કોષમાં ઊર્જા કેવી રીતે ઉત્પન્ન થાય છે. જીવંત કોષની ઊર્જા

જીવંત કોષ સ્વાભાવિક રીતે અસ્થિર અને લગભગ અસ્પષ્ટ સંસ્થા ધરાવે છે; કોષ તેની નાજુક રચનાનો ખૂબ જ ચોક્કસ અને સુંદર જટિલ ક્રમ જાળવી રાખવામાં સક્ષમ છે માત્ર ઊર્જાના સતત વપરાશને કારણે.

જલદી ઊર્જાનો પુરવઠો બંધ થાય છે, કોષનું જટિલ માળખું વિખેરાઈ જાય છે અને તે અવ્યવસ્થિત અને અસંગઠિત સ્થિતિમાં જાય છે. કોષની અખંડિતતા જાળવવા માટે જરૂરી રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ પૂરી પાડવા ઉપરાંત, વિવિધ પ્રકારના કોષોમાં, ઊર્જાના રૂપાંતરણને કારણે, શરીરના જીવન સાથે સંકળાયેલી વિવિધ યાંત્રિક, વિદ્યુત, રાસાયણિક અને ઓસ્મોટિક પ્રક્રિયાઓનો અમલ. ખાતરી કરવામાં આવે છે.

પ્રમાણમાં તાજેતરના સમયમાં વિવિધ કાર્ય કરવા માટે વિવિધ નિર્જીવ સ્ત્રોતોમાં રહેલી ઉર્જા બહાર કાઢવાનું શીખ્યા પછી, માણસ એ સમજવા લાગ્યો કે કોષ કેટલી કુશળતાથી અને કેટલી ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાથી ઊર્જાનું રૂપાંતર કરે છે. જીવંત કોષમાં ઊર્જાનું પરિવર્તન થર્મોડાયનેમિક્સના સમાન નિયમોને આધીન છે જે નિર્જીવ પ્રકૃતિમાં કાર્ય કરે છે. થર્મોડાયનેમિક્સના પ્રથમ નિયમ મુજબ, કોઈપણ ભૌતિક પરિવર્તન સાથે બંધ સિસ્ટમની કુલ ઊર્જા હંમેશા સ્થિર રહે છે. બીજા નિયમ મુજબ, ઊર્જા બે સ્વરૂપોમાં અસ્તિત્વમાં હોઈ શકે છે: "મુક્ત" અથવા ઉપયોગી ઊર્જાનું સ્વરૂપ અને નકામી વિખરાયેલી ઊર્જાનું સ્વરૂપ. આ જ કાયદો જણાવે છે કે કોઈપણ ભૌતિક પરિવર્તન સાથે ઉર્જાનું વિસર્જન કરવાની વૃત્તિ હોય છે, એટલે કે મુક્ત ઊર્જાની માત્રામાં ઘટાડો થાય છે અને એન્ટ્રોપી વધે છે. દરમિયાન, જીવંત કોષને મુક્ત ઊર્જાના સતત પુરવઠાની જરૂર છે.

એન્જિનિયર મુખ્યત્વે બળતણમાં રહેલા રાસાયણિક બોન્ડની ઊર્જામાંથી તેને જરૂરી ઊર્જા મેળવે છે. બળતણ બાળીને, તે રાસાયણિક ઊર્જાને થર્મલ ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે; તે પછી તે થર્મલ ઉર્જાનો ઉપયોગ ફેરવવા માટે કરી શકે છે, ઉદાહરણ તરીકે, સ્ટીમ ટર્બાઇન અને આમ વિદ્યુત ઊર્જા મેળવી શકે છે. કોષો "બળતણ" માં સમાયેલ રાસાયણિક બોન્ડની ઊર્જાને મુક્ત કરીને મુક્ત ઊર્જા પણ મેળવે છે. આ જોડાણોમાં તે કોષો દ્વારા ઉર્જાનો સંગ્રહ કરવામાં આવે છે જે આવા બળતણ તરીકે સેવા આપતા પોષક તત્વોનું સંશ્લેષણ કરે છે. જો કે, કોષો આ ઊર્જાનો ઉપયોગ ખૂબ જ ચોક્કસ રીતે કરે છે. કારણ કે તાપમાન કે જેમાં જીવંત કોષ કાર્ય કરે છે તે લગભગ સ્થિર છે, કોષ કામ કરવા માટે થર્મલ ઊર્જાનો ઉપયોગ કરી શકતો નથી. થર્મલ ઉર્જાને કારણે કામ થાય તે માટે, ગરમી વધુ ગરમ શરીરમાંથી ઓછા ગરમ શરીરમાં જવી જોઈએ. તે એકદમ સ્પષ્ટ છે કે કોલસાના દહન તાપમાન (900°) પર કોષ તેના બળતણને બાળી શકતો નથી; તેમજ તે સુપરહીટેડ વરાળ અથવા ઉચ્ચ વોલ્ટેજ પ્રવાહના સંપર્કમાં ટકી શકતું નથી. કોષે એકદમ સ્થિર અને વધુમાં, નીચા તાપમાન, પાતળું આયોડિન વાતાવરણ અને હાઇડ્રોજન આયનોની સાંદ્રતામાં ખૂબ જ નજીવી વધઘટની સ્થિતિમાં ઊર્જા કાઢવાની અને તેનો ઉપયોગ કરવો પડે છે. ઊર્જા મેળવવાની ક્ષમતા પ્રાપ્ત કરવા માટે, કોષે, કાર્બનિક વિશ્વના ઉત્ક્રાંતિની સદીઓ દરમિયાન, તેની નોંધપાત્ર મોલેક્યુલર મિકેનિઝમ્સમાં સુધારો કર્યો છે, જે આ હળવા પરિસ્થિતિઓમાં અસામાન્ય રીતે અસરકારક રીતે કાર્ય કરે છે.

ઊર્જા કાઢવા માટેની સેલ્યુલર મિકેનિઝમ્સને બે વર્ગોમાં વહેંચવામાં આવી છે, અને આ મિકેનિઝમ્સમાં તફાવતના આધારે, તમામ કોષોને બે મુખ્ય પ્રકારોમાં વિભાજિત કરી શકાય છે. પ્રથમ પ્રકારના કોષોને હેટરોટ્રોફિક કહેવામાં આવે છે; આમાં માનવ શરીરના તમામ કોષો અને તમામ ઉચ્ચ પ્રાણીઓના કોષોનો સમાવેશ થાય છે. આ કોષોને ખૂબ જ જટિલ રાસાયણિક રચનાના તૈયાર બળતણના સતત પુરવઠાની જરૂર છે. આવા ઇંધણ કાર્બોહાઇડ્રેટ્સ, પ્રોટીન અને ચરબી છે, એટલે કે, અન્ય કોષો અને પેશીઓના વ્યક્તિગત ઘટકો. હેટરોટ્રોફિક કોષો આ જટિલ પદાર્થો (અન્ય કોષો દ્વારા ઉત્પાદિત) ને શ્વસન નામની પ્રક્રિયામાં બાળીને અથવા ઓક્સિડાઇઝ કરીને ઊર્જા મેળવે છે, જેમાં વાતાવરણના મોલેક્યુલર ઓક્સિજન (O2)નો સમાવેશ થાય છે. હેટરોટ્રોફિક કોષો આ ઊર્જાનો ઉપયોગ તેમના જૈવિક કાર્યો કરવા માટે કરે છે, કાર્બન ડાયોક્સાઇડને અંતિમ ઉત્પાદન તરીકે વાતાવરણમાં મુક્ત કરે છે.

બીજા પ્રકારના કોષોને ઓટોટ્રોફિક કહેવામાં આવે છે. સૌથી લાક્ષણિક ઓટોટ્રોફિક કોષો લીલા છોડના કોષો છે. પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયામાં, તેઓ તેમની જરૂરિયાતો માટે તેનો ઉપયોગ કરીને સૂર્યપ્રકાશની ઊર્જાને બાંધે છે. વધુમાં, તેઓ વાતાવરણીય કાર્બન ડાયોક્સાઇડમાંથી કાર્બન કાઢવા માટે સૌર ઊર્જાનો ઉપયોગ કરે છે અને તેનો ઉપયોગ સૌથી સરળ કાર્બનિક અણુ - ગ્લુકોઝ પરમાણુ બનાવવા માટે કરે છે. ગ્લુકોઝમાંથી, લીલા છોડ અને અન્ય જીવોના કોષો વધુ જટિલ પરમાણુઓ બનાવે છે જે તેમની રચના બનાવે છે. આ માટે જરૂરી ઉર્જા પ્રદાન કરવા માટે, કોષો શ્વસન દરમિયાન તેમના નિકાલ પર કાચા માલના અમુક ભાગને બાળી નાખે છે. કોષમાં ઊર્જાના ચક્રીય પરિવર્તનના આ વર્ણન પરથી, તે સ્પષ્ટ થાય છે કે તમામ જીવંત સજીવો આખરે સૂર્યપ્રકાશમાંથી ઊર્જા મેળવે છે, વનસ્પતિ કોષો તેને સીધા સૂર્યમાંથી અને પ્રાણીઓ પરોક્ષ રીતે મેળવે છે.

આ લેખમાં પૂછાયેલા મુખ્ય પ્રશ્નોનો અભ્યાસ કોષ દ્વારા ઉપયોગમાં લેવાતી પ્રાથમિક ઊર્જા નિષ્કર્ષણ પદ્ધતિના વિગતવાર વર્ણનની જરૂરિયાત પર આધારિત છે. શ્વસન અને પ્રકાશસંશ્લેષણના જટિલ ચક્રના મોટાભાગના પગલાઓનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે. તે સ્થાપિત કરવામાં આવ્યું છે કે કોષના કયા અંગમાં આ અથવા તે પ્રક્રિયા થાય છે. શ્વસન મિટોકોન્ડ્રિયા દ્વારા કરવામાં આવે છે, જે લગભગ તમામ કોષોમાં મોટી સંખ્યામાં હાજર હોય છે; પ્રકાશસંશ્લેષણ હરિતકણ દ્વારા સુનિશ્ચિત કરવામાં આવે છે - લીલા છોડના કોષોમાં સમાયેલ સાયટોપ્લાઝમિક રચનાઓ. મોલેક્યુલર મિકેનિઝમ્સ કે જે આ સેલ્યુલર સ્ટ્રક્ચર્સની અંદર રહે છે, તેમનું માળખું કંપોઝ કરે છે અને તેમના કાર્યોને સક્ષમ કરે છે, કોષના અભ્યાસમાં આગળના મહત્વપૂર્ણ પગલાનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે.

એ જ સારી રીતે અભ્યાસ કરાયેલા અણુઓ - એડેનોસિન ટ્રાઇફોસ્ફેટ (ATP) પરમાણુઓ - શ્વસન અથવા પ્રકાશસંશ્લેષણના કેન્દ્રોમાંથી પોષક તત્ત્વો અથવા સૂર્યપ્રકાશમાંથી મેળવેલી મુક્ત ઊર્જાને કોષના તમામ ભાગોમાં સ્થાનાંતરિત કરે છે, જે બધી પ્રક્રિયાઓના અમલીકરણને સુનિશ્ચિત કરે છે જેને ઊર્જા વપરાશની જરૂર હોય છે. લગભગ 30 વર્ષ પહેલાં લોમેન દ્વારા એટીપીને પ્રથમ વખત સ્નાયુ પેશીઓથી અલગ કરવામાં આવ્યું હતું. ATP પરમાણુમાં ત્રણ એકબીજા સાથે જોડાયેલા ફોસ્ફેટ જૂથો છે. ટેસ્ટ ટ્યુબમાં, એડીનોસિન ડિફોસ્ફેટ (એડીપી) અને અકાર્બનિક ફોસ્ફેટ ઉત્પન્ન કરતી હાઇડ્રોલિસિસ પ્રતિક્રિયા દ્વારા અંતિમ જૂથને એટીપી પરમાણુથી અલગ કરી શકાય છે. આ પ્રતિક્રિયા દરમિયાન, ATP પરમાણુની મુક્ત ઊર્જા થર્મલ ઊર્જામાં રૂપાંતરિત થાય છે, અને થર્મોડાયનેમિક્સના બીજા નિયમ અનુસાર એન્ટ્રોપી વધે છે. કોષમાં, જો કે, ટર્મિનલ ફોસ્ફેટ જૂથ ફક્ત હાઇડ્રોલિસિસ દરમિયાન અલગ થતું નથી, પરંતુ એક વિશિષ્ટ પરમાણુમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે જે સ્વીકારનાર તરીકે સેવા આપે છે. એટીપી પરમાણુની મુક્ત ઉર્જાનો નોંધપાત્ર હિસ્સો સ્વીકારનાર પરમાણુના ફોસ્ફોરાયલેશનને કારણે જાળવી રાખવામાં આવે છે, જે હવે વધેલી ઊર્જાને કારણે, ઊર્જા વપરાશની જરૂર હોય તેવી પ્રક્રિયાઓમાં ભાગ લેવાની ક્ષમતા પ્રાપ્ત કરે છે, ઉદાહરણ તરીકે, જૈવસંશ્લેષણની પ્રક્રિયાઓમાં અથવા સ્નાયુ સંકોચન. આ સંયુક્ત પ્રતિક્રિયામાં એક ફોસ્ફેટ જૂથને દૂર કર્યા પછી, એટીપી એડીપીમાં રૂપાંતરિત થાય છે. સેલ્યુલર થર્મોડાયનેમિક્સમાં, એટીપીને ઊર્જા-સંપન્ન, અથવા ઊર્જા વાહક (એડેનોસિન ફોસ્ફેટ) ના "ચાર્જ્ડ" સ્વરૂપ તરીકે અને ADPને ઉર્જા-નબળા અથવા "ડિસ્ચાર્જ" સ્વરૂપ તરીકે વિચારી શકાય છે.

વાહકનું ગૌણ "ચાર્જિંગ" અલબત્ત, ઊર્જા નિષ્કર્ષણમાં સામેલ બે પદ્ધતિઓમાંથી એક અથવા અન્ય દ્વારા હાથ ધરવામાં આવે છે. પ્રાણી કોષોના શ્વસનની પ્રક્રિયા દરમિયાન, પોષક તત્વોમાં રહેલી ઉર્જા ઓક્સિડેશનના પરિણામે મુક્ત થાય છે અને તેનો ઉપયોગ ADP અને ફોસ્ફેટમાંથી ATP બનાવવા માટે થાય છે. છોડના કોષોમાં પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન, સૂર્યપ્રકાશની ઊર્જા રાસાયણિક ઊર્જામાં રૂપાંતરિત થાય છે અને એડીનોસિન ફોસ્ફેટને "ચાર્જ કરવા" પર ખર્ચવામાં આવે છે, એટલે કે, એટીપીની રચના પર.

ફોસ્ફરસ (P 32) ના કિરણોત્સર્ગી આઇસોટોપનો ઉપયોગ કરીને પ્રયોગો દર્શાવે છે કે અકાર્બનિક ફોસ્ફેટ એટીપીના ટર્મિનલ ફોસ્ફેટ જૂથમાં અને તેની બહાર ઊંચા દરે સમાવિષ્ટ થાય છે. કિડની કોષમાં, ટર્મિનલ ફોસ્ફેટ જૂથનું ટર્નઓવર એટલી ઝડપથી થાય છે કે તેનું અર્ધ-જીવન 1 મિનિટથી ઓછું લે છે; આ અંગના કોષોમાં અત્યંત તીવ્ર ઉર્જા વિનિમયને અનુરૂપ છે. તે ઉમેરવું જોઈએ કે જીવંત કોષમાં એટીપીની પ્રવૃત્તિ કોઈ પણ રીતે કાળો જાદુ નથી. રસાયણશાસ્ત્રીઓ ઘણી સમાન પ્રતિક્રિયાઓ જાણે છે જેના દ્વારા નિર્જીવ પ્રણાલીઓમાં રાસાયણિક ઉર્જા સ્થાનાંતરિત થાય છે. ATP નું પ્રમાણમાં જટિલ માળખું દેખીતી રીતે માત્ર કોષમાં ઉદભવ્યું હતું જેથી ઉર્જા ટ્રાન્સફર સાથે સંકળાયેલ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓનું સૌથી અસરકારક નિયમન સુનિશ્ચિત થાય.

પ્રકાશસંશ્લેષણમાં ATP ની ભૂમિકા તાજેતરમાં જ સ્પષ્ટ કરવામાં આવી છે. આ શોધે મોટાભાગે સમજાવવાનું શક્ય બનાવ્યું કે કેવી રીતે પ્રકાશસંશ્લેષણ કોષો, કાર્બોહાઇડ્રેટ સંશ્લેષણની પ્રક્રિયામાં, સૌર ઉર્જાને બાંધે છે - તમામ જીવંત પ્રાણીઓ માટે ઊર્જાનો પ્રાથમિક સ્ત્રોત.

સૂર્યપ્રકાશમાંથી ઉર્જા ફોટોન અથવા ક્વોન્ટાના સ્વરૂપમાં પ્રસારિત થાય છે; વિવિધ રંગો, અથવા વિવિધ તરંગલંબાઇનો પ્રકાશ, વિવિધ ઊર્જા દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. જ્યારે પ્રકાશ ચોક્કસ ધાતુની સપાટી પર પડે છે અને આ સપાટીઓ દ્વારા શોષાય છે, ત્યારે ધાતુના ઇલેક્ટ્રોન સાથે અથડામણના પરિણામે ફોટોન, તેમની ઊર્જા તેમનામાં સ્થાનાંતરિત કરે છે. આ ફોટોઈલેક્ટ્રીક ઈફેક્ટ જનરેટ થતા વિદ્યુત પ્રવાહને કારણે માપી શકાય છે. લીલા છોડના કોષોમાં, ચોક્કસ તરંગલંબાઇ સાથેનો સૂર્યપ્રકાશ લીલા રંગદ્રવ્ય - હરિતદ્રવ્ય દ્વારા શોષાય છે. શોષિત ઉર્જા જટિલ હરિતદ્રવ્ય પરમાણુમાં ઇલેક્ટ્રોનને મૂળભૂત ઉર્જા સ્તરથી ઉચ્ચ સ્તર પર સ્થાનાંતરિત કરે છે. આવા "ઉત્તેજિત" ઇલેક્ટ્રોન તેમના મુખ્ય સ્થિર ઉર્જા સ્તર પર પાછા ફરવાનું વલણ ધરાવે છે, તેઓ જે ઊર્જા શોષી લે છે તે મુક્ત કરે છે. કોષમાંથી ક્લોરોફિલની શુદ્ધ તૈયારીમાં, અન્ય ફોસ્ફોરેસન્ટ અથવા ફ્લોરોસન્ટ કાર્બનિક અને અકાર્બનિક સંયોજનોના કિસ્સામાં જે થાય છે તેના જેવી જ શોષિત ઊર્જા દૃશ્યમાન પ્રકાશના સ્વરૂપમાં ફરીથી ઉત્સર્જિત થાય છે.

આમ, હરિતદ્રવ્ય, ટેસ્ટ ટ્યુબમાં હોવાને કારણે, પોતે જ પ્રકાશ ઉર્જાનો સંગ્રહ કે ઉપયોગ કરવામાં સક્ષમ નથી; આ ઉર્જા ઝડપથી વિખેરાઈ જાય છે, જાણે શોર્ટ સર્કિટ થઈ હોય. જો કે, કોષમાં, હરિતદ્રવ્ય અન્ય ચોક્કસ અણુઓ સાથે સ્ટીરીલી બંધાયેલ છે; તેથી, જ્યારે, પ્રકાશના શોષણના પ્રભાવ હેઠળ, તે ઉત્તેજિત સ્થિતિમાં આવે છે, "ગરમ" અથવા ઊર્જાથી સમૃદ્ધ, ઇલેક્ટ્રોન તેમની સામાન્ય (અનઉત્તેજિત) ઊર્જા સ્થિતિમાં પાછા આવતા નથી; તેના બદલે, ઇલેક્ટ્રોન હરિતદ્રવ્ય પરમાણુમાંથી ફાટી જાય છે અને ઇલેક્ટ્રોન વાહક પરમાણુઓ દ્વારા વહન કરવામાં આવે છે, જે તેમને પ્રતિક્રિયાઓની બંધ સાંકળમાં એકબીજામાં સ્થાનાંતરિત કરે છે. હરિતદ્રવ્ય પરમાણુની બહાર આ માર્ગ બનાવતા, ઉત્તેજિત ઇલેક્ટ્રોન ધીમે ધીમે તેમની ઊર્જા છોડી દે છે અને હરિતદ્રવ્ય પરમાણુમાં તેમના મૂળ સ્થાનો પર પાછા ફરે છે, જે પછી બીજા ફોટોનને શોષવા માટે તૈયાર છે. દરમિયાન, ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા અપાયેલી ઊર્જાનો ઉપયોગ ADP અને ફોસ્ફેટમાંથી ATP બનાવવા માટે થાય છે - બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, પ્રકાશસંશ્લેષણ કોષની એડેનોસિન ફોસ્ફેટ સિસ્ટમને "ચાર્જ" કરવા માટે.

આ પ્રકાશસંશ્લેષણ ફોસ્ફોરાયલેશન પ્રક્રિયામાં મધ્યસ્થી કરનાર ઇલેક્ટ્રોન કેરિયર્સ હજુ સુધી સંપૂર્ણ રીતે ઓળખાયા નથી. આ વાહકોમાંના એકમાં રિબોફ્લેવિન (વિટામિન B2) અને વિટામિન K હોય તેવું જણાય છે. અન્યને કામચલાઉ રીતે સાયટોક્રોમ્સ તરીકે વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે (પોર્ફિરિન જૂથોથી ઘેરાયેલા આયર્ન પરમાણુ ધરાવતા પ્રોટીન, જે સ્થાન અને બંધારણમાં ક્લોરોફિલના પોર્ફિરિન જેવું જ હોય ​​છે). આમાંના ઓછામાં ઓછા બે ઇલેક્ટ્રોન કેરિયર્સ ADP માંથી ATP પુનઃસ્થાપિત કરવા માટે વહન કરે છે તે ઊર્જાના ભાગને બંધન કરવા સક્ષમ છે.

ડી. આર્નોન અને અન્ય વૈજ્ઞાનિકો દ્વારા વિકસાવવામાં આવેલ એટીપી ફોસ્ફેટ બોન્ડની ઊર્જામાં પ્રકાશ ઉર્જાને રૂપાંતરિત કરવાની આ મૂળભૂત યોજના છે.

જો કે, પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયામાં, સૌર ઊર્જાના બંધન ઉપરાંત, કાર્બોહાઇડ્રેટ સંશ્લેષણ પણ થાય છે. હવે એવું માનવામાં આવે છે કે ઉત્તેજિત ક્લોરોફિલ પરમાણુના કેટલાક "ગરમ" ઇલેક્ટ્રોન, પાણીમાંથી ઉદ્ભવતા હાઇડ્રોજન આયનો સાથે, ઇલેક્ટ્રોન કેરિયર્સમાંના એકમાં ઘટાડો (એટલે ​​​​કે, વધારાના ઇલેક્ટ્રોન અથવા હાઇડ્રોજન અણુઓનું સંપાદન) કારણ બને છે - ટ્રાઇફોસ્ફોપાયરિડિન ન્યુક્લિયોટાઇડ. (TPN, ઘટાડેલા સ્વરૂપમાં TPN-N).

કાળી પ્રતિક્રિયાઓની શ્રેણીમાં, આ નામ આપવામાં આવ્યું છે કારણ કે તે પ્રકાશની ગેરહાજરીમાં થઈ શકે છે, TPH-H કાર્બન ડાયોક્સાઇડને કાર્બોહાઇડ્રેટમાં ઘટાડવાનું કારણ બને છે. આ પ્રતિક્રિયાઓ માટે જરૂરી મોટાભાગની ઊર્જા એટીપી દ્વારા પૂરી પાડવામાં આવે છે. આ શ્યામ પ્રતિક્રિયાઓની પ્રકૃતિનો અભ્યાસ મુખ્યત્વે એમ. કેલ્વિન અને તેમના સાથીદારો દ્વારા કરવામાં આવ્યો હતો. TPN ના પ્રારંભિક ફોટોરેડક્શનની આડપેદાશોમાંથી એક હાઇડ્રોક્સિલ આયન (OH -) છે. જો કે અમારી પાસે હજુ સુધી સંપૂર્ણ માહિતી નથી, એવું માનવામાં આવે છે કે આ આયન તેના ઇલેક્ટ્રોનને પ્રકાશસંશ્લેષણ પ્રતિક્રિયાઓની સાંકળમાં સાયટોક્રોમમાંના એકમાં દાન કરે છે, જેનું અંતિમ ઉત્પાદન મોલેક્યુલર ઓક્સિજન છે. ઇલેક્ટ્રોન વાહકોની સાંકળ સાથે આગળ વધે છે, ATP ની રચનામાં તેમનો ઊર્જાસભર ફાળો આપે છે, અને છેવટે, તેમની બધી વધારાની ઊર્જા ખર્ચીને, તેઓ હરિતદ્રવ્ય પરમાણુમાં પ્રવેશ કરે છે.

જેમ કે પ્રકાશસંશ્લેષણ પ્રક્રિયાની કડક નિયમિત અને ક્રમિક પ્રકૃતિના આધારે અપેક્ષા રાખવામાં આવે છે, હરિતદ્રવ્યના પરમાણુઓ અવ્યવસ્થિત રીતે હરિતકણમાં સ્થિત નથી અને, અલબત્ત, ક્લોરોપ્લાસ્ટને ભરતા પ્રવાહીમાં ખાલી અટકેલા નથી. તેનાથી વિપરિત, હરિતદ્રવ્યના પરમાણુઓ હરિતકણ - ગ્રાનામાં સુવ્યવસ્થિત રચનાઓ બનાવે છે, જેની વચ્ચે તંતુઓ અથવા પટલને અલગ પાડતા હોય છે. દરેક ગ્રાનાની અંદર, સપાટ હરિતદ્રવ્ય પરમાણુઓ સ્ટેક્સમાં પડેલા છે; દરેક પરમાણુને તત્વની અલગ પ્લેટ (ઇલેક્ટ્રોડ), ગ્રાના - તત્વો અને ગ્રાનાની સંપૂર્ણતા (એટલે ​​​​કે સમગ્ર ક્લોરોપ્લાસ્ટ) - ઇલેક્ટ્રિક બેટરી માટે સમાન ગણી શકાય.

ક્લોરોપ્લાસ્ટ્સમાં તે તમામ વિશિષ્ટ ઇલેક્ટ્રોન કેરિયર પરમાણુઓ પણ હોય છે જે, હરિતદ્રવ્ય સાથે મળીને, "ગરમ" ઇલેક્ટ્રોનમાંથી ઊર્જા કાઢવામાં અને કાર્બોહાઇડ્રેટ્સના સંશ્લેષણ માટે આ ઊર્જાનો ઉપયોગ કરવામાં સામેલ છે. કોષમાંથી કાઢવામાં આવેલ ક્લોરોપ્લાસ્ટ પ્રકાશસંશ્લેષણની સમગ્ર જટિલ પ્રક્રિયાને પાર પાડી શકે છે.

આ લઘુચિત્ર સૌર-સંચાલિત ફેક્ટરીઓની કાર્યક્ષમતા આશ્ચર્યજનક છે. પ્રયોગશાળામાં, અમુક વિશિષ્ટ પરિસ્થિતિઓને આધિન, તે બતાવી શકાય છે કે પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયા દરમિયાન, હરિતદ્રવ્યના પરમાણુ પર પડતા પ્રકાશના 75% સુધી રાસાયણિક ઊર્જામાં રૂપાંતરિત થાય છે; જો કે, આ આંકડો સંપૂર્ણપણે સચોટ ગણી શકાય નહીં, અને આ વિશે હજુ પણ ચર્ચા ચાલી રહી છે. ખેતરમાં, સૂર્ય દ્વારા પાંદડાઓની અસમાન પ્રકાશને કારણે, તેમજ અન્ય ઘણા કારણોસર, સૌર ઊર્જાના ઉપયોગની કાર્યક્ષમતા ઘણી ઓછી છે - કેટલાક ટકાના ક્રમમાં.

આમ, ગ્લુકોઝ પરમાણુ, જે પ્રકાશસંશ્લેષણનું અંતિમ ઉત્પાદન છે, તેના પરમાણુ રૂપરેખાંકનમાં સમાયેલ સૌર ઊર્જાનો એકદમ નોંધપાત્ર જથ્થો હોવો જોઈએ. શ્વસનની પ્રક્રિયા દરમિયાન, હેટરોટ્રોફિક કોષો એટીપીના નવા રચાયેલા ફોસ્ફેટ બોન્ડમાં રહેલી ઊર્જાને "સંરક્ષિત" કરવા માટે ધીમે ધીમે ગ્લુકોઝના પરમાણુને તોડીને આ ઊર્જાને બહાર કાઢે છે.

વિવિધ પ્રકારના હેટરોટ્રોફિક કોષો છે. કેટલાક કોષો (ઉદાહરણ તરીકે, કેટલાક દરિયાઈ સુક્ષ્મસજીવો) ઓક્સિજન વિના જીવી શકે છે; અન્ય (ઉદાહરણ તરીકે, મગજના કોષો) ને સંપૂર્ણપણે ઓક્સિજનની જરૂર હોય છે; અન્ય (ઉદાહરણ તરીકે, સ્નાયુ કોષો) વધુ સર્વતોમુખી છે અને પર્યાવરણમાં ઓક્સિજનની હાજરીમાં અને તેની ગેરહાજરીમાં બંને કાર્ય કરવા સક્ષમ છે. વધુમાં, જો કે મોટાભાગના કોષો તેમના મુખ્ય બળતણ તરીકે ગ્લુકોઝનો ઉપયોગ કરવાનું પસંદ કરે છે, તેમાંથી કેટલાક ફક્ત એમિનો એસિડ અથવા ફેટી એસિડ્સ (જેના સંશ્લેષણ માટેનો મુખ્ય કાચો માલ એ જ ગ્લુકોઝ છે) પર અસ્તિત્વ ધરાવે છે. તેમ છતાં, યકૃતના કોષોમાં ગ્લુકોઝના પરમાણુનું ભંગાણ એ ઊર્જા ઉત્પાદન પ્રક્રિયાનું ઉદાહરણ ગણી શકાય જે આપણા માટે જાણીતા મોટાભાગના હેટરોટ્રોફ્સની લાક્ષણિક છે.

ગ્લુકોઝના પરમાણુમાં રહેલી ઊર્જાની કુલ માત્રા નક્કી કરવી ખૂબ જ સરળ છે. પ્રયોગશાળામાં ગ્લુકોઝની ચોક્કસ માત્રા (નમૂનો) બાળીને, તે બતાવી શકાય છે કે ગ્લુકોઝના પરમાણુના ઓક્સિડેશનથી પાણીના 6 પરમાણુ અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડના 6 પરમાણુઓ ઉત્પન્ન થાય છે, અને પ્રતિક્રિયા સ્વરૂપમાં ઊર્જાના પ્રકાશન સાથે થાય છે. ગરમી (1 ગ્રામ પરમાણુ દીઠ આશરે 690,000 કેલરી, એટલે કે 180 ગ્રામ ગ્લુકોઝ માટે). ઉષ્માના સ્વરૂપમાં ઉર્જા કોષ માટે નકામી છે, જે વર્ચ્યુઅલ રીતે સતત તાપમાન પર કાર્ય કરે છે. શ્વસન દરમિયાન ગ્લુકોઝનું ધીમે ધીમે ઓક્સિડેશન થાય છે, જો કે, એવી રીતે કે ગ્લુકોઝ પરમાણુની મોટાભાગની મુક્ત ઊર્જા કોષ માટે અનુકૂળ સ્વરૂપમાં સંગ્રહિત થાય છે.

પરિણામે, કોષ ફોસ્ફેટ બોન્ડ એનર્જીના સ્વરૂપમાં ઓક્સિડેશન દરમિયાન મુક્ત થતી તમામ ઊર્જામાંથી 50% થી વધુ મેળવે છે. આવી ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા સામાન્ય રીતે ટેક્નોલોજીમાં હાંસલ કરવામાં આવતી તેની સાથે સાનુકૂળ રીતે સરખાવે છે, જ્યાં બળતણના દહનમાંથી મેળવેલી થર્મલ ઉર્જાના ત્રીજા ભાગથી વધુને યાંત્રિક અથવા વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરવું ભાગ્યે જ શક્ય છે.

કોષમાં ગ્લુકોઝ ઓક્સિડેશનની પ્રક્રિયાને બે મુખ્ય તબક્કામાં વહેંચવામાં આવે છે. ગ્લાયકોલિસિસ તરીકે ઓળખાતા પ્રથમ, અથવા પ્રારંભિક તબક્કા દરમિયાન, ગ્લુકોઝના છ-કાર્બન પરમાણુ લેક્ટિક એસિડના બે ત્રણ-કાર્બન પરમાણુઓમાં વિભાજિત થાય છે. આ દેખીતી રીતે સરળ પ્રક્રિયામાં એક નહીં, પરંતુ ઓછામાં ઓછા 11 પગલાંનો સમાવેશ થાય છે, જેમાં દરેક પગલું તેના પોતાના વિશિષ્ટ એન્ઝાઇમ દ્વારા ઉત્પ્રેરિત થાય છે. આ કામગીરીની જટિલતા ન્યુટનના એફોરિઝમ "નેચ્યુરા એન્ટીએમ સિમ્પ્લેક્સ esi" ("પ્રકૃતિ સરળ છે") સાથે વિરોધાભાસી લાગે છે; જો કે, એ યાદ રાખવું જોઈએ કે આ પ્રતિક્રિયાનો હેતુ ફક્ત ગ્લુકોઝના પરમાણુને અડધા ભાગમાં વિભાજીત કરવાનો નથી, પરંતુ આ પરમાણુમાંથી તેમાં રહેલી ઊર્જાને મુક્ત કરવાનો છે. દરેક મધ્યવર્તી ફોસ્ફેટ જૂથો ધરાવે છે, અને પ્રતિક્રિયા બે ADP અણુઓ અને બે ફોસ્ફેટ જૂથોનો ઉપયોગ કરીને સમાપ્ત થાય છે. આખરે, ગ્લુકોઝના ભંગાણના પરિણામે, લેક્ટિક એસિડના માત્ર બે અણુઓ જ રચાતા નથી, પરંતુ, વધુમાં, બે નવા એટીપી પરમાણુઓ રચાય છે.

આ ઊર્જાની દ્રષ્ટિએ શું તરફ દોરી જાય છે? થર્મોડાયનેમિક સમીકરણો દર્શાવે છે કે જ્યારે એક ગ્રામ ગ્લુકોઝ લેક્ટિક એસિડ બનાવવા માટે તૂટી જાય છે, ત્યારે 56,000 કેલરી મુક્ત થાય છે. એટીપીના પ્રત્યેક ગ્રામ-પરમાણુની રચના 10,000 કેલરી સાથે જોડાયેલી હોવાથી, આ તબક્કે ઊર્જા કેપ્ચર પ્રક્રિયાની કાર્યક્ષમતા લગભગ 36% છે - એક ખૂબ જ પ્રભાવશાળી આંકડો, જે આપણે સામાન્ય રીતે ટેક્નોલોજીમાં શું સામનો કરવો પડે છે તેના આધારે છે. જો કે, ફોસ્ફેટ બોન્ડ એનર્જીમાં રૂપાંતરિત આ 20,000 કેલરી ગ્લુકોઝ (690,000 કેલરી) ના ગ્રામ પરમાણુમાં સમાયેલ કુલ ઊર્જાના માત્ર એક નાના અંશ (લગભગ 3%)નું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. દરમિયાન, ઘણા કોષો, ઉદાહરણ તરીકે, એનારોબિક કોષો અથવા સ્નાયુ કોશિકાઓ, જે પ્રવૃત્તિની સ્થિતિમાં હોય છે (અને આ સમયે શ્વસન માટે અસમર્થ હોય છે), ઊર્જાના આ નજીવા ઉપયોગને કારણે અસ્તિત્વમાં છે.

ગ્લુકોઝને લેક્ટિક એસિડમાં તોડ્યા પછી, એરોબિક કોષો શ્વસનની પ્રક્રિયા દ્વારા બાકીની મોટાભાગની ઊર્જા મેળવવાનું ચાલુ રાખે છે, જે દરમિયાન ત્રણ-કાર્બન લેક્ટિક એસિડના પરમાણુઓ એક-કાર્બન કાર્બન ડાયોક્સાઇડ પરમાણુઓમાં તૂટી જાય છે. લેક્ટિક એસિડ, અથવા તેના બદલે તેનું ઓક્સિડાઇઝ્ડ સ્વરૂપ, પાયરુવિક એસિડ, પ્રતિક્રિયાઓની વધુ જટિલ શ્રેણીમાંથી પસાર થાય છે, આમાંની દરેક પ્રતિક્રિયાઓ ફરીથી એક વિશિષ્ટ એન્ઝાઇમ સિસ્ટમ દ્વારા ઉત્પ્રેરિત થાય છે. પ્રથમ, ત્રણ-કાર્બન સંયોજન એસિટિક એસિડ (એસિટિલ કોએનઝાઇમ A) અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડનું સક્રિય સ્વરૂપ બનાવવા માટે તૂટી જાય છે. "ટુ-કાર્બન મોઇટી" (એસિટિલ કોએનઝાઇમ A) ત્યારબાદ ચાર-કાર્બન સંયોજન, ઓક્સાલોએસેટિક એસિડ સાથે જોડાય છે, જે સાઇટ્રિક એસિડ ઉત્પન્ન કરે છે, જેમાં છ કાર્બન અણુઓ હોય છે. શ્રેણીબદ્ધ પ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા સાઇટ્રિક એસિડ ઓક્સાલોએસેટિક એસિડમાં પાછું રૂપાંતરિત થાય છે, અને પ્રતિક્રિયાઓના આ ચક્રમાં પાયરુવિક એસિડના ત્રણ કાર્બન અણુઓ આખરે કાર્બન ડાયોક્સાઇડ પરમાણુઓ ઉત્પન્ન કરે છે. આ “મિલ”, જે ફક્ત ગ્લુકોઝ જ નહીં, પણ ચરબી અને એમિનો એસિડના અણુઓને પણ “ગ્રાઇન્ડ” (ઑક્સિડાઇઝ કરે છે), જે અગાઉ એસિટિક એસિડમાં વિભાજિત હતા, તેને ક્રેબ્સ ચક્ર અથવા સાઇટ્રિક એસિડ ચક્ર તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.

આ ચક્રનું સૌપ્રથમ વર્ણન જી. ક્રેબ્સ દ્વારા 1937માં કરવામાં આવ્યું હતું. આ શોધ આધુનિક બાયોકેમિસ્ટ્રીના પાયાના પથ્થરોમાંના એકનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે અને તેના લેખકને 1953માં નોબેલ પારિતોષિક એનાયત કરવામાં આવ્યો હતો.

ક્રેબ્સ ચક્ર કાર્બન ડાયોક્સાઇડમાં લેક્ટિક એસિડના ઓક્સિડેશનને શોધી કાઢે છે; જો કે, એકલું આ ચક્ર એ સમજાવી શકતું નથી કે કેવી રીતે લેક્ટિક એસિડ પરમાણુમાં રહેલી મોટી માત્રામાં ઊર્જાને જીવંત કોષમાં ઉપયોગ માટે યોગ્ય સ્વરૂપમાં કાઢવામાં આવે છે. આ ઊર્જા નિષ્કર્ષણ પ્રક્રિયા કે જે ક્રેબ્સ ચક્ર સાથે છે તેનો તાજેતરના વર્ષોમાં સઘન અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે. એકંદર ચિત્ર વધુ કે ઓછું સ્પષ્ટ છે, પરંતુ ઘણી વિગતો અન્વેષણ કરવાની બાકી છે. દેખીતી રીતે, ક્રેબ્સ ચક્ર દરમિયાન, ઇલેક્ટ્રોન, ઉત્સેચકોની ભાગીદારી સાથે, મધ્યવર્તી ઉત્પાદનોમાંથી ફાટી જાય છે અને સંખ્યાબંધ વાહક પરમાણુઓ સાથે સ્થાનાંતરિત થાય છે, જેને સામૂહિક રીતે શ્વસન સાંકળ કહેવામાં આવે છે. એન્ઝાઇમ પરમાણુઓની આ સાંકળ જૈવિક ઓક્સિડેશનની પ્રક્રિયામાં પોષક અણુઓમાંથી દૂર કરાયેલા તમામ ઇલેક્ટ્રોનનો અંતિમ સામાન્ય માર્ગ દર્શાવે છે. આ સાંકળની છેલ્લી કડીમાં, ઇલેક્ટ્રોન આખરે ઓક્સિજન સાથે મળીને પાણી બનાવે છે. આમ, શ્વસન દ્વારા પોષક તત્વોનું ભંગાણ એ પ્રકાશસંશ્લેષણની વિપરીત પ્રક્રિયા છે, જેમાં પાણીમાંથી ઇલેક્ટ્રોન દૂર કરવાથી ઓક્સિજન ઉત્પન્ન થાય છે. તદુપરાંત, શ્વસન સાંકળમાં ઇલેક્ટ્રોન કેરિયર્સ પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયામાં સંકળાયેલા અનુરૂપ વાહકો સાથે રાસાયણિક રીતે ખૂબ સમાન છે. તેમની વચ્ચે, ઉદાહરણ તરીકે, રિબોફ્લેવિન અને સાયટોક્રોમ સ્ટ્રક્ચર્સ છે, જે ક્લોરોપ્લાસ્ટની જેમ જ છે. આ પ્રકૃતિની સરળતા વિશે ન્યૂટનના એફોરિઝમની પુષ્ટિ કરે છે.

પ્રકાશસંશ્લેષણની જેમ, ઓક્સિજનમાં આ સાંકળ સાથે પસાર થતા ઇલેક્ટ્રોનની ઊર્જાને પકડવામાં આવે છે અને ADP અને ફોસ્ફેટમાંથી ATPને સંશ્લેષણ કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાય છે. વાસ્તવમાં, શ્વસન સાંકળ (ઓક્સિડેટીવ ફોસ્ફોરાયલેશન) માં બનતું આ ફોસ્ફોરાયલેશન પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન થતા ફોસ્ફોરાયલેશન કરતાં વધુ સારી રીતે અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે, જે પ્રમાણમાં તાજેતરમાં શોધાયેલ છે. તે નિશ્ચિતપણે સ્થાપિત છે, ઉદાહરણ તરીકે, શ્વસન સાંકળમાં ત્રણ કેન્દ્રો છે જેમાં એડેનોસિન ફોસ્ફેટનું "ચાર્જિંગ" થાય છે, એટલે કે, એટીપીની રચના. આમ, ક્રેબ્સ ચક્ર દરમિયાન લેક્ટિક એસિડમાંથી દૂર કરવામાં આવેલા ઇલેક્ટ્રોનની દરેક જોડી માટે, સરેરાશ ત્રણ ATP પરમાણુઓ રચાય છે.

કુલ ATP ઉપજના આધારે, હવે થર્મોડાયનેમિક કાર્યક્ષમતાની ગણતરી કરવી શક્ય છે કે જેની સાથે કોષ ગ્લુકોઝ ઓક્સિડેશન દ્વારા તેને ઉપલબ્ધ કરવામાં આવેલી ઊર્જાને બહાર કાઢે છે. લેક્ટિક એસિડના બે અણુઓમાં ગ્લુકોઝનું પ્રારંભિક વિભાજન એટીપીના બે અણુઓનું નિર્માણ કરે છે. દરેક લેક્ટિક એસિડ પરમાણુ આખરે છ જોડી ઇલેક્ટ્રોનને શ્વસન સાંકળમાં સ્થાનાંતરિત કરે છે. સાંકળમાંથી પસાર થતા ઇલેક્ટ્રોનની દરેક જોડી ત્રણ ADP અણુઓના ATPમાં રૂપાંતરનું કારણ બને છે, તેથી શ્વસનની પ્રક્રિયા દરમિયાન જ 36 ATP અણુઓ ઉત્પન્ન થાય છે. જ્યારે ATP ના દરેક ગ્રામ પરમાણુ રચાય છે, ત્યારે લગભગ 10,000 કેલરી બંધાય છે, જેમ કે આપણે પહેલેથી જ સૂચવ્યું છે, અને તેથી, ATP ના 38 ગ્રામ પરમાણુઓ ગ્લુકોઝના મૂળ ગ્રામ પરમાણુમાં સમાયેલ 690,000 કેલરીઓમાંથી આશરે 380,000 કેલરીને જોડે છે. ગ્લાયકોલિસિસ અને શ્વસનની સંયુક્ત પ્રક્રિયાઓની કાર્યક્ષમતા આમ ઓછામાં ઓછી 55% ગણી શકાય.

શ્વસન પ્રક્રિયાની આત્યંતિક જટિલતા એ અન્ય સંકેત છે કે જો ઘટક ભાગોને ઉકેલમાં એકસાથે મિશ્રિત કરવામાં આવે તો તેમાં સામેલ એન્ઝાઈમેટિક મિકેનિઝમ્સ કાર્ય કરી શકશે નહીં. જેમ પ્રકાશસંશ્લેષણ સાથે સંકળાયેલ મોલેક્યુલર મિકેનિઝમ્સ ચોક્કસ માળખાકીય સંસ્થા ધરાવે છે અને તે ક્લોરોપ્લાસ્ટમાં સમાયેલ છે, કોષના શ્વસન અંગો - મિટોકોન્ડ્રિયા - સમાન માળખાકીય રીતે ક્રમબદ્ધ સિસ્ટમનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે.

કોષ, તેના પ્રકાર અને તેના કાર્યની પ્રકૃતિના આધારે, 50 થી 5000 મિટોકોન્ડ્રિયા (એક યકૃત કોષમાં, ઉદાહરણ તરીકે, લગભગ 1000 મિટોકોન્ડ્રિયા હોય છે) હોઈ શકે છે. તેઓ નિયમિત માઈક્રોસ્કોપ વડે જોઈ શકાય એટલા મોટા (લંબાઈમાં 3-4 માઈક્રોન) છે. જો કે, મિટોકોન્ડ્રિયાનું અલ્ટ્રાસ્ટ્રક્ચર ફક્ત ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપ હેઠળ જ દેખાય છે.

ઈલેક્ટ્રોન માઈક્રોગ્રાફમાં તમે જોઈ શકો છો કે મિટોકોન્ડ્રીયનમાં બે પટલ હોય છે, જેમાં આંતરિક પટલ ફોલ્ડ બનાવે છે જે મિટોકોન્ડ્રીયનના શરીરમાં વિસ્તરે છે. યકૃતના કોષોમાંથી અલગ કરાયેલા મિટોકોન્ડ્રિયાના તાજેતરના અભ્યાસમાં દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે ક્રેબ્સ ચક્રમાં સામેલ એન્ઝાઇમ પરમાણુઓ મેટ્રિક્સમાં અથવા મિટોકોન્ડ્રિયાની આંતરિક સામગ્રીના દ્રાવ્ય ભાગમાં સ્થિત છે, જ્યારે શ્વસન સાંકળના ઉત્સેચકો, પરમાણુના સ્વરૂપમાં " એસેમ્બલીઓ," પટલમાં સ્થિત છે. પટલમાં પ્રોટીન અને લિપિડ (ચરબી) અણુઓના વૈકલ્પિક સ્તરોનો સમાવેશ થાય છે; ક્લોરોપ્લાસ્ટના ગ્રાનામાં પટલની સમાન રચના હોય છે.

આમ, આ બે મુખ્ય "પાવર સ્ટેશનો" ની રચનામાં સ્પષ્ટ સમાનતા છે, જેના પર કોષની સમગ્ર મહત્વપૂર્ણ પ્રવૃત્તિ નિર્ભર છે, કારણ કે તેમાંથી એક એટીપીના ફોસ્ફેટ બોન્ડ્સમાં સૌર ઉર્જાનો "સ્ટોર" કરે છે, અને બીજો કન્વર્ટ કરે છે. પોષક તત્વોમાં રહેલી ઉર્જા એટીપી ઊર્જામાં પરિવર્તિત થાય છે.

આધુનિક રસાયણશાસ્ત્ર અને ભૌતિકશાસ્ત્રની પ્રગતિએ તાજેતરમાં કેટલાક મોટા અણુઓની અવકાશી રચનાને સ્પષ્ટ કરવાનું શક્ય બનાવ્યું છે, ઉદાહરણ તરીકે, સંખ્યાબંધ પ્રોટીન અને ડીએનએના અણુઓ, એટલે કે આનુવંશિક માહિતી ધરાવતા અણુઓ.

કોષનો અભ્યાસ કરવા માટેનું આગલું મહત્ત્વનું પગલું એ મિટોકોન્ડ્રીયલ પટલમાં મોટા એન્ઝાઇમ પરમાણુઓ (જે પોતે જ પ્રોટીન છે) નું સ્થાન શોધવાનું છે, જ્યાં તેઓ લિપિડ્સ સાથે સ્થિત છે - એક એવી વ્યવસ્થા જે દરેક ઉત્પ્રેરક પરમાણુની યોગ્ય દિશા સુનિશ્ચિત કરે છે અને સમગ્ર કાર્યકારી મિકેનિઝમની અનુગામી લિંક સાથે તેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની શક્યતા. મિટોકોન્ડ્રિયાનો "વાયરિંગ ડાયાગ્રામ" પહેલેથી જ સ્પષ્ટ છે!

સેલના પાવર પ્લાન્ટ્સ અંગેની આધુનિક માહિતી દર્શાવે છે કે તે માત્ર શાસ્ત્રીય ઉર્જા જ નહીં, પણ ટેક્નોલોજીની નવી, ઘણી વધુ તેજસ્વી સિદ્ધિઓને પણ પાછળ છોડી દે છે.

ઇલેક્ટ્રોનિક્સે કમ્પ્યુટિંગ ઉપકરણોના ઘટકોના લેઆઉટ અને કદમાં ઘટાડો કરવામાં અદ્ભુત સફળતા હાંસલ કરી છે. જો કે, આ બધી સફળતાઓની તુલના કાર્બનિક ઉત્ક્રાંતિની પ્રક્રિયામાં વિકસિત અને દરેક જીવંત કોષમાં હાજર સૌથી જટિલ ઊર્જા રૂપાંતરણ પદ્ધતિઓના એકદમ અવિશ્વસનીય લઘુચિત્રીકરણ સાથે કરી શકાતી નથી.

કેમ છો બધા! હું આ લેખ સેલ ન્યુક્લિયસ અને ડીએનએને સમર્પિત કરવા માંગતો હતો. પરંતુ તે પહેલાં, આપણે સેલ કેવી રીતે સંગ્રહિત અને ઊર્જાનો ઉપયોગ કરે છે તેના પર સ્પર્શ કરવાની જરૂર છે (આભાર). અમે લગભગ દરેક જગ્યાએ ઊર્જા સંબંધિત મુદ્દાઓને સ્પર્શ કરીશું. ચાલો તેમને અગાઉથી શોધી કાઢીએ.

તમે શેમાંથી ઊર્જા મેળવી શકો છો? બધી બાબતોમાં હા! છોડ પ્રકાશ ઊર્જા વાપરે છે. કેટલાક બેક્ટેરિયા પણ. એટલે કે, કાર્બનિક પદાર્થો પ્રકાશ ઊર્જાનો ઉપયોગ કરીને અકાર્બનિક પદાર્થોમાંથી સંશ્લેષણ કરવામાં આવે છે. + ત્યાં કીમોટ્રોફ છે. તેઓ એમોનિયા, હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડ અને અન્ય પદાર્થોના ઓક્સિડેશનની ઊર્જાનો ઉપયોગ કરીને અકાર્બનિક પદાર્થોમાંથી કાર્બનિક પદાર્થોનું સંશ્લેષણ કરે છે. અને ત્યાં તમે અને હું છીએ. અમે હેટરોટ્રોફ છીએ. તેઓ કોણ છે? આ તે છે જેઓ અકાર્બનિક પદાર્થોમાંથી કાર્બનિક પદાર્થોનું સંશ્લેષણ કેવી રીતે કરવું તે જાણતા નથી. એટલે કે કેમોસિન્થેસિસ અને પ્રકાશસંશ્લેષણ આપણા માટે નથી. અમે તૈયાર કાર્બનિક પદાર્થ લઈએ છીએ (અમે તેને ખાઈએ છીએ). અમે તેને ટુકડાઓમાં ડિસએસેમ્બલ કરીએ છીએ અને કાં તો તેનો ઉપયોગ મકાન સામગ્રી તરીકે કરીએ છીએ અથવા ઊર્જા મેળવવા માટે તેનો નાશ કરીએ છીએ.
ઊર્જા માટે આપણે બરાબર શું વિશ્લેષણ કરી શકીએ? પ્રોટીન્સ (પ્રથમ તેમને એમિનો એસિડમાં તોડીને), ચરબી, કાર્બોહાઇડ્રેટ્સ અને ઇથિલ આલ્કોહોલ (પરંતુ આ વૈકલ્પિક છે). એટલે કે, આ તમામ પદાર્થોનો ઉર્જા સ્ત્રોત તરીકે ઉપયોગ કરી શકાય છે. પરંતુ તેનો સંગ્રહ કરવા માટે અમે તેનો ઉપયોગ કરીએ છીએ ચરબી અને કાર્બોહાઇડ્રેટ્સ. મને કાર્બોહાઇડ્રેટ્સ ગમે છે! આપણા શરીરમાં, મુખ્ય સંગ્રહ કાર્બોહાઇડ્રેટ ગ્લાયકોજેન છે.

તેમાં ગ્લુકોઝના અવશેષો હોય છે. એટલે કે, તે સમાન એકમો (ગ્લુકોઝ) નો સમાવેશ કરતી લાંબી, શાખાવાળી સાંકળ છે. જો આપણને ઊર્જાની જરૂર હોય, તો આપણે સાંકળના અંતમાંથી એક સમયે એક ટુકડો વિભાજીત કરીએ છીએ અને તેને ઓક્સિડાઇઝ કરીને આપણે ઊર્જા મેળવીએ છીએ. ઊર્જા મેળવવાની આ પદ્ધતિ શરીરના તમામ કોષોની લાક્ષણિકતા છે, પરંતુ ખાસ કરીને યકૃત અને સ્નાયુ પેશીઓના કોષોમાં ઘણો ગ્લાયકોજેન હોય છે.

હવે ચરબી વિશે વાત કરીએ. તે ખાસ કનેક્ટિવ પેશી કોષોમાં સંગ્રહિત થાય છે. તેમનું નામ એડિપોસાઇટ્સ છે. અનિવાર્યપણે, આ અંદર એક વિશાળ ચરબીનું ટીપું ધરાવતા કોષો છે.

જો જરૂરી હોય તો, શરીર આ કોષોમાંથી ચરબી દૂર કરે છે, આંશિક રીતે તેને તોડી નાખે છે અને તેને પરિવહન કરે છે. ડિલિવરીના બિંદુએ, અંતિમ વિભાજન ઊર્જાના પ્રકાશન અને પરિવર્તન સાથે થાય છે.

એકદમ લોકપ્રિય પ્રશ્ન: "તમે તમારી બધી ઊર્જા ચરબી અથવા ગ્લાયકોજેન તરીકે શા માટે સંગ્રહિત કરી શકતા નથી?"
આ ઉર્જા સ્ત્રોતો વિવિધ હેતુઓ ધરાવે છે. ગ્લાયકોજેનમાંથી ઉર્જા ખૂબ જ ઝડપથી મેળવી શકાય છે. તેનું ભંગાણ સ્નાયુ કાર્યની શરૂઆત પછી લગભગ તરત જ શરૂ થાય છે, 1-2 મિનિટમાં ટોચ પર પહોંચે છે. ચરબીનું ભંગાણ ધીમું તીવ્રતાના ઘણા ઓર્ડરો થાય છે. એટલે કે, જો તમે ક્યાંક સૂઈ રહ્યા હોવ અથવા ધીમે ધીમે ચાલતા હોવ, તો તમારી પાસે સતત ઊર્જા ખર્ચ થાય છે, અને તે ચરબીને તોડીને પ્રદાન કરી શકાય છે. પરંતુ જલદી તમે ઝડપ વધારવાનું નક્કી કરો છો (સર્વર પડી ગયા, તમે તેને લેવા દોડ્યા), તમને અચાનક જરૂર પડશે ઘણી ઊર્જાઅને તમે ચરબીને તોડીને તેને ઝડપથી મેળવી શકશો નહીં. આ તે છે જ્યાં આપણને ગ્લાયકોજેનની જરૂર છે.

બીજો મહત્વનો તફાવત છે. ગ્લાયકોજેન ઘણું પાણી બાંધે છે. ગ્લાયકોજનના 1 ગ્રામ દીઠ આશરે 3 ગ્રામ પાણી. એટલે કે, 1 કિલો ગ્લાયકોજેન માટે આ પહેલેથી જ 3 કિલો પાણી છે. શ્રેષ્ઠ નથી... ચરબી સાથે તે સરળ છે. લિપિડ પરમાણુઓ (ચરબી = લિપિડ્સ), જે ઊર્જાનો સંગ્રહ કરે છે, તે પાણી અને ગ્લાયકોજન પરમાણુઓથી વિપરીત ચાર્જ થતા નથી. આવા અણુઓને હાઇડ્રોફોબિક (શાબ્દિક રીતે, પાણીથી ડરતા) કહેવામાં આવે છે. પાણીના અણુઓનું ધ્રુવીકરણ થાય છે. આ તે જેવો દેખાય છે.

અનિવાર્યપણે, હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ હાઇડ્રોજન પરમાણુ નકારાત્મક ચાર્જવાળા ઓક્સિજન અણુઓ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે. પરિણામ એ સ્થિર અને ઊર્જાસભર અનુકૂળ સ્થિતિ છે.
હવે ચાલો લિપિડ પરમાણુઓની કલ્પના કરીએ. તેઓ ચાર્જ થતા નથી અને ધ્રુવીકૃત પાણીના અણુઓ સાથે સામાન્ય રીતે સંપર્ક કરી શકતા નથી. તેથી, પાણી સાથે લિપિડ્સનું મિશ્રણ ઊર્જાસભર પ્રતિકૂળ છે. લિપિડ પરમાણુઓ પાણીને શોષી શકતા નથી, જેમ કે ગ્લાયકોજેન કરે છે. તેઓ ફોસ્ફોલિપિડ્સના પટલથી ઘેરાયેલા કહેવાતા લિપિડ ટીપાંમાં "ઘૂંટડે છે" (તેની એક બાજુ ચાર્જ થાય છે અને પાણીની બહાર હોય છે, બીજી ચાર્જ થતી નથી અને ડ્રોપના લિપિડ્સનો સામનો કરે છે). પરિણામે, અમારી પાસે એક સ્થિર સિસ્ટમ છે જે અસરકારક રીતે લિપિડને સંગ્રહિત કરે છે અને કંઈપણ વધારાનું નથી.

ઠીક છે, અમે શોધી કાઢ્યું કે ઊર્જા કયા સ્વરૂપોમાં સંગ્રહિત થાય છે. તેણીનું આગળ શું થશે? તેથી આપણે ગ્લાયકોજેનમાંથી ગ્લુકોઝના પરમાણુને વિભાજિત કરીએ છીએ. તેઓએ તેને ઊર્જામાં ફેરવ્યું. તેનો અર્થ શું છે?
ચાલો એક નાનું વિષયાંતર કરીએ.

કોષમાં દર સેકન્ડે લગભગ 1,000,000,000 પ્રતિક્રિયાઓ થાય છે. જ્યારે પ્રતિક્રિયા થાય છે, ત્યારે એક પદાર્થ બીજામાં રૂપાંતરિત થાય છે. તેની આંતરિક ઊર્જાનું શું થાય છે? તે ઘટી શકે છે, વધી શકે છે અથવા યથાવત રહી શકે છે. જો તે ઘટે તો -> ઊર્જા મુક્ત થાય છે. જો તે વધે તો -> તમારે બહારથી ઊર્જા લેવાની જરૂર છે. શરીર સામાન્ય રીતે આવી પ્રતિક્રિયાઓને જોડે છે. એટલે કે, એક પ્રતિક્રિયા દરમિયાન છોડવામાં આવતી ઊર્જા બીજી પ્રક્રિયા કરવા માટે જાય છે.

તેથી શરીરમાં ખાસ સંયોજનો, મેક્રોએર્ગ્સ છે, જે પ્રતિક્રિયા દરમિયાન ઊર્જા એકઠા અને સ્થાનાંતરિત કરવામાં સક્ષમ છે. તેમાં એક અથવા અનેક રાસાયણિક બોન્ડ હોય છે જેમાં આ ઊર્જા એકઠી થાય છે. હવે તમે ગ્લુકોઝ પર પાછા આવી શકો છો. તેના ક્ષય દરમિયાન બહાર પડતી ઊર્જા આ મેક્રોએર્ગ્સના જોડાણોમાં સંગ્રહિત કરવામાં આવશે.

ચાલો તેને ઉદાહરણ સાથે જોઈએ.

સેલનો સૌથી સામાન્ય મેક્રોએર્ગ (ઊર્જા ચલણ) એટીપી (એડેનોસિન ટ્રાઇફોસ્ફેટ) છે.

તે કંઈક આના જેવું લાગે છે.

તેમાં નાઇટ્રોજનસ બેઝ એડેનાઇન (ડીએનએમાં માહિતીને એન્કોડ કરવા માટે વપરાતા 4માંથી એક), સુગર રાઇબોઝ અને ત્રણ ફોસ્ફોરિક એસિડ અવશેષો (તેથી એડેનોસિન ટ્રાઇફોસ્ફેટ) નો સમાવેશ થાય છે. તે ફોસ્ફોરિક એસિડ અવશેષો વચ્ચેના બંધનમાં છે જે ઊર્જા એકઠા કરે છે. જ્યારે એક ફોસ્ફોરિક એસિડ અવશેષો નાબૂદ થાય છે, ત્યારે ADP (એડેનોસિન ડિફોસ્ફેટ) રચાય છે. ADP અન્ય અવશેષોને તોડીને અને AMP (એડેનોસિન મોનોફોસ્ફેટ) માં ફેરવીને ઊર્જા મુક્ત કરી શકે છે. પરંતુ બીજા અવશેષોને વિભાજિત કરવાની કાર્યક્ષમતા ઘણી ઓછી છે. તેથી, શરીર સામાન્ય રીતે એડીપીમાંથી ફરીથી એટીપી મેળવવાનો પ્રયત્ન કરે છે. તે આના જેવું કંઈક જાય છે. ગ્લુકોઝના ભંગાણ દરમિયાન, છોડવામાં આવતી ઊર્જા બે ફોસ્ફોરિક એસિડ અવશેષો વચ્ચેના બોન્ડની રચના અને એટીપીની રચનામાં ખર્ચવામાં આવે છે. પ્રક્રિયા બહુ-તબક્કાની છે અને અમે તેને હમણાં માટે છોડી દઈશું.

પરિણામી એટીપી ઊર્જાનો સાર્વત્રિક સ્ત્રોત છે. તેનો ઉપયોગ પ્રોટીન સંશ્લેષણ (એમિનો એસિડને જોડવા માટે ઊર્જાની જરૂર છે) થી લઈને સ્નાયુઓના કામ સુધી દરેક જગ્યાએ થાય છે. મોટર પ્રોટીન જે સ્નાયુ સંકોચન કરે છે તે તેમની રચના બદલવા માટે ATP માં સંગ્રહિત ઊર્જાનો ઉપયોગ કરે છે. રચનામાં ફેરફાર એ મોટા પરમાણુના એક ભાગનું બીજા ભાગની તુલનામાં પુનઃપ્રતિક્રમણ છે. તે કંઈક આના જેવું લાગે છે.

એટલે કે, રાસાયણિક બોન્ડ ઊર્જા યાંત્રિક ઊર્જામાં રૂપાંતરિત થાય છે. અહીં પ્રોટીનના વાસ્તવિક ઉદાહરણો છે જે કામ કરવા માટે ATP નો ઉપયોગ કરે છે.

માયોસિનને મળો. મોટર પ્રોટીન. તે વિશાળ અંતઃકોશિક રચનાઓને ખસેડે છે અને સ્નાયુ સંકોચનમાં ભાગ લે છે. મહેરબાની કરીને નોંધ કરો કે તેના બે "પગ" છે. 1 એટીપી પરમાણુમાં સંગ્રહિત ઊર્જાનો ઉપયોગ કરીને, તે એક રચનાત્મક ફેરફાર કરે છે, આવશ્યકપણે એક પગલું. એટીપી રાસાયણિક ઊર્જાના યાંત્રિક ઊર્જામાં સંક્રમણનું સૌથી સ્પષ્ટ ઉદાહરણ.

બીજું ઉદાહરણ Na/K પંપ છે. પ્રથમ તબક્કામાં, તે Na ના ત્રણ અણુઓ અને એક ATP ને જોડે છે. ATP ની ઉર્જાનો ઉપયોગ કરીને, તે કોષમાંથી Na મુક્ત કરીને, રચનામાં ફેરફાર કરે છે. તે પછી બે પોટેશિયમ પરમાણુઓને જોડે છે અને, તેના મૂળ સ્વરૂપમાં પાછા આવીને, પોટેશિયમને કોષમાં સ્થાનાંતરિત કરે છે. આ ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે તે તમને સામાન્ય અંતઃકોશિક Na સ્તરને જાળવી રાખવા માટે પરવાનગી આપે છે.

પરંતુ ગંભીરતાપૂર્વક, પછી:

વિરામ. શા માટે આપણને ATP ની જરૂર છે? શા માટે આપણે ગ્લુકોઝમાં સંગ્રહિત ઊર્જાનો સીધો ઉપયોગ કરી શકતા નથી? તે અયોગ્ય છે કે જો તમે એક સમયે ગ્લુકોઝને CO2 માં ઓક્સિડાઇઝ કરો છો, તો ખૂબ જ મોટી માત્રામાં ઊર્જા તરત જ મુક્ત થશે. અને તેમાંથી મોટા ભાગની ગરમી તરીકે વિખેરાઈ જશે. તેથી, પ્રતિક્રિયાને તબક્કામાં વહેંચવામાં આવે છે. દરેક થોડી ઊર્જા છોડે છે, તે સંગ્રહિત થાય છે, અને જ્યાં સુધી પદાર્થ સંપૂર્ણપણે ઓક્સિડાઇઝ ન થાય ત્યાં સુધી પ્રતિક્રિયા ચાલુ રહે છે.

મને સારાંશ આપવા દો. ઊર્જા ચરબી અને કાર્બોહાઇડ્રેટ્સમાં સંગ્રહિત થાય છે. તે કાર્બોહાઇડ્રેટ્સમાંથી ઝડપથી કાઢી શકાય છે, પરંતુ ચરબીમાં વધુ સંગ્રહિત કરી શકાય છે. પ્રતિક્રિયાઓ કરવા માટે, કોષ ઉચ્ચ-ઊર્જાવાળા સંયોજનોનો ઉપયોગ કરે છે જેમાં ચરબી, કાર્બોહાઇડ્રેટ્સ વગેરેના ભંગાણની ઊર્જા સંગ્રહિત થાય છે... કોષમાં એટીપી એ મુખ્ય આવા સંયોજનો છે. મૂળભૂત રીતે, તેને લો અને તેનો ઉપયોગ કરો. જો કે, એકમાત્ર નહીં. પરંતુ તેના પર પછીથી વધુ.

પી.એસ. મેં સામગ્રીને શક્ય તેટલી સરળ બનાવવાનો પ્રયાસ કર્યો, તેથી કેટલીક અચોક્કસતા હતી. હું ઉત્સાહી જીવવિજ્ઞાનીઓને મને માફ કરવા કહું છું.

ટૅગ્સ: ટૅગ્સ ઉમેરો

કોષ કેવી રીતે ઊર્જા મેળવે છે અને વાપરે છે

જીવવા માટે, તમારે કામ કરવું પડશે. આ રોજબરોજનું સત્ય કોઈપણ જીવને લાગુ પડે છે. તમામ જીવો: એક કોષી સૂક્ષ્મજીવાણુઓથી લઈને ઉચ્ચ પ્રાણીઓ અને મનુષ્યો સુધી - સતત વિવિધ પ્રકારનાં કામ કરે છે. આ હલનચલન છે, એટલે કે યાંત્રિકપ્રાણીના સ્નાયુઓને સંકુચિત કરીને અથવા બેક્ટેરિયમના ફ્લેગેલમને ફેરવીને કામ કરો; કોષોમાં જટિલ રાસાયણિક સંયોજનોનું સંશ્લેષણ, એટલે કે, રાસાયણિકનોકરી; પ્રોટોપ્લાઝમ અને બાહ્ય વાતાવરણ વચ્ચે સંભવિત તફાવત બનાવે છે, એટલે કે ઇલેક્ટ્રિકનોકરી; બાહ્ય વાતાવરણમાંથી પદાર્થોનું સ્થાનાંતરણ, જ્યાં તેમાંથી થોડા છે, કોષમાં, જ્યાં સમાન પદાર્થો વધુ હોય છે, એટલે કે ઓસ્મોટિકજોબ. સૂચિબદ્ધ ચાર મુખ્ય પ્રકારનાં કાર્ય ઉપરાંત, અમે આસપાસના તાપમાનમાં ઘટાડો, તેમજ તેજસ્વી સજીવો દ્વારા પ્રકાશના ઉત્પાદનના પ્રતિભાવમાં ગરમ ​​લોહીવાળા પ્રાણીઓ દ્વારા ગરમીના ઉત્પાદનનો ઉલ્લેખ કરી શકીએ છીએ.

ઊર્જા ચયાપચય શું છે

આ બધા માટે ઊર્જાના ખર્ચની જરૂર છે, જે ચોક્કસ બાહ્ય ઊર્જા સંસાધનોમાંથી લેવામાં આવે છે. બાયોસ્ફિયર માટે ઉર્જાનો પ્રાથમિક સ્ત્રોત સૂર્યપ્રકાશ છે, જે પ્રકાશસંશ્લેષણ જીવો દ્વારા આત્મસાત થાય છે: લીલા છોડ અને કેટલાક બેક્ટેરિયા. આ સજીવો (કાર્બોહાઇડ્રેટ્સ, ચરબી અને પ્રોટીન) દ્વારા બનાવેલ બાયોપોલિમર્સનો પછી અન્ય તમામ - હેટરોટ્રોફિક - જીવનના સ્વરૂપો દ્વારા "બળતણ" તરીકે ઉપયોગ કરી શકાય છે, જેમાં પ્રાણીઓ, ફૂગ અને મોટાભાગના પ્રકારના બેક્ટેરિયાનો સમાવેશ થાય છે.

ફૂડ બાયોપોલિમર્સ ખૂબ જ વૈવિધ્યસભર હોઈ શકે છે: સેંકડો વિવિધ પ્રોટીન, ચરબી અને પોલિસેકરાઇડ્સ છે. આ "બળતણ" શરીરમાં તૂટી જાય છે. સૌ પ્રથમ, પોલિમર પરમાણુઓ તેમના ઘટક મોનોમર્સમાં તૂટી જાય છે: પ્રોટીન એમિનો એસિડમાં, ચરબી ફેટી એસિડમાં અને ગ્લિસરોલમાં, પોલિસેકરાઇડ્સ મોનોસેકરાઇડ્સમાં તૂટી જાય છે. વિવિધ પ્રકારના મોનોમર્સની કુલ સંખ્યા હવે સેંકડોમાં નહીં, પરંતુ ડઝનેકમાં માપવામાં આવે છે.

ત્યારબાદ, મોનોમર્સ નાના મોનો-, ડાય- અને ટ્રાઇકાર્બોક્સિલિક એસિડમાં 2 થી 6 કાર્બન અણુઓની સંખ્યા સાથે રૂપાંતરિત થાય છે. આમાંથી માત્ર દસ એસિડ છે. તેમનું રૂપાંતરણ તેના શોધકના માનમાં ક્રેબ્સ ચક્ર તરીકે ઓળખાતા ચક્રમાં બંધ છે,

ક્રેબ્સ ચક્રમાં, કાર્બોક્સિલિક એસિડ ઓક્સિજનથી કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અને પાણીમાં ઓક્સિડાઇઝ થાય છે. તે કાર્બોક્સિલિક એસિડથી અલગ હાઇડ્રોજન સાથેના પરમાણુ ઓક્સિજનની પ્રતિક્રિયાના પરિણામે પાણીની રચના છે જે ઊર્જાના સૌથી વધુ પ્રકાશન સાથે છે, જ્યારે અગાઉની પ્રક્રિયાઓ મુખ્યત્વે ફક્ત "બળતણ" ની તૈયારી તરીકે સેવા આપે છે. ઓક્સિજન દ્વારા હાઇડ્રોજનનું ઓક્સિડેશન, એટલે કે, કોષમાં વિસ્ફોટકારક ગેસ (O2 + 2H2 = 2H20) ની પ્રતિક્રિયાને ઘણા તબક્કામાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે, જેથી આ કિસ્સામાં પ્રકાશિત ઊર્જા તરત જ મુક્ત થતી નથી, પરંતુ ભાગોમાં.

ઉપરાંત, પ્રકાશસંશ્લેષણ સજીવોના કોષોમાં, પ્રકાશ ક્વોન્ટમના રૂપમાં પહોંચતા, ભાગોમાં ઊર્જા મુક્ત થાય છે.

તેથી, એક જ કોષમાં, સૌપ્રથમ, ઊર્જાના પ્રકાશનની ઘણી પ્રતિક્રિયાઓ અને, બીજું, ઘણી પ્રક્રિયાઓ છે જે ઊર્જાના શોષણ સાથે થાય છે. આ બે પ્રણાલીઓનો મધ્યસ્થી, જેની સંપૂર્ણતાને ઊર્જા ચયાપચય કહેવામાં આવે છે, તે એક વિશિષ્ટ પદાર્થ છે - એડેનોસિન ટ્રાઇફોસ્ફોરિક એસિડ (એટીપી).

ટ્રેસિસ ઓફ અનસીન બીસ્ટ્સ પુસ્તકમાંથી લેખક અકીમુશ્કિન ઇગોર ઇવાનોવિચ

વિજ્ઞાનને ક્રેકન્સનો સમૃદ્ધ કેચ મળ્યો ન્યૂફાઉન્ડલેન્ડના ત્રણ માછીમારો કિનારાની નજીક માછીમારી કરી રહ્યા હતા. છીછરા પર તેઓએ કેટલાક મોટા પ્રાણી જોયા જે નિશ્ચિતપણે "જમીન પર" હતા. વિશાળ અને વિચિત્ર "માછલી" એ છીછરામાંથી બચવા માટે ભયાવહ પ્રયાસો કર્યા

વિનાશના બીજ પુસ્તકમાંથી. આનુવંશિક મેનીપ્યુલેશન પાછળનું રહસ્ય લેખક Engdahl વિલિયમ ફ્રેડરિક

પ્રકરણ 10. ઇરાકને અમેરિકન "લોકશાહીના બીજ" પ્રાપ્ત થાય છે "અમે લોકશાહીના બીજ વાવવા ઇરાકમાં છીએ, જેથી તેઓ ત્યાં ખીલે અને સરમુખત્યારશાહીના સમગ્ર પ્રદેશમાં ફેલાય." જ્યોર્જ ડબ્લ્યુ. બુશ ઇકોનોમિક શોક થેરાપી, અમેરિકન સ્ટાઈલ જ્યારે જ્યોર્જ

બ્રીડીંગ ઇન સર્વિસ ડોગ બ્રીડીંગ પુસ્તકમાંથી લેખક માઝોવર એલેક્ઝાન્ડર પાવલોવિચ

છાતી કૂતરાના બંધારણીય પ્રકાર, તેના વિકાસની ડિગ્રી અને ઉંમરના આધારે છાતીનો આકાર બદલાય છે. છાતી, જેમાં શ્વસન અંગો, હૃદય અને મુખ્ય રુધિરવાહિનીઓ હોય છે, તે વિશાળ હોવી જોઈએ. છાતીનું પ્રમાણ લંબાઈ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે,

બાયોલોજી પુસ્તકમાંથી [યુનિફાઇડ સ્ટેટ પરીક્ષાની તૈયારી માટે સંપૂર્ણ સંદર્ભ પુસ્તક] લેખક લેર્નર જ્યોર્જી ઇસાકોવિચ

Escape from Loneliness પુસ્તકમાંથી લેખક પાનોવ એવજેની નિકોલાવિચ

કોષ એ જીવનનો પ્રાથમિક કણો છે. કોષોના આ બે વર્ગો ભિન્ન છે અને

જર્ની ટુ ધ લેન્ડ ઓફ માઇક્રોબ્સ પુસ્તકમાંથી લેખક બેટિના વ્લાદિમીર

સંખ્યાઓમાં બેક્ટેરિયલ કોષ બાયોફિઝિક્સનો આભાર, વિજ્ઞાનની એક શાખા કે જેને આપણે આ પ્રકરણની શરૂઆતમાં પહેલેથી જ મળ્યા છીએ, ખૂબ જ રસપ્રદ ડેટા પ્રાપ્ત થયો. ચાલો, ઉદાહરણ તરીકે, 0.5 માઇક્રોનનો વ્યાસ ધરાવતો ગોળાકાર બેક્ટેરિયલ કોષ લઈએ. આવા કોષની સપાટી

બાયોલોજીના રહસ્યો પુસ્તકમાંથી ફ્રેસ્કો ક્લાસ દ્વારા

કેજ ટ્રેપ તમને જરૂર પડશે: કેજ ટ્રેપ, બાઈટ (અનાજ, ચીઝ, બ્રેડ, સોસેજ), બોર્ડ અથવા ટાઇલ પ્રયોગનો સમયગાળો: 1-2 દિવસ સમય: અંતમાં પાનખર - પ્રારંભિક વસંત. તમારી ક્રિયાઓ: કોઈપણ પ્રકારનું ટ્રેપ કેજ ખરીદો અથવા જાતે બનાવો. આ કરવા માટે, લો

નેચરલ ટેક્નોલોજીસ ઓફ બાયોલોજિકલ સિસ્ટમ્સ પુસ્તકમાંથી લેખક યુગોલેવ એલેક્ઝાંડર મિખાયલોવિચ

5.2. આંતરડાના કોષ આંતરડાના કોષની આકૃતિ ફિગમાં બતાવવામાં આવી છે. 26. તે જાણીતું છે કે આંતરડાના કોષોની સંખ્યા 1010 છે, અને પુખ્ત વ્યક્તિમાં સોમેટિક કોષોની સંખ્યા 10 15 છે. પરિણામે, એક આંતરડાના કોષ લગભગ 100,000 અન્ય કોષોને પોષણ પૂરું પાડે છે. આવા

બાયોએનર્જી વિશેની વાર્તાઓ પુસ્તકમાંથી લેખક સ્કુલાચેવ વ્લાદિમીર પેટ્રોવિચ

કોષ પોટેશિયમ માટે સોડિયમનું વિનિમય શા માટે કરે છે? મેં 1975 માં કન્વર્ટિબલ એનર્જીના બે સ્વરૂપોનો વિચાર વ્યક્ત કર્યો. બે વર્ષ પછી, આ દૃષ્ટિકોણને મિશેલ દ્વારા સમર્થન આપવામાં આવ્યું હતું. દરમિયાન, એ. ગ્લાગોલેવના જૂથમાં, આ નવી આગાહીઓમાંથી એકની ચકાસણી કરવા માટે પ્રયોગો શરૂ થયા.

ઇન સર્ચ ઓફ મેમરી પુસ્તકમાંથી [માનવ માનસના નવા વિજ્ઞાનનો ઉદભવ] લેખક કેન્ડેલ એરિક રિચાર્ડ

એનર્જી એન્ડ લાઈફ પુસ્તકમાંથી લેખક પેચુર્કિન નિકોલે સેવેલીવિચ

ધ લેડર ઓફ લાઈફ પુસ્તકમાંથી [ટેન ગ્રેટેસ્ટ ઈન્વેન્શન્સ ઓફ ઈવોલ્યુશન] લેન નિક દ્વારા

5.1. જીવનનો મુખ્ય કોષ કોષ છે, કાર્યાત્મક અભિગમ (ચયાપચય, પ્રજનન, અવકાશમાં સમાધાન)ના દૃષ્ટિકોણથી જીવનની વ્યાખ્યા નીચેના સ્વરૂપમાં આપી શકાય છે [પેચુર્કિન, 1982]: તે એક ખુલ્લી સિસ્ટમ છે. પ્રભાવ હેઠળ મેટ્રિક્સ ઓટોકેટાલિસિસનો આધાર

બાયોલોજી પુસ્તકમાંથી. સામાન્ય જીવવિજ્ઞાન. ગ્રેડ 10. નું મૂળભૂત સ્તર લેખક સિવોગ્લાઝોવ વ્લાદિસ્લાવ ઇવાનોવિચ

પ્રકરણ 4. જટિલ કોષ એક વનસ્પતિશાસ્ત્રી તે છે જે જાણે છે કે એકસરખા છોડને સમાન નામ અને જુદા જુદા છોડને અલગ-અલગ નામ કેવી રીતે આપવું, અને એવી રીતે કે દરેક વ્યક્તિ તેને સમજી શકે,” મહાન સ્વીડિશ વર્ગીકરણશાસ્ત્રી કાર્લ લિનીયસે (પોતે એક વનસ્પતિશાસ્ત્રી) લખ્યું હતું. ). આ વ્યાખ્યા ચોંકાવનારી હોઈ શકે છે.

લેખકના પુસ્તકમાંથી

પ્રકરણ 2. કોષ વિષયો કોષોના અભ્યાસનો ઇતિહાસ. કોષ સિદ્ધાંત કોષની રાસાયણિક રચના યુકેરીયોટિક અને પ્રોકેરીયોટિક કોષોની રચના કોષમાં વારસાગત માહિતીનો અમલ વાઈરસ એક અદ્ભુત અને રહસ્યમય વિશ્વ આપણી આસપાસ છે, ગ્રહના રહેવાસીઓ,

લેખકના પુસ્તકમાંથી

10. યુકેરીયોટિક કોષ. સાયટોપ્લાઝમ. ઓર્ગેનોઇડ્સ યાદ રાખો કે સેલ થિયરી તમને જાણીતી કોષોના સ્થાનના આધારે કયા પ્રકારનાં કોષોને અલગ પાડે છે? તેઓ § 4 માં કયા કાર્યો કરે છે?

લેખકના પુસ્તકમાંથી

12. પ્રોકેરીયોટિક કોષો યાદ રાખો પ્રોકેરીયોટિક અને યુકેરીયોટિક કોષોની રચનામાં શું મૂળભૂત તફાવત છે? પ્રોકેરીયોટ્સનું સામ્રાજ્ય મુખ્યત્વે બેક્ટેરિયા દ્વારા રજૂ થાય છે, જે સૌથી પ્રાચીન છે

જ્યારે તમે માનવતાના મૂળભૂત કાર્યોથી પરિચિત થાઓ છો, ત્યારે તમે ઘણી વાર તમારી જાતને એવું વિચારી શકો છો કે વિજ્ઞાનના વિકાસ સાથે, જવાબો કરતાં વધુ પ્રશ્નો છે. 1980 અને 1990 ના દાયકામાં, મોલેક્યુલર બાયોલોજી અને જિનેટિક્સે કોષો અને કોષની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ વિશેની અમારી સમજને વિસ્તૃત કરી. સેલ્યુલર પરિબળોનો એક સંપૂર્ણ વર્ગ ઓળખવામાં આવ્યો છે જે આંતરસેલ્યુલર ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને નિયંત્રિત કરે છે. મલ્ટિસેલ્યુલર માનવ શરીર અને ખાસ કરીને રોગપ્રતિકારક તંત્રના કોષોની કામગીરીને સમજવા માટે આ મહત્વપૂર્ણ છે. પરંતુ દર વર્ષે જીવવિજ્ઞાનીઓ વધુને વધુ આવા આંતરકોષીય પરિબળો શોધે છે અને સંપૂર્ણ સજીવનું ચિત્ર ફરીથી બનાવવું વધુને વધુ મુશ્કેલ બને છે. આમ, જવાબો કરતાં વધુ પ્રશ્નો ઉભા થાય છે.

માનવ શરીરની અખૂટતા અને તેના અભ્યાસ માટેની મર્યાદિત શક્યતાઓ તાત્કાલિક અને અનુગામી સંશોધન પ્રાથમિકતાઓની જરૂરિયાત વિશે નિષ્કર્ષ તરફ દોરી જાય છે. આવી પ્રાથમિકતા આજે જીવંત માનવ શરીરના કોષોની ઊર્જા છે. શરીરમાં કોષોના ઉર્જા ઉત્પાદન અને ઉર્જા ચયાપચય વિશેની અપૂરતી જાણકારી ગંભીર વૈજ્ઞાનિક સંશોધન માટે અવરોધ બની જાય છે.

કોષ એ શરીરનું મૂળભૂત માળખાકીય એકમ છે: બધા અવયવો અને પેશીઓ કોષોથી બનેલા છે. દવાઓ અથવા બિન-દવા પદ્ધતિઓની સફળતાની અપેક્ષા રાખવી મુશ્કેલ છે જો તેઓ સેલ એનર્જેટિક્સ અને ઇન્ટરસેલ્યુલર એનર્જેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓની પૂરતી જાણકારી વિના વિકસાવવામાં આવે. એવા પુષ્કળ ઉદાહરણો છે જ્યાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતી અને ભલામણ કરેલ ઉત્પાદનો સ્વાસ્થ્ય માટે હાનિકારક છે.

હેલ્થકેરમાં પ્રબળ અભિગમ એ પદાર્થનો અભિગમ છે. પદાર્થ એ પદાર્થ છે. ઉપચારનો તર્ક ખૂબ જ સરળ છે: શરીરને જરૂરી પદાર્થો (પાણી, ખોરાક, વિટામિન્સ, સૂક્ષ્મ તત્વો અને, જો જરૂરી હોય તો, દવાઓ) પ્રદાન કરો અને શરીરમાંથી મેટાબોલિક ઉત્પાદનો દૂર કરો (વિસર્જન, વધારાની ચરબી, ક્ષાર, ઝેર, વગેરે. ). ફાર્માસ્યુટિકલ્સનું વિસ્તરણ વિજયી બની રહ્યું છે. ઘણા દેશોમાં લોકોની નવી પેઢીઓ મોટા પાયે પ્રયોગમાં સ્વૈચ્છિક સહભાગી બની રહી છે. દવા ઉદ્યોગને નવા દર્દીઓની જરૂર છે. જો કે, ત્યાં ઓછા અને ઓછા તંદુરસ્ત લોકો છે.

દવાઓ પર એક લોકપ્રિય સંદર્ભ પુસ્તકના સર્જકને એકવાર પૂછવામાં આવ્યું હતું કે તેણે વ્યક્તિગત રીતે કેટલી દવાઓ અજમાવી હતી. કોઈ નહીં - જવાબ હતો. દેખીતી રીતે, આ બુદ્ધિશાળી માણસ સેલ બાયોકેમિસ્ટ્રીનું તેજસ્વી જ્ઞાન ધરાવતો હતો અને તે જાણતો હતો કે આ જ્ઞાનને જીવનમાં કેવી રીતે ઉપયોગી રીતે લાગુ કરવું.

જીવંત પદાર્થના લઘુચિત્ર ભાગની કલ્પના કરો, લંબગોળ, ડિસ્ક, બોલના આકારમાં, આશરે 8-15 માઇક્રોન (µm) વ્યાસ, જે તે જ સમયે એક જટિલ સ્વ-નિયમન પ્રણાલી છે. એક સામાન્ય જીવંત કોષને વિભેદક કહેવામાં આવે છે, જેમ કે ભારપૂર્વક જણાવે છે કે તેની રચના બનાવતા ઘણા તત્વો સ્પષ્ટપણે એકબીજાની તુલનામાં અલગ પડે છે. "અભિન્ન કોષ" ની વિભાવના, એક નિયમ તરીકે, સંશોધિત કોષનો સંદર્ભ આપે છે, ઉદાહરણ તરીકે, કેન્સર સેલ. વિભિન્ન કોષો માત્ર રચના અને આંતરિક ચયાપચયમાં જ નહીં, પણ વિશેષતામાં પણ અલગ પડે છે, ઉદાહરણ તરીકે, કિડની, યકૃત અને હૃદયના કોષો.

સામાન્ય રીતે, કોષમાં ત્રણ ઘટકો હોય છે: કોષ પટલ, સાયટોપ્લાઝમ અને ન્યુક્લિયસ. કોષ પટલની રચના, એક નિયમ તરીકે, ત્રણ- અથવા ચાર-સ્તરની પટલ અને બાહ્ય શેલનો સમાવેશ કરે છે. પટલના બે સ્તરોમાં લિપિડ્સ (ચરબી) હોય છે, જેનો મુખ્ય ભાગ અસંતૃપ્ત ચરબી છે - ફોસ્ફોલિપિડ્સ. કોષ પટલ ખૂબ જ જટિલ માળખું અને વિવિધ કાર્યો ધરાવે છે. પટલની બંને બાજુઓ પર સંભવિત તફાવત કેટલાક સો મિલીવોલ્ટ્સ હોઈ શકે છે. પટલની બાહ્ય સપાટીમાં નકારાત્મક વિદ્યુત ચાર્જ હોય ​​છે.

સામાન્ય રીતે, કોષમાં એક ન્યુક્લિયસ હોય છે. તેમ છતાં એવા કોષો છે કે જેમાં બે અથવા વધુ ન્યુક્લી હોય છે. ન્યુક્લિયસનું કાર્ય વારસાગત માહિતીને સંગ્રહિત અને પ્રસારિત કરવાનું છે, ઉદાહરણ તરીકે, કોષ વિભાજન દરમિયાન, તેમજ કોષમાં તમામ શારીરિક પ્રક્રિયાઓને નિયંત્રિત કરવા માટે. ન્યુક્લિયસમાં ડીએનએ પરમાણુઓ હોય છે જે કોષના આનુવંશિક કોડને વહન કરે છે. કોર બે-સ્તરની પટલમાં બંધ છે.

સાયટોપ્લાઝમ કોષનો મોટો ભાગ બનાવે છે અને તેમાં સ્થિત ઓર્ગેનેલ્સ અને સમાવિષ્ટો સાથે સેલ્યુલર પ્રવાહી છે. ઓર્ગેનેલ્સ સાયટોપ્લાઝમના કાયમી ઘટકો છે જે ચોક્કસ મહત્વપૂર્ણ કાર્યો કરે છે. આમાંથી, અમને મિટોકોન્ડ્રિયામાં સૌથી વધુ રસ છે, જેને ક્યારેક કોષના પાવરહાઉસ કહેવામાં આવે છે. દરેક મિટોકોન્ડ્રિયામાં બે મેમ્બ્રેન સિસ્ટમ્સ હોય છે: બાહ્ય અને આંતરિક. બાહ્ય પટલ સરળ છે, તેમાં લિપિડ્સ અને પ્રોટીનના સમાન ભાગો છે. આંતરિક પટલ માનવ શરીરમાં સૌથી જટિલ પ્રકારની પટલ પ્રણાલીઓથી સંબંધિત છે. તેમાં અનેક ગણો છે જેને પટ્ટાઓ (ક્રિસ્ટે) કહેવાય છે, જેના કારણે પટલની સપાટી નોંધપાત્ર રીતે વધે છે. તમે મિટોકોન્ડ્રીયનની આંતરિક જગ્યામાં નિર્દેશિત ઘણા મશરૂમ આકારના અંદાજોના સ્વરૂપમાં આ પટલની કલ્પના કરી શકો છો. મિટોકોન્ડ્રિયા દીઠ આવા 10 થી 4-10 થી 5 આઉટગ્રોથ છે.

વધુમાં, અન્ય 50-60 ઉત્સેચકો આંતરિક મિટોકોન્ડ્રીયલ પટલમાં હાજર છે, વિવિધ પ્રકારના પરમાણુઓની કુલ સંખ્યા 80 સુધી પહોંચે છે. આ બધું રાસાયણિક ઓક્સિડેશન અને ઊર્જા ચયાપચય માટે જરૂરી છે. આ પટલના ભૌતિક ગુણધર્મોમાં, તે ઉચ્ચ વિદ્યુત પ્રતિકારની નોંધ લેવી જોઈએ, જે કહેવાતા સમાગમ પટલની લાક્ષણિકતા છે, જે સારા કેપેસિટરની જેમ ઉર્જા એકઠા કરવામાં સક્ષમ છે. આંતરિક મિટોકોન્ડ્રીયલ મેમ્બ્રેનની બંને બાજુઓ પર સંભવિત તફાવત લગભગ 200-250 mV છે.

તમે કલ્પના કરી શકો છો કે કોષ કેટલો જટિલ છે જો, ઉદાહરણ તરીકે, એક યકૃત કોષ, હિપેટોસાઇટ, લગભગ 2000 મિટોકોન્ડ્રિયા ધરાવે છે. પરંતુ કોષમાં અન્ય ઘણા ઓર્ગેનેલ્સ, સેંકડો ઉત્સેચકો, હોર્મોન્સ અને અન્ય જટિલ પદાર્થો છે. દરેક ઓર્ગેનેલમાં તેના પોતાના પદાર્થોનો સમૂહ હોય છે, અને તેમાં ચોક્કસ ભૌતિક, રાસાયણિક અને બાયોકેમિકલ પ્રક્રિયાઓ હાથ ધરવામાં આવે છે. સાયટોપ્લાઝમિક અવકાશમાં પદાર્થો સમાન ગતિશીલ સ્થિતિમાં હોય છે;

ટેકનિકલ વિગતો માટે હું વાચક - એક બિન-નિષ્ણાતની - માફી માંગુ છું, પરંતુ કોષ વિશેના આ વિચારો દરેક વ્યક્તિ માટે જાણવા માટે ઉપયોગી છે જે તંદુરસ્ત બનવા માંગે છે. આપણે પ્રકૃતિના આ ચમત્કારની પ્રશંસા કરવી જોઈએ અને તે જ સમયે જ્યારે આપણે સારવારમાં રોકાયેલા હોઈએ ત્યારે કોષની નબળાઈઓને ધ્યાનમાં લેવી જોઈએ. મેં એવા કિસ્સાઓ જોયા છે કે જ્યાં નિયમિત એનાલજિનથી યુવાન, સ્વસ્થ વ્યક્તિમાં પેશીઓમાં સોજો આવે છે. તે આશ્ચર્યજનક છે કે કેટલાક લોકો વિચાર્યા વિના કેટલી સરળતાથી ગોળીઓ ગળી જાય છે!

જો આપણે સેલ ઊર્જા વિશે વાત ન કરીએ તો સેલ્યુલર કાર્યની જટિલતા વિશેના વિચારો પૂર્ણ થશે નહીં. કોષમાં ઊર્જા વિવિધ કાર્ય કરવા માટે ખર્ચવામાં આવે છે: યાંત્રિક - પ્રવાહી ચળવળ, ઓર્ગેનેલ્સની હિલચાલ; રાસાયણિક - જટિલ કાર્બનિક પદાર્થોનું સંશ્લેષણ; વિદ્યુત - પ્લાઝ્મા મેમ્બ્રેન પર વિદ્યુત સંભવિતતામાં તફાવત બનાવવો; ઓસ્મોટિક - કોષમાં અને પાછળ પદાર્થોનું પરિવહન. બધી પ્રક્રિયાઓને સૂચિબદ્ધ કરવાનું કાર્ય જાતે સેટ કર્યા વિના, અમે પોતાને જાણીતા નિવેદન સુધી મર્યાદિત કરીશું: પૂરતા ઉર્જા પુરવઠા વિના, કોષની સંપૂર્ણ કામગીરી પ્રાપ્ત કરી શકાતી નથી.

કોષને જરૂરી ઊર્જા ક્યાંથી મળે છે? વૈજ્ઞાનિક સિદ્ધાંતો અનુસાર, પોષક તત્વો (કાર્બોહાઇડ્રેટ્સ, ચરબી, પ્રોટીન) ની રાસાયણિક ઉર્જા એડેનોસિન ટ્રાઇફોસ્ફેટ (એટીપી) ના મેક્રોએર્જિક (ઘણી બધી ઊર્જા ધરાવતા) ​​બોન્ડની ઊર્જામાં રૂપાંતરિત થાય છે. આ પ્રક્રિયાઓ સેલ મિટોકોન્ડ્રિયામાં મુખ્યત્વે ટ્રાઇકાર્બોક્સિલિક એસિડ ચક્ર (ક્રેબ્સ ચક્ર) અને ઓક્સિડેટીવ ફોસ્ફોરાયલેશનમાં હાથ ધરવામાં આવે છે. જ્યારે ઉચ્ચ-ઊર્જા બોન્ડ તૂટી જાય છે ત્યારે એટીપીમાં સંગ્રહિત ઊર્જા સરળતાથી છૂટી જાય છે, પરિણામે શરીરમાં ઊર્જાનો વપરાશ થાય છે.

જો કે, આ વિચારો આપણને પેશીઓમાં ઊર્જા પુરવઠા અને ઊર્જા વિનિમયની જથ્થાત્મક અને ગુણાત્મક લાક્ષણિકતાઓ તેમજ કોષ ઊર્જા અને આંતરકોષીય ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની સ્થિતિનું ઉદ્દેશ્ય મૂલ્યાંકન કરવાની મંજૂરી આપતા નથી. સૌથી મહત્વપૂર્ણ પ્રશ્ન (જી.એન. પેટ્રાકોવિચ) પર ધ્યાન આપવું જોઈએ, જેનો પરંપરાગત સિદ્ધાંત જવાબ આપી શકતો નથી: ઇન્ટરસેલ્યુલર ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કયા પરિબળોને કારણે થાય છે? છેવટે, એટીપી રચાય છે અને ખવાય છે, મિટોકોન્ડ્રિયાની અંદર ઊર્જા મુક્ત કરે છે.

દરમિયાન, અંગો, પેશીઓ અને કોષોને ઊર્જા પુરવઠાની સુખાકારી પર શંકા કરવા માટે પૂરતા કારણો છે. કોઈ સીધું પણ કહી શકે છે કે માણસ આ બાબતમાં ખૂબ જ અપૂર્ણ છે. આ થાક દ્વારા પુરાવા મળે છે જે દરરોજ ઘણા લોકો અનુભવે છે, અને જે બાળપણથી જ વ્યક્તિને હેરાન કરવાનું શરૂ કરે છે.

ગણતરીઓ દર્શાવે છે કે જો માનવ શરીરમાં ઉર્જા સૂચવેલ પ્રક્રિયાઓ (ક્રેબ્સ ચક્ર અને ઓક્સિડેટીવ ફોસ્ફોરાયલેશન) દ્વારા ઉત્પન્ન કરવામાં આવી હોય, તો પછી ઓછા ભાર પર ઊર્જાની ખાધ 30-50% હશે, અને ભારે ભાર પર - 90% થી વધુ. અમેરિકન વૈજ્ઞાનિકોના સંશોધન દ્વારા આની પુષ્ટિ થાય છે જેઓ એવા નિષ્કર્ષ પર આવ્યા હતા કે માનવીઓને ઊર્જા પૂરી પાડવાની દ્રષ્ટિએ મિટોકોન્ડ્રિયા અપૂરતી રીતે કાર્ય કરી રહ્યું છે.

કોષો અને પેશીઓની ઉર્જા વિશેના પ્રશ્નો લાંબા સમય સુધી રસ્તાની બાજુએ રહી શક્યા હોત, જેની સાથે સૈદ્ધાંતિક અને વ્યવહારિક દવા ધીમે ધીમે આગળ વધી રહી છે, જો બે ઘટનાઓ ન બની હોત. અમે નવી શ્વાસની પૂર્વધારણા અને અંતર્જાત શ્વાસની શોધ વિશે વાત કરી રહ્યા છીએ.

જીવંત કોષની ઊર્જા

મુખ્ય પ્રક્રિયાઓ જે જીવંત અને નિર્જીવ પ્રકૃતિ વચ્ચેનો તફાવત નક્કી કરે છે તે સેલ્યુલર સ્તરે થાય છે. જીવંત કોષની અંદર ઊર્જાના પરિવર્તન અને ટ્રાન્સફરમાં ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલ નિર્ણાયક ભૂમિકા ભજવે છે. પરંતુ ઉર્જા કોઈ પણ રીતે કોશિકાઓમાં ઉદ્દભવતી નથી: તે બહારથી આવે છે. ખાસ મોલેક્યુલર મિકેનિઝમ્સ તેની હિલચાલને હજારો વખત ધીમી કરે છે, જે કોષ માટે ઉપયોગી કાર્ય કરતી વખતે અન્ય અણુઓને આંશિક રીતે આ ઊર્જાનો ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપે છે. બિનખર્ચિત ઉર્જા ગરમીના રૂપમાં બાહ્ય વાતાવરણમાં ભાગી જાય છે. તાત્યાના વાસિલીવેના પોટાપોવા, રિસર્ચ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઑફ ફિઝિક્સ એન્ડ કેમિકલ બાયોલોજીના અગ્રણી સંશોધકનું નામ આપવામાં આવ્યું છે. એ.એન. બેલોઝર્સ્કી, જૈવિક વિજ્ઞાનના ડૉક્ટર.

સૂર્યના બાળકો

બ્રહ્માંડ ઊર્જાથી ભરેલું છે, પરંતુ તેમાંથી માત્ર થોડા જ પ્રકારો જીવંત જીવો માટે યોગ્ય છે. આપણા ગ્રહ પર મોટાભાગની જૈવિક પ્રક્રિયાઓ માટે ઊર્જાનો મુખ્ય સ્ત્રોત સૂર્યપ્રકાશ છે.

કોષ એ જીવનનું મૂળભૂત એકમ છે; તે તેની રચના જાળવવા માટે સતત કાર્ય કરે છે, અને તેથી તેને સતત મુક્ત ઊર્જાની જરૂર પડે છે. તકનીકી રીતે, આવી સમસ્યાનું નિરાકરણ કરવું સરળ નથી, કારણ કે જીવંત કોષે મંદ જલીય વાતાવરણમાં સતત (અને તેના બદલે ઓછા) તાપમાને ઊર્જાનો ઉપયોગ કરવો જોઈએ. ઉત્ક્રાંતિ દરમિયાન, લાખો વર્ષોથી, ભવ્ય અને સંપૂર્ણ મોલેક્યુલર મિકેનિઝમ્સની રચના કરવામાં આવી છે જે ખૂબ જ હળવી પરિસ્થિતિઓમાં અસામાન્ય રીતે અસરકારક રીતે કાર્ય કરી શકે છે. પરિણામે, સેલ્યુલર ઊર્જાની કાર્યક્ષમતા માણસ દ્વારા શોધાયેલ કોઈપણ એન્જિનિયરિંગ ઉપકરણો કરતાં ઘણી વધારે છે.

સેલ્યુલર એનર્જી ટ્રાન્સફોર્મર્સ જૈવિક પટલમાં જડિત ખાસ પ્રોટીનના સંકુલ છે. પ્રકાશ ક્વોન્ટા (પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયામાં) અથવા વાતાવરણીય ઓક્સિજન (શ્વસનની પ્રક્રિયામાં) સાથે ખાદ્ય ઉત્પાદનોના ઓક્સિડેશનના પરિણામે મુક્ત ઊર્જા બહારથી કોષમાં સીધી પ્રવેશે છે કે કેમ તે ધ્યાનમાં લીધા વિના, તે ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલને ઉત્તેજિત કરે છે. પરિણામે, એડેનોસિન ટ્રાઇફોસ્ફેટ (ATP) પરમાણુઓ ઉત્પન્ન થાય છે અને સમગ્ર જૈવિક પટલમાં ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સંભવિત તફાવત વધે છે.

એટીપી અને મેમ્બ્રેન પોટેન્શિયલ તમામ પ્રકારના અંતઃકોશિક કાર્ય માટે ઊર્જાના બે પ્રમાણમાં સ્થિર સ્ત્રોત છે. ચાલો યાદ કરીએ કે એડેનોસિન ટ્રાઇફોસ્ફેટ પરમાણુ એ ખૂબ જ મૂલ્યવાન ઉત્ક્રાંતિ સંપાદન છે. બાહ્ય સ્ત્રોતમાંથી કાઢવામાં આવેલી ઊર્જા ફોસ્ફેટ જૂથો વચ્ચે "ઉચ્ચ-ઊર્જા બોન્ડ્સ" ના સ્વરૂપમાં સંગ્રહિત થાય છે. એટીપી તેના ફોસ્ફેટ જૂથોને પાણી અથવા અન્ય પરમાણુઓને ખૂબ જ સરળતાથી દાન કરે છે, તેથી તે રાસાયણિક ઊર્જાના સ્થાનાંતરણ માટે અનિવાર્ય મધ્યસ્થી છે.

વિદ્યુત અસાધારણ ઘટના

સેલ્યુલર ઊર્જામાં

એટીપી જે પદ્ધતિ દ્વારા બનાવવામાં આવે છે તે ઘણા વર્ષો સુધી રહસ્ય રહ્યું જ્યાં સુધી તે જાણવા ન મળ્યું કે પ્રક્રિયા આવશ્યકપણે વિદ્યુત છે. બંને કિસ્સાઓમાં: શ્વસન સાંકળ માટે (પ્રોટીનનો સમૂહ જે ઓક્સિજન સાથે સબસ્ટ્રેટનું ઓક્સિડેશન કરે છે) અને સમાન પ્રકાશસંશ્લેષણ કાસ્કેડ માટે, એક પ્રોટોન પ્રવાહ એ પટલ દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે જેમાં પ્રોટીન ડૂબી જાય છે. કરંટ એટીપી સંશ્લેષણ માટે ઉર્જા પ્રદાન કરે છે અને અમુક પ્રકારના કામ માટે ઉર્જા સ્ત્રોત તરીકે પણ કામ કરે છે. આધુનિક બાયોએનર્જીમાં, એટીપી અને પ્રોટોન કરંટ (વધુ સ્પષ્ટ રીતે, પ્રોટોન સંભવિત) ને વૈકલ્પિક અને પરસ્પર પરિવર્તનીય ઉર્જા કરન્સી તરીકે ધ્યાનમાં લેવાનું સામાન્ય છે. કેટલાક કાર્યો એક ચલણમાં ચૂકવવામાં આવે છે, કેટલાક અન્યમાં.

© T.V. પોટાપોવા

20મી સદીના મધ્ય સુધીમાં. બાયોકેમિસ્ટ્સ ખાતરીપૂર્વક જાણતા હતા કે બેક્ટેરિયા અને મિટોકોન્ડ્રિયામાં, ઇલેક્ટ્રોન શ્વસન સાંકળ તરીકે ઓળખાતા ઇલેક્ટ્રોન કેરિયર્સના કાસ્કેડ દ્વારા ઓક્સિજનમાં ઘટાડેલા સબસ્ટ્રેટમાંથી પસાર થાય છે. રહસ્ય એ હતું કે ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સફર અને એટીપી સંશ્લેષણ કેવી રીતે જોડાયેલા હતા. 10 થી વધુ વર્ષોથી, રહસ્ય શોધવાની આશા ભડકી અને ફરીથી ઝાંખું થઈ ગઈ. નિર્ણાયક ભૂમિકા તકનીકી મુશ્કેલીઓને દૂર કરીને નહીં, પરંતુ વૈચારિક વિકાસ દ્વારા ભજવવામાં આવી હતી. સૈદ્ધાંતિક રીતે, જોડાણ રાસાયણિક નહીં, પરંતુ ઇલેક્ટ્રિકલ હોવાનું બહાર આવ્યું. 1961માં, અંગ્રેજ વૈજ્ઞાનિક પી. મિશેલે નેચર જર્નલમાં સદીના બાયોકેમિકલ રહસ્યને ઉકેલવા માટેનો આમૂલ વિચાર પ્રકાશિત કર્યો: કેમિયોસ્મોટિક પૂર્વધારણા. મિશેલનો વિચાર સાચા અર્થમાં ક્રાંતિકારી નમૂનારૂપ પરિવર્તન હતો, જે વૈચારિક માળખાનું પરિવર્તન હતું અને શરૂઆતમાં ભારે ચર્ચાનું કારણ બન્યું હતું.

1966 માં, મિશેલે તેમનું પ્રથમ પુસ્તક લખ્યું હતું, "ઓક્સિડેટીવ અને પ્રકાશસંશ્લેષણ ફોસ્ફોરાયલેશનમાં કેમિયોસ્મોટિક કપલિંગ." તે જ વર્ષે, રશિયન વૈજ્ઞાનિકો, બાયોફિઝિસિસ્ટ ઇ. લિબરમેન અને બાયોકેમિસ્ટ વી. સ્કુલાચેવ, મિશેલની શુદ્ધતાની પ્રાયોગિક રીતે પુષ્ટિ કેવી રીતે કરવી તે શોધી કાઢ્યું. જૈવિક પટલમાં પ્રવેશતા કૃત્રિમ આયનોનો ઉપયોગ કરીને, તેઓએ બતાવ્યું કે શ્વસન અને ફોસ્ફોરાયલેશન ખરેખર પ્રોટોન સંભવિત દ્વારા જોડાયેલા છે. મિશેલના સમર્થનમાં બીજું એક ગંભીર પગલું મોસ્કો સ્ટેટ યુનિવર્સિટી એ. બુલીચેવ, વી. એન્ડ્રિનોવ, જી. કુરેલા અને એફ. લિટવિનની બાયોલોજી ફેકલ્ટીના બાયોફિઝિસ્ટ્સ દ્વારા લેવામાં આવ્યું હતું. માઇક્રોઇલેક્ટ્રોડ્સનો ઉપયોગ કરીને, તેઓએ ટ્રાન્સમેમ્બ્રેન વિદ્યુત સંભવિત તફાવતની રચના રેકોર્ડ કરી જ્યારે મોટા ક્લોરોપ્લાસ્ટ્સ પ્રકાશિત થાય છે.

વિશ્વભરની વિવિધ પ્રયોગશાળાઓમાં થોડા વધુ વર્ષોની ચર્ચા અને ઝીણવટભર્યા પરીક્ષણ - અને મિશેલના વિચારોને આખરે માન્યતા મળી. તેમને ગ્રેટ બ્રિટનની રોયલ સોસાયટીમાં દાખલ કરવામાં આવ્યા હતા (અને, તે મુજબ, સર બન્યા હતા), ઘણા પ્રતિષ્ઠિત આંતરરાષ્ટ્રીય પુરસ્કારો પ્રાપ્ત થયા હતા, અને 1978 માં તેમને નોબેલ પારિતોષિક એનાયત કરવામાં આવ્યું હતું, જે પરંપરાની વિરુદ્ધ, આ સમયની શોધ માટે આપવામાં આવ્યું ન હતું. નવી ઘટના, પરંતુ તેના અસ્તિત્વ વિશે અનુમાન માટે.

ઈલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સફર ચેઈન માત્ર પટલ સાથે જોડાયેલી નથી, પરંતુ તેમાં એવી રીતે વણાઈ છે કે જ્યારે ઈલેક્ટ્રોન સબસ્ટ્રેટમાંથી ઓક્સિજન તરફ જાય છે, ત્યારે તે

અમે આંતરિક સપાટીથી બહાર તરફ જઈએ છીએ. પટલ એક બંધ બબલ બનાવે છે જે પ્રોટોનને પસાર થવા દેતું નથી, તેથી પ્રોટોનના "પમ્પિંગ આઉટ" ના પરિણામે, સમગ્ર પટલમાં સંભવિત તફાવત પેદા થાય છે: અંદરની વિદ્યુત નકારાત્મકતા. તે જ સમયે, પીએચ વધે છે: બબલની અંદરનું વાતાવરણ આલ્કલાઈઝ્ડ બને છે. બહારના પ્રોટોન અંદરની તુલનામાં ઘણી ઊંચી વિદ્યુત રાસાયણિક સંભવિતતા પર હોય છે, જાણે વિદ્યુત સંભવિત અને pH ગ્રેડિયન્ટ બંનેમાંથી "દબાણ" હેઠળ, જે પ્રોટોનને પટલ દ્વારા વેસિકલમાં પાછા ધકેલે છે. જીવંત કોષ આવા પ્રોટોનની ઊર્જાનો ઉપયોગ વિવિધ પ્રકારનાં કામ કરવા માટે કરે છે.

પ્રોટીનના એક્સ-રે માળખાકીય પૃથ્થકરણમાં અદ્ભુત પ્રગતિને લીધે શ્વસન સાંકળ બનેલા વ્યક્તિગત પ્રોટીન સંકુલોની સંપૂર્ણ અવકાશી રચનાઓ જોવાનું શક્ય બન્યું છે. ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સપોર્ટ ચેઇન પ્રોટીન, મિટોકોન્ડ્રીયલ મેમ્બ્રેનમાં સ્થાનીકૃત, તેમના શોષણ સ્પેક્ટ્રમને બદલવામાં, ઇલેક્ટ્રોન પ્રાપ્ત કરવા અને દાન કરવામાં સક્ષમ છે. માઇક્રોસ્પેક્ટ્રલ પદ્ધતિઓ પ્રોટીનની સાંકળ સાથે ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સફરના ક્રમને ટ્રેસ કરવાનું શક્ય બનાવે છે અને એટીપીના સંશ્લેષણ માટે ઇલેક્ટ્રોનની મુક્ત ઊર્જાનો ભાગ ક્યાં વપરાય છે તે શોધવાનું શક્ય બનાવે છે.

મિશેલના વિચાર મુજબ, વિદ્યુત ઊર્જાનો ઉપયોગ એડીપીમાંથી એટીપી અને મિટોકોન્ડ્રીયલ પટલમાં ફોસ્ફેટના સંશ્લેષણ માટે થાય છે. તેથી, જો સમગ્ર પટલમાં સંભવિત તફાવત દૂર કરવામાં આવે, તો એવું માની શકાય કે સંશ્લેષણ બંધ થઈ જશે. તે ચોક્કસપણે આ અસર છે જે ખાસ સંશ્લેષિત આયનોનો ઉપયોગ કરીને કૃત્રિમ પટલ પરના પ્રયોગોમાં દર્શાવવામાં આવી હતી જે પ્રોટોન માટે પટલની વાહકતામાં તીવ્ર વધારો કરે છે. 1

મિશેલની પૂર્વધારણાની માન્યતાના કેટલાક પ્રથમ પ્રાયોગિક પુરાવા આપણા દેશમાં | ઇ.એ.ના નેતૃત્વ હેઠળ 1970. લિબરમેન * અને વી.પી. સ્કુલાચેવા. I પટલ પરના વિદ્યુત ક્ષેત્રના ફેરફારોના સૂચક તરીકે, કૃત્રિમ આયનોનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો, જે તેમની પ્રકૃતિ અને ચાર્જ ચિહ્નમાં ભિન્ન હતા, પરંતુ એક વસ્તુમાં સમાનતા: ઘણા પ્રયત્નો પછી તે બધા સરળતાથી ફોસ્ફોલિપિડ ફિલ્મમાં પ્રવેશ્યા હતા = નીચેના ભવ્ય પ્રાયોગિક મોડેલ ઉભરી આવ્યું.

કાર્બનિક દ્રાવકમાં ઓગળેલા ફોસ્ફોલિપિડ્સના ડ્રોપને ટેફલોન પ્લેટમાં નાના છિદ્રમાં લાવવામાં આવે છે, અને તે તરત જ ફ્લેટ બાયમોલેક્યુલર ફિલ્મ - એક કૃત્રિમ પટલ સાથે બંધ થાય છે. કૃત્રિમ પટલ સાથેની ટેફલોન પ્લેટ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સાથેના જહાજમાં ડૂબી જાય છે, તેને તેના પોતાના માપન ઇલેક્ટ્રોડ સાથે બે ભાગોમાં વિભાજિત કરે છે. જે બાકી રહે છે તે કૃત્રિમ પટલમાં વીજળી ઉત્પન્ન કરવામાં સક્ષમ પ્રોટીનને એમ્બેડ કરવાનું છે અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં ઘૂસી રહેલા આયનો ઉમેરવાનું છે. પછી પ્રોટીન જનરેટરનું સંચાલન, જે પટલ પર સંભવિત તફાવતને બદલે છે, ફોસ્ફોલિપિડ ફિલ્મ દ્વારા ઘૂસી રહેલા આયનોની હિલચાલ તરફ દોરી જશે, જે કમ્પાર્ટમેન્ટ્સ વચ્ચેના સંભવિત તફાવતમાં ફેરફાર તરીકે નોંધવામાં આવશે.

સેલ્યુલર ઓર્ગેનેલ્સ અને વ્યક્તિગત પ્રોટીન દ્વારા ઉત્પન્ન થતા વિદ્યુત પ્રવાહના પ્રત્યક્ષ માપનને મંજૂરી આપતું એક વધુ ખાતરીપૂર્વકનું પ્રાયોગિક મોડલ એલ.એ. દ્વારા વિકસાવવામાં આવ્યું હતું અને તેનો સફળતાપૂર્વક ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. ડ્રાચેવ, એ.એ. કૌલેન અને વી.પી. સ્કુલાચેવ. વિદ્યુત પ્રવાહ ઉત્પન્ન કરતા કણો (માઇટોકોન્ડ્રિયા, બેક્ટેરિયલ ક્રોમેટોફોર્સ, અથવા તેમાં જડિત વ્યક્તિગત પ્રોટીન સાથે લિપિડ વેસિકલ્સ) ને સપાટ કૃત્રિમ પટલને વળગી રહેવાની ફરજ પાડવામાં આવી હતી. જનરેટર પરમાણુઓ દ્વારા પ્રકાશના ઝબકારા અથવા યોગ્ય રાસાયણિક સબસ્ટ્રેટના ઉમેરણના પ્રતિભાવમાં ઉત્પન્ન થયેલ પ્રોટોન પ્રવાહ પછી કૃત્રિમ પટલની બંને બાજુના ઇલેક્ટ્રોડને માપવા દ્વારા સીધો જ શોધી કાઢવામાં આવ્યો હતો.

1973 માં, યુ. સ્ટોકેનિયસ અને ડી. ઓસ્ટરહેલ્ટ

યુએસએમાંથી 0 એ વાયોલેટ-જેના પટલમાં અસામાન્ય પ્રકાશ-સેન્સિંગ પ્રોટીન શોધ્યું: ખારા તળાવોમાં રહેતા બેક્ટેરિયા

કેલિફોર્નિયાના રણના 1 રખ. આ પ્રોટીન, પ્રાણીની આંખના દ્રશ્ય રંગદ્રવ્યની જેમ - રોડોપ્સિન, વિટામિન એ - રેટિનાનું વ્યુત્પન્ન ધરાવે છે, જેના માટે તેને બેક્ટેરિયોહોડોપ્સિન નામ આપવામાં આવ્યું હતું. અમેરિકન વૈજ્ઞાનિકો રેકર અને સ્ટોકેનિયસે ઉર્જા જોડાણમાં બેક્ટેરિયોહોડોપ્સિનની ભાગીદારીનું સુંદર પ્રદર્શન કર્યું. "એક મોડેલ ફોસ્ફોલિપિડ મેમ્બ્રેનમાં એટીપી સિન્થેઝ સાથે વાયોલેટ બેક્ટેરિયાના નવા શોધાયેલા પ્રકાશ-સેન્સિંગ પ્રોટીનને સંયોજિત કરીને, તેઓએ પ્રકાશ ચાલુ હોય ત્યારે એટીપીનું સંશ્લેષણ કરવા સક્ષમ મોલેક્યુલર એન્સેમ્બલ મેળવ્યું.

1973 ના અંતમાં, એકેડેમિશિયન યુ.એ. ઓવચિન્નિકોવે પ્રાણી અને બેક્ટેરિયલ પ્રકાશ-સંવેદનશીલ રંગદ્રવ્યોના તુલનાત્મક અભ્યાસ માટે રોડોપ્સિન પ્રોજેક્ટનું આયોજન કર્યું. વી.પી.ની લેબોરેટરીમાં પ્રોજેક્ટના ભાગરૂપે. મોસ્કો સ્ટેટ યુનિવર્સિટી ખાતે સ્કુલાચેવ, કૃત્રિમ પટલ પરના મોડેલ પ્રયોગોમાં, તે સાબિત થયું હતું કે બેક્ટેરિયોહોડોપ્સિન ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહનું પ્રોટીન જનરેટર છે. બિલ્ટ-ઇન