विषय
एरोबिक श्वसन, एनारोबिक श्वसन और किण्वन खाद्य स्रोतों से ऊर्जा का उत्पादन करने के लिए जीवित कोशिकाओं के लिए तरीके हैं। जबकि सभी जीवित जीव ऊर्जा उत्पादन के लिए इन प्रक्रियाओं में से एक या अधिक करते हैं, केवल जीवों का एक चयनित समूह सूर्य के प्रकाश से प्रकाश संश्लेषण द्वारा भोजन का उत्पादन करने में सक्षम होता है। हालांकि, इन जीवों में भी, उत्पादित भोजन सेलुलर श्वसन के माध्यम से सेलुलर ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है। किण्वन मार्गों के माध्यम से एरोबिक श्वसन की एक विशिष्ट विशेषता ऑक्सीजन के लिए पूर्वापेक्षा और ग्लूकोज अणु प्रति बहुत अधिक ऊर्जा उपज है। किण्वन और एनारोबिक श्वसन ऑक्सीजन की अनुपस्थिति को साझा करते हैं, लेकिन एनारोबिक श्वसन एरोबिक श्वसन की तरह, ऊर्जा उत्पादन के लिए एक इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला का उपयोग करता है, जबकि किण्वन केवल जारी ग्लाइकोलाइसिस के लिए आवश्यक अणुओं को बिना किसी ऊर्जा उत्पादन के प्रदान करता है। अतिरिक्त।
ग्लाइकोलाइसिस
ग्लाइकोलाइसिस एक सार्वभौमिक मार्ग है जो कोशिकाओं के साइटोप्लाज्म में शुरू होता है ताकि ग्लूकोज को रासायनिक ऊर्जा में विभाजित किया जा सके। प्रत्येक ग्लूकोज अणु से निकली ऊर्जा का उपयोग एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (एटीपी) के दो अणुओं और एक अतिरिक्त एनएडीएच अणु के उत्पादन के लिए चार एडेनोसाइन डिपोस्फेट (एडीपी) अणुओं में से प्रत्येक को फॉस्फेट से जोड़ने के लिए किया जाता है। फॉस्फेट बांड में संग्रहीत ऊर्जा का उपयोग अन्य सेलुलर प्रतिक्रियाओं में किया जाता है और अक्सर सेल की "मुद्रा" ऊर्जा के रूप में सोचा जाता है। हालांकि, चूंकि ग्लाइकोलाइसिस को एटीपी के दो अणुओं से ऊर्जा की आपूर्ति की आवश्यकता होती है, इसलिए ग्लाइकोलाइसिस की शुद्ध उपज ग्लूकोज के अणु प्रति एटीपी के केवल दो अणु होते हैं। ग्लूकोलिसिस के दौरान ग्लूकोज स्वयं टूट जाता है, पाइरूवेट बन जाता है। ईंधन के अन्य स्रोत, जैसे वसा, को अन्य प्रक्रियाओं के माध्यम से चयापचय किया जाता है, उदाहरण के लिए, सर्पिल फैटी एसिड, फैटी एसिड के मामले में, ईंधन अणुओं का उत्पादन करने के लिए जो श्वास के दौरान विभिन्न बिंदुओं पर वायुमार्ग में प्रवेश कर सकते हैं।
एरोबिक श्वास
एरोबिक श्वसन ऑक्सीजन की उपस्थिति में होता है और इस प्रक्रिया को करने वाले जीवों के लिए अधिकांश ऊर्जा का उत्पादन करता है। इस प्रक्रिया में, ग्लाइकोलाइसिस के दौरान उत्पादित पाइरूवेट को साइट्रिक एसिड चक्र में प्रवेश करने से पहले एसिटाइल-कोएंजाइम ए (एसिटाइल-सीओए) में बदल दिया जाता है, जिसे क्रेब्स चक्र भी कहा जाता है। साइट्रिक एसिड चक्र के प्रारंभिक चरण में साइट्रिक एसिड का उत्पादन करने के लिए एसिटाइल-सीओए को ऑक्सालेट के साथ जोड़ा जाता है। बाद की श्रृंखला साइट्रिक एसिड को ऑक्सालेट में परिवर्तित करती है और एनएडीएच और एफएडीएच 2 नामक अणुओं के लिए परिवहन ऊर्जा का उत्पादन करती है। इन ऊर्जा अणुओं को इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला, या ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण में ले जाया जाता है, जहां वे एरोबिक सेलुलर श्वसन के दौरान उत्पादित अधिकांश एटीपी का उत्पादन करते हैं। क्रेब्स चक्र के दौरान कार्बन डाइऑक्साइड एक अपशिष्ट उत्पाद के रूप में उत्पादित किया जाता है, जबकि क्रेब्स चक्र के एक दौर द्वारा उत्पादित ऑक्सालेटेट को फिर से प्रक्रिया शुरू करने के लिए एक और एसिटाइल-सीओए के साथ जोड़ा जाता है। यूकेरियोटिक जीवों में, जैसे कि पौधे और जानवर, क्रेब्स चक्र और इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला माइटोकॉन्ड्रिया नामक एक विशेष संरचना में होते हैं, जबकि एरोबिक श्वसन में सक्षम बैक्टीरिया प्लाज्मा झिल्ली के साथ इन प्रक्रियाओं का संचालन करते हैं, क्योंकि उनके पास नहीं है। यूकेरियोटिक कोशिकाओं में पाए जाने वाले विशेष अंग। क्रेब्स चक्र का प्रत्येक मोड़ गाइनिन ट्राइफॉस्फेट (जीटीपी) के एक अणु का उत्पादन करने में सक्षम है, जिसे आसानी से एटीपी में परिवर्तित किया जाता है, और इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के माध्यम से एटीपी के अतिरिक्त 17 अणु। चूंकि ग्लाइकोलाइसिस क्रेब्स चक्र में उपयोग के लिए पाइरूवेट के दो अणुओं का उत्पादन करता है, ग्लाइकोलिसिस के दौरान उत्पादित दो एटीपी के अलावा, एरोबिक श्वसन के लिए कुल उपज ग्लूकोज के 36 एटीपी प्रति अणु है। इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के दौरान इलेक्ट्रॉनों के लिए टर्मिनल स्वीकर्ता ऑक्सीजन है।
किण्वन
अवायवीय श्वसन के साथ भ्रमित न होने के लिए, किण्वन कोशिकाओं के साइटोप्लाज्म के भीतर ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में होता है और पाइरूवेट को एक अपशिष्ट उत्पाद में परिवर्तित करता है, जिससे ग्लाइकोलाइसिस को जारी रखने के लिए आवश्यक अणुओं को चार्ज करने के लिए ऊर्जा का उत्पादन होता है। चूंकि ऊर्जा केवल ग्लाइकोलाइसिस के माध्यम से किण्वन के दौरान उत्पन्न होती है, प्रति ग्लूकोज अणु की कुल उपज दो एटीपी है। यद्यपि ऊर्जा उत्पादन एरोबिक श्वसन से काफी कम है, लेकिन किण्वन ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में ईंधन को ऊर्जा में परिवर्तित करने की अनुमति देता है। किण्वन के उदाहरणों में मनुष्यों और अन्य जानवरों में लैक्टिक एसिड की किण्वन और खमीर द्वारा इथेनॉल के किण्वन शामिल हैं। जब जीव फिर से एक एरोबिक राज्य में प्रवेश करता है या जीव से निकाल दिया जाता है, तो अपशिष्ट पुनर्नवीनीकरण किया जाता है।
अवायवीय श्वास
कुछ प्रोकैरियोट्स में पाए जाने वाले, एनारोबिक श्वसन एरोबिक श्वसन की तरह एक इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला का उपयोग करते हैं, लेकिन टर्मिनल इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता के रूप में ऑक्सीजन का उपयोग करने के बजाय, अन्य तत्वों का उपयोग किया जाता है। इन वैकल्पिक रिसेप्टर्स में नाइट्रेट, सल्फेट, सल्फर, कार्बन डाइऑक्साइड और अन्य अणु शामिल हैं। ये प्रक्रिया मिट्टी में पोषक तत्व चक्र के लिए महत्वपूर्ण योगदान है, साथ ही इन जीवों को इन जीवों द्वारा निर्जन क्षेत्रों का उपनिवेश करने की अनुमति है। ये जीव अनिवार्य एनारोबिस हो सकते हैं, केवल ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में इन प्रक्रियाओं को पूरा करने में सक्षम हैं, या संकाय anaerobes, ऑक्सीजन की उपस्थिति या अनुपस्थिति में ऊर्जा का उत्पादन करने में सक्षम हैं। एरोबिक श्वसन एरोबिक श्वसन की तुलना में कम ऊर्जा पैदा करता है, क्योंकि ये वैकल्पिक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता ऑक्सीजन की तरह कुशल नहीं होते हैं।
प्रकाश संश्लेषण
विभिन्न सेलुलर श्वसन मार्गों के विपरीत, प्रकाश संश्लेषण का उपयोग पौधों, शैवाल और कुछ बैक्टीरिया द्वारा चयापचय के लिए आवश्यक भोजन का उपयोग करने के लिए किया जाता है। पौधों में, प्रकाश संश्लेषण क्लोरोप्लास्ट नामक विशेष संरचनाओं में होता है, जबकि प्रकाश संश्लेषक बैक्टीरिया आमतौर पर प्लाज्मा झिल्ली के झिल्लीदार विस्तार के साथ प्रकाश संश्लेषण करते हैं। प्रकाश संश्लेषण को दो चरणों में विभाजित किया जा सकता है: प्रकाश-निर्भर प्रतिक्रियाएं और प्रकाश-स्वतंत्र प्रतिक्रियाएं। प्रकाश-निर्भर प्रतिक्रियाओं के दौरान, प्रकाश ऊर्जा का उपयोग पानी से निकाले गए इलेक्ट्रॉनों को सक्रिय करने और प्रोटॉन के एक ढाल का उत्पादन करने के लिए किया जाता है, जो उच्च ऊर्जा अणुओं का उत्पादन करते हैं जो स्वतंत्र प्रकाश प्रतिक्रियाओं को ईंधन देते हैं। जैसे ही पानी के अणुओं से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकाला जाता है, वे ऑक्सीजन और प्रोटॉन में टूट जाते हैं। प्रोटॉन प्रोटॉन ढाल में प्रोटॉन योगदान करते हैं, लेकिन ऑक्सीजन जारी किया जाता है। स्वतंत्र प्रकाश प्रतिक्रियाओं के दौरान, प्रकाश प्रतिक्रियाओं के दौरान उत्पन्न ऊर्जा का उपयोग कैल्विन चक्र नामक प्रक्रिया के माध्यम से कार्बन डाइऑक्साइड से चीनी अणुओं का उत्पादन करने के लिए किया जाता है। केल्विन चक्र कार्बन डाइऑक्साइड के हर छह अणुओं के लिए एक अणु चीनी का उत्पादन करता है। प्रकाश-निर्भर प्रतिक्रियाओं में उपयोग किए जाने वाले पानी के अणुओं के साथ संयुक्त, प्रकाश संश्लेषण के लिए सामान्य सूत्र 6 H2O + 6 CO2 + प्रकाश -> C6H12O6 + 6 O2 है।