चयापचय और जैव-ऊर्जा विज्ञान
चयापचय रासायनिक अभिक्रियाओं का एक संगठित नेटवर्क है जो ऊर्जा को निकालता, संग्रहीत करता और उपयोग करता है तथा कोशिकीय घटकों का निर्माण करता है; जैव-ऊर्जा विज्ञान ऊष्मागतिकीय लेखांकन है जो यह नियंत्रित करता है कि कौन सी अभिक्रियाएँ आगे बढ़ सकती हैं।
Definition
चयापचय किसी जीव की एंजाइम-उत्प्रेरित अभिक्रियाओं का योग है; जैव-ऊर्जा विज्ञान उन अभिक्रियाओं के माध्यम से ऊर्जा प्रवाह का अध्ययन है, विशेष रूप से कैसे ऊष्मागतिकीय रूप से प्रतिकूल प्रक्रियाओं को अनुकूल प्रक्रियाओं जैसे एटीपी हाइड्रोलिसिस के साथ युग्मन द्वारा संचालित किया जाता है।
Scope
यह क्षेत्र जैव रासायनिक अभिक्रियाओं की ऊर्जा को शामिल करता है—मुक्त ऊर्जा, युग्मन, और एटीपी की केंद्रीय भूमिका—और प्रमुख चयापचय मार्ग: ग्लाइकोलाइसिस और साइट्रिक एसिड चक्र, ऑक्सीडेटिव फास्फोरिलीकरण, और उन सिद्धांतों को जिनके द्वारा मार्गों को विनियमित किया जाता है। यह चयापचय को अनुप्रयुक्त रासायनिक ऊष्मागतिकी और अभिक्रिया नेटवर्क के रूप में मानता है।
Sub-topics
Core questions
- कोशिकाएँ प्रतिकूल अभिक्रियाओं को अनुकूल अभिक्रियाओं से कैसे जोड़ती हैं?
- एटीपी सार्वभौमिक ऊर्जा मुद्रा क्यों है?
- ईंधन में रासायनिक ऊर्जा को प्रयोग करने योग्य रूप में कैसे परिवर्तित किया जाता है?
- व्युत्क्रम चयापचय मार्गों को व्यर्थ चक्रण से बचने के लिए कैसे विनियमित किया जाता है?
Key theories
- केमियोस्मोटिक युग्मन
- मिशेल ने प्रस्तावित किया कि इलेक्ट्रॉन परिवहन एक झिल्ली के पार प्रोटॉन को पंप करता है, और परिणामी इलेक्ट्रोकेमिकल ग्रेडिएंट एटीपी संश्लेषण को चलाता है—एक ट्रांसमेम्ब्रेन प्रोटॉन-मोटिव बल के माध्यम से रेडॉक्स रसायन विज्ञान को फास्फोरिलीकरण से जोड़ता है।
- एक चयापचय केंद्र के रूप में साइट्रिक एसिड चक्र
- क्रेब्स ने एक चक्रीय मार्ग की पहचान की जो एसिटाइल इकाइयों को कार्बन डाइऑक्साइड में ऑक्सीकृत करता है जबकि इलेक्ट्रॉन वाहक को कम करता है, जो केंद्रीय चौराहे के रूप में कार्य करता है जहां कार्बोहाइड्रेट, वसा और प्रोटीन अपचय मिलते हैं।
Mechanisms
अपचयी मार्ग ईंधन को तोड़कर ऊर्जा मुक्त करते हैं जिसे अपचयित इलेक्ट्रॉन वाहक (NADH, FADH2) और एटीपी के रूप में संग्रहीत किया जाता है, जबकि उपचयी मार्ग मैक्रोमोलेक्यूल्स के निर्माण के लिए उस ऊर्जा का उपभोग करते हैं। मानक मुक्त-ऊर्जा परिवर्तन स्वतःस्फूर्तता निर्धारित करता है; ऊष्मागतिकीय रूप से प्रतिकूल चरण एटीपी हाइड्रोलिसिस या एक ट्रांसमेम्ब्रेन आयन ग्रेडिएंट से युग्मित होने पर आगे बढ़ते हैं, और मार्ग प्रवाह को प्रतिबद्ध, अक्सर अपरिवर्तनीय, नियामक चरणों पर नियंत्रित किया जाता है।
Clinical relevance
चयापचय का रसायन विज्ञान जैव प्रौद्योगिकी, चयापचय इंजीनियरिंग, और यह समझने का आधार है कि जीव ऊर्जा का प्रबंधन कैसे करते हैं; यह अभिक्रिया ढांचा प्रदान करता है जिस पर कई अनुप्रयुक्त रासायनिक और जैविक समस्याएं आधारित हैं। उपचार वर्णनात्मक और गैर-निर्धारक है।
History
मध्यवर्ती चयापचय के मार्ग बीसवीं शताब्दी के पहले भाग में मैप किए गए थे—एम्बडेन, मेयरहोफ और पारनास द्वारा ग्लाइकोलाइसिस, क्रेब्स द्वारा 1937 में साइट्रिक एसिड चक्र—जबकि लिपमैन की उच्च-ऊर्जा फॉस्फेट की अवधारणा और मिशेल का 1961 का केमियोस्मोटिक सिद्धांत बताता है कि ऊर्जा कैसे संग्रहीत और रूपांतरित होती है।
Key figures
- Hans Krebs
- Peter Mitchell
- Fritz Lipmann
- Albert Lehninger
Related topics
Seminal works
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- berg2019
Frequently asked questions
- अपचय और उपचय में क्या अंतर है?
- अपचय ऊर्जा और अपचयन शक्ति को मुक्त करने के लिए अणुओं को तोड़ता है, जबकि उपचय उस ऊर्जा और अपचयन शक्ति का उपयोग बड़े अणुओं को संश्लेषित करने के लिए करता है; साथ में वे चयापचय का निर्माण करते हैं।
- एटीपी को कोशिका की ऊर्जा मुद्रा क्यों कहा जाता है?
- एटीपी के फॉस्फोएनहाइड्राइड बंधों के हाइड्रोलिसिस से बड़ी, आसानी से उपयोग करने योग्य मात्रा में मुक्त ऊर्जा निकलती है, और एटीपी लगातार पुनर्जीवित होता है, इसलिए यह सामान्य मध्यवर्ती के रूप में कार्य करता है जो ऊर्जा-मुक्त करने वाली और ऊर्जा-आवश्यक अभिक्रियाओं को जोड़ता है।