ব্যাকটেরিয়ার বিপাক—বায়বীয় ও অবায়বীয়

ব্যাকটেরিয়ার শক্তি বিপাক হলো সেইসব পথগুলির সমষ্টি যার মাধ্যমে ব্যাকটেরিয়া পুষ্টি উপাদান থেকে শক্তি আহরণ করে এবং এটিকে ATP ও প্রোটন মোটিভ ফোর্স (proton motive force) হিসাবে সংরক্ষণ করে। ব্যাকটেরিয়া বিপাকীয়ভাবে বৈচিত্র্যপূর্ণ: কিছু ব্যাকটেরিয়ার টার্মিনাল ইলেকট্রন গ্রাহক (terminal electron acceptor) হিসাবে অক্সিজেনের প্রয়োজন হয় (বায়বীয় শ্বসন), অন্যরা বিকল্প গ্রাহক ব্যবহার করে বা একেবারেই কোনো গ্রাহক ব্যবহার করে না (অবায়বীয় শ্বসন ও গাঁজন), এবং অনেকে অক্সিজেনের প্রাপ্যতার উপর নির্ভর করে তাদের পদ্ধতি পরিবর্তন করতে পারে।

Definition

ব্যাকটেরিয়ার বিপাক ব্যাকটেরিয়াল কোষগুলির ক্যাটাবলিক (catabolic) এবং অ্যানাবলিক (anabolic) বিক্রিয়াগুলিকে অন্তর্ভুক্ত করে; বায়বীয় বিপাক অক্সিজেনকে টার্মিনাল ইলেকট্রন গ্রাহক হিসাবে ব্যবহার করে, যেখানে অবায়বীয় বিপাক অক্সিজেন ছাড়াই শক্তি সংরক্ষণ করে, হয় বিকল্প গ্রাহকের উপর শ্বসনের মাধ্যমে অথবা গাঁজনের মাধ্যমে।

Scope

এই বিষয়টি ব্যাকটেরিয়ার প্রধান শক্তি-উৎপাদনকারী কৌশলগুলি—বায়বীয় শ্বসন, বিকল্প ইলেকট্রন গ্রাহক সহ অবায়বীয় শ্বসন, এবং গাঁজন—অক্সিজেনের সাথে তাদের সম্পর্ক অনুযায়ী ব্যাকটেরিয়ার শ্রেণিবিন্যাস এবং কোষগুলিকে সবচেয়ে অনুকূল পথ নির্বাচন করতে সাহায্যকারী নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা নিয়ে আলোচনা করে। এটি অণুজীব শারীরবিদ্যায় একটি রেফারেন্স বিষয় এবং ক্লিনিকাল নির্দেশনা প্রদান করে না।

Core questions

• ব্যাকটেরিয়া কীভাবে শ্বসন ও গাঁজনের মাধ্যমে শক্তি সংরক্ষণ করে?
• বায়বীয় ও অবায়বীয় শ্বসনের মধ্যে পার্থক্য কী?
• অক্সিজেনের সাথে তাদের সম্পর্ক অনুযায়ী ব্যাকটেরিয়াকে কীভাবে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়?
• কোষগুলি তাদের ব্যবহৃত শক্তি পথকে কীভাবে নিয়ন্ত্রণ করে?

Key concepts

• শ্বসন বনাম গাঁজন
• টার্মিনাল ইলেকট্রন গ্রাহক (অক্সিজেন, নাইট্রেট, সালফেট, ফিউমারেট)
• ইলেকট্রন পরিবহন শৃঙ্খল এবং প্রোটন মোটিভ ফোর্স
• অব্লিগেট অ্যারোবস (obligate aerobes), অব্লিগেট অ্যানারোবস (obligate anaerobes), ফ্যাকাল্টেটিভ অ্যানারোবস (facultative anaerobes), এবং মাইক্রোঅ্যারোফাইলস (microaerophiles)
• কার্বন ক্যাটাবোলাইট দমন
• জিন এক্সপ্রেশনের রেডক্স নিয়ন্ত্রণ

Mechanisms

শ্বসনে, একটি দাতা থেকে ইলেকট্রন একটি ইলেকট্রন পরিবহন শৃঙ্খল (electron transport chain) দিয়ে একটি টার্মিনাল গ্রাহকের দিকে যায়, যা একটি প্রোটন মোটিভ ফোর্স (proton motive force) তৈরি করে যা ATP সংশ্লেষণকে চালিত করে; বায়বীয় শ্বসন অক্সিজেন ব্যবহার করে, যখন অবায়বীয় শ্বসন নাইট্রেট, সালফেট বা ফিউমারেটের মতো গ্রাহক ব্যবহার করে (Madigan et al., 2018; White et al., 2017)। গাঁজনে, কোনো বাহ্যিক ইলেকট্রন গ্রাহক ব্যবহৃত হয় না এবং সাবস্ট্রেট-লেভেল ফসফোরিলেশন (substrate-level phosphorylation) দ্বারা ATP তৈরি হয়, যেখানে জৈব অণুগুলি অভ্যন্তরীণ ইলেকট্রন সিঙ্ক (electron sinks) হিসাবে কাজ করে। ব্যাকটেরিয়া অক্সিজেন এবং রেডক্স অবস্থা অনুভব করে এবং সেই অনুযায়ী জিন এক্সপ্রেশন (gene expression) সামঞ্জস্য করে (Bauer et al., 1999), এবং তারা কার্বন ক্যাটাবোলাইট দমনের (carbon catabolite repression) মাধ্যমে সবচেয়ে অনুকূল কার্বন উৎসকে অগ্রাধিকারমূলকভাবে ব্যবহার করে (Görke & Stülke, 2008)।

Clinical relevance

একটি ব্যাকটেরিয়ার অক্সিজেনের প্রয়োজনীয়তা ব্যাখ্যা করতে সাহায্য করে যে এটি শরীরের কোথায় বৃদ্ধি পায় এবং পরীক্ষাগারে কীভাবে এটি পুনরুদ্ধার করা হয়, এবং অবায়বীয় বিপাক অল্প অক্সিজেনযুক্ত স্থানে পাওয়া জীবের বৈশিষ্ট্য। গাঁজন পণ্যগুলিও ডায়াগনস্টিক শনাক্তকরণে ব্যাকটেরিয়াকে আলাদা করতে ব্যবহৃত হয়। এই বিষয়টি বোঝার জন্য এই বিপাকীয় নীতিগুলি বর্ণনা করে এবং এটি চিকিৎসার সিদ্ধান্তের ভিত্তি নয়।

History

ব্যাকটেরিয়া অক্সিজেন সহ বা ছাড়া বাঁচতে পারে এই স্বীকৃতি লুই পাস্তুরের উনিশ শতকের গাঁজন অধ্যয়ন এবং বায়বীয় ও অবায়বীয় জীবনের মধ্যে তার পার্থক্য থেকে এসেছে। বিংশ শতাব্দী শক্তি সংরক্ষণের কেমিওস্মোটিক (chemiosmotic) ভিত্তি এবং ব্যাকটেরিয়া দ্বারা ব্যবহৃত টার্মিনাল ইলেকট্রন গ্রাহকদের বৈচিত্র্যকে স্পষ্ট করেছে, এবং পরবর্তী কাজগুলি বিস্তারিতভাবে দেখিয়েছে যে কোষগুলি কীভাবে তাদের বিপাক নিয়ন্ত্রণ করতে অক্সিজেন এবং রেডক্স অবস্থা অনুভব করে (Bauer et al., 1999) এবং কীভাবে তারা ক্যাটাবোলাইট দমনের (catabolite repression) মাধ্যমে পুষ্টিকে অগ্রাধিকার দেয় (Görke & Stülke, 2008)।

Key figures

• Carl Bauer
• Boris Görke
• Jörg Stülke

Seminal works

• bauer-1999
• gorke-stulke-2008

Frequently asked questions

ব্যাকটেরিয়ায় বায়বীয় ও অবায়বীয় শ্বসনের মধ্যে পার্থক্য কী?

উভয়ই শক্তি সংরক্ষণের জন্য একটি ইলেকট্রন পরিবহন শৃঙ্খল ব্যবহার করে, তবে বায়বীয় শ্বসন চূড়ান্ত ইলেকট্রন গ্রাহক হিসাবে অক্সিজেন ব্যবহার করে, যেখানে অবায়বীয় শ্বসন নাইট্রেট, সালফেট বা ফিউমারেটের মতো বিকল্প গ্রাহক ব্যবহার করে।

গাঁজন শ্বসন থেকে কীভাবে আলাদা?

গাঁজন একটি বাহ্যিক ইলেকট্রন গ্রাহক বা ইলেকট্রন পরিবহন শৃঙ্খল ছাড়াই সাবস্ট্রেট-লেভেল ফসফোরিলেশন দ্বারা ATP তৈরি করে, অভ্যন্তরীণ ইলেকট্রন সিঙ্ক হিসাবে জৈব অণু ব্যবহার করে, তাই এটি শ্বসনের চেয়ে অনেক কম শক্তি উৎপন্ন করে।