एटीपी हा सेलमधील मुख्य ऊर्जा वाहक आहे.पेशींच्या महत्त्वपूर्ण क्रियाकलापांच्या कोणत्याही अभिव्यक्तींच्या अंमलबजावणीसाठी, ऊर्जा आवश्यक आहे. ऑटोट्रॉफिक जीवांना प्रकाशसंश्लेषण प्रक्रियेदरम्यान सूर्यापासून प्रारंभिक ऊर्जा मिळते, तर हेटरोट्रॉफिक जीव ऊर्जा स्त्रोत म्हणून अन्नातून सेंद्रिय संयुगे वापरतात. एटीपी रेणूंच्या रासायनिक बंधांमध्ये पेशींद्वारे ऊर्जा साठवली जाते ( एडेनोसिन ट्रायफॉस्फेट), जे तीन फॉस्फेट गट, साखरेचे अवशेष (राइबोज) आणि नायट्रोजनयुक्त बेस अवशेष (एडेनाइन) यांचा समावेश असलेले न्यूक्लियोटाइड आहेत.

फॉस्फेट अवशेषांमधील बंधनाला मॅक्रोएर्जिक म्हणतात, कारण जेव्हा ते तुटते तेव्हा मोठ्या प्रमाणात ऊर्जा सोडली जाते. सामान्यतः, सेल केवळ टर्मिनल फॉस्फेट गट काढून ATP मधून ऊर्जा काढतो. या प्रकरणात, एडीपी (एडिनोसिन डायफॉस्फेट), फॉस्फोरिक ऍसिड तयार होते आणि 40 kJ/mol सोडले जाते.

एटीपी रेणू सेलच्या सार्वत्रिक ऊर्जा सौदा चिपची भूमिका बजावतात. ते ऊर्जा-केंद्रित प्रक्रियेच्या ठिकाणी वितरित केले जातात, मग ते सेंद्रिय संयुगांचे एन्झाईमॅटिक संश्लेषण असो, आण्विक मोटर प्रथिने किंवा झिल्ली वाहतूक प्रथिने इत्यादींचे कार्य असो. एटीपी रेणूंचे उलट संश्लेषण फॉस्फेट गट जोडून केले जाते. ऊर्जा शोषणासह ADP. ऊर्जा चयापचय प्रतिक्रियांच्या दरम्यान सेलद्वारे एटीपीच्या स्वरूपात ऊर्जेचे संचयन केले जाते. हे प्लास्टिकच्या चयापचयशी जवळून संबंधित आहे, ज्या दरम्यान सेल त्याच्या कार्यासाठी आवश्यक सेंद्रिय संयुगे तयार करतो.

सेलमधील पदार्थ आणि उर्जेची देवाणघेवाण (चयापचय).

चयापचय प्लॅस्टिक आणि ऊर्जा चयापचय, एकमेकांशी जोडलेल्या सर्व प्रतिक्रियांच्या संपूर्णतेचा संदर्भ देते. पेशींमध्ये, कर्बोदकांमधे, जटिल चरबी आणि न्यूक्लिक अॅसिडचे संश्लेषण सतत चालू असते. प्लास्टिक चयापचयातील सर्वात महत्वाची प्रक्रिया म्हणजे प्रोटीन बायोसिंथेसिस. प्लॅस्टिक एक्सचेंज प्रतिक्रियांच्या दरम्यान संयुगेचे संश्लेषण नेहमीच ऊर्जा घेणारे असते आणि ATP च्या अपरिहार्य सहभागाने पुढे जाते.

एटीपीच्या निर्मितीसाठी उर्जा स्त्रोतांपैकी एक म्हणजे सेलमध्ये प्रवेश करणार्या सेंद्रिय संयुगे (प्रथिने, चरबी आणि कर्बोदकांमधे) एंझाइमॅटिक ब्रेकडाउन. ही प्रक्रिया ऊर्जा सोडते, जी एटीपीमध्ये साठवली जाते. सेलच्या ऊर्जा चयापचयात ग्लुकोजचे विभाजन विशेष भूमिका बजावते. ही साखर प्रकाशसंश्लेषण प्रतिक्रियांच्या परिणामी संश्लेषित केली जाते आणि पॉलिसेकेराइड्स: स्टार्च आणि ग्लायकोजेनच्या स्वरूपात पेशींमध्ये जमा होऊ शकते. आवश्यकतेनुसार, पॉलिसेकेराइड्स तुटतात आणि ग्लुकोजचे रेणू एकामागोमाग परिवर्तनाच्या मालिकेतून जातात.

पहिला टप्पा, ज्याला ग्लायकोलिसिस म्हणतात, पेशींच्या साइटोप्लाझममध्ये होतो आणि त्याला ऑक्सिजनची आवश्यकता नसते. एन्झाईम्सचा समावेश असलेल्या सलग प्रतिक्रियांच्या परिणामी, ग्लुकोजचे दोन रेणूंमध्ये विभाजन होते. पायरुविक ऍसिड. या प्रकरणात, दोन एटीपी रेणू गुंतलेले आहेत आणि रासायनिक बंधांच्या विभाजनादरम्यान सोडलेली ऊर्जा चार एटीपी रेणू तयार करण्यासाठी पुरेशी आहे. परिणामी, ग्लायकोलिसिसची उर्जा उत्पन्न कमी असते आणि दोन एटीपी रेणू असतात:

C 6 H 12 O 6 → 2C 3 H 4 O 3 + 4H + + 2ATP

अॅनारोबिक परिस्थितीत (ऑक्सिजनच्या अनुपस्थितीत), पुढील परिवर्तन विविध प्रकारांशी संबंधित आहेत किण्वन.

सर्वाना माहित आहे लैक्टिक किण्वन(दुधाचे आंबट), जे लैक्टिक ऍसिड बुरशी आणि बॅक्टेरियाच्या क्रियाकलापांमुळे होते. हे ग्लायकोलिसिस सारखेच आहे, येथे फक्त अंतिम उत्पादन लैक्टिक ऍसिड आहे. या प्रकारचे किण्वन ऑक्सिजनची कमतरता असलेल्या पेशींमध्ये होते, उदाहरणार्थ, तीव्रपणे काम करणार्या स्नायूंमध्ये. डेअरीच्या जवळ अल्कोहोल आंबायला ठेवा. फरक एवढाच आहे की अल्कोहोलिक किण्वनाची उत्पादने इथाइल अल्कोहोल आणि कार्बन डायऑक्साइड आहेत.

पुढील टप्पा, ज्या दरम्यान पायरुविक ऍसिड कार्बन डायऑक्साइड आणि पाण्यात ऑक्सिडाइझ केले जाते, त्याला म्हणतात. सेल्युलर श्वसन. श्वासोच्छवासाशी संबंधित प्रतिक्रिया वनस्पती आणि प्राण्यांच्या पेशींच्या मायटोकॉन्ड्रियामध्ये आणि केवळ ऑक्सिजनच्या उपस्थितीत घडतात. मायटोकॉन्ड्रियाच्या अंतर्गत वातावरणात, कार्बन डायऑक्साइड - अंतिम उत्पादनापर्यंत अनेक रासायनिक परिवर्तने होतात. त्याच वेळी, या प्रक्रियेच्या विविध टप्प्यांवर, हायड्रोजन अणूंच्या निर्मूलनासह प्रारंभिक पदार्थाचे मध्यवर्ती विघटन उत्पादने तयार होतात. हायड्रोजन अणू, यामधून, इतर अनेक रासायनिक अभिक्रियांमध्ये भाग घेतात, ज्याचा परिणाम म्हणजे एटीपीच्या रासायनिक बंधांमध्ये ऊर्जा सोडणे आणि त्याचे "संवर्धन" आणि पाण्याच्या रेणूंची निर्मिती. हे स्पष्ट होते की हायड्रोजन अणूंचे विभाजन करण्यासाठी ऑक्सिजनची आवश्यकता असते. रासायनिक परिवर्तनांची ही मालिका खूपच गुंतागुंतीची आहे आणि ती मायटोकॉन्ड्रिया, एन्झाईम्स आणि वाहक प्रथिनांच्या आतील पडद्याच्या सहभागाने होते.

सेल्युलर श्वसनाची अत्यंत उच्च कार्यक्षमता असते. 30 एटीपी रेणूंचे ऊर्जा संश्लेषण होते, ग्लायकोलिसिस दरम्यान आणखी दोन रेणू तयार होतात आणि माइटोकॉन्ड्रियल झिल्लीवरील ग्लायकोलिसिस उत्पादनांच्या परिवर्तनाचा परिणाम म्हणून सहा एटीपी रेणू तयार होतात. एकूण, एका ग्लुकोज रेणूच्या ऑक्सिडेशनच्या परिणामी, 38 एटीपी रेणू तयार होतात:

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O + 38ATP

माइटोकॉन्ड्रिया केवळ शर्कराच नाही तर इतर सेंद्रिय संयुगे - प्रथिने आणि लिपिड्सच्या ऑक्सिडेशनच्या अंतिम टप्प्यातून जातात. हे पदार्थ पेशींद्वारे वापरले जातात, प्रामुख्याने जेव्हा कर्बोदकांमधे पुरवठा संपतो. प्रथम, चरबीचा वापर केला जातो, ज्याच्या ऑक्सिडेशन दरम्यान कर्बोदकांमधे आणि प्रथिनांच्या समान प्रमाणापेक्षा जास्त ऊर्जा सोडली जाते. म्हणून, प्राण्यांमधील चरबी ही ऊर्जा संसाधनांची मुख्य "स्ट्रॅटेजिक रिझर्व्ह" आहे. वनस्पतींमध्ये, स्टार्च ऊर्जा राखीव भूमिका बजावते. संचयित केल्यावर, ते ऊर्जा-समतुल्य चरबीपेक्षा लक्षणीयरीत्या जास्त जागा घेते. वनस्पतींसाठी, हा अडथळा नाही, कारण ते गतिहीन आहेत आणि प्राण्यांप्रमाणे स्वतःवर राखीव ठेवत नाहीत. आपण चरबीच्या तुलनेत कर्बोदकांमधे खूप वेगाने ऊर्जा काढू शकता. प्रथिने शरीरात अनेक महत्त्वाची कार्ये करतात, म्हणून जेव्हा शर्करा आणि चरबीची संसाधने संपतात तेव्हाच ते ऊर्जा चयापचयात गुंतलेले असतात, उदाहरणार्थ, दीर्घकाळ उपासमारीच्या वेळी.

प्रकाशसंश्लेषण.प्रकाशसंश्लेषण ही एक प्रक्रिया आहे ज्या दरम्यान सूर्यप्रकाशाची ऊर्जा सेंद्रिय संयुगेच्या रासायनिक बंधांच्या उर्जेमध्ये रूपांतरित होते. वनस्पती पेशींमध्ये, प्रकाशसंश्लेषण-संबंधित प्रक्रिया क्लोरोप्लास्टमध्ये घडतात. या ऑर्गेनेलच्या आत पडद्याच्या प्रणाली आहेत ज्यामध्ये रंगद्रव्ये अंतर्भूत असतात जी सूर्याची तेजस्वी ऊर्जा कॅप्चर करतात. प्रकाशसंश्लेषणाचे मुख्य रंगद्रव्य क्लोरोफिल आहे, जे प्रामुख्याने निळे आणि वायलेट तसेच स्पेक्ट्रमचे लाल किरण शोषून घेते. हिरवा प्रकाश परावर्तित होतो, त्यामुळे क्लोरोफिल स्वतः आणि त्यात असलेले वनस्पतीचे भाग हिरवे दिसतात.

क्लोरोफिल वेगळे करा a, b, c, d, ज्यांच्या सूत्रांमध्ये किरकोळ फरक आहेत. मुख्य म्हणजे क्लोरोफिल. aत्याशिवाय प्रकाशसंश्लेषण अशक्य आहे. उर्वरित क्लोरोफिल, ज्याला सहायक म्हणतात, क्लोरोफिलपेक्षा किंचित वेगळ्या तरंगलांबीचा प्रकाश कॅप्चर करण्यास सक्षम आहेत. a, जे प्रकाशसंश्लेषणादरम्यान प्रकाशाच्या शोषण स्पेक्ट्रमचा विस्तार करते. हीच भूमिका कॅरोटीनोइड्सद्वारे खेळली जाते, जे निळ्या आणि हिरव्या प्रकाशाचे प्रमाण ओळखतात. वनस्पती जीवांच्या वेगवेगळ्या गटांमध्ये, अतिरिक्त क्लोरोफिलचे वितरण समान नसते, जे वर्गीकरणात वापरले जाते.

तेजस्वी उर्जेचे वास्तविक कॅप्चर आणि रूपांतरण दरम्यान होते प्रकाश टप्पा. प्रकाश क्वांटा शोषून घेत असताना, क्लोरोफिल उत्तेजित अवस्थेत जाते आणि इलेक्ट्रॉन दाता बनते. त्याचे इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रॉन वाहतूक साखळीसह एका प्रोटीन कॉम्प्लेक्समधून दुसऱ्यामध्ये हस्तांतरित केले जातात. या साखळीतील प्रथिने, रंगद्रव्यांप्रमाणे, क्लोरोप्लास्टच्या आतील पडद्यावर केंद्रित असतात. जेव्हा इलेक्ट्रॉन वाहक साखळीतून जातो तेव्हा ते ऊर्जा गमावते, जी एटीपी संश्लेषित करण्यासाठी वापरली जाते.

क्लोरोप्लास्टमध्ये सूर्यप्रकाशाच्या कृती अंतर्गत, पाण्याचे रेणू देखील विभाजित होतात - फोटोलिसिस, तर इलेक्ट्रॉन दिसतात जे क्लोरोफिलद्वारे त्यांच्या नुकसानाची भरपाई करतात; उप-उत्पादन म्हणून, ऑक्सिजन तयार करणे.

अशाप्रकारे, प्रकाश अवस्थेचा कार्यात्मक अर्थ प्रकाश ऊर्जेचे रासायनिक उर्जेमध्ये रूपांतर करून ATP आणि NADP·H च्या संश्लेषणामध्ये आहे.

प्रकाश क्वांटा कॅप्चर करणार्‍या सर्व रंगद्रव्यांपैकी फक्त क्लोरोफिल aवाहतूक साखळीत इलेक्ट्रॉन हस्तांतरित करण्यास सक्षम. उर्वरित रंगद्रव्ये प्रथम प्रकाशाने उत्तेजित इलेक्ट्रॉनची ऊर्जा क्लोरोफिलमध्ये हस्तांतरित करतात a, आणि वर वर्णन केलेल्या प्रकाश टप्प्याच्या प्रतिक्रियांची साखळी त्यातून आधीच सुरू होते.

अंमलबजावणीसाठी गडद टप्पाप्रकाशसंश्लेषणाला प्रकाशाची गरज नसते. येथे होत असलेल्या प्रक्रियांचे सार हे आहे की प्रकाश टप्प्यात प्राप्त केलेले रेणू कार्बोहायड्रेट्सच्या स्वरूपात CO 2 "निश्चित" करणाऱ्या रासायनिक अभिक्रियांच्या मालिकेत वापरले जातात. गडद अवस्थेच्या सर्व प्रतिक्रिया क्लोरोप्लास्टच्या आत केल्या जातात आणि कार्बन डाय ऑक्साईडच्या "फिक्सेशन" दरम्यान सोडलेले पदार्थ पुन्हा प्रकाश टप्प्याच्या प्रतिक्रियांमध्ये वापरले जातात.

एकूण प्रकाशसंश्लेषण समीकरण आहे:

6CO 2 + 6H 2 O -→ C 6 H 12 O 6 + 6O 2

प्लॅस्टिक आणि ऊर्जा विनिमय प्रक्रियेतील संबंध आणि एकता.एटीपी संश्लेषणाची प्रक्रिया सायटोप्लाझममध्ये (ग्लायकोलिसिस), मायटोकॉन्ड्रिया (सेल्युलर श्वसन) आणि क्लोरोप्लास्टमध्ये (प्रकाशसंश्लेषण) घडते. या प्रक्रियेदरम्यान होणार्‍या सर्व प्रतिक्रिया या ऊर्जा विनिमयाच्या प्रतिक्रिया असतात. सेलच्या जीवनासाठी आवश्यक असलेली प्रथिने, चरबी, कार्बोहायड्रेट्स आणि न्यूक्लिक अॅसिड तयार करण्यासाठी एटीपीच्या स्वरूपात साठवलेली ऊर्जा प्लास्टिकच्या चयापचयाच्या प्रतिक्रियांमध्ये खर्च केली जाते. लक्षात घ्या की प्रकाशसंश्लेषणाचा गडद टप्पा हा प्लास्टिक एक्सचेंजच्या प्रतिक्रियांची साखळी आहे आणि प्रकाश टप्पा ऊर्जा आहे.

एककोशिकीय जीव दिसण्यापासून सेल न्यूक्लियसचा "शोध" आणि इतर अनेक नवकल्पनांच्या जन्मापर्यंत एक अब्जाहून अधिक वर्षे गेली आहेत. त्यानंतरच पहिल्या बहुपेशीय प्राण्यांसाठी रस्ता खुला झाला, ज्याने प्राणी, वनस्पती आणि बुरशी या तीन राज्यांना जन्म दिला. युरोपियन शास्त्रज्ञांनी या परिवर्तनासाठी एक नवीन स्पष्टीकरण दिले आहे, जे आतापर्यंत अस्तित्वात असलेल्या कल्पनांच्या विरूद्ध चालते.

हे सामान्यतः मान्य केले जाते की प्रथम अधिक परिपूर्ण अणु पेशी जुन्या उर्जा यंत्रणेवर अवलंबून असलेल्या प्रोकॅरिओट्सपासून जन्माला आल्या आणि नंतर भरती झालेल्यांनी मायटोकॉन्ड्रिया प्राप्त केले. नंतरच्यांना युकेरियोट्सच्या पुढील उत्क्रांतीत महत्त्वाची भूमिका सोपविण्यात आली होती, परंतु त्याच्या पायावर असलेल्या कोनशिलाची भूमिका नाही.

“आम्ही दाखवून दिले आहे की पहिला पर्याय काम करणार नाही. पेशीची जटिलता विकसित करण्यासाठी, त्याला मायटोकॉन्ड्रिया आवश्यक आहे, ”मार्टिन स्पष्ट करतात. "आमची गृहीते पारंपारिक मताचे खंडन करते की युकेरियोटिक पेशींच्या संक्रमणासाठी फक्त योग्य उत्परिवर्तन आवश्यक आहे," लेन त्याला प्रतिध्वनी देतात.

ते एकत्र विकसित झाले, तर एंडोसिम्बिओन्टने हळूहळू एक कौशल्य - एटीपीचे संश्लेषण केले. आतील पेशीचा आकार कमी झाला आणि त्याची काही दुय्यम जीन्स न्यूक्लियसमध्ये हस्तांतरित केली. त्यामुळे मायटोकॉन्ड्रियाने मूळ डीएनएचा फक्त तोच भाग राखून ठेवला जो त्यांना "जिवंत उर्जा संयंत्र" म्हणून काम करण्यासाठी आवश्यक होता.

पेशीच्या आत माइटोकॉन्ड्रिया (फ्लोरेस ग्रीन). इनसेट: मार्टिन (डावीकडे) आणि लेन. नवीन अभ्यासाचे तपशील निसर्ग लेख आणि UCL प्रेस रिलीजमध्ये आढळू शकतात (डग्लस क्लाइन, molevol.de, nick-lane.net द्वारे फोटो).

ऊर्जेच्या बाबतीत मायटोकॉन्ड्रियाच्या स्वरूपाची तुलना कार्ट नंतर रॉकेटच्या शोधाशी केली जाऊ शकते, कारण न्यूक्लियस नसलेल्या पेशींपेक्षा आण्विक पेशी सरासरी एक हजार पट जास्त असतात.

नंतरचे, असे दिसते की, डिव्हाइसच्या आकारात आणि जटिलतेमध्ये देखील वाढू शकते (येथे वेगळी धक्कादायक उदाहरणे आहेत). परंतु या मार्गावर, लहान प्राण्यांना एक पकड आहे: ते भूमितीयदृष्ट्या वाढतात, पृष्ठभागाच्या क्षेत्रफळाचे प्रमाण वेगाने कमी होते.

दरम्यान, साध्या पेशी त्यांना झाकणाऱ्या झिल्लीच्या मदतीने ऊर्जा निर्माण करतात. त्यामुळे मोठ्या प्रोकॅरियोटिक सेलमध्ये नवीन जनुकांसाठी भरपूर जागा असू शकते, परंतु या "सूचना" नुसार प्रथिने संश्लेषित करण्यासाठी पुरेशी ऊर्जा नसते.

बाह्य झिल्लीच्या पटांमध्ये एक साधी वाढ विशेषतः परिस्थिती वाचवत नाही (जरी अशा पेशी ज्ञात आहेत). शक्ती वाढविण्याच्या या पद्धतीसह, ऊर्जा प्रणालीच्या ऑपरेशनमध्ये त्रुटींची संख्या देखील वाढते. सेलमध्ये अवांछित रेणू जमा होतात ज्यामुळे ते नष्ट होऊ शकते.

एका पेशीतील माइटोकॉन्ड्रियाची संख्या (लाल रंगात दर्शविली जाते) एका प्रत (बहुधा युकेल्युलर युकेरियोट्समध्ये) पासून दोन हजारांपर्यंत (उदाहरणार्थ, मानवी यकृत पेशींमध्ये) (ओड्रा नोएलचे चित्रण) पर्यंत बदलते.

मायटोकॉन्ड्रिया हा निसर्गाचा एक तेजस्वी आविष्कार आहे. त्यांची संख्या वाढवून, सेलची बाह्य पृष्ठभाग न वाढवता ऊर्जा क्षमता वाढवणे शक्य आहे. शिवाय, प्रत्येक माइटोकॉन्ड्रिअनमध्ये अंगभूत नियंत्रण आणि दुरुस्ती यंत्रणा देखील असते.

आणि नवीनतेचा आणखी एक प्लस: माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए लहान आणि खूप किफायतशीर आहे. त्याची कॉपी करण्यासाठी खूप संसाधनांची आवश्यकता नाही. परंतु जीवाणू, त्यांची उर्जा क्षमता वाढवण्यासाठी, त्यांच्या संपूर्ण जीनोमच्या अनेक प्रती तयार करू शकतात. परंतु अशा विकासामुळे त्वरीत उत्साही गतिरोध होतो.

वेगवेगळ्या पेशींच्या ऊर्जेची आणि त्यांच्या योजनांची तुलना. अ) - सरासरी प्रोकेरियोट ( एस्चेरिचिया), ब) खूप मोठा प्रोकेरियोट आहे ( थिओमार्गारीटा) आणि (c) मध्य युकेरियोट ( युग्लेना).
आकृत्या दाखवतात (वरपासून खालपर्यंत): पॉवर (वॅट्स) प्रति ग्रॅम सेल (डी), पॉवर (फेमटोवॅट) प्रति जनुक (ई), आणि पॉवर (पिकोवॅट) प्रति हॅप्लॉइड जीनोम (एफ) (निक लेन, विल्यम यांचे चित्र मार्टिन/नेचर).

कामाच्या लेखकांनी गणना केली की सरासरी युकेरियोटिक सेल सैद्धांतिकदृष्ट्या सरासरी जीवाणूपेक्षा 200,000 पट अधिक जनुक वाहून नेऊ शकते. युकेरियोट्सचा विचार मोठ्या संख्येने शेल्फ् 'चे अव रुप असलेली लायब्ररी म्हणून केला जाऊ शकतो - ते तुमच्या हृदयाच्या सामग्रीनुसार पुस्तकांनी भरा. बरं, अधिक विस्तारित जीनोम हा सेलची रचना आणि त्याच्या चयापचय, नवीन नियामक सर्किट्सचा उदय होण्याच्या पुढील सुधारणेचा आधार आहे.

विषाणू वगळता सर्व सजीव पेशींनी बनलेले असतात. ते वनस्पती किंवा प्राण्यांच्या जीवनासाठी आवश्यक असलेल्या सर्व प्रक्रिया प्रदान करतात. सेल स्वतः एक वेगळा जीव असू शकतो. आणि अशी जटिल रचना उर्जेशिवाय कशी जगू शकते? नक्कीच नाही. तर पेशींना ऊर्जा पुरवठा कसा होतो? हे आम्ही खाली चर्चा करणार असलेल्या प्रक्रियांवर आधारित आहे.

पेशींना ऊर्जा प्रदान करणे: ते कसे घडते?

काही पेशी बाहेरून ऊर्जा घेतात, ती स्वतःच निर्माण करतात. त्यांचे स्वतःचे "स्टेशन" आहेत. आणि सेलमधील ऊर्जेचा स्त्रोत मायटोकॉन्ड्रिया आहे - ऑर्गेनेल जो ते तयार करतो. ही सेल्युलर श्वसनाची प्रक्रिया आहे. त्यामुळे पेशींना ऊर्जा मिळते. तथापि, ते फक्त वनस्पती, प्राणी आणि बुरशीमध्ये असतात. माइटोकॉन्ड्रिया जिवाणू पेशींमध्ये अनुपस्थित आहेत. म्हणून, त्यांच्यामध्ये, ऊर्जेसह पेशींची तरतूद मुख्यत्वे किण्वन प्रक्रियेमुळे होते, श्वसन नाही.

माइटोकॉन्ड्रियाची रचना

हे दोन-झिल्लीचे ऑर्गनॉइड आहे जे उत्क्रांतीदरम्यान युकेरियोटिक सेलमध्ये त्याच्या लहान शोषणाच्या परिणामी दिसून आले. यावरून हे स्पष्ट होऊ शकते की मायटोकॉन्ड्रियामध्ये त्यांचे स्वतःचे डीएनए आणि आरएनए तसेच माइटोकॉन्ड्रियल राइबोसोम असतात जे आवश्यक प्रथिने तयार करतात. ऑर्गेनेल्स

आतील पडद्याला क्रिस्टे किंवा रिज असे म्हणतात. क्रिस्टेवर, सेल्युलर श्वासोच्छवासाची प्रक्रिया होते.

दोन झिल्लीच्या आत जे असते त्याला मॅट्रिक्स म्हणतात. त्यात प्रथिने, रासायनिक अभिक्रियांना गती देण्यासाठी आवश्यक एंजाइम तसेच आरएनए, डीएनए आणि राइबोसोम असतात.

सेल्युलर श्वसन हा जीवनाचा आधार आहे

हे तीन टप्प्यात होते. चला त्या प्रत्येकाकडे अधिक तपशीलवार पाहूया.

पहिला टप्पा तयारीचा आहे

या अवस्थेत, जटिल सेंद्रिय संयुगे सोप्या संयुगेमध्ये मोडतात. अशा प्रकारे, प्रथिने अमीनो ऍसिडमध्ये, चरबीचे कार्बोक्झिलिक ऍसिड आणि ग्लिसरॉलमध्ये, न्यूक्लिक ऍसिडचे न्यूक्लियोटाइड्समध्ये आणि कार्बोहायड्रेट्सचे ग्लुकोजमध्ये विभाजन होते.

ग्लायकोलिसिस

ही अॅनोक्सिक अवस्था आहे. हे या वस्तुस्थितीत आहे की पहिल्या टप्प्यात प्राप्त केलेले पदार्थ आणखी खाली मोडले जातात. या टप्प्यावर सेल वापरत असलेले उर्जेचे मुख्य स्त्रोत म्हणजे ग्लुकोजचे रेणू. ग्लायकोलिसिसच्या प्रक्रियेत त्यापैकी प्रत्येक पायरुवेटच्या दोन रेणूंमध्ये विघटित होतो. हे सलग दहा रासायनिक अभिक्रियांदरम्यान घडते. पहिल्या पाचमुळे, ग्लुकोज फॉस्फोरिलेट केले जाते आणि नंतर दोन फॉस्फोट्रिओसेसमध्ये विभागले जाते. खालील पाच प्रतिक्रियांमधून दोन रेणू आणि PVC (पायरुविक ऍसिड) चे दोन रेणू तयार होतात. सेलची ऊर्जा एटीपीच्या स्वरूपात साठवली जाते.

ग्लायकोलिसिसची संपूर्ण प्रक्रिया खालीलप्रमाणे सरलीकृत केली जाऊ शकते:

2NAD + 2ADP + 2H 3 RO 4 + C 6 H 12 O 6 → 2H 2 O + 2OVER. H 2 + 2C 3 H 4 O 3 + 2ATP

अशा प्रकारे, एक ग्लुकोज रेणू, दोन ADP रेणू आणि दोन फॉस्फोरिक ऍसिड वापरून, सेलला दोन एटीपी रेणू (ऊर्जा) आणि दोन पायरुव्हिक ऍसिड रेणू प्राप्त होतात, ज्याचा वापर तो पुढील चरणात करेल.

तिसरा टप्पा ऑक्सिडेशन आहे

ही पायरी ऑक्सिजनच्या उपस्थितीतच होते. या पायरीच्या रासायनिक अभिक्रिया मायटोकॉन्ड्रियामध्ये होतात. हा मुख्य भाग आहे ज्या दरम्यान सर्वात जास्त ऊर्जा सोडली जाते. या टप्प्यावर, ऑक्सिजनसह प्रतिक्रिया देऊन, ते पाणी आणि कार्बन डायऑक्साइडमध्ये मोडते. याव्यतिरिक्त, या प्रक्रियेत 36 एटीपी रेणू तयार होतात. तर, आपण असा निष्कर्ष काढू शकतो की सेलमधील ऊर्जेचे मुख्य स्त्रोत ग्लुकोज आणि पायरुव्हिक ऍसिड आहेत.

सर्व रासायनिक अभिक्रियांचा सारांश आणि तपशील वगळून, आपण सेल्युलर श्वसनाची संपूर्ण प्रक्रिया एका सरलीकृत समीकरणाने व्यक्त करू शकतो:

6O 2 + C 6 H 12 O 6 + 38ADP + 38H 3 RO 4 → 6CO 2 + 6H2O + 38ATP.

अशा प्रकारे, श्वासोच्छवासाच्या वेळी, एक ग्लुकोज रेणू, सहा ऑक्सिजन रेणू, अडतीस एडीपी रेणू आणि फॉस्फोरिक ऍसिडच्या समान प्रमाणात, सेलला 38 एटीपी रेणू प्राप्त होतात, ज्याच्या स्वरूपात ऊर्जा साठवली जाते.

माइटोकॉन्ड्रियल एंजाइमची विविधता

सेलला श्वासोच्छवासाद्वारे जीवनासाठी ऊर्जा मिळते - ग्लुकोजचे ऑक्सीकरण आणि नंतर पायरुविक ऍसिड. या सर्व रासायनिक अभिक्रिया एंजाइम - जैविक उत्प्रेरकांशिवाय होऊ शकत नाहीत. चला मायटोकॉन्ड्रियामध्ये असलेले ते पाहू - सेल्युलर श्वसनासाठी जबाबदार ऑर्गेनेल्स. त्या सर्वांना ऑक्सिडोरेक्टेसेस म्हणतात, कारण ते रेडॉक्स प्रतिक्रियांच्या घटना सुनिश्चित करण्यासाठी आवश्यक असतात.

सर्व ऑक्सिडोरेक्टेसेस दोन गटांमध्ये विभागले जाऊ शकतात:

• ऑक्सिडेस;
• डिहायड्रोजनेस;

डिहायड्रोजेनेस, यामधून, एरोबिक आणि अॅनारोबिकमध्ये विभागले जातात. एरोबिक पदार्थांमध्ये कोएन्झाइम रिबोफ्लेविन असते, जे शरीराला व्हिटॅमिन बी 2 पासून मिळते. एरोबिक डिहायड्रोजेनेसमध्ये एनएडी आणि एनएडीपी रेणू कोएन्झाइम्स म्हणून असतात.

ऑक्सिडेसेस अधिक वैविध्यपूर्ण आहेत. सर्व प्रथम, ते दोन गटांमध्ये विभागले गेले आहेत:

• ज्यात तांबे असतात;
• ज्यात लोह आहे.

पहिल्यामध्ये पॉलीफेनॉल ऑक्सिडेस, एस्कॉर्बेट ऑक्सिडेस, नंतरचे - कॅटालेस, पेरोक्सिडेस, सायटोक्रोम्स समाविष्ट आहेत. नंतरचे, यामधून, चार गटांमध्ये विभागले गेले आहेत:

• सायटोक्रोम ए;
• सायटोक्रोम ब;
• सायटोक्रोम c;
• सायटोक्रोम डी.

सायटोक्रोम a मध्ये लोह फॉर्मिलपोर्फिरिन असते, सायटोक्रोम्स b मध्ये लोह प्रोटोपोर्फिरिन असते, c मध्ये प्रतिस्थापित लोह मेसोपोर्फिरिन असते आणि d मध्ये लोह डायहाइड्रोपोर्फिरिन असते.

ऊर्जा मिळविण्याचे इतर मार्ग आहेत का?

बहुतेक पेशी ते सेल्युलर श्वासोच्छवासाद्वारे मिळवतात, तर तेथे अॅनारोबिक बॅक्टेरिया देखील असतात ज्यांना जगण्यासाठी ऑक्सिजनची आवश्यकता नसते. ते किण्वनाद्वारे आवश्यक ऊर्जा तयार करतात. ही एक प्रक्रिया आहे ज्या दरम्यान ऑक्सिजनच्या सहभागाशिवाय एंजाइमच्या मदतीने कार्बोहायड्रेट्सचे तुकडे केले जातात, परिणामी सेलला ऊर्जा मिळते. रासायनिक अभिक्रियांच्या अंतिम उत्पादनावर अवलंबून किण्वनाचे अनेक प्रकार आहेत. हे लैक्टिक ऍसिड, अल्कोहोल, ब्यूटरिक, एसीटोन-ब्युटेन, सायट्रिक ऍसिड असू शकते.

उदाहरणार्थ, विचार करा हे खालीलप्रमाणे व्यक्त केले जाऊ शकते:

C 6 H 12 O 6 → C 2 H 5 OH + 2CO 2

म्हणजेच, जीवाणू ग्लुकोजचा एक रेणू इथाइल अल्कोहोलचा एक रेणू आणि कार्बन ऑक्साईड (IV) च्या दोन रेणूंमध्ये मोडतो.

अपचय चे सामान्य मार्ग

http://biokhimija.ru/obshhwie-puti-katabolizma/razobshhiteli-ingibitory.html

चयापचय म्हणजे काय?

चयापचयही एक अत्यंत समन्वित आणि उद्देशपूर्ण सेल्युलर क्रियाकलाप आहे, जी अनेक परस्पर जोडलेल्या एन्झाइमॅटिक प्रणालींच्या सहभागाद्वारे प्रदान केली जाते आणि त्यात दोन अविभाज्य प्रक्रियांचा समावेश होतो. अॅनाबॉलिझमआणि अपचय.

हे तीन विशेष कार्ये करते:

1. ऊर्जारासायनिक उर्जा असलेल्या पेशींचा पुरवठा

2. प्लास्टिक- बिल्डिंग ब्लॉक्स म्हणून मॅक्रोमोलेक्यूल्सचे संश्लेषण,

3. विशिष्ट- विशिष्ट सेल्युलर कार्ये करण्यासाठी आवश्यक असलेल्या बायोमोलेक्यूल्सचे संश्लेषण आणि विघटन.

अॅनाबोलिझम

अॅनाबोलिझम म्हणजे प्रथिने, पॉलिसेकेराइड्स, लिपिड्स, न्यूक्लिक अॅसिड्स आणि लहान पूर्ववर्ती रेणूंमधून इतर मॅक्रोमोलेक्यूल्सचे जैवसंश्लेषण. संरचनेच्या गुंतागुंतीसह, त्यास ऊर्जा आवश्यक आहे. अशा ऊर्जेचा स्त्रोत एटीपीची ऊर्जा आहे.

NADP-NADPH चक्र

तसेच, काही पदार्थांच्या (फॅटी ऍसिडस्, कोलेस्टेरॉल) जैवसंश्लेषणासाठी, ऊर्जा-समृद्ध हायड्रोजन अणू आवश्यक आहेत - त्यांचा स्रोत एनएडीपीएच आहे. एनएडीपीएच रेणू पेंटोज मार्गातील ग्लुकोज-6-फॉस्फेट आणि मॅलिक एन्झाइमद्वारे ऑक्सॅलोएसीटेटच्या ऑक्सिडेशन प्रतिक्रियांमध्ये तयार होतात. अॅनाबोलिझम प्रतिक्रियांमध्ये, एनएडीपीएच त्याचे हायड्रोजन अणू सिंथेटिक प्रतिक्रियांसाठी दान करते आणि एनएडीपीमध्ये ऑक्सिडाइझ केले जाते. अशा प्रकारे ते तयार होते NADP-NADPH-सायकल

अपचय

कॅटाबोलिझम म्हणजे जटिल सेंद्रिय रेणूंचे विघटन आणि सोप्या उत्पादनांमध्ये ऑक्सिडेशन. हे पदार्थांच्या जटिल संरचनेत समाविष्ट असलेल्या उर्जेच्या प्रकाशनासह आहे. बहुतेक सोडलेली ऊर्जा उष्णता म्हणून नष्ट होते. या ऊर्जेचा एक छोटासा भाग ऑक्सिडेटिव्ह प्रतिक्रियांच्या कोएन्झाइम्सद्वारे "अवरोधित" केला जातो. वरआणि FAD, त्यातील काही एटीपीच्या संश्लेषणासाठी त्वरित वापरला जातो.

हे लक्षात घेतले पाहिजे की पदार्थांच्या ऑक्सिडेशन प्रतिक्रियांमध्ये सोडलेले हायड्रोजन अणू सेलद्वारे केवळ दोन प्रकारे वापरले जाऊ शकतात:

· चालू अॅनाबॉलिकरचना मध्ये प्रतिक्रिया NADPH.

· चालू एटीपी निर्मितीऑक्सिडेशन दरम्यान मायटोकॉन्ड्रियामध्ये NADHआणि FADN 2.

सर्व अपचय सशर्तपणे तीन टप्प्यात विभागले गेले आहे:

मध्ये घडते आतडे(अन्नाचे पचन) किंवा आधीच अनावश्यक रेणूंच्या विघटन दरम्यान लाइसोसोममध्ये. या प्रकरणात, रेणूमध्ये असलेली सुमारे 1% ऊर्जा सोडली जाते. ते उष्णता म्हणून विरघळते.

इंट्रासेल्युलर हायड्रोलिसिस किंवा रक्तातून पेशीमध्ये प्रवेश करताना तयार होणारे पदार्थ सामान्यतः दुसऱ्या टप्प्यावर पायरुविक ऍसिड, एसिटाइल गट (एसिटाइल-एस-कोएचा भाग म्हणून) आणि काही इतर लहान सेंद्रिय रेणूंमध्ये रूपांतरित होतात. दुसऱ्या टप्प्याचे स्थानिकीकरण - सायटोसोलआणि माइटोकॉन्ड्रिया.

ऊर्जेचा काही भाग उष्णतेच्या स्वरूपात विसर्जित केला जातो आणि पदार्थाची अंदाजे 13% ऊर्जा शोषली जाते, म्हणजे. एटीपीच्या मॅक्रोएर्जिक बॉण्ड्सच्या स्वरूपात साठवले जाते.

अपचय च्या सामान्य आणि विशिष्ट मार्गांचे आकृती

या स्टेजच्या सर्व प्रतिक्रिया जातात माइटोकॉन्ड्रिया. Acetyl-SCoA ट्रायकार्बोक्झिलिक ऍसिड चक्राच्या प्रतिक्रियांमध्ये सामील आहे आणि कार्बन डाय ऑक्साईडमध्ये ऑक्सीकरण केले जाते. सोडलेले हायड्रोजन अणू NAD आणि FAD सह एकत्र होतात आणि त्यांना पुनर्संचयित करतात. त्यानंतर, NADH आणि FADH 2 हायड्रोजनचे स्थानांतरित श्वसन एंझाइमच्या साखळीत होते. माइटोकॉन्ड्रियाच्या आतील पडद्यावर. येथे, नावाच्या प्रक्रियेचा परिणाम म्हणून ऑक्सिडेटिव्ह फॉस्फोरिलेशनपाणी तयार होते आणि जैविक ऑक्सिडेशनचे मुख्य उत्पादन ATP आहे.

या टप्प्यावर सोडलेल्या रेणूच्या ऊर्जेचा काही भाग उष्णतेच्या स्वरूपात विसर्जित केला जातो आणि प्रारंभिक पदार्थाची सुमारे 46% उर्जा आत्मसात केली जाते, म्हणजे. ATP आणि GTP च्या बाँडमध्ये संग्रहित.

एटीपीची भूमिका

प्रतिक्रियांमध्ये ऊर्जा सोडली जाते अपचय, नावाच्या बाँडच्या स्वरूपात साठवले जाते macroergic. मुख्य आणि सार्वत्रिक रेणू जो ऊर्जा साठवतो आणि आवश्यक असल्यास, देतो एटीपी.

सेलमधील सर्व ATP रेणू सतत कोणत्याही प्रतिक्रियांमध्ये भाग घेतात, सतत ADP मध्ये खंडित होतात आणि पुन्हा निर्माण होतात.

तीन मुख्य मार्ग आहेत वापरएटीपी

पदार्थांचे जैवसंश्लेषण

झिल्ली ओलांडून पदार्थ वाहतूक

सेलच्या आकारात आणि त्याच्या हालचालीत बदल.

या प्रक्रिया, एकत्रितपणे प्रक्रियेसह शिक्षणएटीपीचे नाव आहे एटीपी सायकल:

सेलच्या जीवनात एटीपीचे परिसंचरण

सेलमध्ये एटीपी कोठून येतो?

सेलमध्ये ऊर्जा मिळविण्याचे मार्ग

सेलमध्ये चार मुख्य प्रक्रिया आहेत ज्या पदार्थांच्या ऑक्सिडेशन आणि त्याच्या संचयनादरम्यान रासायनिक बंधांमधून ऊर्जा सोडण्याची खात्री करतात:

1. ग्लायकोलिसिस (जैविक ऑक्सिडेशनचा टप्पा 2) - ग्लुकोजच्या रेणूचे पायरुव्हिक ऍसिडच्या दोन रेणूंमध्ये ऑक्सिडेशन, 2 रेणूंच्या निर्मितीसह एटीपीआणि NADH. पुढे, पायरुविक ऍसिडचे एरोबिक परिस्थितीत एसिटाइल-एससीओएमध्ये आणि ऍनारोबिक परिस्थितीत लैक्टिक ऍसिडमध्ये रूपांतर होते.

2. फॅटी ऍसिडचे β-ऑक्सिडेशन (जैविक ऑक्सिडेशनचा टप्पा 2) - फॅटी ऍसिडचे एसिटाइल-एससीओएमध्ये ऑक्सिडेशन, येथे रेणू तयार होतात NADHआणि FADN 2. एटीपी रेणू "शुद्ध स्वरूपात" दिसत नाहीत.

3. ट्रायकार्बोक्झिलिक ऍसिड सायकल (सीटीसी, जैविक ऑक्सिडेशनचा टप्पा 3) - एसिटाइल ग्रुप (एसिटाइल-एससीओएचा भाग म्हणून) किंवा इतर केटो ऍसिडचे कार्बन डायऑक्साइडमध्ये ऑक्सीकरण. पूर्ण चक्र प्रतिक्रिया 1 रेणूच्या निर्मितीसह असतात GTP(जे एका ATP च्या समतुल्य आहे), 3 रेणू NADHआणि 1 रेणू FADN 2.

4. ऑक्सिडेटिव्ह फॉस्फोरिलेशन (जैविक ऑक्सिडेशनचा टप्पा 3) - NADH आणि FADH 2 ऑक्सिडाइझ केले जातात, ग्लुकोज, एमिनो ऍसिड आणि फॅटी ऍसिडच्या अपचयच्या प्रतिक्रियांमध्ये प्राप्त होतात. त्याच वेळी, मायटोकॉन्ड्रियाच्या आतील पडद्यावरील श्वसन शृंखलाचे एन्झाईम्स तयार होतात. मोठेसेलचे भाग एटीपी.

एटीपीचे संश्लेषण करण्याचे दोन मार्ग

सेलमध्ये एटीपी मिळविण्याचा मुख्य मार्ग म्हणजे ऑक्सिडेटिव्ह फॉस्फोरिलेशन, जे माइटोकॉन्ड्रियाच्या आतील झिल्लीच्या संरचनेत उद्भवते. त्याच वेळी, ग्लायकोलिसिस, टीसीए आणि फॅटी ऍसिड ऑक्सिडेशनमध्ये तयार झालेल्या NADH आणि FADH 2 रेणूंच्या हायड्रोजन अणूंची ऊर्जा ATP बाँडच्या ऊर्जेत रूपांतरित होते.

तथापि, ADP ते ATP च्या फॉस्फोरिलेशनचा आणखी एक मार्ग आहे - सब्सट्रेट फॉस्फोरिलेशन. ही पद्धत मॅक्रोएर्जिक फॉस्फेट किंवा पदार्थ (सबस्ट्रेट) च्या मॅक्रोएर्जिक बाँडची उर्जा ADP मध्ये हस्तांतरित करण्याशी संबंधित आहे. या पदार्थांमध्ये ग्लायकोलिसिसच्या चयापचयांचा समावेश होतो ( 1,3-डिफॉस्फोग्लिसरिक ऍसिड, phosphoenolpyruvate), ट्रायकार्बोक्झिलिक ऍसिड सायकल ( succinyl-SCoA) आणि क्रिएटिन फॉस्फेट. त्यांच्या मॅक्रोएर्जिक बाँडच्या हायड्रोलिसिसची ऊर्जा ATP मध्ये 7.3 kcal/mol पेक्षा जास्त आहे आणि ADP रेणूच्या फॉस्फोरिलेशनसाठी ATP मध्ये या उर्जेचा वापर करण्यासाठी या पदार्थांची भूमिका कमी केली जाते.

जिवंत पेशीची ऊर्जा

सजीव आणि निर्जीव निसर्गातील फरक निर्धारित करणाऱ्या मुख्य प्रक्रिया सेल्युलर स्तरावर घडतात. इलेक्ट्रॉनची हालचाल सजीव सेलमधील ऊर्जा परिवर्तन आणि हस्तांतरणामध्ये निर्णायक भूमिका बजावते. परंतु ऊर्जा कोणत्याही प्रकारे स्वतः पेशींमध्ये उद्भवत नाही: ती बाहेरून येते. विशेष आण्विक यंत्रणा केवळ हजारो वेळा त्याची हालचाल मंद करतात, ज्यामुळे इतर रेणू पेशीसाठी उपयुक्त कार्य करण्यासाठी अंशतः या उर्जेचा वापर करू शकतात. खर्च न केलेली ऊर्जा उष्णतेच्या स्वरूपात बाह्य वातावरणात जाते. तात्याना वासिलिव्हना पोटापोवा, N.I. मधील प्रमुख संशोधक. ए.एन. बेलोझर्स्की, डॉक्टर ऑफ बायोलॉजिकल सायन्सेस.

सूर्याची मुले

हे विश्व ऊर्जेने भरलेले आहे, परंतु त्यातील काही प्रकारच सजीवांसाठी योग्य आहेत. आपल्या ग्रहावरील बहुसंख्य जैविक प्रक्रियांसाठी उर्जेचा मुख्य स्त्रोत सूर्यप्रकाश आहे.

सेल हे जीवनाचे मूलभूत एकक आहे, ते सतत त्याची रचना टिकवून ठेवण्यासाठी कार्य करते, आणि म्हणून त्याला मुक्त उर्जेचा सतत पुरवठा आवश्यक असतो. तांत्रिकदृष्ट्या, अशा समस्येचे निराकरण करणे तिच्यासाठी सोपे नाही, कारण जिवंत पेशीने सौम्य जलीय माध्यमात स्थिर (आणि त्यापेक्षा कमी) तापमानात ऊर्जा वापरली पाहिजे. उत्क्रांतीच्या काळात, कोट्यवधी वर्षांमध्ये, अतिशय सौम्य परिस्थितीत असामान्य कार्यक्षमतेने कार्य करू शकणार्‍या मोहक आणि परिपूर्ण आण्विक यंत्रणा तयार झाल्या आहेत. परिणामी, सेल्युलर उर्जेची कार्यक्षमता मानवाने शोधलेल्या कोणत्याही अभियांत्रिकी उपकरणांपेक्षा खूप जास्त आहे.

सेल्युलर एनर्जी ट्रान्सफॉर्मर हे जैविक झिल्लीमध्ये एम्बेड केलेल्या विशेष प्रथिनांचे कॉम्प्लेक्स आहेत. मुक्त ऊर्जा बाहेरून थेट प्रकाश क्वांटासह (प्रकाशसंश्लेषणादरम्यान) सेलमध्ये प्रवेश करते किंवा वातावरणातील ऑक्सिजनसह अन्न उत्पादनांच्या ऑक्सिडेशनच्या परिणामी (श्वासोच्छवासाच्या वेळी) ते इलेक्ट्रॉनची हालचाल सुरू करते याची पर्वा न करता. परिणामी, एडेनोसिन ट्रायफॉस्फेट (एटीपी) चे रेणू तयार होतात आणि जैविक झिल्लीतील इलेक्ट्रोकेमिकल क्षमतांमध्ये फरक वाढतो.

एटीपी आणि झिल्ली क्षमता हे सर्व प्रकारच्या इंट्रासेल्युलर कार्यासाठी उर्जेचे दोन तुलनेने स्थिर स्त्रोत आहेत. लक्षात ठेवा की एडेनोसाइन ट्रायफॉस्फेट रेणू एक अतिशय मौल्यवान उत्क्रांती संपादन आहे. बाह्य स्रोतातून मिळवलेली ऊर्जा फॉस्फेट गटांमधील "उच्च-ऊर्जा बंध" च्या स्वरूपात साठवली जाते. एटीपी अतिशय स्वेच्छेने त्याचे फॉस्फेट गट एकतर पाणी किंवा इतर रेणूंना दान करते, म्हणून रासायनिक उर्जेच्या हस्तांतरणासाठी ते एक अपरिहार्य मध्यस्थ आहे.

विद्युत घटना

सेल्युलर ऊर्जा मध्ये

एटीपी तयार करण्याची यंत्रणा अनेक वर्षांपासून एक गूढच राहिली, जोपर्यंत ही प्रक्रिया मूलत: विद्युतीय आहे हे कळले नाही. दोन्ही प्रकरणांमध्ये: श्वासोच्छवासाच्या साखळीसाठी (ऑक्सिजनसह सब्सट्रेट्सचे ऑक्सिडेशन पार पाडणारा प्रथिनांचा संच) आणि तत्सम प्रकाशसंश्लेषण कॅस्केडसाठी, प्रथिने विसर्जित केलेल्या पडद्याद्वारे प्रोटॉन प्रवाह तयार केला जातो. प्रवाह एटीपीच्या संश्लेषणासाठी ऊर्जा प्रदान करतात आणि काही प्रकारच्या कामांसाठी ऊर्जा स्त्रोत म्हणून देखील काम करतात. आधुनिक बायोएनर्जीमध्ये, एटीपी आणि प्रोटॉन करंट (अधिक तंतोतंत, प्रोटॉन संभाव्य) पर्यायी आणि परस्पर परिवर्तनीय ऊर्जा चलनांचा विचार करण्याची प्रथा आहे. काही वैशिष्ट्यांचे पैसे एका चलनात दिले जातात, काही दुसऱ्या चलनात.

© T.V. पोटापोवा

XX शतकाच्या मध्यापर्यंत. बायोकेमिस्टना हे निश्चितपणे माहित होते की जीवाणू आणि माइटोकॉन्ड्रियामध्ये, इलेक्ट्रॉन कमी करण्यायोग्य सब्सट्रेट्समधून ऑक्सिजनमध्ये श्वासोच्छवासाच्या साखळी नावाच्या इलेक्ट्रॉन वाहकांच्या कॅस्केडद्वारे हलतात. इलेक्ट्रॉन ट्रान्सफर आणि एटीपी संश्लेषण कसे जोडले जाते हे रहस्य होते. 10 वर्षांहून अधिक काळ, रहस्य शोधण्याची आशा पुन्हा भडकली आणि धुसर झाली. निर्णायक भूमिका तांत्रिक अडचणींवर मात करून नव्हे तर वैचारिक विकासाद्वारे खेळली गेली. संयोग तत्त्वतः रासायनिक नसून विद्युतीय असल्याचे दिसून आले. 1961 मध्ये, इंग्लिश शास्त्रज्ञ पी. मिशेल यांनी "नेचर" जर्नलमध्ये शतकातील जैवरासायनिक रहस्य: केमिओस्मोटिक हायपोथिसिस सोडवण्यासाठी एक मूलगामी कल्पना प्रकाशित केली. मिशेलची कल्पना खरोखरच क्रांतिकारी प्रतिमान बदल, संकल्पनात्मक चौकटीचे परिवर्तन आणि सुरुवातीला वादग्रस्त होती.

1966 मध्ये, मिशेलने त्यांचे पहिले पुस्तक लिहिले, केमिओस्मोटिक कपलिंग इन ऑक्सिडेटिव्ह आणि फोटोसिंथेटिक फॉस्फोरिलेशन. त्याच वर्षी, रशियन शास्त्रज्ञ, जैवभौतिकशास्त्रज्ञ ई. लिबरमन आणि बायोकेमिस्ट व्ही. स्कुलाचेव्ह यांनी मिशेलच्या अचूकतेची प्रायोगिकरित्या पुष्टी कशी करायची हे शोधून काढले. जैविक झिल्लीमध्ये प्रवेश करणार्‍या कृत्रिम आयनांच्या मदतीने, त्यांनी श्वासोच्छ्वास आणि फॉस्फोरिलेशन खरोखर प्रोटॉन संभाव्यतेद्वारे जोडलेले आहेत हे दाखवून दिले. A. Bulychev, V. Andrianov, G. Kurella, आणि F. Litvin, मॉस्को स्टेट युनिव्हर्सिटीच्या बायोलॉजिकल फॅकल्टीचे बायोफिजिस्ट, यांनी मिशेलच्या समर्थनार्थ आणखी एक गंभीर पाऊल उचलले. मायक्रोइलेक्ट्रोड्सचा वापर करून, जेव्हा मोठ्या क्लोरोप्लास्ट प्रकाशित होतात तेव्हा त्यांनी ट्रान्समेम्ब्रेन इलेक्ट्रिक संभाव्य फरकाची निर्मिती नोंदवली.

जगभरातील विविध प्रयोगशाळांमध्ये आणखी काही वर्षांचे विवाद आणि बारकाईने तपासण्या - आणि मिशेलच्या कल्पनांना अखेर मान्यता मिळाली. त्याला रॉयल सोसायटी ऑफ ग्रेट ब्रिटनमध्ये दाखल करण्यात आले (आणि त्यानुसार, सर बनले), त्यांना अनेक प्रतिष्ठित आंतरराष्ट्रीय पुरस्कार मिळाले आणि 1978 मध्ये त्यांना नोबेल पारितोषिक देण्यात आले, जे परंपरेच्या विरूद्ध, यावेळी शोधासाठी दिले गेले नाही. एक नवीन घटना, परंतु त्याच्या अस्तित्वाचा अंदाज लावण्यासाठी.

इलेक्ट्रॉन वाहतूक साखळी केवळ पडद्याशीच जोडलेली नाही, तर त्यात अशा प्रकारे विणली गेली की जेव्हा एखादा इलेक्ट्रॉन थरातून ऑक्सिजनकडे जातो तेव्हा प्रोटो-

आम्ही आतील पृष्ठभागापासून बाहेरील बाजूस जातो. पडदा एक बंद बुडबुडा बनवतो जो प्रोटॉन चांगल्या प्रकारे पार करत नाही, म्हणून, प्रोटॉन्स "बाहेर काढणे" परिणामी, पडद्याद्वारे संभाव्य फरक निर्माण होतो: आतमध्ये विद्युत नकारात्मकता. त्याच वेळी, पीएच वाढते: बबलच्या आत असलेले माध्यम अल्कधर्मी बनते. बाहेरील प्रोटॉन हे आतील पेक्षा जास्त इलेक्ट्रोकेमिकल क्षमतेवर असतात, जणू विद्युत क्षमता आणि pH ग्रेडियंट या दोन्हींकडून "दबाव" अंतर्गत, जे प्रोटॉनला पडद्याद्वारे परत बबलमध्ये ढकलतात. सजीव पेशी अशा प्रोटॉनची ऊर्जा विविध प्रकारची कार्ये करण्यासाठी वापरते.

प्रथिनांच्या क्ष-किरण विवर्तन विश्लेषणातील उल्लेखनीय प्रगतीमुळे श्वसन शृंखला बनवणाऱ्या वैयक्तिक प्रोटीन कॉम्प्लेक्सची संपूर्ण अवकाशीय संरचना पाहणे शक्य झाले आहे. माइटोकॉन्ड्रियल झिल्लीमध्ये स्थानिकीकृत इलेक्ट्रॉन ट्रान्सपोर्ट चेन प्रथिने इलेक्ट्रॉन प्राप्त करून आणि दान करून त्यांचे शोषण स्पेक्ट्रम बदलू शकतात. मायक्रोस्पेक्ट्रल पद्धतींमुळे प्रथिनांच्या साखळीसह इलेक्ट्रॉन हस्तांतरणाचा क्रम शोधणे आणि एटीपी संश्लेषणासाठी इलेक्ट्रॉनच्या मुक्त ऊर्जेचा भाग नेमका कोणत्या ठिकाणी वापरला जातो हे शोधणे शक्य होते.

मिशेलच्या कल्पनेनुसार, माइटोकॉन्ड्रियल झिल्लीमध्ये एडीपी आणि फॉस्फेटमधून एटीपीचे संश्लेषण करण्यासाठी विद्युत ऊर्जा वापरली जाते. म्हणून, जर झिल्ली ओलांडून संभाव्य फरक काढून टाकला गेला तर असे मानले जाऊ शकते की संश्लेषण थांबेल. तंतोतंत हा प्रभाव विशेष संश्लेषित आयन वापरून कृत्रिम झिल्लीवरील प्रयोगांमध्ये दर्शविला गेला, ज्यामुळे प्रोटॉनसाठी पडदा चालकता झपाट्याने वाढते. १

मिशेल गृहीतकांच्या शुद्धतेचा पहिला प्रायोगिक पुरावा आपल्या देशात | 1970 च्या निर्देशानुसार ई.ए. लिबरमन* आणि व्ही.पी. स्कुलाचेव्ह. सिंथेटिक आयन I झिल्लीवरील विद्युत क्षेत्रातील बदलांचे सूचक म्हणून वापरले जात होते, त्यांच्या स्वभावात आणि चार्जच्या चिन्हात भिन्नता, परंतु एका गोष्टीत समान: | ते सर्व फॉस्फोलिपिड फिल्ममधून सहजपणे प्रवेश करतात. अनेक प्रयत्नांनंतर = खालील मोहक प्रायोगिक मॉडेल विकसित केले आहे.

सेंद्रिय सॉल्व्हेंटमध्ये विरघळलेल्या फॉस्फोलिपिड्सचा एक थेंब टेफ्लॉन प्लेटच्या एका लहान छिद्रात आणला जातो आणि तो त्वरित एका सपाट द्विमोलेक्युलर फिल्मने झाकलेला असतो - एक कृत्रिम पडदा. कृत्रिम झिल्ली असलेली टेफ्लॉन प्लेट इलेक्ट्रोलाइट असलेल्या भांड्यात बुडविली जाते आणि प्रत्येकामध्ये स्वतःचे मोजमाप करणारे इलेक्ट्रोडसह दोन कंपार्टमेंटमध्ये विभाजित केले जाते. कृत्रिम झिल्लीमध्ये वीज निर्माण करण्यास सक्षम प्रथिने तयार करणे आणि इलेक्ट्रोलाइटमध्ये भेदक आयन जोडणे बाकी आहे. नंतर प्रथिने जनरेटरचे ऑपरेशन, जे संपूर्ण पडद्यावरील संभाव्य फरक बदलते, फॉस्फोलिपिड फिल्मद्वारे भेदक आयनांच्या हालचालीस कारणीभूत ठरेल, जे कंपार्टमेंटमधील संभाव्य फरकामध्ये बदल म्हणून नोंदवले जाईल.

एक आणखी खात्रीशीर प्रायोगिक मॉडेल, जे सेल ऑर्गेनेल्स आणि वैयक्तिक प्रथिनेद्वारे व्युत्पन्न केलेल्या विद्युत प्रवाहाचे थेट मोजमाप करण्यास अनुमती देते, एल.ए. ने विकसित केले आणि यशस्वीरित्या वापरले. ड्राचेव्ह, ए.ए. कौलेन आणि व्ही.पी. स्कुलाचेव्ह. विद्युत प्रवाह निर्माण करणारे कण (माइटोकॉन्ड्रिया, बॅक्टेरियल क्रोमॅटोफोर्स किंवा वैयक्तिक प्रथिने अंतर्भूत असलेले लिपिड वेसिकल्स) सपाट कृत्रिम पडद्याला चिकटून राहण्यास भाग पाडले गेले. त्यानंतर, प्रकाशाच्या फ्लॅशच्या प्रतिसादात जनरेटर रेणूंनी तयार केलेला प्रोटॉन प्रवाह किंवा योग्य रासायनिक सब्सट्रेट्स कृत्रिम झिल्लीच्या दोन्ही बाजूंच्या इलेक्ट्रोड्सचे मोजमाप करून थेट शोधले गेले.

1973 मध्ये डब्ल्यू. स्टॉकेनियस आणि डी. ऑस्टरहेल्ट

यूएसए मधील 0 ला व्हायलेट-जे च्या पडद्यामध्ये एक असामान्य प्रकाश-संवेदनशील प्रथिने सापडली: मीठ तलावांमध्ये राहणारे जीवाणू

कॅलिफोर्नियाच्या वाळवंटातील 1 रा. हे प्रथिन, § प्राण्यांच्या डोळ्याच्या व्हिज्युअल रंगद्रव्याप्रमाणे - रोडोपसिन, व्हिटॅमिन ए - रेटिनलचे व्युत्पन्न होते, ज्यासाठी त्याचे नाव बॅक्टेरियोहोडोप्सिन होते. रेकर आणि स्टॉकेनियस या अमेरिकन शास्त्रज्ञांनी उर्जा संयुगात बॅक्टेरियोहो-जी डॉप्सिनचा सहभाग सुरेखपणे दाखवला. मॉडेल फॉस्फोलिपिड झिल्लीमध्ये = ATP सिंथेससह व्हायलेट बॅक्टेरियाचे नवीन शोधलेले प्रकाश-संवेदन प्रथिने एकत्र करून, त्यांनी प्रकाश चालू केल्यावर ATP संश्लेषित करण्यास सक्षम आण्विक जोड प्राप्त केले.

1973 च्या शेवटी शिक्षणतज्ज्ञ यु.ए. ओव्हचिनिकोव्ह यांनी प्राणी आणि बॅक्टेरियाच्या प्रकाशसंवेदनशील रंगद्रव्यांच्या तुलनात्मक अभ्यासासाठी "रोडोपसिन" प्रकल्प आयोजित केला. व्ही.पी.च्या प्रयोगशाळेत प्रकल्पाच्या चौकटीत. मॉस्को स्टेट युनिव्हर्सिटीमधील स्कुलाचेव्ह यांनी कृत्रिम पडद्यावरील मॉडेल प्रयोगांमध्ये हे सिद्ध केले की बॅक्टेरियोहोडोप्सिन हे विद्युत प्रवाहाचे प्रथिने जनरेटर आहे. अंगभूत