सूक्ष्मजीवी उपापचय

सूक्ष्मजीवी उपापचय में सूक्ष्मजीवों द्वारा ऊर्जा और कार्बन प्राप्त करने के तरीकों की असाधारण विविधता शामिल है, जिसमें परिचित श्वसन और किण्वन से लेकर कीमोलिथोट्रॉफी (chemolithotrophy) और प्रकाश संश्लेषण तक शामिल हैं, जो लगभग विशेष रूप से प्रोकैरियोट्स में पाए जाते हैं।

Definition

सूक्ष्मजीवी उपापचय उन जैव रासायनिक प्रक्रियाओं की समग्रता है जिनके द्वारा सूक्ष्मजीव अपने पर्यावरण से ऊर्जा और निर्माण खंड प्राप्त करते हैं, जिसमें ऊर्जा का संरक्षण करने वाली अपचयी (catabolic) प्रतिक्रियाएं और कोशिका सामग्री का निर्माण करने वाली उपचयी (anabolic) प्रतिक्रियाएं शामिल हैं।

Scope

यह क्षेत्र ऊर्जा संरक्षण के जैव-ऊर्जावान सिद्धांतों को शामिल करता है, जिसमें सबस्ट्रेट-स्तर और ऑक्सीडेटिव फास्फोरिलीकरण (oxidative phosphorylation) और प्रोटॉन प्रेरक बल (proton motive force) शामिल हैं; वायवीय श्वसन और वैकल्पिक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता (electron acceptors) का उपयोग करके अवायवीय श्वसन की विविधता; किण्वन मार्ग; कीमोलिथोट्रॉफी, जिसमें अकार्बनिक यौगिक ऊर्जा स्रोतों के रूप में कार्य करते हैं; स्वपोषी कार्बन स्थिरीकरण; और सूक्ष्मजीवी प्रकाश संश्लेषण के कई रूप। यह सूक्ष्मजीवों को सबसे अधिक उपापचयी रूप से बहुमुखी जीवों और जैव-भूरासायनिक चक्रों के चालक के रूप में स्थापित करता है।

Sub-topics

• केमोलिथोट्रॉफी और ऑटोट्रॉफी
• किण्वन और अवायवीय श्वसन
• सूक्ष्मजीवी जैव-ऊर्जा विज्ञान
• सूक्ष्मजीवी प्रकाश संश्लेषण

Core questions

• सूक्ष्मजीव किन ऊर्जा और कार्बन स्रोतों का उपयोग कर सकते हैं?
• श्वसन, किण्वन और प्रकाश संश्लेषण के दौरान ऊर्जा का संरक्षण कैसे होता है?
• कौन से इलेक्ट्रॉन दाता और स्वीकर्ता प्रमुख उपापचयी जीवन शैली को परिभाषित करते हैं?
• सूक्ष्मजीवी उपापचयी विविधता प्रकृति में मौलिक चक्रण को कैसे संचालित करती है?

Key theories

कीमियोस्मोटिक सिद्धांत

कोशिकाएं एक झिल्ली के पार प्रोटॉन को पंप करने के लिए इलेक्ट्रॉन परिवहन का उपयोग करके ऊर्जा का संरक्षण करती हैं, जिससे एक प्रोटॉन प्रेरक बल उत्पन्न होता है जो एटीपी संश्लेषण को चलाता है; यह सूक्ष्मजीवी जीवन शैली में श्वसन और प्रकाश संश्लेषण की ऊर्जा को एकीकृत करता है।

प्रोकैरियोट्स की उपापचयी विविधता

प्रोकैरियोट्स सामूहिक रूप से ऊर्जा और कार्बन स्रोतों की एक विशाल श्रृंखला का उपयोग करते हैं, जिसमें अकार्बनिक इलेक्ट्रॉन दाता और विविध इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता शामिल हैं, जिससे उन्हें यूकेरियोट्स में अनुपस्थित उपापचयी क्षमताएं मिलती हैं और जैव-भूरासायनिक चक्रों में केंद्रीय भूमिकाएं मिलती हैं।

Mechanisms

अपचयी मार्ग या तो सबस्ट्रेट-स्तर फास्फोरिलीकरण द्वारा या इलेक्ट्रॉन परिवहन द्वारा सबस्ट्रेट्स से ऊर्जा निकालते हैं जो एटीपी सिंथेज़ (ATP synthase) द्वारा उपयोग किए जाने वाले प्रोटॉन प्रेरक बल का निर्माण करता है। इलेक्ट्रॉन दाता (कार्बनिक या अकार्बनिक) और टर्मिनल इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता (ऑक्सीजन या नाइट्रेट, सल्फेट, या कार्बन डाइऑक्साइड जैसे विकल्प) की प्रकृति उपापचयी मोड को परिभाषित करती है। स्वपोषी प्रकाश या रासायनिक ऑक्सीकरण से ऊर्जा का उपयोग करके अकार्बनिक कार्बन को स्थिर करते हैं, जबकि किण्वक बाहरी इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता के बिना ऊर्जा का संरक्षण करते हैं।

Clinical relevance

सूक्ष्मजीवी उपापचयी बहुमुखी प्रतिभा कार्बन, नाइट्रोजन और सल्फर के वैश्विक चक्रण को रेखांकित करती है, औद्योगिक किण्वन और जैव ईंधन उत्पादन का समर्थन करती है, और बताती है कि सूक्ष्मजीव अन्य जीवन के लिए दुर्गम वातावरण में कैसे पनपते हैं, जिससे उपापचय पर्यावरणीय और अनुप्रयुक्त सूक्ष्म जीव विज्ञान दोनों के लिए एक आधार बन जाता है।

History

सूक्ष्मजीवी उपापचय का अध्ययन विनोग्राडस्की (Winogradsky) की उन्नीसवीं सदी की कीमोलिथोट्रॉफी की खोज और वैन नील (van Niel) के प्रकाश संश्लेषण के तुलनात्मक अध्ययनों से लेकर 1960 के दशक में पीटर मिशेल (Peter Mitchell) के कीमियोस्मोटिक सिद्धांत (chemiosmotic theory) तक बढ़ा, जिसने उपापचयी स्पेक्ट्रम में ऊर्जा संरक्षण के लिए एकीकृत तंत्र प्रदान किया।

Key figures

• Peter Mitchell
• Sergei Winogradsky
• Cornelis van Niel

Seminal works

• madigan2018
• willey2020
• mitchell1966

Frequently asked questions

सूक्ष्मजीवों को सबसे अधिक उपापचयी रूप से विविध जीव क्यों माना जाता है?

सूक्ष्मजीव ऊर्जा स्रोतों की एक असाधारण विस्तृत श्रृंखला का उपयोग कर सकते हैं, जिसमें प्रकाश, कार्बनिक यौगिक और अकार्बनिक रसायन शामिल हैं, और कई अलग-अलग इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता का उपयोग करके श्वसन कर सकते हैं। इनमें से कुछ क्षमताएं, जैसे कीमोलिथोट्रॉफी और अवायवीय श्वसन के कई रूप, केवल प्रोकैरियोट्स में पाए जाते हैं।

प्रोटॉन प्रेरक बल क्या है?

प्रोटॉन प्रेरक बल एक झिल्ली के पार प्रोटॉन का एक इलेक्ट्रोकेमिकल ग्रेडिएंट (electrochemical gradient) है, जो इलेक्ट्रॉन परिवहन द्वारा उत्पन्न होता है। कोशिकाएं इसका उपयोग एटीपी संश्लेषण, परिवहन और गतिशीलता को चलाने के लिए करती हैं, और यह श्वसन और प्रकाश संश्लेषण में ऊर्जा संरक्षण के लिए केंद्रीय है।