एरोबिक श्वसन

एरोबिक श्वसन ईंधन अणुओं का कार्बन डाइऑक्साइड और पानी में ऑक्सीजन-निर्भर ऑक्सीकरण है, जिसमें मुक्त ऊर्जा निकलती है जिसे एटीपी के रूप में ग्रहण किया जाता है। यह ग्लाइकोलिसिस, पाइरूवेट का ऑक्सीकरण, साइट्रिक एसिड चक्र और इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला को एकीकृत करता है, और यह प्रमुख मार्ग है जिसके द्वारा अधिकांश मानव कोशिकाएं अपनी ऊर्जा आवश्यकताओं को पूरा करती हैं।

Definition

एरोबिक श्वसन कार्बनिक ईंधनों का पूर्ण, ऑक्सीजन-आवश्यक ऑक्सीकरण है जिसमें कार्बन CO2 के रूप में निकलता है और इलेक्ट्रॉन अंततः आणविक ऑक्सीजन को दिए जाते हैं, जिसमें मुक्त ऊर्जा ऑक्सीडेटिव फास्फोरिलीकरण के माध्यम से बड़े पैमाने पर एटीपी के रूप में संरक्षित होती है।

Scope

यह प्रविष्टि एरोबिक श्वसन को एकीकृत अपचयी प्रक्रिया के रूप में मानती है जिसके लिए टर्मिनल इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता के रूप में आणविक ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है, इसे अवायवीय और किण्वन मार्गों से अलग करती है। यह योगदान देने वाले मार्गों को एक-दूसरे के सापेक्ष स्थापित करती है और बताती है कि ऑक्सीजन-निर्भर ऑक्सीकरण ऑक्सीजन-स्वतंत्र अपचय की तुलना में इतनी अधिक उपयोगी ऊर्जा क्यों उत्पन्न करता है। यह एक संदर्भ और शैक्षिक ढांचा है, न कि नैदानिक ​​मार्गदर्शन।

Core questions

• ग्लूकोज के पूर्ण ऑक्सीकरण के लिए ऑक्सीजन की आवश्यकता क्यों होती है?
• ग्लाइकोलिसिस, साइट्रिक एसिड चक्र और इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला को एक प्रक्रिया में कैसे एकीकृत किया जाता है?
• एरोबिक श्वसन किण्वन या अवायवीय ग्लाइकोलिसिस की तुलना में कहीं अधिक एटीपी क्यों उत्पन्न करता है?
• टर्मिनल इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता के रूप में ऑक्सीजन की क्या भूमिका है?

Key concepts

• टर्मिनल इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता के रूप में आणविक ऑक्सीजन
• ग्लाइकोलिसिस, साइट्रिक एसिड चक्र और इलेक्ट्रॉन परिवहन का एकीकरण
• पाइरूवेट का एसिटाइल-CoA में ऑक्सीकरण
• कम किए गए सहएंजाइम NADH और FADH2 इलेक्ट्रॉन वाहक के रूप में
• ऑक्सीकृत कार्बन उत्पाद के रूप में कार्बन डाइऑक्साइड
• श्वसन एटीपी उपज बनाम किण्वन

Key theories

श्वसन में केमियोस्मोटिक युग्मन

इलेक्ट्रॉनों के कम किए गए सहएंजाइमों से ऑक्सीजन की ओर प्रवाहित होने पर निकलने वाली ऊर्जा सीधे रासायनिक बंधों के रूप में नहीं बल्कि एक ट्रांसमेम्ब्रेन प्रोटॉन ग्रेडिएंट के रूप में संरक्षित होती है, जिसका उपयोग एटीपी सिंथेज़ तब एटीपी बनाने के लिए करता है; यह श्वसन के ऑक्सीजन-उपभोक्ता अंत को सेलुलर एटीपी उत्पादन के थोक से जोड़ता है।

Mechanisms

एरोबिक श्वसन में ग्लूकोज को पहले ग्लाइकोलिसिस द्वारा पाइरूवेट में विभाजित किया जाता है; एरोबिक परिस्थितियों में पाइरूवेट को ऑक्सीडेटिव रूप से डीकार्बोक्सिलेट करके एसिटाइल-CoA में बदल दिया जाता है, जो साइट्रिक एसिड चक्र को पोषित करता है। ग्लाइकोलिसिस और चक्र दोनों सहएंजाइम NAD+ और FAD को कम करते हैं, और ये वाहक इलेक्ट्रॉनों को माइटोकॉन्ड्रियल इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला तक पहुंचाते हैं। जैसे ही इलेक्ट्रॉन ऑक्सीजन की ओर बढ़ते हैं, टर्मिनल स्वीकर्ता जो पानी में कम हो जाता है, श्रृंखला आंतरिक झिल्ली के पार प्रोटॉन पंप करती है; परिणामी प्रोटॉन-प्रेरक बल एटीपी सिंथेज़ को चलाता है। क्योंकि ऑक्सीजन श्रृंखला के अंत में इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार कर सकता है, ईंधन को पूरी तरह से ऑक्सीकृत किया जा सकता है, जिससे अवायवीय मार्गों के आंशिक ऑक्सीकरण की तुलना में कहीं अधिक ऊर्जा संरक्षित होती है।

Clinical relevance

उच्च ऊर्जा मांग वाले ऊतक एरोबिक श्वसन पर गंभीर रूप से निर्भर करते हैं, और इसका व्यवधान — उदाहरण के लिए जब इस्किमिया में ऑक्सीजन वितरण विफल हो जाता है — तेजी से ऊर्जा विफलता और कोशिका क्षति की ओर ले जाता है। पूर्ण एरोबिक ऑक्सीकरण से दूर ईंधन के उपयोग का पुन: प्रोग्रामिंग भी कई ट्यूमर की एक मान्यता प्राप्त विशेषता है। यह प्रविष्टि जैव रसायन की व्याख्या करती है और व्यक्तिगत निदान या उपचार का आधार नहीं है।

History

यह अवधारणा कि श्वसन ऑक्सीजन द्वारा ईंधन का नियंत्रित ऑक्सीकरण है, उन्नीसवीं और बीसवीं शताब्दी में आकार लेती गई, जिसमें श्वसन एंजाइम और सेलुलर ऑक्सीजन खपत पर ओटो वारबर्ग का काम मूलभूत योगदानों में से एक था। फिर ग्लाइकोलिसिस और साइट्रिक एसिड चक्र के स्पष्टीकरण के माध्यम से इंट्रासेलुलर मार्गों को हल किया गया, और मिशेल की केमियोस्मोटिक परिकल्पना ने समझाया कि ऑक्सीजन-युग्मित इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण को एटीपी में कैसे परिवर्तित किया जाता है।

Key figures

• Otto Warburg
• Hans Krebs
• Peter Mitchell
• Albert Lehninger

Seminal works

• warburg-1956
• mitchell-1961
• saraste-1999

Frequently asked questions

एरोबिक श्वसन और किण्वन में क्या अंतर है?

एरोबिक श्वसन अंतिम इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता के रूप में ऑक्सीजन का उपयोग करता है और ईंधन को पूरी तरह से CO2 और पानी में ऑक्सीकृत करता है, जिससे बहुत अधिक ऊर्जा प्राप्त होती है; किण्वन ऑक्सीजन के बिना NAD+ को पुनर्जीवित करता है और ईंधन को केवल आंशिक रूप से ऑक्सीकृत करता है, जिससे बहुत कम एटीपी प्राप्त होता है।

कोशिकाओं को अपने अधिकांश एटीपी बनाने के लिए ऑक्सीजन की आवश्यकता क्यों होती है?

ऑक्सीजन इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के अंत में इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार करता है, जिससे इलेक्ट्रॉन प्रवाह और प्रोटॉन पंपिंग जारी रहती है; इसके बिना श्रृंखला रुक जाती है और ऑक्सीडेटिव फास्फोरिलीकरण, अधिकांश एटीपी का स्रोत, आगे नहीं बढ़ सकता है।