ऑक्सिजन

ऑक्सिजन: जीवन देणारी गरज

आणि "बुद्धिमान किलर"

जीवनाची गरज म्हणून ऑक्सिजन

ऑक्सिजन हा शरीरातील सर्वात महत्वाचा पदार्थ आहे, जो मानव आणि प्राण्यांच्या जीवनासाठी पूर्णपणे आवश्यक आहे. ऑक्सिजन हा सर्व पेशींसाठी जीवनाचा स्त्रोत आहे. त्याशिवाय आपण काही मिनिटेही जगू शकत नाही. पेशींमध्ये ऊर्जा निर्मितीसाठी ऑक्सिजन प्रामुख्याने आवश्यक आहे. हे माइटोकॉन्ड्रियाच्या आतील झिल्लीतील तथाकथित श्वसन शृंखलामध्ये उद्भवते. येथेच सार्वत्रिक ऊर्जा रेणू एटीपीची मुख्य रचना तयार होते. ऑक्सिजनशिवाय ऊर्जा नसते आणि ऊर्जेशिवाय कोणतेही कार्य शक्य नाही, मग ते जैवरासायनिक किंवा स्नायूंनी केले जाते.

पेशींना ऊर्जा कशी मिळते

डॉ.ओटो वॉरबर्ग यांना दोनदा पुरस्कार मिळाला होता नोबेल पारितोषिकत्याच्या संशोधनासाठी महान महत्वसेल जीवनात ऑक्सिजन. थोडक्यात, त्याचे निष्कर्ष खालीलप्रमाणे आहेत.

निरोगी पेशी अन्नातून शोषलेल्या कार्बोहायड्रेट्सचे ग्लुकोजमध्ये विघटन करतात. ग्लुकोज शरीराद्वारे साठवले जाते. जेव्हा पेशींना ऊर्जेची गरज असते, तेव्हा ते रासायनिक अभिक्रियांच्या साखळीद्वारे ग्लुकोजचे विघटन करतात, ज्याच्या शेवटच्या टप्प्यात ऑक्सिजनची आवश्यकता असते. यामुळे ऊर्जा निर्माण होते, जी एटीपी, पेशींच्या ऊर्जा रेणूच्या स्वरूपात साठवली जाते.

श्वासोच्छवासाच्या दरम्यान, ऑक्सिजन फुफ्फुसात प्रवेश करतो, जिथे तो रक्तामध्ये शोषला जातो आणि शरीरातील अब्जावधी पेशींमध्ये पोहोचतो. लाल रक्तपेशींमध्ये वाहक हिमोग्लोबिन आहे. पेशींमध्ये पोहोचणारा ऑक्सिजन एटीपी, उष्णता आणि पाण्याच्या निर्मितीसह अंतर्भूत अन्नाच्या परिवर्तनावर खर्च केला जातो. कसे

आपली उष्णता किंवा ऊर्जेची गरज जितकी जास्त तितकेच ऑक्सिजनचे शोषण अधिक तीव्र असते.

पोषक घटक शरीराच्या उर्जा उत्पादनासाठी इंधन देतात आणि ऑक्सिजन ते इंधन जाळतात. या ज्वलन प्रक्रियेला ऑक्सिडेशन म्हणतात, आणि इंधन प्रामुख्याने कर्बोदकांमधे असते, जे ऑक्सिजनच्या सहभागाने ऑक्सिडाइझ (बर्न) होते. म्हणूनच पेशींना ऑक्सिजनचा सतत आणि पुरेसा पुरवठा आवश्यक असतो. केवळ या प्रकरणात ते सामान्यपणे कार्य करतील, निरोगी राहतील आणि शरीराला ऊर्जा पुरवतील.

रक्त हे तीन मुख्य घटकांचे बनलेले असते: प्लाझ्मा, लाल रक्तपेशी आणि पांढऱ्या रक्त पेशी. प्लाझ्मामध्ये पेशींसाठी आवश्यक असलेले सर्व पदार्थ असतात, विशेषत: ऑक्सिजन. तथापि, मानवी शरीराच्या पेशी, माशांच्या विपरीत, ज्यासाठी रक्त प्लाझ्माचा अनबाउंड ऑक्सिजन जगण्यासाठी पुरेसा आहे, त्यांना प्लाझ्मा वितरित करू शकतील त्यापेक्षा जास्त ऑक्सिजन आवश्यक आहे. रेड्स ही गरज पूर्ण करतात. रक्त पेशी, जे तंतोतंत महत्वाचे आहेत कारण ते शरीराच्या विविध ऊतींमध्ये मोठ्या प्रमाणात ऑक्सिजन वाहतूक करू शकतात.

तथापि, हे जाणून घेणे महत्वाचे आहे की लाल रक्तपेशी प्लाझ्मामधून ऑक्सिजन घेतात, ते केशिकामध्ये हस्तांतरित करतात, जिथे ऑक्सिजन प्लाझ्माला दिला जातो आणि पेशींमध्ये होणार्‍या चयापचय प्रक्रियेत वापरण्यासाठी सेल झिल्लीद्वारे वाहून नेले जाते. त्यामुळे प्लाझ्मामधील ऑक्सिजनचे प्रमाण वाढवता आले तर पेशींपर्यंत ऑक्सिजन पोहोचण्याचे प्रमाणही वाढेल असे गृहीत धरणे तर्कसंगत आहे.

पेशींच्या पडद्याद्वारे पेशींमध्ये ऑक्सिजनच्या सामान्य वाहतुकीसाठी, बाह्य द्रवपदार्थात विशिष्ट वातावरण आवश्यक आहे. शरीर त्याची रचना उच्च परिशुद्धतेसह नियंत्रित करते. या वातावरणात द्रव, खनिजे आणि इलेक्ट्रोलाइट्स, पीएच, प्रथिने यांचे आवश्यक संतुलन असणे आवश्यक आहे. ऑस्मोटिक दबावइत्यादी, आणि पेशींमध्ये ऑक्सिजनचे हस्तांतरण सुलभ करण्यासाठी विषारी चयापचयांपासून देखील मुक्त केले जावे. पेशीबाह्य द्रवपदार्थातील या समतोलाचे विविध गडबड होते ऑक्सिजन उपासमारपेशी हे बहुतेक रोगांचे कारण आहे.

सजीवांची कोणतीही मालमत्ता आणि जीवनाचे कोणतेही प्रकटीकरण विशिष्ट गोष्टींशी संबंधित आहे रासायनिक प्रतिक्रियापिंजऱ्यात या प्रतिक्रिया एकतर खर्चासह किंवा उर्जेच्या प्रकाशनासह होतात. पेशींमध्ये तसेच शरीरातील पदार्थांच्या परिवर्तनाच्या प्रक्रियेच्या संपूर्ण संचाला चयापचय म्हणतात.

अॅनाबोलिझम

सेल त्याची स्थिरता राखते अंतर्गत वातावरण, होमिओस्टॅसिस म्हणतात. हे करण्यासाठी, ते त्याच्या अनुवांशिक माहितीनुसार पदार्थांचे संश्लेषण करते.

तांदूळ. 1. चयापचय योजना.

चयापचयचा हा भाग, ज्या दरम्यान दिलेल्या सेलचे वैशिष्ट्यपूर्ण उच्च-आण्विक संयुगे तयार केले जातात, त्याला प्लास्टिक चयापचय (एकीकरण, अॅनाबोलिझम) म्हणतात.

अॅनाबॉलिक प्रतिक्रियांमध्ये हे समाविष्ट आहे:

• amino ऍसिडस् पासून प्रथिने संश्लेषण;
• ग्लुकोजपासून स्टार्च तयार करणे;
• प्रकाशसंश्लेषण;
• ग्लिसरॉलपासून चरबीचे संश्लेषण आणि चरबीयुक्त आम्ल.

या प्रतिक्रिया केवळ उर्जेच्या खर्चानेच शक्य आहेत. जर बाह्य (प्रकाश) ऊर्जा प्रकाशसंश्लेषणासाठी खर्च केली जाते, तर उर्वरित - सेलची संसाधने.

शीर्ष 4 लेखजे यासोबत वाचत आहेत

रासायनिक बंधांमध्ये साठवलेल्या ऊर्जापेक्षा आत्मसात करण्यावर खर्च होणारी ऊर्जा जास्त असते, कारण त्याचा काही भाग प्रक्रियेचे नियमन करण्यासाठी वापरला जातो.

अपचय

सेलमधील चयापचय आणि ऊर्जा रूपांतरणाची दुसरी बाजू आहे ऊर्जा चयापचय(विसर्जन, अपचय).

कॅटाबॉलिक प्रतिक्रिया उर्जेच्या प्रकाशनासह असतात.
या प्रक्रियेमध्ये हे समाविष्ट आहे:

• श्वास;
• पॉलिसेकेराइड्सचे मोनोसॅकेराइड्समध्ये विघटन;
• फॅटी ऍसिड आणि ग्लिसरॉलमध्ये चरबीचे विघटन आणि इतर प्रतिक्रिया.

तांदूळ. 2. सेलमधील कॅटाबॉलिक प्रक्रिया.

विनिमय प्रक्रियांचा परस्पर संबंध

सेलमधील सर्व प्रक्रिया एकमेकांशी, तसेच इतर पेशी आणि अवयवांमधील प्रक्रियांशी जवळून संबंधित आहेत. परिवर्तने सेंद्रिय पदार्थअजैविक ऍसिडस्, मॅक्रो- आणि सूक्ष्म घटकांच्या उपस्थितीवर अवलंबून असतात.

अपचय आणि अॅनाबोलिझमच्या प्रक्रिया पेशीमध्ये एकाच वेळी घडतात आणि चयापचयचे दोन विरोधी घटक आहेत.

चयापचय प्रक्रिया विशिष्ट पेशी संरचनांशी संबंधित आहेत:

• श्वास- माइटोकॉन्ड्रियासह;
• प्रथिने संश्लेषण- ribosomes सह;
• प्रकाशसंश्लेषण- क्लोरोप्लास्टसह.

सेल वैयक्तिक रासायनिक प्रक्रियांद्वारे नाही तर ते ज्या नियमित क्रमाने घडतात त्याद्वारे दर्शविले जाते. चयापचय नियामक एंजाइम प्रथिने आहेत जे प्रतिक्रिया देतात आणि त्यांची तीव्रता बदलतात.

एटीपी

एडेनोसिन ट्रायफॉस्फोरिक ऍसिड (एटीपी) चयापचय मध्ये एक विशेष भूमिका बजावते. हे एक संक्षिप्त रासायनिक ऊर्जा साठवण यंत्र आहे जे फ्यूजन प्रतिक्रियांसाठी वापरले जाते.

तांदूळ. 3. एटीपीच्या संरचनेची योजना आणि त्याचे एडीपीमध्ये रूपांतर.

त्याच्या अस्थिरतेमुळे, एटीपी रिलीझसह एडीपी आणि एएमपी (डाय- आणि मोनोफॉस्फेट) चे रेणू बनवते. मोठ्या प्रमाणातआत्मसात करण्याच्या प्रक्रियेसाठी ऊर्जा.

कॅटाबॉलिक अभिक्रियांमध्ये सोडलेली ऊर्जा बॉण्ड्स नावाच्या स्वरूपात साठवली जाते macroergic. ऊर्जा साठवणारे मुख्य आणि सार्वत्रिक रेणू म्हणजे ATP.

शरीरातील सर्व ATP रेणू सतत कोणत्या ना कोणत्या प्रतिक्रियेत भाग घेतात, सतत ADP मध्ये मोडतात आणि पुन्हा निर्माण होतात. एटीपी वापरण्याचे तीन मुख्य मार्ग आहेत, ज्याला एएफ तयार करण्याच्या प्रक्रियेसह, एटीपी सायकल म्हणतात.

सेलमधील ऊर्जेचे मुख्य स्त्रोत

सेलमध्ये चार मुख्य प्रक्रिया आहेत ज्यातून ऊर्जा सोडली जाते रासायनिक बंधपदार्थांचे ऑक्सीकरण आणि त्याचे संचयन दरम्यान:

1. ग्लायकोलिसिस (टप्पा 2) - ग्लुकोजच्या रेणूचे दोन रेणूंमध्ये ऑक्सीकरण पायरुविक ऍसिड, हे ATP आणि NADH चे 2 रेणू तयार करते. पुढे, पायरुविक ऍसिडचे एरोबिक परिस्थितीत एसिटाइल-एससीओएमध्ये आणि ऍनारोबिक परिस्थितीत लैक्टिक ऍसिडमध्ये रूपांतर होते.

2. फॅटी ऍसिडचे β-ऑक्सिडेशन (स्टेज 2) - फॅटी ऍसिडचे एसिटाइल-एससीओएमध्ये ऑक्सीकरण, येथे NADH आणि FADH2 रेणू तयार होतात. एटीपी रेणू शुद्ध स्वरूप"बनत नाही.

3. Tricarboxylic ऍसिड सायकल(टीसीए सायकल, स्टेज 3) – एसिटाइल ग्रुपचे ऑक्सिडेशन (एसिटाइल-एससीओएचा भाग म्हणून) किंवा इतर केटो अॅसिड कार्बन डाय ऑक्साइड. प्रतिक्रिया पूर्ण चक्रसह-

GTP चे 1 रेणू (जे एका ATP च्या समतुल्य आहे), NADH चे 3 रेणू आणि FADH2 चे 1 रेणू तयार होतात.

4. ऑक्सिडेटिव्ह फॉस्फोरिलेशन(3रा टप्पा) - NADH आणि FADH 2 ऑक्सिडाइज्ड, अर्ध-

ग्लुकोज आणि फॅटी ऍसिडच्या अपचय प्रतिक्रियांमध्ये सामील आहे. त्याच वेळी, enzymes आतील पडदामाइटोकॉन्ड्रिया ADP मधून सेल्युलर एटीपीच्या मुख्य प्रमाणात निर्मिती सुनिश्चित करते ( फॉस्फोरिलेशन).

सेलमध्ये एटीपी तयार करण्याचा मुख्य मार्ग म्हणजे ऑक्सिडेटिव्ह फॉस्फोरिलेशन. तथापि, ADP ते ATP फॉस्फोरिलेट करण्याचा आणखी एक मार्ग आहे - सब्सट्रेट फॉस्फोरिलेशन. ही पद्धत उच्च-ऊर्जा फॉस्फेट किंवा उच्च-ऊर्जा बाँड ऊर्जा कोणत्याही पदार्थाच्या (सबस्ट्रेट) ADP मध्ये हस्तांतरणाशी संबंधित आहे. अशा पदार्थांचा समावेश होतो

ग्लायकोलिसिसचे चयापचय(1,3-डिफॉस्फोग्लिसरिक ऍसिड, फॉस्फोनॉलपायरुवेट),

tricarboxylic ऍसिड सायकल (succinyl-SCoA) क्रिएटिन फॉस्फेट. त्यांच्या उच्च-ऊर्जा बाँडच्या हायड्रोलिसिसची ऊर्जा ATP (7.3 kcal/mol) पेक्षा जास्त आहे आणि ADP च्या फॉस्फोरिलेशनसाठी वापरण्यासाठी या पदार्थांची भूमिका कमी केली जाते.

पेशीमध्ये चयापचय कसा होतो हे समजून घेतल्याशिवाय मानवी शरीराची रचना आणि "कार्य" कसे होते हे समजणे अशक्य आहे. प्रत्येक जिवंत पेशीसतत ऊर्जा निर्माण करणे आवश्यक आहे. तिला उष्णता निर्माण करण्यासाठी आणि प्रथिने किंवा आनुवंशिक पदार्थांसारखी काही महत्वाची रसायने संश्लेषित (तयार) करण्यासाठी ऊर्जेची आवश्यकता असते. ऊर्जासेलला ते हलविण्यासाठी आवश्यक आहे. शरीराच्या पेशी, हालचाली करण्यास सक्षम असलेल्यांना स्नायू म्हणतात. ते संकुचित होऊ शकतात. हे आपले हात, पाय, हृदय आणि आतडे गतिमान करते. शेवटी, ऊर्जा निर्मितीसाठी आवश्यक आहे वीज: त्याबद्दल धन्यवाद, शरीराचे काही भाग इतरांशी “संवाद” करतात. आणि त्यांच्यातील कनेक्शन प्रामुख्याने तंत्रिका पेशींद्वारे प्रदान केले जाते.

पेशींना ऊर्जा कोठून मिळते? उत्तर आहे: ते त्यांना मदत करते एटीपी. मला समजावून सांगा. पेशी जळत आहेत पोषक, आणि विशिष्ट प्रमाणात ऊर्जा सोडली जाते. ते एक विशेष संश्लेषण करण्यासाठी वापरतात रासायनिक पदार्थ, जे त्यांना आवश्यक असलेली ऊर्जा जमा करते. या पदार्थाला म्हणतात एडेनोसिन ट्रायफॉस्फेट(एटीपी म्हणून संक्षिप्त). सेलमध्ये असलेला एटीपी रेणू तुटला की, त्यात साठवलेली ऊर्जा बाहेर पडते. या उर्जेबद्दल धन्यवाद, सेल उष्णता, विद्युत प्रवाह, रसायनांचे संश्लेषण किंवा हालचाली करू शकते. थोडक्यात, एटीपीसेलची संपूर्ण "यंत्रणा" सक्रिय करते.

सूक्ष्मदर्शकाच्या खाली घेतलेल्या ऊतींचे पातळ, टिंट केलेले वर्तुळ असे दिसते. पिट्यूटरी ग्रंथी- एक सेरेब्रल उपांग एक वाटाणा आकार. लाल, पिवळे, निळे, जांभळे ठिपके आणि ठिपके देह-रंगीत- हे केंद्रक असलेल्या पेशी. प्रत्येक प्रकारची पिट्यूटरी पेशी एक किंवा अधिक महत्त्वपूर्ण हार्मोन्स स्रावित करते.

आता पेशी ATP कसे मिळवतात याबद्दल अधिक तपशीलवार बोलूया. आम्हाला आधीच उत्तर माहित आहे. पेशीपोषक द्रव्ये जाळणे. ते हे दोन प्रकारे करू शकतात. प्रथम, ऑक्सिजनच्या अनुपस्थितीत कार्बोहायड्रेट्स, प्रामुख्याने ग्लुकोज, बर्न करा. हे एक पदार्थ तयार करते ज्याला रसायनशास्त्रज्ञ पायरुविक ऍसिड म्हणतात आणि कार्बोहायड्रेट ब्रेकडाउनच्या प्रक्रियेस ग्लायकोलिसिस म्हणतात. ग्लायकोलिसिसच्या परिणामी, खूप कमी एटीपी तयार होते: एका ग्लुकोज रेणूच्या विघटनासह केवळ दोन एटीपी रेणू तयार होतात. ग्लायकोलिसिस अकार्यक्षम आहे - ऊर्जा काढण्याचा हा सर्वात जुना प्रकार आहे. लक्षात ठेवा की जीवनाची उत्पत्ती पाण्यात झाली आहे, म्हणजेच अशा वातावरणात जिथे ऑक्सिजनची कमतरता आहे.

दुसरे म्हणजे, शरीराच्या पेशीऑक्सिजनच्या उपस्थितीत पायरुविक ऍसिड, चरबी आणि प्रथिने बर्न करा. या सर्व पदार्थांमध्ये कार्बन आणि हायड्रोजन असतात. या प्रकरणात, ज्वलन दोन टप्प्यात होते. प्रथम, सेल हायड्रोजन काढतो, नंतर लगेचच उर्वरित कार्बन फ्रेमचे विघटन करण्यास सुरवात करतो आणि कार्बन डायऑक्साइडपासून मुक्त होतो - याद्वारे पेशी आवरणत्याला बाहेर घेऊन जातो. दुस-या टप्प्यात, पोषक घटकांपासून काढलेले हायड्रोजन बर्न (ऑक्सिडाइज्ड) केले जाते. पाणी तयार होते आणि मोठ्या प्रमाणात ऊर्जा सोडली जाते. अनेक एटीपी रेणूंचे संश्लेषण करण्यासाठी पेशींमध्ये पुरेसे असते (उदाहरणार्थ, लैक्टिक ऍसिडच्या दोन रेणूंचे ऑक्सिडेशन, पायरुविक ऍसिड कमी करणारे उत्पादन, 36 एटीपी रेणू तयार करतात).

हे वर्णन कोरडे आणि अमूर्त वाटते. खरं तर, आपल्यापैकी प्रत्येकाने ऊर्जा निर्मितीची प्रक्रिया कशी होते हे पाहिले आहे. रॉकेट प्रक्षेपण बद्दल spaceports पासून दूरदर्शन अहवाल आठवते? हायड्रोजनचे ऑक्सिडेशन, म्हणजेच जेव्हा ते ऑक्सिजनमध्ये जाळले जाते तेव्हा... दरम्यान सोडल्या जाणार्‍या अविश्वसनीय उर्जेमुळे ते वरच्या दिशेने वाढतात.

हायड्रोजन जाळल्यावर बाहेर पडणाऱ्या प्रचंड ऊर्जेमुळे स्पेस रॉकेट टॉवरची उंची आकाशात झेपावते. शुद्ध ऑक्सिजन. हीच ऊर्जा आपल्या शरीरातील पेशींमध्ये जीवन टिकवून ठेवते. केवळ त्यांच्यामध्ये ऑक्सिडेशन प्रतिक्रिया टप्प्याटप्प्याने पुढे जाते. याव्यतिरिक्त, थर्मल आणि गतीज उर्जेऐवजी, आपल्या पेशी प्रथम सेल्युलर इंधन तयार करतात" - एटीपी.

त्यांच्या इंधन टाक्या द्रव हायड्रोजन आणि ऑक्सिजनने भरलेल्या आहेत. जेव्हा इंजिन सुरू होतात तेव्हा हायड्रोजनचे ऑक्सिडायझेशन सुरू होते आणि प्रचंड रॉकेट वेगाने आकाशात उडते. कदाचित हे अविश्वसनीय वाटेल, आणि तरीही: तीच ऊर्जा जी स्पेस रॉकेट आकाशाकडे घेऊन जाते तीच ऊर्जा आपल्या शरीराच्या पेशींमध्ये जीवनाला आधार देते.

त्याशिवाय पेशींमध्ये स्फोट होत नाही आणि ज्वालाचा एक आवरणही त्यांच्यातून फुटत नाही. ऑक्सिडेशन टप्प्याटप्प्याने होते आणि त्यामुळे थर्मल आणि गतिज ऊर्जेऐवजी एटीपी रेणू तयार होतात.