीला त्यांचे इलेक्ट्रॉन दान करतात.
ऑक्सिडेटिव्ह फॉस्फोरिलेशन आणि इलेक्ट्रॉन ट्रान्सपोर्ट चेन
ऑक्सिडेटिव्ह फॉस्फोरिलेशन ही मुख्य यंत्रणा आहे ज्याद्वारे पेशी ऑक्सिजनच्या उपस्थितीत एटीपी तयार करतात. ही प्रक्रिया आतील माइटोकॉन्ड्रियल झिल्लीमध्ये होते आणि इलेक्ट्रॉन ट्रान्सपोर्ट चेन (ETC) म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या प्रोटीन कॉम्प्लेक्सच्या मालिकेद्वारे NADH आणि FADH2 पासून आण्विक ऑक्सिजनमध्ये इलेक्ट्रॉनच्या हस्तांतरणावर अवलंबून असते.
इलेक्ट्रॉन्स ETC मधून फिरत असताना, ते ऊर्जा सोडतात जी माइटोकॉन्ड्रियल मॅट्रिक्सपासून इंटरमेम्ब्रेन स्पेसमध्ये प्रोटॉनचे पंपिंग करते, प्रोटॉन ग्रेडियंट तयार करते. हे ग्रेडियंट नंतर केमिओस्मोसिस नावाच्या प्रक्रियेद्वारे एटीपीचे उत्पादन चालवते, जेथे एंजाइम एटीपी सिंथेस प्रोटॉन ग्रेडियंटमध्ये साठवलेल्या संभाव्य उर्जेचा वापर करून एटीपी तयार करते.
ऑक्सिडेटिव्ह फॉस्फोरिलेशनचे एकूण समीकरण खालीलप्रमाणे सारांशित केले जाऊ शकते:
NADH + FADH2 + ADP + Pi + O2 → NAD+ + FADH + ATP + H2Oअशाप्रकारे, ग्लायकोलिसिस, सायट्रिक ऍसिड सायकल आणि ऑक्सिडेटिव्ह फॉस्फोरिलेशनच्या एकत्रित क्रियेद्वारे, पेशी विविध सेल्युलर प्रक्रियांसाठी आवश्यक ऊर्जा प्रदान करून, एटीपी तयार करण्यासाठी ग्लुकोजमध्ये असलेल्या ऊर्जेचा वापर करण्यास सक्षम असतात.
एटीपी उत्पादन आणि सेल्युलर कार्यामध्ये त्याची भूमिका
एडेनोसाइन ट्रायफॉस्फेट (एटीपी) याला सहसा असे म्हटले जाते