ऑक्सीजन परिवहन और श्वसन वर्णक
रक्त अकेले पानी की तुलना में कहीं अधिक ऑक्सीजन कैसे वहन करता है, जिसमें सहकारी वर्णक होते हैं जो फेफड़ों या गलफड़ों में ऑक्सीजन लोड करते हैं और इसे उन ऊतकों में छोड़ते हैं जहाँ सबसे अधिक काम हो रहा होता है।
Definition
श्वसन वर्णक धातु-युक्त प्रोटीन होते हैं जो रक्त या हीमोलिम्फ की ऑक्सीजन-वहन क्षमता को बहुत बढ़ाने के लिए ऑक्सीजन को उत्क्रमणीय रूप से बांधते हैं, और ऑक्सीजन परिवहन श्वसन सतह और ऊतकों के बीच ऑक्सीजन का लोडिंग, वहन और अनलोडिंग है — साथ ही कार्बन डाइऑक्साइड का वहन भी।
Scope
यह विषय रक्त में ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड के वहन को शामिल करता है: हीमोग्लोबिन, हीमोसायनिन और अन्य जैसे श्वसन वर्णकों की संरचना और सहकारी बंधन; सिग्मॉइड ऑक्सीजन पृथक्करण वक्र और यह कैसे कार्बन डाइऑक्साइड, पीएच, तापमान और कार्बनिक मॉड्यूलेटर द्वारा स्थानांतरित होता है; और बाइकार्बोनेट के रूप में कार्बन डाइऑक्साइड का परिवहन। यह जानवरों में वर्णकों की विविधता और विभिन्न ऑक्सीजन वातावरणों के प्रति उनके अनुकूलन का वर्णन करता है। कवरेज तुलनात्मक और यांत्रिक है।
Core questions
- जानवरों को घुली हुई ऑक्सीजन पर निर्भर रहने के बजाय ऑक्सीजन-बाध्यकारी वर्णकों की आवश्यकता क्यों होती है?
- सहकारी बंधन ऑक्सीजन लोडिंग और अनलोडिंग को कैसे आकार देता है?
- कार्बन डाइऑक्साइड, पीएच और तापमान ऑक्सीजन पृथक्करण वक्र को कैसे स्थानांतरित करते हैं, और यह क्यों उपयोगी है?
- रक्त में कार्बन डाइऑक्साइड कैसे वहन होता है और श्वसन सतह पर कैसे आदान-प्रदान होता है?
Key theories
- सहकारी बंधन और सिग्मॉइड पृथक्करण वक्र
- हीमोग्लोबिन की चार परस्पर क्रिया करने वाली उपइकाइयाँ ऑक्सीजन को सहकारी रूप से बांधती हैं, जिससे एक सिग्मॉइड पृथक्करण वक्र उत्पन्न होता है जो ऑक्सीजन प्रचुर मात्रा में होने पर लगभग संतृप्ति और दुर्लभ होने पर तीव्र अनलोडिंग की अनुमति देता है।
- बोह्र प्रभाव
- बढ़ी हुई कार्बन डाइऑक्साइड और अम्लता हीमोग्लोबिन की ऑक्सीजन आत्मीयता को कम करती है, जिससे पृथक्करण वक्र स्थानांतरित हो जाता है ताकि ऑक्सीजन चयापचय रूप से सक्रिय, CO2-समृद्ध ऊतकों में अधिक आसानी से जारी हो — जिसका वर्णन सबसे पहले बोह्र, हैसलबाल्च और क्रोग ने किया था।
Mechanisms
चूंकि ऑक्सीजन कम घुलनशील होती है, जानवर ऑक्सीजन क्षमता को कई गुना बढ़ाने के लिए श्वसन वर्णकों को रक्त कोशिकाओं में पैक करते हैं या उन्हें हीमोलिम्फ में घोलते हैं। कशेरुकी हीमोग्लोबिन चार हीम आयरन पर ऑक्सीजन को सकारात्मक सहकारिता के साथ बांधता है, जिससे एक सिग्मॉइड वक्र बनता है। वक्र की स्थिति शारीरिक कारकों द्वारा समायोजित होती है: बढ़ती कार्बन डाइऑक्साइड और गिरता पीएच आत्मीयता को कम करते हैं (बोह्र प्रभाव), गर्म होना आत्मीयता को कम करता है, और 2,3-बिसफॉस्फोग्लिसरेट जैसे कार्बनिक फॉस्फेट डीऑक्सीजनेटेड रूप को स्थिर करते हैं। ये बदलाव सक्रिय ऊतकों में अनलोडिंग और श्वसन सतह पर लोडिंग को बढ़ावा देते हैं। कार्बन डाइऑक्साइड का परिवहन मुख्य रूप से लाल कोशिकाओं में कार्बोनिक एनहाइड्रेज़ द्वारा निर्मित बाइकार्बोनेट के रूप में होता है, जिसमें कुछ हीमोग्लोबिन से बंधा होता है और थोड़ा घुला हुआ होता है; पारस्परिक हाल्डेन प्रभाव CO2 वहन को ऑक्सीजनेशन से जोड़ता है। तांबे-आधारित हीमोसायनिन और लौह-आधारित हीमरिथ्रिन जैसे अकशेरुकी वर्णक तुलनीय लेकिन विशिष्ट अनुकूलन दिखाते हैं।
Clinical relevance
ऑक्सीजन बंधन का तुलनात्मक शरीर विज्ञान उच्च ऊंचाई, गोताखोरी और हाइपोक्सिक जल के अनुकूलन की व्याख्या करता है और रक्त ऑक्सीजन माप की व्याख्या का आधार बनता है; यह कृत्रिम ऑक्सीजन वाहकों के विकास को भी सूचित करता है। यह प्रविष्टि शैक्षिक है और कोई चिकित्सा मार्गदर्शन प्रदान नहीं करती है।
History
1904 में बोह्र, हैसलबाल्च और क्रोग द्वारा बोह्र प्रभाव की खोज ने दिखाया कि ऑक्सीजन बंधन कार्बन डाइऑक्साइड द्वारा विनियमित होता है, और बाद में पेरुट्ज़ द्वारा किए गए संरचनात्मक कार्य ने खुलासा किया कि हीमोग्लोबिन की वास्तुकला से सहकारिता और एलोस्टेरिक मॉड्यूलेशन कैसे उत्पन्न होते हैं। तुलनात्मक शरीर विज्ञान ने तब से श्वसन वर्णकों और उनके पर्यावरणीय अनुकूलन की एक विस्तृत श्रृंखला को सूचीबद्ध किया है।
Key figures
- Christian Bohr
- August Krogh
- Karl Hasselbalch
- Max Perutz
Related topics
Seminal works
- bohr1904
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- schmidtnielsen1997
Frequently asked questions
- बोह्र प्रभाव क्या है?
- यह हीमोग्लोबिन की ऑक्सीजन आत्मीयता का कम होना है जब कार्बन डाइऑक्साइड बढ़ता है और पीएच गिरता है, जो रक्त को सक्रिय ऊतकों में ऑक्सीजन छोड़ने में मदद करता है जहाँ इसकी सबसे अधिक आवश्यकता होती है।
- क्या हीमोग्लोबिन की तरह सभी ऑक्सीजन-वहन करने वाले वर्णक लाल होते हैं?
- नहीं। कई अकशेरुकी हीमोसायनिन का उपयोग करते हैं, एक तांबे-आधारित वर्णक जो ऑक्सीजनेटेड होने पर नीला होता है, और कुछ अन्य वर्णकों का उपयोग करते हैं, सभी ऑक्सीजन क्षमता को बढ़ाने की एक ही भूमिका निभाते हैं।