बच्चों के लिए एंटीपीयरेटिक्स एक बाल रोग विशेषज्ञ द्वारा निर्धारित किया जाता है। लेकिन बुखार के लिए आपातकालीन स्थितियां होती हैं जिनमें बच्चे को तुरंत दवा देने की जरूरत होती है। तब माता-पिता जिम्मेदारी लेते हैं और ज्वरनाशक दवाओं का उपयोग करते हैं। शिशुओं को क्या देने की अनुमति है? आप बड़े बच्चों में तापमान कैसे कम कर सकते हैं? सबसे सुरक्षित दवाएं कौन सी हैं?
एटीपी सेल की सार्वभौमिक ऊर्जा "मुद्रा" है। प्रकृति के सबसे आश्चर्यजनक "आविष्कार" में से एक तथाकथित "उच्च-ऊर्जा" पदार्थों के अणु हैं, जिनकी रासायनिक संरचना में एक या अधिक बंधन होते हैं जो ऊर्जा भंडारण उपकरणों के रूप में काम करते हैं। जीवित प्रकृति में कई समान अणु पाए गए हैं, लेकिन उनमें से केवल एक मानव शरीर में पाया जाता है - एडेनोसिन ट्राइफॉस्फोरिक एसिड (एटीपी)। यह एक जटिल कार्बनिक अणु है, जिसमें अकार्बनिक फॉस्फोरिक एसिड पीओ के 3 नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए अवशेष जुड़े हुए हैं। यह फॉस्फोरस अवशेष हैं जो "उच्च-ऊर्जा" बंधनों द्वारा अणु के कार्बनिक भाग से बंधे होते हैं, जो विभिन्न इंट्रासेल्युलर प्रतिक्रियाओं के दौरान आसानी से नष्ट हो जाते हैं। हालाँकि, इन बंधों की ऊर्जा ऊष्मा के रूप में अंतरिक्ष में नष्ट नहीं होती है, बल्कि इसका उपयोग अन्य अणुओं की गति या रासायनिक संपर्क के लिए किया जाता है। यह इस संपत्ति के कारण है कि एटीपी सेल में ऊर्जा के एक सार्वभौमिक भंडारण (संचयक) के साथ-साथ एक सार्वभौमिक "मुद्रा" का कार्य करता है। आखिरकार, कोशिका में होने वाला लगभग हर रासायनिक परिवर्तन या तो ऊर्जा को अवशोषित या मुक्त करता है। ऊर्जा के संरक्षण के नियम के अनुसार, ऑक्सीडेटिव प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप बनने वाली और एटीपी के रूप में संग्रहीत ऊर्जा की कुल मात्रा उस ऊर्जा की मात्रा के बराबर होती है जिसका उपयोग कोशिका अपनी सिंथेटिक प्रक्रियाओं और किसी भी कार्य को करने के लिए कर सकती है। इस या उस क्रिया को करने के अवसर के लिए "भुगतान" के रूप में, सेल को अपनी एटीपी आपूर्ति खर्च करने के लिए मजबूर किया जाता है। इस मामले में, इस पर विशेष रूप से जोर दिया जाना चाहिए: एटीपी अणु इतना बड़ा है कि यह कोशिका झिल्ली से गुजरने में सक्षम नहीं है। इसलिए, एक सेल में बने एटीपी का उपयोग दूसरी सेल द्वारा नहीं किया जा सकता है। शरीर की प्रत्येक कोशिका को अपनी आवश्यकताओं के लिए एटीपी को उस मात्रा में संश्लेषित करने के लिए मजबूर किया जाता है जिसमें उसे अपने कार्यों को करने की आवश्यकता होती है।
मानव शरीर की कोशिकाओं में एटीपी पुनर्संश्लेषण के तीन स्रोत। जाहिर है, मानव शरीर की कोशिकाओं के दूर के पूर्वज कई लाखों साल पहले मौजूद थे, जो पौधों की कोशिकाओं से घिरे हुए थे, जो उन्हें कार्बोहाइड्रेट से अधिक आपूर्ति करते थे, और पर्याप्त ऑक्सीजन नहीं थी या बिल्कुल भी नहीं थी। यह कार्बोहाइड्रेट है जो शरीर में ऊर्जा उत्पादन के लिए पोषक तत्वों का सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला घटक है। और यद्यपि मानव शरीर की अधिकांश कोशिकाओं ने ऊर्जा कच्चे माल के रूप में प्रोटीन और वसा का उपयोग करने की क्षमता हासिल कर ली है, कुछ (उदाहरण के लिए, तंत्रिका, लाल रक्त, पुरुष प्रजनन कोशिकाएं) केवल कार्बोहाइड्रेट के ऑक्सीकरण के माध्यम से ऊर्जा का उत्पादन करने में सक्षम हैं।
कार्बोहाइड्रेट के प्राथमिक ऑक्सीकरण की प्रक्रियाएं - या बल्कि, ग्लूकोज, जो वास्तव में, कोशिकाओं में मुख्य ऑक्सीकरण सब्सट्रेट है - सीधे साइटोप्लाज्म में होती है: यह वहां है कि एंजाइम कॉम्प्लेक्स स्थित हैं, जिसके कारण ग्लूकोज अणु आंशिक रूप से नष्ट हो जाता है , और जारी ऊर्जा एटीपी के रूप में संग्रहीत होती है। इस प्रक्रिया को ग्लाइकोलाइसिस कहा जाता है, यह बिना किसी अपवाद के मानव शरीर की सभी कोशिकाओं में हो सकता है। इस प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, ग्लूकोज के एक 6-कार्बन अणु से पाइरुविक एसिड के दो 3-कार्बन अणु और एटीपी के दो अणु बनते हैं।
ग्लाइकोलाइसिस एक बहुत तेज लेकिन अपेक्षाकृत अप्रभावी प्रक्रिया है। ग्लाइकोलाइसिस प्रतिक्रियाओं के पूरा होने के बाद कोशिका में बनने वाला पाइरुविक एसिड लगभग तुरंत लैक्टिक एसिड में बदल जाता है और कभी-कभी (उदाहरण के लिए, भारी मांसपेशियों के काम के दौरान) बहुत बड़ी मात्रा में रक्त में छोड़ा जाता है, क्योंकि यह एक छोटा अणु है जो स्वतंत्र रूप से गुजर सकता है। कोशिका झिल्ली के माध्यम से। रक्त में अम्लीय चयापचय उत्पादों की इतनी बड़ी रिहाई होमियोस्टेसिस को बाधित करती है, और शरीर को मांसपेशियों के काम या अन्य सक्रिय क्रिया के परिणामों से निपटने के लिए विशेष होमोस्टैटिक तंत्र को चालू करना पड़ता है।
ग्लाइकोलाइसिस के परिणामस्वरूप बने पाइरुविक एसिड में अभी भी बहुत अधिक संभावित रासायनिक ऊर्जा होती है और यह आगे ऑक्सीकरण के लिए एक सब्सट्रेट के रूप में काम कर सकता है, लेकिन इसके लिए विशेष एंजाइम और ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है। यह प्रक्रिया कई कोशिकाओं में होती है, जिनमें विशेष अंग होते हैं - माइटोकॉन्ड्रिया। माइटोकॉन्ड्रियल झिल्लियों की आंतरिक सतह बड़े लिपिड और प्रोटीन अणुओं से बनी होती है, जिसमें बड़ी संख्या में ऑक्सीडेटिव एंजाइम शामिल होते हैं। साइटोप्लाज्म में बनने वाले 3-कार्बन अणु, आमतौर पर एसिटिक एसिड (एसीटेट), माइटोकॉन्ड्रिया में प्रवेश करते हैं। वहां वे प्रतिक्रियाओं के निरंतर चलने वाले चक्र में शामिल होते हैं, जिसके दौरान कार्बन और हाइड्रोजन परमाणु बारी-बारी से इन कार्बनिक अणुओं से अलग हो जाते हैं, जो ऑक्सीजन के साथ मिलकर कार्बन डाइऑक्साइड और पानी में बदल जाते हैं। इन प्रतिक्रियाओं में, बड़ी मात्रा में ऊर्जा निकलती है, जो एटीपी के रूप में संग्रहीत होती है। पाइरुविक एसिड का प्रत्येक अणु, माइटोकॉन्ड्रिया में ऑक्सीकरण के एक पूर्ण चक्र से गुजरने के बाद, कोशिका को 17 एटीपी अणु प्राप्त करने की अनुमति देता है। इस प्रकार, 1 ग्लूकोज अणु का पूर्ण ऑक्सीकरण कोशिका को 2 + 17x2 = 36 एटीपी अणु प्रदान करता है। यह भी उतना ही महत्वपूर्ण है कि फैटी एसिड और अमीनो एसिड, यानी वसा और प्रोटीन के घटक, माइटोकॉन्ड्रियल ऑक्सीकरण की प्रक्रिया में भी शामिल हो सकते हैं। इस क्षमता के लिए धन्यवाद, माइटोकॉन्ड्रिया कोशिका को शरीर द्वारा खाए जाने वाले खाद्य पदार्थों से अपेक्षाकृत स्वतंत्र बनाता है: किसी भी मामले में, आवश्यक मात्रा में ऊर्जा का उत्पादन किया जाएगा।
कुछ ऊर्जा कोशिका में क्रिएटिन फॉस्फेट (सीआरपी) अणुओं के रूप में संग्रहीत होती है, जो एटीपी से छोटे और अधिक मोबाइल होते हैं। यह वह छोटा अणु है जो कोशिका के एक छोर से दूसरे छोर तक तेजी से जा सकता है - जहां इस समय ऊर्जा की सबसे अधिक आवश्यकता होती है। केआरएफ स्वयं संश्लेषण, मांसपेशियों के संकुचन या तंत्रिका आवेग के संचालन की प्रक्रियाओं को ऊर्जा नहीं दे सकता है: इसके लिए एटीपी की आवश्यकता होती है। लेकिन दूसरी ओर, KrF आसानी से और व्यावहारिक रूप से बिना किसी नुकसान के है, जो इसमें निहित सभी ऊर्जा को एडेनज़ीन डिपॉस्फेट (ADP) अणु को देने में सक्षम है, जो तुरंत एटीपी में बदल जाता है और आगे जैव रासायनिक परिवर्तनों के लिए तैयार होता है।
इस प्रकार, सेल के कामकाज के दौरान खर्च की गई ऊर्जा, यानी। एटीपी को तीन मुख्य प्रक्रियाओं के कारण नवीनीकृत किया जा सकता है: एनारोबिक (ऑक्सीजन मुक्त) ग्लाइकोलाइसिस, एरोबिक (ऑक्सीजन की भागीदारी के साथ) माइटोकॉन्ड्रियल ऑक्सीकरण, और फॉस्फेट समूह के केआरएफ से एडीपी में स्थानांतरण के कारण भी।
क्रिएटिन फॉस्फेट स्रोत सबसे शक्तिशाली है, क्योंकि एडीपी के साथ केआरएफ की प्रतिक्रिया बहुत जल्दी होती है। हालांकि, सेल में सीआरएफ का स्टॉक आमतौर पर छोटा होता है - उदाहरण के लिए, सीआरएफ के कारण मांसपेशियां अधिकतम प्रयास के साथ 6-7 सेकेंड से अधिक समय तक काम कर सकती हैं। यह आमतौर पर दूसरे सबसे शक्तिशाली - ग्लाइकोलाइटिक - ऊर्जा स्रोत को ट्रिगर करने के लिए पर्याप्त है। इस मामले में, पोषक तत्वों का संसाधन कई गुना अधिक होता है, लेकिन जैसे-जैसे काम आगे बढ़ता है, लैक्टिक एसिड के गठन के कारण होमोस्टैसिस का बढ़ता तनाव होता है, और यदि ऐसा काम बड़ी मांसपेशियों द्वारा किया जाता है, तो यह 1.5-2 से अधिक नहीं रह सकता है। मिनट। लेकिन इस समय के दौरान, माइटोकॉन्ड्रिया लगभग पूरी तरह से सक्रिय हो जाते हैं, जो न केवल ग्लूकोज, बल्कि फैटी एसिड को भी जलाने में सक्षम होते हैं, जिसकी आपूर्ति शरीर में लगभग अटूट होती है। इसलिए, एक एरोबिक माइटोकॉन्ड्रियल स्रोत बहुत लंबे समय तक काम कर सकता है, हालांकि इसकी शक्ति अपेक्षाकृत कम है - ग्लाइकोलाइटिक स्रोत से 2-3 गुना कम और क्रिएटिन फॉस्फेट स्रोत से 5 गुना कम।
शरीर के विभिन्न ऊतकों में ऊर्जा उत्पादन के संगठन की विशेषताएं। विभिन्न ऊतकों में माइटोकॉन्ड्रिया की अलग-अलग संतृप्ति होती है। हड्डियों और सफेद वसा में सबसे कम - भूरे रंग के वसा, यकृत और गुर्दे में। तंत्रिका कोशिकाओं में काफी कुछ माइटोकॉन्ड्रिया होते हैं। मांसपेशियों में माइटोकॉन्ड्रिया की उच्च सांद्रता नहीं होती है, लेकिन इस तथ्य के कारण कि कंकाल की मांसपेशियां शरीर का सबसे विशाल ऊतक हैं (एक वयस्क के शरीर के वजन का लगभग 40%), यह मांसपेशियों की कोशिकाओं की जरूरत है जो बड़े पैमाने पर निर्धारित करती हैं सभी ऊर्जा चयापचय प्रक्रियाओं की तीव्रता और दिशा। आईए अर्शवस्की ने इसे "कंकाल की मांसपेशियों का ऊर्जा नियम" कहा।
उम्र के साथ, ऊर्जा चयापचय के दो महत्वपूर्ण घटक एक साथ बदलते हैं: विभिन्न चयापचय गतिविधि वाले ऊतकों के द्रव्यमान का अनुपात, साथ ही इन ऊतकों में सबसे महत्वपूर्ण ऑक्सीडेटिव एंजाइमों की सामग्री। नतीजतन, ऊर्जा चयापचय बल्कि जटिल परिवर्तनों से गुजरता है, लेकिन सामान्य तौर पर इसकी तीव्रता उम्र के साथ कम हो जाती है, और काफी महत्वपूर्ण है।
ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण की प्रक्रिया की आधुनिक समझ बेलित्सर और कालकर के अग्रणी कार्य से मिलती है। कालकर ने पाया कि एरोबिक फास्फारिलीकरण श्वसन से जुड़ा है। बेलित्सर ने फॉस्फेट के संयुग्मित बंधन और ऑक्सीजन के तेज होने के बीच स्टोइकोमेट्रिक संबंध का विस्तार से अध्ययन किया और दिखाया कि अकार्बनिक फॉस्फेट अणुओं की संख्या और अवशोषित ऑक्सीजन परमाणुओं की संख्या का अनुपात।
जब श्वास दो से कम न हो। उन्होंने यह भी बताया कि अवशोषित ऑक्सीजन के प्रति एक परमाणु में दो या दो से अधिक एटीपी अणुओं के निर्माण के लिए सब्सट्रेट से ऑक्सीजन में इलेक्ट्रॉनों का स्थानांतरण ऊर्जा का एक संभावित स्रोत है।
एनएडी एच अणु एक इलेक्ट्रॉन दाता के रूप में कार्य करता है, और फॉस्फोराइलेशन प्रतिक्रिया का रूप होता है
संक्षेप में, यह प्रतिक्रिया इस प्रकार लिखी जाती है
प्रतिक्रिया में तीन एटीपी अणुओं का संश्लेषण (15.11) एनएडी एच अणु के दो इलेक्ट्रॉनों के इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के साथ ऑक्सीजन अणु में स्थानांतरण के कारण होता है। इस स्थिति में, प्रत्येक इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा 1.14 eV घट जाती है।
जलीय वातावरण में, विशेष एंजाइमों की भागीदारी के साथ, एटीपी अणुओं का हाइड्रोलिसिस होता है
प्रतिक्रियाओं (15.12) और (15.13) में शामिल अणुओं के संरचनात्मक सूत्र चित्र में दिखाए गए हैं। 31.
शारीरिक स्थितियों के तहत, प्रतिक्रियाओं में शामिल अणु (15.12) और (15.13) आयनीकरण (एटीपी) के विभिन्न चरणों में हैं। इसलिए, इन सूत्रों में रासायनिक प्रतीकों को आयनीकरण के विभिन्न चरणों में अणुओं के बीच प्रतिक्रियाओं के सशर्त संकेतन के रूप में समझा जाना चाहिए। इस संबंध में, प्रतिक्रिया में मुक्त ऊर्जा AG में वृद्धि (15.12) और प्रतिक्रिया में इसकी कमी (15.13) तापमान, आयन एकाग्रता और माध्यम के पीएच मान पर निर्भर करती है। मानक शर्तों के तहत eV kcal / mol)। यदि हम शारीरिक पीएच मान और कोशिकाओं के अंदर आयनों की एकाग्रता के साथ-साथ कोशिकाओं के साइटोप्लाज्म में एटीपी और एडीपी अणुओं और अकार्बनिक फॉस्फेट की सांद्रता के सामान्य मूल्यों को ध्यान में रखते हुए उचित सुधार पेश करते हैं, तो एटीपी अणुओं के हाइड्रोलिसिस की मुक्त ऊर्जा के लिए हमें -0.54 eV (-12.5 kcal / mol) का मान प्राप्त होता है। एटीपी अणुओं के हाइड्रोलिसिस की मुक्त ऊर्जा स्थिर नहीं होती है। यह एक ही कोशिका के विभिन्न स्थानों में भी समान नहीं हो सकता है, यदि ये स्थान सांद्रता में भिन्न हों।
लिपमैन के अग्रणी कार्य (1941) की उपस्थिति के बाद से, यह ज्ञात हो गया है कि कोशिका में एटीपी अणु एक सार्वभौमिक अल्पकालिक भंडारण और सबसे महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं में उपयोग की जाने वाली रासायनिक ऊर्जा के वाहक की भूमिका निभाते हैं।
एटीपी अणु के हाइड्रोलिसिस की प्रक्रिया में ऊर्जा की रिहाई अणुओं के परिवर्तन के साथ होती है
इस मामले में, प्रतीक द्वारा इंगित बंधन की दरार से फॉस्फोरिक एसिड अवशेष समाप्त हो जाता है। लिपमैन के सुझाव पर, इस बंधन को "ऊर्जा-समृद्ध फॉस्फेट बंधन" या "उच्च-ऊर्जा बंधन" कहा जाने लगा। यह नाम अत्यंत दुर्भाग्यपूर्ण है। यह हाइड्रोलिसिस के दौरान होने वाली प्रक्रियाओं की ऊर्जा को बिल्कुल भी नहीं दर्शाता है। मुक्त ऊर्जा की रिहाई एक बंधन के टूटने के कारण नहीं होती है (इस तरह के ब्रेक के लिए हमेशा ऊर्जा की खपत की आवश्यकता होती है), लेकिन प्रतिक्रियाओं में भाग लेने वाले सभी अणुओं की पुनर्व्यवस्था, नए बांडों के निर्माण और सॉल्वैंशन के गोले के पुनर्व्यवस्था के दौरान प्रतिक्रिया।
जब NaCl अणु पानी में घुल जाता है, तो हाइड्रेटेड आयन बनते हैं। जलयोजन के दौरान ऊर्जा में लाभ NaCl अणु में बंधन टूटने पर ऊर्जा की खपत को ओवरलैप करता है। इस ऊर्जा लाभ को NaCl अणु में "उच्च-एर्गिक बंधन" के लिए विशेषता देना अजीब होगा।
जैसा कि ज्ञात है, भारी परमाणु नाभिक के विखंडन के दौरान, बड़ी मात्रा में ऊर्जा निकलती है, जो किसी भी उच्च-एर्गिक बंधनों के टूटने से जुड़ी नहीं होती है, बल्कि विखंडन के टुकड़ों की पुनर्व्यवस्था और कुलोप प्रतिकर्षण में कमी के कारण होती है। प्रत्येक टुकड़े में नाभिक के बीच ऊर्जा।
"मैक्रोर्जिक कनेक्शन" की अवधारणा की निष्पक्ष आलोचना एक से अधिक बार व्यक्त की गई है। फिर भी, इस अवधारणा को वैज्ञानिक साहित्य में व्यापक रूप से लागू किया गया है। बड़े
तालिका 8
फॉस्फोराइलेटेड यौगिकों के संरचनात्मक सूत्र: ए - फॉस्फोएनोलीरूवेट; बी - 1,3-डिफोस्फोग्लिसरेट; सी - क्रिएटिन फॉस्फेट; - ग्लूकोज-आई-फॉस्फेट; - ग्लूकोज-6-फॉस्फेट।
इसमें कोई परेशानी नहीं है, अगर अभिव्यक्ति "उच्च-ऊर्जा फॉस्फेट बांड" का उपयोग पारंपरिक रूप से किया जाता है, तो अन्य आयनों, पीएच, आदि की इसी उपस्थिति के साथ जलीय घोल में होने वाले परिवर्तनों के पूरे चक्र के संक्षिप्त विवरण के रूप में।
तो, बायोकेमिस्ट द्वारा उपयोग की जाने वाली फॉस्फेट बॉन्ड ऊर्जा की अवधारणा, पारंपरिक रूप से प्रारंभिक पदार्थों की मुक्त ऊर्जा और हाइड्रोलिसिस प्रतिक्रियाओं के उत्पादों की मुक्त ऊर्जा के बीच अंतर को दर्शाती है, जिसमें फॉस्फेट समूह अलग हो जाते हैं। इस अवधारणा को एक मुक्त अणु में परमाणुओं के दो समूहों के बीच रासायनिक बंधन ऊर्जा की अवधारणा के साथ भ्रमित नहीं होना चाहिए। उत्तरार्द्ध बंधन को तोड़ने के लिए आवश्यक ऊर्जा की विशेषता है।
कोशिकाओं में कई फॉस्फोराइलेटेड यौगिक होते हैं, जिनमें से साइटोप्लाज्म में हाइड्रोलिसिस मुक्त ऊर्जा की रिहाई से जुड़ा होता है। इनमें से कुछ यौगिकों के जल-अपघटन की मानक मुक्त ऊर्जाओं के मान तालिका में दिए गए हैं। 8. इन यौगिकों के संरचनात्मक सूत्र अंजीर में दिखाए गए हैं। 31 और 35.
हाइड्रोलिसिस की मानक मुक्त ऊर्जा के बड़े नकारात्मक मूल्य नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए हाइड्रोलिसिस उत्पादों की जलयोजन ऊर्जा और उनके इलेक्ट्रॉनिक गोले की पुनर्व्यवस्था के कारण होते हैं। टेबल से। 8 यह इस प्रकार है कि एटीपी अणु के हाइड्रोलिसिस की मानक मुक्त ऊर्जा का मूल्य "उच्च-ऊर्जा" (फॉस्फोइनोलपाइरु-नेट) और "कम-ऊर्जा" (ग्लूकोज -6-फॉस्फेट) यौगिकों के बीच एक मध्यवर्ती स्थिति रखता है। यह एक कारण है कि एटीपी अणु फॉस्फेट समूहों का एक सुविधाजनक सार्वभौमिक वाहक है।
विशेष एंजाइमों की मदद से, एटीपी और एडीपी अणु उच्च और निम्न ऊर्जा के बीच संचार करते हैं
फॉस्फेट यौगिक। उदाहरण के लिए, एंजाइम पाइरूवेट किनेज फॉस्फेट को फॉस्फोएनोलपाइरूवेट से एडीपी में स्थानांतरित करता है। प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, पाइरूवेट और एक एटीपी अणु बनते हैं। इसके अलावा, एंजाइम हेक्सोकाइनेज का उपयोग करके, एटीपी अणु फॉस्फेट समूह को डी-ग्लूकोज में स्थानांतरित कर सकता है, इसे ग्लूकोज-6-फॉस्फेट में बदल सकता है। इन दो प्रतिक्रियाओं का कुल उत्पाद परिवर्तन के लिए कम हो जाएगा
यह बहुत महत्वपूर्ण है कि इस प्रकार की प्रतिक्रियाएं केवल एक मध्यवर्ती चरण से गुजर सकती हैं, जिसमें एटीपी और एडीपी अणु आवश्यक रूप से शामिल होते हैं।
एटीपी सेल की सार्वभौमिक ऊर्जा "मुद्रा" है।प्रकृति के सबसे आश्चर्यजनक "आविष्कारों" में से एक तथाकथित "उच्च-ऊर्जा" पदार्थों के अणु हैं, जिनकी रासायनिक संरचना में एक या अधिक बंधन होते हैं जो ऊर्जा भंडारण उपकरणों के रूप में काम करते हैं। जीवित प्रकृति में कई समान अणु पाए गए हैं, लेकिन उनमें से केवल एक ही मानव शरीर में पाया जाता है - एडेनोसिन ट्राइफॉस्फोरिक एसिड (एटीपी)। यह एक जटिल कार्बनिक अणु है, जिसमें अकार्बनिक फॉस्फोरिक एसिड पीओ के 3 नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए अवशेष जुड़े हुए हैं। यह फॉस्फोरस अवशेष हैं जो "उच्च-ऊर्जा" बंधनों द्वारा अणु के कार्बनिक भाग से बंधे होते हैं, जो विभिन्न इंट्रासेल्युलर प्रतिक्रियाओं के दौरान आसानी से नष्ट हो जाते हैं। हालाँकि, इन बंधों की ऊर्जा ऊष्मा के रूप में अंतरिक्ष में नष्ट नहीं होती है, बल्कि इसका उपयोग अन्य अणुओं की गति या रासायनिक संपर्क के लिए किया जाता है। यह इस संपत्ति के कारण है कि एटीपी सेल में ऊर्जा के एक सार्वभौमिक भंडारण (संचयक) के साथ-साथ एक सार्वभौमिक "मुद्रा" का कार्य करता है। आखिरकार, कोशिका में होने वाला लगभग हर रासायनिक परिवर्तन या तो ऊर्जा को अवशोषित या मुक्त करता है। ऊर्जा के संरक्षण के नियम के अनुसार, ऑक्सीडेटिव प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप बनने वाली और एटीपी के रूप में संग्रहीत ऊर्जा की कुल मात्रा उस ऊर्जा की मात्रा के बराबर होती है जिसका उपयोग कोशिका अपनी सिंथेटिक प्रक्रियाओं और किसी भी कार्य को करने के लिए कर सकती है। इस या उस क्रिया को करने के अवसर के लिए "भुगतान" के रूप में, सेल को अपनी एटीपी आपूर्ति खर्च करने के लिए मजबूर किया जाता है। इस मामले में, इस पर विशेष रूप से जोर दिया जाना चाहिए: एटीपी अणु इतना बड़ा है कि यह कोशिका झिल्ली से गुजरने में सक्षम नहीं है। इसलिए, एक सेल में बने एटीपी का उपयोग दूसरी सेल द्वारा नहीं किया जा सकता है। शरीर की प्रत्येक कोशिका को अपनी आवश्यकताओं के लिए एटीपी को उस मात्रा में संश्लेषित करने के लिए मजबूर किया जाता है जिसमें उसे अपने कार्यों को करने की आवश्यकता होती है।
मानव शरीर की कोशिकाओं में एटीपी पुनर्संश्लेषण के तीन स्रोत।जाहिर है, मानव शरीर की कोशिकाओं के दूर के पूर्वज कई लाखों साल पहले मौजूद थे, जो पौधों की कोशिकाओं से घिरे थे, जो उन्हें कार्बोहाइड्रेट से अधिक आपूर्ति करते थे, और पर्याप्त ऑक्सीजन नहीं थी या बिल्कुल भी नहीं थी। यह कार्बोहाइड्रेट है जो शरीर में ऊर्जा उत्पादन के लिए पोषक तत्वों का सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला घटक है। और यद्यपि मानव शरीर की अधिकांश कोशिकाओं ने ऊर्जा कच्चे माल के रूप में प्रोटीन और वसा का उपयोग करने की क्षमता हासिल कर ली है, कुछ (उदाहरण के लिए, तंत्रिका, लाल रक्त, पुरुष प्रजनन कोशिकाएं) केवल कार्बोहाइड्रेट के ऑक्सीकरण के माध्यम से ऊर्जा का उत्पादन करने में सक्षम हैं।
कार्बोहाइड्रेट के प्राथमिक ऑक्सीकरण की प्रक्रियाएं - या बल्कि, ग्लूकोज, जो वास्तव में, कोशिकाओं में मुख्य ऑक्सीकरण सब्सट्रेट है - सीधे साइटोप्लाज्म में होती है: यह वहां है कि एंजाइम कॉम्प्लेक्स स्थित हैं, जिसके कारण ग्लूकोज अणु आंशिक रूप से नष्ट हो जाता है , और जारी ऊर्जा एटीपी के रूप में संग्रहीत होती है। इस प्रक्रिया को ग्लाइकोलाइसिस कहा जाता है, यह बिना किसी अपवाद के मानव शरीर की सभी कोशिकाओं में हो सकता है। इस प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, ग्लूकोज के एक 6-कार्बन अणु से पाइरुविक एसिड के दो 3-कार्बन अणु और एटीपी के दो अणु बनते हैं।
ग्लाइकोलाइसिस एक बहुत तेज लेकिन अपेक्षाकृत अप्रभावी प्रक्रिया है। ग्लाइकोलाइसिस प्रतिक्रियाओं के पूरा होने के बाद कोशिका में बनने वाला पाइरुविक एसिड लगभग तुरंत लैक्टिक एसिड में बदल जाता है और कभी-कभी (उदाहरण के लिए, भारी मांसपेशियों के काम के दौरान) बहुत बड़ी मात्रा में रक्त में छोड़ा जाता है, क्योंकि यह एक छोटा अणु है जो स्वतंत्र रूप से गुजर सकता है। कोशिका झिल्ली के माध्यम से। रक्त में अम्लीय चयापचय उत्पादों की इतनी बड़ी रिहाई होमियोस्टेसिस को बाधित करती है, और शरीर को मांसपेशियों के काम या अन्य सक्रिय क्रिया के परिणामों से निपटने के लिए विशेष होमोस्टैटिक तंत्र को चालू करना पड़ता है।
ग्लाइकोलाइसिस के परिणामस्वरूप बने पाइरुविक एसिड में अभी भी बहुत अधिक संभावित रासायनिक ऊर्जा होती है और यह आगे ऑक्सीकरण के लिए एक सब्सट्रेट के रूप में काम कर सकता है, लेकिन इसके लिए विशेष एंजाइम और ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है। यह प्रक्रिया कई कोशिकाओं में होती है, जिनमें विशेष अंग होते हैं - माइटोकॉन्ड्रिया। माइटोकॉन्ड्रियल झिल्लियों की आंतरिक सतह बड़े लिपिड और प्रोटीन अणुओं से बनी होती है, जिसमें बड़ी संख्या में ऑक्सीडेटिव एंजाइम शामिल होते हैं। साइटोप्लाज्म में बनने वाले 3-कार्बन अणु, आमतौर पर एसिटिक एसिड (एसीटेट), माइटोकॉन्ड्रिया में प्रवेश करते हैं। वहां वे प्रतिक्रियाओं के निरंतर चलने वाले चक्र में शामिल होते हैं, जिसके दौरान कार्बन और हाइड्रोजन परमाणु बारी-बारी से इन कार्बनिक अणुओं से अलग हो जाते हैं, जो ऑक्सीजन के साथ मिलकर कार्बन डाइऑक्साइड और पानी में बदल जाते हैं। इन प्रतिक्रियाओं में, बड़ी मात्रा में ऊर्जा निकलती है, जो एटीपी के रूप में संग्रहीत होती है। पाइरुविक एसिड का प्रत्येक अणु, माइटोकॉन्ड्रिया में ऑक्सीकरण के एक पूर्ण चक्र से गुजरने के बाद, कोशिका को 17 एटीपी अणु प्राप्त करने की अनुमति देता है। इस प्रकार, 1 ग्लूकोज अणु का पूर्ण ऑक्सीकरण कोशिका को 2 + 17x2 = 36 एटीपी अणु प्रदान करता है। यह भी उतना ही महत्वपूर्ण है कि फैटी एसिड और अमीनो एसिड, यानी वसा और प्रोटीन के घटक, माइटोकॉन्ड्रियल ऑक्सीकरण की प्रक्रिया में भी शामिल हो सकते हैं। इस क्षमता के लिए धन्यवाद, माइटोकॉन्ड्रिया कोशिका को शरीर द्वारा खाए जाने वाले खाद्य पदार्थों से अपेक्षाकृत स्वतंत्र बनाता है: किसी भी मामले में, आवश्यक मात्रा में ऊर्जा का उत्पादन किया जाएगा।
कुछ ऊर्जा कोशिका में क्रिएटिन फॉस्फेट (सीआरपी) अणुओं के रूप में संग्रहीत होती है, जो एटीपी से छोटे और अधिक मोबाइल होते हैं। यह वह छोटा अणु है जो कोशिका के एक छोर से दूसरे छोर तक तेजी से जा सकता है - जहां इस समय ऊर्जा की सबसे अधिक आवश्यकता होती है। केआरएफ स्वयं संश्लेषण, मांसपेशियों के संकुचन या तंत्रिका आवेग के संचालन की प्रक्रियाओं को ऊर्जा नहीं दे सकता है: इसके लिए एटीपी की आवश्यकता होती है। लेकिन दूसरी ओर, KrF आसानी से और व्यावहारिक रूप से बिना किसी नुकसान के है, जो इसमें निहित सभी ऊर्जा को एडेनज़ीन डिपॉस्फेट (ADP) अणु को देने में सक्षम है, जो तुरंत एटीपी में बदल जाता है और आगे जैव रासायनिक परिवर्तनों के लिए तैयार होता है।
इस प्रकार, सेल के कामकाज के दौरान खर्च की गई ऊर्जा, यानी। एटीपी को तीन मुख्य प्रक्रियाओं के कारण नवीनीकृत किया जा सकता है: एनारोबिक (ऑक्सीजन मुक्त) ग्लाइकोलाइसिस, एरोबिक (ऑक्सीजन की भागीदारी के साथ) माइटोकॉन्ड्रियल ऑक्सीकरण, और फॉस्फेट समूह के केआरएफ से एडीपी में स्थानांतरण के कारण भी।
क्रिएटिन फॉस्फेट स्रोत सबसे शक्तिशाली है, क्योंकि एडीपी के साथ केआरएफ की प्रतिक्रिया बहुत जल्दी होती है। हालांकि, सेल में सीआरएफ का स्टॉक आमतौर पर छोटा होता है - उदाहरण के लिए, सीआरएफ के कारण मांसपेशियां अधिकतम प्रयास के साथ 6-7 सेकेंड से अधिक समय तक काम कर सकती हैं। यह आमतौर पर दूसरे सबसे शक्तिशाली - ग्लाइकोलाइटिक - ऊर्जा स्रोत को ट्रिगर करने के लिए पर्याप्त है। इस मामले में, पोषक तत्वों का संसाधन कई गुना अधिक होता है, लेकिन जैसे-जैसे काम आगे बढ़ता है, लैक्टिक एसिड के गठन के कारण होमोस्टैसिस का बढ़ता तनाव होता है, और यदि ऐसा काम बड़ी मांसपेशियों द्वारा किया जाता है, तो यह 1.5-2 से अधिक नहीं रह सकता है। मिनट। लेकिन इस समय के दौरान, माइटोकॉन्ड्रिया लगभग पूरी तरह से सक्रिय हो जाते हैं, जो न केवल ग्लूकोज, बल्कि फैटी एसिड को भी जलाने में सक्षम होते हैं, जिसकी आपूर्ति शरीर में लगभग अटूट होती है। इसलिए, एक एरोबिक माइटोकॉन्ड्रियल स्रोत बहुत लंबे समय तक काम कर सकता है, हालांकि इसकी शक्ति अपेक्षाकृत कम है - ग्लाइकोलाइटिक स्रोत से 2-3 गुना कम और क्रिएटिन फॉस्फेट स्रोत से 5 गुना कम।
शरीर के विभिन्न ऊतकों में ऊर्जा उत्पादन के संगठन की विशेषताएं।विभिन्न ऊतकों में माइटोकॉन्ड्रिया की अलग-अलग संतृप्ति होती है। हड्डियों और सफेद वसा में सबसे कम - भूरे रंग के वसा, यकृत और गुर्दे में। तंत्रिका कोशिकाओं में काफी कुछ माइटोकॉन्ड्रिया होते हैं। मांसपेशियों में माइटोकॉन्ड्रिया की उच्च सांद्रता नहीं होती है, लेकिन इस तथ्य के कारण कि कंकाल की मांसपेशियां शरीर का सबसे विशाल ऊतक हैं (एक वयस्क के शरीर के वजन का लगभग 40%), यह मांसपेशियों की कोशिकाओं की जरूरत है जो बड़े पैमाने पर निर्धारित करती हैं सभी ऊर्जा चयापचय प्रक्रियाओं की तीव्रता और दिशा। आईए अर्शवस्की ने इसे "कंकाल की मांसपेशियों का ऊर्जा नियम" कहा।
उम्र के साथ, ऊर्जा चयापचय के दो महत्वपूर्ण घटक एक साथ बदलते हैं: विभिन्न चयापचय गतिविधि वाले ऊतकों के द्रव्यमान का अनुपात, साथ ही इन ऊतकों में सबसे महत्वपूर्ण ऑक्सीडेटिव एंजाइमों की सामग्री। नतीजतन, ऊर्जा चयापचय बल्कि जटिल परिवर्तनों से गुजरता है, लेकिन सामान्य तौर पर इसकी तीव्रता उम्र के साथ कम हो जाती है, और काफी महत्वपूर्ण है।
ऊर्जा विनिमय
ऊर्जा विनिमयशरीर का सबसे अभिन्न कार्य है। कोई भी संश्लेषण, किसी भी अंग की गतिविधि, कोई भी कार्यात्मक गतिविधि अनिवार्य रूप से ऊर्जा चयापचय को प्रभावित करेगी, क्योंकि संरक्षण कानून के अनुसार, जिसमें कोई अपवाद नहीं है, किसी पदार्थ के परिवर्तन से जुड़ा कोई भी कार्य ऊर्जा के व्यय के साथ होता है।
ऊर्जा की खपतजीव में बेसल चयापचय के तीन असमान भाग होते हैं, कार्यों की ऊर्जा आपूर्ति, साथ ही विकास, विकास और अनुकूली प्रक्रियाओं के लिए ऊर्जा की खपत। इन भागों के बीच संबंध व्यक्तिगत विकास के चरण और विशिष्ट स्थितियों (तालिका 2) द्वारा निर्धारित किया जाता है।
बेसल चयापचय- यह ऊर्जा उत्पादन का न्यूनतम स्तर है जो हमेशा मौजूद रहता है, अंगों और प्रणालियों की कार्यात्मक गतिविधि की परवाह किए बिना, और कभी भी शून्य के बराबर नहीं होता है। बेसल चयापचय में तीन मुख्य प्रकार के ऊर्जा व्यय होते हैं: कार्यों का न्यूनतम स्तर, व्यर्थ चक्र और पुनरावर्ती प्रक्रियाएं।
शरीर की न्यूनतम ऊर्जा आवश्यकता।कार्यों के न्यूनतम स्तर का प्रश्न काफी स्पष्ट है: पूर्ण आराम की स्थिति में भी (उदाहरण के लिए, आरामदायक नींद), जब कोई सक्रिय कारक शरीर पर कार्य नहीं करता है, तो मस्तिष्क और अंतःस्रावी ग्रंथियों की एक निश्चित गतिविधि को बनाए रखना आवश्यक है, यकृत और जठरांत्र संबंधी मार्ग, हृदय और रक्त वाहिकाएं, श्वसन की मांसपेशियां और फेफड़े के ऊतक, टॉनिक और चिकनी मांसपेशियां आदि।
व्यर्थ चक्र।यह कम ही ज्ञात है कि शरीर की हर कोशिका में लाखों चक्रीय जैव रासायनिक प्रतिक्रियाएं लगातार होती रहती हैं, जिसके परिणामस्वरूप कुछ भी उत्पन्न नहीं होता है, लेकिन उन्हें पूरा करने के लिए एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होती है। ये तथाकथित व्यर्थ चक्र हैं, प्रक्रियाएं जो वास्तविक कार्यात्मक कार्य की अनुपस्थिति में सेलुलर संरचनाओं की "लड़ाई क्षमता" को संरक्षित करती हैं। कताई शीर्ष की तरह, व्यर्थ चक्र कोशिका और उसकी सभी संरचनाओं को स्थिरता प्रदान करते हैं। प्रत्येक व्यर्थ चक्र को बनाए रखने के लिए ऊर्जा व्यय छोटा है, लेकिन उनमें से कई हैं, और नतीजतन, यह बेसल ऊर्जा व्यय के काफी ध्यान देने योग्य हिस्से में तब्दील हो जाता है।
पुनरावर्ती प्रक्रियाएं।चयापचय प्रक्रियाओं में शामिल कई जटिल रूप से संगठित अणु जल्दी या बाद में क्षतिग्रस्त होने लगते हैं, अपने कार्यात्मक गुणों को खो देते हैं या यहां तक कि विषाक्त भी प्राप्त करते हैं। निरंतर "मरम्मत और बहाली कार्य" की आवश्यकता है, सेल से क्षतिग्रस्त अणुओं को हटाने और उनके स्थान पर पिछले वाले के समान नए को संश्लेषित करना। इस तरह की पुनर्योजी प्रक्रियाएं हर कोशिका में लगातार होती हैं, क्योंकि किसी भी प्रोटीन अणु का जीवनकाल आमतौर पर 1-2 सप्ताह से अधिक नहीं होता है, और किसी भी कोशिका में सैकड़ों लाखों होते हैं। पर्यावरणीय कारक - प्रतिकूल तापमान, विकिरण की पृष्ठभूमि में वृद्धि, विषाक्त पदार्थों के संपर्क में और बहुत कुछ - जटिल अणुओं के जीवन को महत्वपूर्ण रूप से छोटा कर सकते हैं और, परिणामस्वरूप, पुनरावर्ती प्रक्रियाओं के तनाव को बढ़ा सकते हैं।
एक बहुकोशिकीय जीव के ऊतकों के कामकाज का न्यूनतम स्तर।सेल की कार्यप्रणाली हमेशा एक निश्चित होती है बाहरी कार्य... एक मांसपेशी कोशिका के लिए, यह इसका संकुचन है, एक तंत्रिका कोशिका के लिए - एक विद्युत आवेग का उत्पादन और चालन, एक ग्रंथि कोशिका के लिए - स्राव का उत्पादन और स्राव का कार्य, एक उपकला कोशिका के लिए - पिनोसाइटोसिस या अन्य प्रकार की बातचीत आसपास के ऊतकों और जैविक तरल पदार्थों के साथ। स्वाभाविक रूप से, कोई भी कार्य उसके कार्यान्वयन के लिए ऊर्जा के व्यय के बिना नहीं किया जा सकता है। लेकिन इसके अलावा, कोई भी काम शरीर के आंतरिक वातावरण में बदलाव की ओर ले जाता है, क्योंकि एक सक्रिय कोशिका के अपशिष्ट उत्पाद अन्य कोशिकाओं और ऊतकों के प्रति उदासीन नहीं हो सकते हैं। इसलिए, किसी कार्य को करते समय ऊर्जा की खपत का दूसरा सोपान होमोस्टैसिस के सक्रिय रखरखाव से जुड़ा होता है, जो कभी-कभी ऊर्जा का एक बहुत महत्वपूर्ण हिस्सा खपत करता है। इस बीच, न केवल कार्यात्मक कार्यों को करने के दौरान आंतरिक वातावरण की संरचना बदल जाती है, बल्कि संरचनाएं भी अक्सर बदलती हैं, और अक्सर विनाश की दिशा में। इसलिए, जब कंकाल की मांसपेशियां सिकुड़ती हैं (कम तीव्रता की भी), तो मांसपेशी फाइबर हमेशा टूटता है, अर्थात। प्रपत्र की अखंडता का उल्लंघन किया जाता है। शरीर में आकार की स्थिरता (होमियोमोर्फोसिस) को बनाए रखने के लिए विशेष तंत्र हैं, क्षतिग्रस्त या परिवर्तित संरचनाओं की सबसे तेज़ बहाली सुनिश्चित करते हैं, लेकिन यह फिर से ऊर्जा की खपत करता है। और, अंत में, एक विकासशील जीव के लिए अपने विकास की मुख्य प्रवृत्तियों को बनाए रखना बहुत महत्वपूर्ण है, भले ही विशिष्ट परिस्थितियों के संपर्क के परिणामस्वरूप कार्यों को सक्रिय करना पड़े। कार्यों को सक्रिय करते समय दिशा और विकास के चैनलों (होमियोरिसिस) की अपरिवर्तनीयता बनाए रखना ऊर्जा खपत का एक और रूप है।
एक विकासशील जीव के लिए, वृद्धि और विकास स्वयं ऊर्जा खपत की एक महत्वपूर्ण वस्तु है। हालांकि, किसी के लिए, एक परिपक्व जीव सहित, अनुकूली पुनर्व्यवस्था की प्रक्रियाएं मात्रा में कम ऊर्जा-गहन नहीं हैं और अनिवार्य रूप से बहुत समान हैं। यहां, ऊर्जा व्यय का उद्देश्य जीनोम को सक्रिय करना, अप्रचलित संरचनाओं (अपचय) और संश्लेषण (उपचय) को नष्ट करना है।
बेसल चयापचय की लागत और वृद्धि और विकास की लागत उम्र के साथ काफी कम हो जाती है, जबकि कार्य करने की लागत गुणात्मक रूप से भिन्न हो जाती है। चूंकि विकास और विकास की प्रक्रियाओं पर बेसल ऊर्जा व्यय और ऊर्जा व्यय को अलग करना पद्धतिगत रूप से अत्यंत कठिन है, इसलिए उन्हें आमतौर पर नाम के तहत एक साथ माना जाता है। "बीएक्स"।
बेसल चयापचय दर की आयु से संबंधित गतिशीलता।एम। रूबनेर (1861) के समय से, यह सर्वविदित है कि स्तनधारियों में, शरीर के वजन में वृद्धि के साथ, प्रति इकाई द्रव्यमान में गर्मी उत्पादन की तीव्रता कम हो जाती है; जबकि प्रति इकाई सतह पर गणना की गई विनिमय की मात्रा स्थिर रहती है ("सतह नियम")। इन तथ्यों की अभी भी संतोषजनक सैद्धांतिक व्याख्या नहीं है, और इसलिए शरीर के आकार और चयापचय दर के बीच संबंध को व्यक्त करने के लिए अनुभवजन्य सूत्रों का उपयोग किया जाता है। मनुष्यों सहित स्तनधारियों के लिए, एम। क्लेबर का सूत्र अब सबसे अधिक उपयोग किया जाता है:
एम = 67.7 पी 0 75 किलो कैलोरी / दिन,
जहां एम पूरे जीव का ताप उत्पादन है, और पी शरीर का वजन है।
हालांकि, बेसल चयापचय दर में उम्र से संबंधित परिवर्तनों को हमेशा इस समीकरण का उपयोग करके वर्णित नहीं किया जा सकता है। जीवन के पहले वर्ष के दौरान, गर्मी का उत्पादन कम नहीं होता है, जैसा कि क्लेबर समीकरण के अनुसार आवश्यक होगा, लेकिन समान स्तर पर रहता है या थोड़ा बढ़ जाता है। केवल एक वर्ष की आयु में लगभग प्राप्त चयापचय दर (55 किलो कैलोरी / किग्रा · दिन) होती है, जो कि 10 किलोग्राम वजन वाले जीव के लिए क्लेबर समीकरण के अनुसार "माना" जाता है। केवल 3 साल की उम्र से, बेसल चयापचय की तीव्रता धीरे-धीरे कम होने लगती है, और एक वयस्क के स्तर तक पहुंच जाती है - 25 किलो कैलोरी / किग्रा · दिन - केवल यौवन की अवधि तक।
विकास और विकास प्रक्रियाओं की ऊर्जा लागत।अक्सर, बच्चों में बढ़ी हुई बेसल चयापचय दर विकास लागत से जुड़ी होती है। हालांकि, हाल के वर्षों में किए गए सटीक माप और गणना से पता चला है कि जीवन के पहले 3 महीनों में सबसे तीव्र विकास प्रक्रियाओं में भी दैनिक ऊर्जा खपत के 7-8% से अधिक की आवश्यकता नहीं होती है, और 12 महीनों के बाद वे अधिक नहीं होते हैं 1%। इसके अलावा, बच्चे के शरीर की ऊर्जा खपत का उच्चतम स्तर 1 वर्ष की आयु में नोट किया गया था, जब इसकी वृद्धि दर छह महीने की उम्र की तुलना में 10 गुना कम हो जाती है। ओण्टोजेनेसिस के चरण, जब विकास दर कम हो जाती है, और अंगों और ऊतकों में महत्वपूर्ण गुणात्मक परिवर्तन होते हैं, सेल भेदभाव की प्रक्रियाओं के कारण, बहुत अधिक "ऊर्जा-गहन" निकला। जैव रसायनविदों के विशेष अध्ययनों से पता चला है कि ऊतकों में जो विभेदन प्रक्रियाओं (उदाहरण के लिए, मस्तिष्क में) में प्रवेश करते हैं, माइटोकॉन्ड्रिया की सामग्री में तेजी से वृद्धि होती है, और, परिणामस्वरूप, ऑक्सीडेटिव चयापचय और गर्मी उत्पादन में वृद्धि होती है। इस घटना का जैविक अर्थ यह है कि कोशिका विभेदन की प्रक्रिया में नई संरचनाएं, नए प्रोटीन और अन्य बड़े अणु बनते हैं, जो कोशिका पहले उत्पन्न नहीं कर सकती थी। किसी भी नए व्यवसाय की तरह, इसके लिए विशेष ऊर्जा लागत की आवश्यकता होती है, जबकि विकास प्रक्रियाएं कोशिका में प्रोटीन और अन्य मैक्रोमोलेक्यूल्स का एक स्थापित "बैच उत्पादन" होती हैं।
आगे के व्यक्तिगत विकास की प्रक्रिया में, बेसल चयापचय की तीव्रता में कमी देखी जाती है। यह पता चला कि उम्र के साथ बेसल चयापचय दर में विभिन्न अंगों का योगदान बदल जाता है। उदाहरण के लिए, नवजात शिशुओं में मस्तिष्क (बेसल चयापचय दर में महत्वपूर्ण योगदान देता है) शरीर के वजन का 12% है, और एक वयस्क में - केवल 2%। आंतरिक अंग भी असमान रूप से विकसित होते हैं, जो मस्तिष्क की तरह, आराम करने पर भी ऊर्जा चयापचय का उच्च स्तर होता है - 300 किलो कैलोरी / किग्रा दिन। इसी समय, मांसपेशी ऊतक, जिसकी सापेक्ष मात्रा प्रसवोत्तर विकास के दौरान लगभग दोगुनी हो जाती है, को आराम से चयापचय के बहुत कम स्तर की विशेषता होती है - 18 किलो कैलोरी / किग्रा दिन। एक वयस्क में, मस्तिष्क में बेसल चयापचय का लगभग 24%, यकृत - 20%, हृदय - 10% और कंकाल की मांसपेशी - 28% होता है। एक साल के बच्चे में, मस्तिष्क में बेसल चयापचय का 53% हिस्सा होता है, यकृत लगभग 18% और कंकाल की मांसपेशियों का योगदान केवल 8% होता है।
स्कूली उम्र के बच्चों में आराम का आदान-प्रदान।बेसल चयापचय को केवल क्लिनिक में ही मापा जा सकता है: इसके लिए विशेष परिस्थितियों की आवश्यकता होती है। लेकिन आराम के आदान-प्रदान को हर व्यक्ति में मापा जा सकता है: उसके लिए उपवास की स्थिति में होना और कई दसियों मिनट तक मांसपेशियों को आराम देना पर्याप्त है। मौन विनिमय बुनियादी विनिमय की तुलना में थोड़ा अधिक है, लेकिन यह अंतर मौलिक नहीं है। आराम करने वाले चयापचय में उम्र से संबंधित परिवर्तनों की गतिशीलता चयापचय दर में एक साधारण कमी तक कम नहीं होती है। चयापचय दर में तेजी से कमी की विशेषता वाली अवधियों को आयु अंतराल द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है जिसमें आराम करने वाले चयापचय को स्थिर किया जाता है।
साथ ही, उपापचयी तीव्रता में परिवर्तन की प्रकृति और वृद्धि दर के बीच घनिष्ठ संबंध पाया जाता है (चित्र 8 को पृष्ठ 57 पर देखें)। आकृति में पट्टियां शरीर के वजन में सापेक्ष वार्षिक वृद्धि दर्शाती हैं। यह पता चला है कि सापेक्ष वृद्धि दर जितनी अधिक होगी, इस अवधि के दौरान बाकी चयापचय की तीव्रता में कमी उतनी ही अधिक होगी।
यह आंकड़ा एक और विशेषता दिखाता है - स्पष्ट लिंग अंतर: अध्ययन की गई आयु सीमा में लड़कियां विकास दर और चयापचय तीव्रता में बदलाव के मामले में लड़कों से लगभग एक वर्ष आगे हैं। इसी समय, आराम विनिमय की तीव्रता और आधी ऊंचाई की छलांग के दौरान बच्चों की वृद्धि दर के बीच घनिष्ठ संबंध पाया जाता है - 4 से 7 साल तक। इसी अवधि में, दूध के दांतों का स्थायी रूप से परिवर्तन शुरू होता है, जो रूपात्मक और कार्यात्मक परिपक्वता के संकेतकों में से एक के रूप में भी काम कर सकता है।
आगे के विकास की प्रक्रिया में, बेसल चयापचय की तीव्रता में कमी जारी है, और अब यौवन की प्रक्रियाओं के साथ निकट संबंध में। यौवन के शुरुआती चरणों में, किशोरों में चयापचय दर वयस्कों की तुलना में लगभग 30% अधिक होती है। संकेतक में तेज कमी चरण III से शुरू होती है, जब गोनाड सक्रिय होते हैं, और यौवन की शुरुआत तक जारी रहते हैं। जैसा कि आप जानते हैं, यौवन की वृद्धि यौवन के चरण III की उपलब्धि के साथ भी मेल खाती है, अर्थात। और इस मामले में, सबसे गहन विकास की अवधि के दौरान चयापचय दर में कमी की नियमितता बनी हुई है।
इस अवधि के दौरान लड़के अपने विकास में लड़कियों से लगभग 1 वर्ष पीछे रह जाते हैं। इस तथ्य के अनुसार, लड़कों में चयापचय प्रक्रियाओं की तीव्रता हमेशा एक ही कैलेंडर उम्र की लड़कियों की तुलना में अधिक होती है। ये अंतर छोटे (5-10%) हैं, लेकिन ये यौवन की पूरी अवधि के दौरान स्थिर रहते हैं।
तापमान
थर्मोरेग्यूलेशन, यानी शरीर के मूल के निरंतर तापमान को बनाए रखना, दो मुख्य प्रक्रियाओं द्वारा निर्धारित किया जाता है: गर्मी उत्पादन और गर्मी हस्तांतरण। गर्मी उत्पादन (थर्मोजेनेसिस) सबसे पहले, चयापचय प्रक्रियाओं की तीव्रता पर निर्भर करता है, जबकि गर्मी हस्तांतरण थर्मल इन्सुलेशन और वासोमोटर प्रतिक्रियाओं, बाहरी श्वसन और पसीने की गतिविधि सहित जटिल शारीरिक तंत्रों के एक पूरे परिसर द्वारा निर्धारित किया जाता है। इस संबंध में, थर्मोजेनेसिस को रासायनिक थर्मोरेग्यूलेशन के तंत्र और गर्मी हस्तांतरण को बदलने के तरीकों - भौतिक थर्मोरेग्यूलेशन के तंत्र के लिए संदर्भित किया जाता है। उम्र के साथ, वे और अन्य तंत्र दोनों बदलते हैं, साथ ही शरीर के स्थिर तापमान को बनाए रखने में उनका महत्व भी।
थर्मोरेगुलेटरी मैकेनिज्म का उम्र से संबंधित विकास।विशुद्ध रूप से भौतिक नियम इस तथ्य की ओर ले जाते हैं कि जैसे-जैसे शरीर का द्रव्यमान और निरपेक्ष आयाम बढ़ता है, रासायनिक थर्मोरेग्यूलेशन का योगदान कम होता जाता है। तो, नवजात शिशुओं में, थर्मोरेगुलेटरी गर्मी उत्पादन का मूल्य लगभग 0.5 किलो कैलोरी / किग्रा एच ओलों है, और एक वयस्क में - 0.15 किलो कैलोरी / किग्रा एच ओलों।
परिवेश के तापमान में कमी के साथ, एक नवजात बच्चा एक वयस्क के रूप में लगभग समान मूल्यों तक गर्मी उत्पादन बढ़ा सकता है - 4 किलो कैलोरी / किग्रा एच तक। हालांकि, कम थर्मल इन्सुलेशन (0.15 डिग्री मीटर 2 एच / केकेसी) के कारण, नवजात शिशु में रासायनिक थर्मोरेग्यूलेशन की सीमा बहुत छोटी होती है - 5 ° से अधिक नहीं। यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि महत्वपूर्ण तापमान ( वां), जिस पर थर्मोजेनेसिस चालू होता है, एक पूर्ण अवधि के बच्चे के लिए +33 ° है, और वयस्क अवस्था से यह घटकर +27 ... + 23 ° हो जाता है। हालांकि, कपड़ों में, जिसका थर्मल इन्सुलेशन आमतौर पर 2.5 KLO, या 0.45 deg-m2 होता है, अर्थात। ऐसी परिस्थितियों में जिन्हें शरीर के तापमान को बनाए रखने के लिए अतिरिक्त लागत की आवश्यकता नहीं होती है।
केवल बदलती प्रक्रिया के दौरान, शीतलन को रोकने के लिए, जीवन के पहले महीनों के बच्चे को गर्मी उत्पादन के लिए पर्याप्त शक्तिशाली तंत्र शामिल करना चाहिए। इसके अलावा, इस उम्र के बच्चों में थर्मोजेनेसिस के विशेष, विशिष्ट, तंत्र होते हैं जो वयस्कों में अनुपस्थित होते हैं। शीतलन के जवाब में, एक वयस्क कांपना शुरू हो जाता है, जिसमें तथाकथित "संकुचित" थर्मोजेनेसिस शामिल है, यानी कंकाल की मांसपेशियों (ठंड के झटके) में अतिरिक्त गर्मी उत्पादन। बच्चे के शरीर की संरचनात्मक विशेषताएं गर्मी उत्पादन के ऐसे तंत्र को अप्रभावी बनाती हैं, इसलिए, बच्चों में, तथाकथित "गैर-संकुचनात्मक" थर्मोजेनेसिस सक्रिय होता है, कंकाल की मांसपेशियों में नहीं, बल्कि पूरी तरह से अलग अंगों में स्थानीयकृत होता है।
ये आंतरिक अंग (मुख्य रूप से यकृत) और विशेष भूरे रंग के वसा ऊतक हैं, जो माइटोकॉन्ड्रिया से संतृप्त होते हैं (इसलिए इसका भूरा रंग) और उच्च ऊर्जा क्षमता वाले होते हैं। एक स्वस्थ बच्चे में भूरे रंग के वसा के गर्मी उत्पादन की सक्रियता शरीर के उन हिस्सों में त्वचा के तापमान में वृद्धि से देखी जा सकती है जहां भूरे रंग की वसा अधिक सतही रूप से स्थित होती है - इंटरस्कैपुलर क्षेत्र और गर्दन। इन क्षेत्रों में तापमान में परिवर्तन से, कोई भी बच्चे के थर्मोरेग्यूलेशन तंत्र की स्थिति, उसके सख्त होने की डिग्री का न्याय कर सकता है। जीवन के पहले महीनों में एक बच्चे के तथाकथित "सिर का गर्म हिस्सा" भूरे रंग की वसा की गतिविधि से जुड़ा होता है।
जीवन के पहले वर्ष के दौरान, रासायनिक थर्मोरेग्यूलेशन की गतिविधि कम हो जाती है। 5-6 महीने के बच्चे में, शारीरिक थर्मोरेग्यूलेशन की भूमिका स्पष्ट रूप से बढ़ जाती है। उम्र के साथ, ब्राउन फैट का बड़ा हिस्सा गायब हो जाता है, लेकिन 3 साल की उम्र तक भी, ब्राउन फैट के सबसे बड़े हिस्से, इंटरस्कैपुलर की प्रतिक्रिया बनी रहती है। ऐसी रिपोर्टें हैं कि उत्तर में काम करने वाले वयस्कों में, बाहर, भूरे रंग के वसा ऊतक सक्रिय रूप से कार्य करना जारी रखते हैं। सामान्य परिस्थितियों में, 3 वर्ष से अधिक उम्र के बच्चे में, गैर-संकुचन थर्मोजेनेसिस की गतिविधि सीमित होती है, और रासायनिक थर्मोरेग्यूलेशन सक्रिय होने पर गर्मी उत्पादन बढ़ाने में प्रमुख भूमिका कंकाल की मांसपेशियों की एक विशिष्ट सिकुड़ा गतिविधि - मांसपेशी टोन और मांसपेशियों को खेलना शुरू कर देती है। झटके यदि ऐसा बच्चा शॉर्ट्स और टी-शर्ट में सामान्य कमरे के तापमान (+20 डिग्री सेल्सियस) में खुद को पाता है, तो 100 में से 80 मामलों में गर्मी उत्पादन सक्रिय होता है।
अर्ध-विकास छलांग (5-6 वर्ष) के दौरान विकास प्रक्रियाओं को मजबूत करने से अंगों की लंबाई और सतह क्षेत्र में वृद्धि होती है, जो शरीर और पर्यावरण के बीच एक विनियमित गर्मी विनिमय प्रदान करती है। यह, बदले में, इस तथ्य की ओर जाता है कि, 5.5-6 वर्ष (विशेष रूप से लड़कियों में स्पष्ट रूप से) से शुरू होकर, थर्मोरेगुलेटरी फ़ंक्शन में महत्वपूर्ण परिवर्तन होते हैं। शरीर का थर्मल इन्सुलेशन बढ़ता है, और रासायनिक थर्मोरेग्यूलेशन की गतिविधि काफी कम हो जाती है। शरीर के तापमान को विनियमित करने की यह विधि अधिक किफायती है, और यह वह है जो आगे की उम्र के विकास के दौरान प्रमुख हो जाता है। थर्मोरेग्यूलेशन विकास की यह अवधि सख्त प्रक्रियाओं के लिए संवेदनशील है।
यौवन की शुरुआत के साथ, थर्मोरेग्यूलेशन के विकास में अगला चरण शुरू होता है, जो उभरती हुई कार्यात्मक प्रणाली के विकार में प्रकट होता है। 11-12 साल की लड़कियों और 13 साल के लड़कों में, आराम विनिमय की तीव्रता में लगातार कमी के बावजूद, संवहनी विनियमन का संगत समायोजन नहीं होता है। किशोरावस्था में ही, यौवन के पूरा होने के बाद, थर्मोरेग्यूलेशन की संभावनाएं विकास के एक निश्चित स्तर तक पहुंच जाती हैं। अपने शरीर के ऊतकों के थर्मल इन्सुलेशन में वृद्धि से रासायनिक थर्मोरेग्यूलेशन (यानी, अतिरिक्त गर्मी उत्पादन) को शामिल करना संभव हो जाता है, भले ही पर्यावरण का तापमान 10-15 डिग्री सेल्सियस गिर जाए। शरीर की ऐसी प्रतिक्रिया स्वाभाविक रूप से अधिक किफायती और प्रभावी होती है।
पोषण
मानव शरीर के लिए आवश्यक सभी पदार्थ, जो ऊर्जा उत्पन्न करने और अपने शरीर का निर्माण करने के लिए उपयोग किए जाते हैं, पर्यावरण से आते हैं। जैसे-जैसे बच्चा बड़ा होता है, जीवन के पहले वर्ष के अंत तक, अधिक से अधिक स्वतंत्र पोषण में बदल जाता है, और 3 साल बाद, बच्चे का पोषण एक वयस्क से बहुत अलग नहीं होता है।
पोषक तत्वों के संरचनात्मक घटक।मानव भोजन पौधे और पशु मूल का है, लेकिन इसकी परवाह किए बिना, इसमें कार्बनिक यौगिकों के समान वर्ग होते हैं - प्रोटीन, वसा और कार्बोहाइड्रेट। दरअसल, इन्हीं वर्गों के यौगिक मुख्य रूप से स्वयं व्यक्ति के शरीर का निर्माण करते हैं। साथ ही, जानवरों और पौधों के खाद्य पदार्थों के बीच मतभेद हैं, और वे काफी महत्वपूर्ण हैं।
कार्बोहाइड्रेट... पौधों के भोजन का सबसे प्रचुर घटक कार्बोहाइड्रेट (ज्यादातर स्टार्च के रूप में) होता है, जो मानव शरीर की ऊर्जा आपूर्ति का आधार बनता है। एक वयस्क के लिए, आपको 4: 1: 1 के अनुपात में कार्बोहाइड्रेट, वसा और प्रोटीन प्राप्त करने की आवश्यकता होती है। चूंकि बच्चों में चयापचय प्रक्रियाएं अधिक गहन होती हैं, और मुख्य रूप से मस्तिष्क की चयापचय गतिविधि के कारण, जो लगभग विशेष रूप से कार्बोहाइड्रेट पर फ़ीड करती है, बच्चों को अधिक कार्बोहाइड्रेट भोजन प्राप्त करना चाहिए - 5: 1: 1 के अनुपात में। जीवन के पहले महीनों में, बच्चे को पौधे के खाद्य पदार्थ नहीं मिलते हैं, लेकिन स्तन के दूध में अपेक्षाकृत बहुत अधिक कार्बोहाइड्रेट होते हैं: यह गाय के दूध के समान वसा होता है, इसमें 2 गुना कम प्रोटीन होता है, लेकिन 2 गुना अधिक कार्बोहाइड्रेट होता है। मानव दूध में कार्बोहाइड्रेट, वसा और प्रोटीन का अनुपात लगभग 5: 2: 1 है। जीवन के पहले महीनों में शिशुओं को दूध पिलाने का कृत्रिम सूत्र फ्रुक्टोज, ग्लूकोज और अन्य कार्बोहाइड्रेट को मिलाकर लगभग आधा पतला गाय के दूध के आधार पर तैयार किया जाता है।
वसा।वनस्पति भोजन शायद ही कभी वसा से भरपूर होता है, लेकिन वनस्पति वसा में निहित घटक मानव शरीर के लिए आवश्यक होते हैं। पशु वसा के विपरीत, वनस्पति वसा में बहुत सारे तथाकथित पॉलीअनसेचुरेटेड फैटी एसिड होते हैं। ये लंबी-श्रृंखला वाले फैटी एसिड होते हैं, जिनकी संरचना में दोहरे रासायनिक बंधन होते हैं। ऐसे अणुओं का उपयोग मानव कोशिकाओं द्वारा कोशिका झिल्ली के निर्माण के लिए किया जाता है, जिसमें वे एक स्थिर भूमिका निभाते हैं, कोशिकाओं को आक्रामक अणुओं और मुक्त कणों के आक्रमण से बचाते हैं। इस संपत्ति के कारण, वनस्पति वसा में कैंसर विरोधी, एंटीऑक्सिडेंट और एंटीरेडिकल गतिविधि होती है। इसके अलावा, समूह ए और ई के मूल्यवान विटामिन आमतौर पर वनस्पति वसा में घुल जाते हैं। वनस्पति वसा का एक अन्य लाभ उनमें कोलेस्ट्रॉल की अनुपस्थिति है, जो मानव रक्त वाहिकाओं में जमा हो सकता है और उनके स्क्लेरोटिक परिवर्तन का कारण बन सकता है। दूसरी ओर, पशु वसा में महत्वपूर्ण मात्रा में कोलेस्ट्रॉल होता है, लेकिन व्यावहारिक रूप से इसमें विटामिन और पॉलीअनसेचुरेटेड फैटी एसिड नहीं होते हैं। हालांकि, मानव शरीर के लिए पशु वसा भी आवश्यक हैं, क्योंकि वे ऊर्जा आपूर्ति का एक महत्वपूर्ण घटक हैं, और इसके अलावा, उनमें लिपोकिनिन होते हैं, जो शरीर को अपनी वसा को अवशोषित और संसाधित करने में मदद करते हैं।
प्रोटीन।पौधे और पशु प्रोटीन भी उनकी संरचना में काफी भिन्न होते हैं। हालांकि सभी प्रोटीन अमीनो एसिड से बने होते हैं, इनमें से कुछ आवश्यक बिल्डिंग ब्लॉक्स को मानव शरीर की कोशिकाओं द्वारा संश्लेषित किया जा सकता है, जबकि अन्य नहीं कर सकते। ये बाद वाले कुछ हैं, केवल 4-5 प्रजातियां हैं, लेकिन इन्हें किसी भी चीज़ से बदला नहीं जा सकता है, इसलिए इन्हें आवश्यक अमीनो एसिड कहा जाता है। पौधों के भोजन में लगभग कोई आवश्यक अमीनो एसिड नहीं होता है - केवल फलियां और सोयाबीन में इनकी थोड़ी मात्रा होती है। इस बीच, इन पदार्थों का व्यापक रूप से मांस, मछली और अन्य पशु उत्पादों में प्रतिनिधित्व किया जाता है। कुछ आवश्यक अमीनो एसिड की कमी का विकास प्रक्रियाओं की गतिशीलता पर और कई कार्यों के विकास पर, और सबसे महत्वपूर्ण रूप से बच्चे के मस्तिष्क और बुद्धि के विकास पर नकारात्मक प्रभाव पड़ता है। इसी वजह से कम उम्र में लंबे समय तक कुपोषित रहने वाले बच्चे अक्सर जीवन भर के लिए मानसिक रूप से विकलांग बने रहते हैं। इसलिए बच्चों को किसी भी स्थिति में जानवरों के भोजन के उपयोग में प्रतिबंधित नहीं किया जाना चाहिए: कम से कम दूध और अंडे, साथ ही साथ मछली। जाहिर है, यह परिस्थिति इस तथ्य से जुड़ी है कि ईसाई परंपराओं के अनुसार, 7 वर्ष से कम उम्र के बच्चों को उपवास नहीं करना चाहिए, अर्थात पशु भोजन से इनकार करना चाहिए।
मैक्रो और माइक्रोलेमेंट्स।खाद्य पदार्थों में रेडियोधर्मी और भारी धातुओं, साथ ही अक्रिय गैसों के संभावित अपवाद के साथ, विज्ञान के लिए ज्ञात लगभग सभी रासायनिक तत्व होते हैं। कुछ तत्व, जैसे कार्बन, हाइड्रोजन, नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, फास्फोरस, कैल्शियम, पोटेशियम, सोडियम और कुछ अन्य, सभी खाद्य उत्पादों में शामिल होते हैं और बहुत बड़ी मात्रा में (प्रति दिन दसियों और सैकड़ों ग्राम) शरीर में प्रवेश करते हैं। ऐसे पदार्थों को आमतौर पर कहा जाता है मैक्रोन्यूट्रिएंट्स।अन्य सूक्ष्म मात्रा में भोजन में पाए जाते हैं, यही कारण है कि उन्हें सूक्ष्म पोषक तत्व कहा जाता है। ये आयोडीन, फ्लोरीन, तांबा, कोबाल्ट, चांदी और कई अन्य तत्व हैं। आयरन को अक्सर ट्रेस तत्वों के रूप में जाना जाता है, हालांकि शरीर में इसकी मात्रा काफी बड़ी होती है, क्योंकि आयरन शरीर के भीतर ऑक्सीजन के हस्तांतरण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। किसी भी सूक्ष्म पोषक तत्व की कमी गंभीर बीमारी का कारण बन सकती है। उदाहरण के लिए, आयोडीन की कमी से थायराइड की गंभीर बीमारी (गण्डमाला कहा जाता है) का विकास होता है। आयरन की कमी से आयरन की कमी से एनीमिया होता है - एनीमिया का एक रूप जो बच्चे के प्रदर्शन, वृद्धि और विकास को नकारात्मक रूप से प्रभावित करता है। ऐसे सभी मामलों में, पोषण सुधार आवश्यक है, आहार में लापता तत्वों वाले खाद्य पदार्थों को शामिल करना। तो, समुद्री शैवाल में आयोडीन बड़ी मात्रा में पाया जाता है - केल्प, इसके अलावा, आयोडीन युक्त टेबल नमक दुकानों में बेचा जाता है। बीफ लीवर, सेब और कुछ अन्य फलों के साथ-साथ फार्मेसियों में बेचे जाने वाले बच्चों की टॉफी "हेमेटोजेन" में आयरन पाया जाता है।
विटामिन, विटामिन की कमी, चयापचय संबंधी रोग।विटामिन मध्यम आकार और जटिलता के कार्बनिक अणु होते हैं जो सामान्य रूप से मानव शरीर की कोशिकाओं द्वारा निर्मित नहीं होते हैं। हमें भोजन से विटामिन प्राप्त करने के लिए मजबूर किया जाता है, क्योंकि वे शरीर में जैव रासायनिक प्रक्रियाओं को नियंत्रित करने वाले कई एंजाइमों के काम के लिए आवश्यक हैं। विटामिन बहुत अस्थिर पदार्थ होते हैं, इसलिए आग पर पकाने से उसमें मौजूद विटामिन लगभग पूरी तरह नष्ट हो जाते हैं। केवल कच्चे खाद्य पदार्थों में ध्यान देने योग्य मात्रा में विटामिन होते हैं, इसलिए सब्जियां और फल हमारे लिए विटामिन के मुख्य स्रोत हैं। शिकार के जानवर, साथ ही उत्तर के स्वदेशी लोग, जो लगभग विशेष रूप से मांस और मछली पर रहते हैं, कच्चे पशु उत्पादों से पर्याप्त विटामिन प्राप्त करते हैं। तले और उबले हुए मांस और मछली में व्यावहारिक रूप से कोई विटामिन नहीं होता है।
विटामिन की कमी विभिन्न चयापचय रोगों में प्रकट होती है, जिन्हें सामूहिक रूप से विटामिन की कमी कहा जाता है। लगभग 50 विटामिन अब खोजे गए हैं, और उनमें से प्रत्येक क्रमशः चयापचय प्रक्रियाओं की अपनी "साइट" के लिए जिम्मेदार है, और विटामिन की कमी के कारण होने वाले रोग कई दर्जन हैं। स्कर्वी, बेरीबेरी, पेलाग्रा और इस तरह के अन्य रोगों को व्यापक रूप से जाना जाता है।
विटामिन दो बड़े समूहों में विभाजित हैं: वसा में घुलनशील और पानी में घुलनशील। फलों और सब्जियों में पानी में घुलनशील विटामिन बड़ी मात्रा में पाए जाते हैं, और वसा में घुलनशील विटामिन अधिक बार बीज और नट्स में पाए जाते हैं। जैतून, सूरजमुखी, मक्का और अन्य वनस्पति तेल कई वसा में घुलनशील विटामिन के महत्वपूर्ण स्रोत हैं। हालांकि, विटामिन डी (एंटी रैचाइटिस) मुख्य रूप से मछली के तेल में पाया जाता है, जो कॉड के लीवर और कुछ अन्य समुद्री मछलियों से प्राप्त होता है।
मध्य और उत्तरी अक्षांशों में, शरद ऋतु से संरक्षित पौधों के खाद्य पदार्थों में विटामिन की मात्रा वसंत तक तेजी से घट जाती है, और कई लोग - उत्तरी देशों के निवासी - विटामिन की कमी का अनुभव करते हैं। नमकीन और मसालेदार खाद्य पदार्थ (गोभी, खीरा और कुछ अन्य), जो कई विटामिनों में उच्च होते हैं, इस स्थिति को दूर करने में मदद करते हैं। इसके अलावा, आंतों के माइक्रोफ्लोरा द्वारा विटामिन का उत्पादन किया जाता है, इसलिए, सामान्य पाचन के साथ, एक व्यक्ति को पर्याप्त मात्रा में कई आवश्यक बी विटामिन की आपूर्ति की जाती है। जीवन के पहले वर्ष के बच्चों में, आंतों का माइक्रोफ्लोरा अभी तक नहीं बना है, इसलिए उन्हें विटामिन के स्रोत के रूप में पर्याप्त मात्रा में मां का दूध, साथ ही फलों और सब्जियों के रस प्राप्त करना चाहिए।
ऊर्जा, प्रोटीन, विटामिन की दैनिक आवश्यकता।प्रति दिन खाए जाने वाले भोजन की मात्रा सीधे चयापचय प्रक्रियाओं की दर पर निर्भर करती है, क्योंकि भोजन को सभी कार्यों पर खर्च की गई ऊर्जा की पूरी तरह से क्षतिपूर्ति करनी चाहिए (चित्र 13)। यद्यपि 1 वर्ष से अधिक उम्र के बच्चों में चयापचय प्रक्रियाओं की तीव्रता उम्र के साथ कम हो जाती है, उनके शरीर के वजन में वृद्धि से कुल (सकल) ऊर्जा खपत में वृद्धि होती है। तदनुसार, आवश्यक पोषक तत्वों की आवश्यकता भी बढ़ जाती है। बच्चों द्वारा पोषक तत्वों, विटामिनों और आवश्यक खनिजों के अनुमानित दैनिक सेवन को दर्शाने वाली संदर्भ तालिकाएँ नीचे दी गई हैं (सारणी 3-6)। इस बात पर जोर दिया जाना चाहिए कि टेबल किसी भी भोजन में शामिल पानी को ध्यान में रखे बिना शुद्ध पदार्थों का द्रव्यमान देते हैं, साथ ही कार्बनिक पदार्थ जो प्रोटीन, वसा और कार्बोहाइड्रेट से संबंधित नहीं होते हैं (उदाहरण के लिए, सेलूलोज़, जो थोक बनाता है सब्ज़ियों का)।
ऊर्जा विनिमय। प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों के हस्तांतरण की श्रृंखला - 5 एंजाइमेटिक कॉम्प्लेक्स। ऑक्सीडेटिव फाृॉस्फॉरिलेशन। ऑक्सीडेटिव प्रक्रियाएं ऊर्जा भंडारण से जुड़ी नहीं हैं - माइक्रोसोमल ऑक्सीकरण, मुक्त कट्टरपंथी ऑक्सीकरण, प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियां। एंटीऑक्सीडेंट सिस्टम
बायोएनेर्जी का परिचय
जैव, या जैव रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी, जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं के साथ ऊर्जा परिवर्तनों के अध्ययन में लगा हुआ है।
मुक्त ऊर्जा में परिवर्तन (∆G) प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन का वह भाग है जिसे कार्य में परिवर्तित किया जा सकता है। दूसरे शब्दों में, यह उपयोगी ऊर्जा है और इसे समीकरण द्वारा व्यक्त किया जाता है
G = - S,
जहाँ H एन्थैल्पी (ऊष्मा) में परिवर्तन है, T परम तापमान है, S एन्ट्रापी में परिवर्तन है। एंट्रोपी प्रणाली की अव्यवस्था, अराजकता और स्वतःस्फूर्त प्रक्रियाओं के दौरान बढ़ने के माप के रूप में कार्य करता है।
यदि ∆G का मान ऋणात्मक है, तो अभिक्रिया अनायास होती है और मुक्त ऊर्जा में कमी के साथ होती है। ऐसी प्रतिक्रियाओं को कहा जाता है अतिशयोक्तिपूर्ण... यदि ∆G का मान धनात्मक है, तो अभिक्रिया तभी आगे बढ़ेगी जब बाहर से मुक्त ऊर्जा की आपूर्ति की जाएगी; ऐसी प्रतिक्रिया कहलाती है अंतर्जात।जब G शून्य के बराबर होता है, तो निकाय संतुलन में होता है। रासायनिक प्रतिक्रिया की मानक स्थितियों के तहत ∆G मान (पदार्थों-प्रतिभागियों की एकाग्रता 1.0 M, तापमान 25 ºС, pH 7.0) को DG 0 निरूपित किया जाता है और इसे प्रतिक्रिया की मानक मुक्त ऊर्जा कहा जाता है।
शरीर में महत्वपूर्ण प्रक्रियाएं - संश्लेषण प्रतिक्रियाएं, मांसपेशियों में संकुचन, तंत्रिका आवेग चालन, झिल्ली के पार परिवहन - ऑक्सीडेटिव प्रतिक्रियाओं के साथ रासायनिक युग्मन द्वारा ऊर्जा प्राप्त करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप ऊर्जा की रिहाई होती है। वे। शरीर में अंतर्जात प्रतिक्रियाएं बाहरी लोगों से जुड़ी होती हैं (चित्र 1)।
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चित्र एक। एंडर्जोनिक प्रक्रियाओं के साथ एक्सर्जोनिक प्रक्रियाओं का संयुग्मन।
बाहरी प्रतिक्रियाओं के साथ अंतर्जात प्रतिक्रियाओं के संयुग्मन के लिए, शरीर में ऊर्जा संचयकों की आवश्यकता होती है, जिसमें लगभग 50% ऊर्जा संग्रहीत होती है।
शरीर में ऊर्जा संचायक
1. माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्लीएटीपी उत्पादन के लिए एक मध्यवर्ती ऊर्जा संचायक है। पदार्थों के ऑक्सीकरण की ऊर्जा के कारण, प्रोटॉन को मैट्रिक्स से माइटोकॉन्ड्रिया के इंटरमेम्ब्रेन स्पेस में "बाहर धकेल दिया" जाता है। नतीजतन, आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली पर एक विद्युत रासायनिक क्षमता (ईसीपी) बनाई जाती है। जब झिल्ली को डिस्चार्ज किया जाता है, तो विद्युत रासायनिक क्षमता की ऊर्जा एटीपी: ई ऑक्साइड की ऊर्जा में बदल जाती है। ® ई ईएचपी ® ई एटीपी। इस तंत्र को लागू करने के लिए, आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली में ऑक्सीजन और एटीपी सिंथेज़ (प्रोटॉन-निर्भर एटीपी सिंथेज़) के लिए इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण की एक एंजाइमेटिक श्रृंखला होती है।
2. एटीपी और अन्य उच्च ऊर्जा यौगिक... कार्बनिक पदार्थों में मुक्त ऊर्जा का भौतिक वाहक परमाणुओं के बीच रासायनिक बंधन है। रासायनिक बंधन के निर्माण या विघटन के लिए सामान्य ऊर्जा स्तर ~ 12.5 kJ / mol है। हालांकि, कई अणु हैं, जिनमें से बांडों का हाइड्रोलिसिस 21 kJ / mol से अधिक ऊर्जा जारी करता है (तालिका 1)। इनमें उच्च-ऊर्जा फॉस्फोएनहाइड्राइड बॉन्ड (एटीपी) के साथ-साथ एसाइल फॉस्फेट (एसिटाइल फॉस्फेट, 1,3-बिस्फोस्फोग्लिसरेट), एनोल फॉस्फेट (फॉस्फोएनोलफ्रुवेट), और फॉस्फोगुआनिडाइन्स (फॉस्फोस्रीटाइन, फॉस्फोआर्जिनिन) के साथ यौगिक शामिल हैं।
तालिका एक।
कुछ फॉस्फोराइलेटेड यौगिकों के हाइड्रोलिसिस की मानक मुक्त ऊर्जा
मानव शरीर में मुख्य उच्च-ऊर्जा यौगिक एटीपी है।
एटीपी में, तीन फॉस्फेट अवशेषों की एक श्रृंखला एडेनोसाइन के 5'-ओएच समूह से जुड़ी होती है। फॉस्फेट (फॉस्फोरिल) समूहों को ए, बी और जी के रूप में नामित किया गया है। दो फॉस्फोरिक एसिड अवशेष फॉस्फोएनहाइड्राइड बॉन्ड द्वारा परस्पर जुड़े होते हैं, और ए-फॉस्फोरिक एसिड अवशेष फॉस्फोएस्टर बॉन्ड द्वारा जुड़े होते हैं। मानक परिस्थितियों में एटीपी का हाइड्रोलिसिस -30.5 kJ / mol ऊर्जा जारी करता है।
शारीरिक pH मान पर, ATP चार ऋणात्मक आवेश वहन करता है। फ़ॉस्फ़ोएनहाइड्राइड बॉन्ड की सापेक्ष अस्थिरता के कारणों में से एक नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए ऑक्सीजन परमाणुओं का मजबूत प्रतिकर्षण है, जो टर्मिनल फॉस्फेट समूह के हाइड्रोलाइटिक दरार पर कमजोर होता है। इसलिए, ऐसी प्रतिक्रियाएं अत्यधिक एक्सर्जोनिक हैं।
कोशिकाओं में, एटीपी एमजी 2+ या एमएन 2+ आयनों के साथ एक कॉम्प्लेक्स में होता है, जो ए- और बी-फॉस्फेट के साथ समन्वित होता है, जो एटीपी हाइड्रोलिसिस के दौरान मुक्त ऊर्जा में परिवर्तन को 52.5 kJ / mol तक बढ़ा देता है।
उपरोक्त पैमाने (तालिका 8.3) में केंद्रीय स्थान पर एटीपी चक्र "एडीपी + आरएन" का कब्जा है। यह एटीपी को जीवित जीवों के लिए एक सार्वभौमिक संचायक और ऊर्जा का एक सार्वभौमिक स्रोत दोनों होने की अनुमति देता है।.
गर्म रक्त वाले एटीपी की कोशिकाओं में यूनिवर्सल बैटरीऊर्जा दो तरह से उत्पन्न होती है:
1) अधिक ऊर्जा-गहन यौगिकों की ऊर्जा जमा करता है जो 2 की भागीदारी के बिना थर्मोडायनामिक पैमाने पर एटीपी से अधिक होते हैं - सब्सट्रेट फास्फारिलीकरण : एस ~ पी + एडीपी ® एस + एटीपी;
2) आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली के डिस्चार्ज होने पर विद्युत रासायनिक क्षमता की ऊर्जा जमा करता है - ऑक्सीडेटिव फाृॉस्फॉरिलेशन .
एटीपी सार्वभौमिक है ऊर्जा स्रोतमुख्य प्रकार के सेल कार्य करने के लिए (वंशानुगत जानकारी का संचरण, मांसपेशियों में संकुचन, पदार्थों का ट्रांसमेम्ब्रेन परिवहन, जैवसंश्लेषण): 1) एटीपी + एच 2 ओ®एडीपी + पीएच; 2) एटीपी + एच 2 ओ ® एएमपी + पीपीएन।
गहन अभ्यास के दौरान, एटीपी के उपयोग की दर 0.5 किग्रा / मिनट तक पहुंच सकती है।
यदि एंजाइमी प्रतिक्रिया थर्मोडायनामिक रूप से प्रतिकूल है, तो इसे एटीपी हाइड्रोलिसिस की प्रतिक्रिया के संयोजन में किया जा सकता है। एटीपी अणु का हाइड्रोलिसिस 10 8 के कारक द्वारा संयुग्मित प्रतिक्रिया में सब्सट्रेट और उत्पादों के संतुलन अनुपात को बदल देता है।
सेल की ऊर्जा अवस्था के मात्रात्मक मूल्यांकन के लिए संकेतक का प्रयोग किया जाता है - ऊर्जा प्रभार... कई चयापचय प्रतिक्रियाएं कोशिकाओं की ऊर्जा आपूर्ति द्वारा नियंत्रित होती हैं, जो कोशिका के ऊर्जा प्रभार द्वारा नियंत्रित होती हैं। ऊर्जा चार्ज 0 (सभी एएमपी) से लेकर 1 (सभी एटीपी) तक हो सकता है। डी। एटकिंसन के अनुसार, एटीपी बनाने वाले कैटोबोलिक मार्ग सेल के उच्च ऊर्जा चार्ज से बाधित होते हैं, और एटीपी-उपयोग करने वाले एनाबॉलिक मार्ग सेल के उच्च ऊर्जा चार्ज द्वारा उत्तेजित होते हैं। दोनों पथ 0.9 के करीब ऊर्जा आवेश पर समान कार्य करते हैं (चित्र 8.3 में क्रॉस पॉइंट)। नतीजतन, पीएच की तरह ऊर्जा चार्ज, चयापचय का एक बफर नियामक (अपचय और उपचय का अनुपात) है। अधिकांश कोशिकाओं में, ऊर्जा आवेश 0.80 से 0.95 के बीच होता है।
ऊर्जा प्रभार = 
उच्च-ऊर्जा यौगिकों में न्यूक्लियोसाइड ट्राइफॉस्फेट भी शामिल हैं, जो कई जैवसंश्लेषण के लिए ऊर्जा प्रदान करते हैं: यूटीपी - कार्बोहाइड्रेट; सीटीपी - लिपिड; जीटीपी - प्रोटीन। मांसपेशियों के बायोएनेर्जी में क्रिएटिन फॉस्फेट एक महत्वपूर्ण स्थान रखता है।
3. एनएडीपीएच + एच +- निकोटिनमाइड एडेनिन डाइन्यूक्लियोटाइड फॉस्फेट में कमी। यह एक विशेष उच्च-ऊर्जा बैटरी है जिसका उपयोग कोशिका (साइटोसोल) में जैवसंश्लेषण के लिए किया जाता है। आर-सीएच 3 + एनएडीपीएच 2 + ओ 2 ® आर-सीएच 2 ओएच + एच 2 ओ + एनएडीपी + (अणु में एक ओएच समूह का निर्माण यहां दिखाया गया है)।
ऑक्सीजन की खपत के रास्ते (जैविक ऑक्सीकरण)
जैविक ऑक्सीकरण पर आधारित है इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण द्वारा संचालित रेडॉक्स प्रक्रियाएं... पदार्थ अगर यह इलेक्ट्रॉनों को खो देता है तो ऑक्सीकरण करता हैया तो इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन एक साथ (हाइड्रोजन परमाणु, डीहाइड्रोजनीकरण) या ऑक्सीजन (ऑक्सीजन) जोड़ता है। विपरीत परिवर्तन बहाली हैं।
अणुओं की दूसरे अणु को इलेक्ट्रॉन दान करने की क्षमता निर्धारित की जाती है रेडॉक्स संभावित(रेडॉक्स क्षमता, ई 0 , या ओआरपी)। रेडॉक्स क्षमता वोल्ट में इलेक्ट्रोमोटिव बल को मापकर निर्धारित की जाती है। पीएच 7.0 पर प्रतिक्रिया की रेडॉक्स क्षमता को एक मानक के रूप में अपनाया जाता है: H2 «2H + + 2е -, -0.42 V के बराबर। रेडॉक्स सिस्टम की क्षमता जितनी कम होगी, यह इलेक्ट्रॉनों को छोड़ना उतना ही आसान होगा और एक कम करने वाला एजेंट होगा। . प्रणाली की क्षमता जितनी अधिक होगी, उसके ऑक्सीकरण गुण उतने ही अधिक स्पष्ट होंगे, अर्थात। इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार करने की क्षमता। यह नियम सब्सट्रेट हाइड्रोजन से ऑक्सीजन तक मध्यवर्ती इलेक्ट्रॉन वाहक की व्यवस्था के क्रम को रेखांकित करता है।
कोशिकाओं में ऑक्सीडेटिव प्रक्रियाओं का अध्ययन करते समय, निम्नलिखित ऑक्सीजन उपयोग योजना (तालिका 2) का पालन करने की सलाह दी जाती है।
तालिका 2
कोशिकाओं में ऑक्सीजन का उपयोग करने के मुख्य तरीके
यहां तीन मुख्य पथों पर विचार किया गया है: 1) एच 2 ओ के गठन के साथ दो हाइड्रोजन परमाणुओं को ऑक्सीजन परमाणु में स्थानांतरित करने के साथ डिहाइड्रोजनीकरण द्वारा सब्सट्रेट का ऑक्सीकरण (ऑक्सीकरण ऊर्जा एटीपी के रूप में जमा होती है, इस प्रक्रिया में अधिक से अधिक खपत होती है ऑक्सीजन का 90%) या एच 2 ओ 2 के गठन के साथ एक ऑक्सीजन अणु; 2) एक हाइड्रॉक्सिल समूह (सब्सट्रेट की घुलनशीलता में वृद्धि) या एक ऑक्सीजन अणु (चयापचय और स्थिर सुगंधित अणुओं के बेअसर) के गठन के साथ एक ऑक्सीजन परमाणु के अलावा; 3) ऑक्सीजन मुक्त कणों का निर्माण, जो शरीर के आंतरिक वातावरण को विदेशी मैक्रोमोलेक्यूल्स से बचाने और ऑक्सीडेटिव तनाव के तंत्र में झिल्ली को नुकसान पहुंचाने के लिए दोनों की सेवा करते हैं।
जैव रसायन और कोशिका जीव विज्ञान के तहत ऊतक (कोशिका) श्वसनआणविक प्रक्रियाओं को समझें जिसके परिणामस्वरूप कोशिका द्वारा ऑक्सीजन का अवशोषण और कार्बन डाइऑक्साइड की रिहाई होती है। सेलुलर श्वसन में 3 चरण शामिल हैं। पहले चरण में, कार्बनिक अणु - ग्लूकोज, फैटी एसिड और कुछ अमीनो एसिड - एसिटाइल-सीओए बनाने के लिए ऑक्सीकृत होते हैं। दूसरे चरण में, एसिटाइल-सीओए सीटीके में प्रवेश करता है, जहां इसका एसिटाइल समूह एंजाइमेटिक रूप से सीओ 2 में ऑक्सीकृत होता है और एचएस-सीओए जारी होता है। ऑक्सीकरण के दौरान जारी ऊर्जा को कम इलेक्ट्रॉन वाहक NADH और FADH 2 में संग्रहित किया जाता है। तीसरे चरण में, इलेक्ट्रॉनों को अंतिम स्वीकर्ता के रूप में, श्वसन श्रृंखला या इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला (CPE) नामक इलेक्ट्रॉन वाहक श्रृंखला के माध्यम से O 2 में स्थानांतरित किया जाता है। जब इलेक्ट्रॉनों को श्वसन श्रृंखला के साथ स्थानांतरित किया जाता है, तो बड़ी मात्रा में ऊर्जा निकलती है, जिसका उपयोग ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण द्वारा एटीपी के संश्लेषण के लिए किया जाता है।
श्वसन गुणांक का उपयोग करके ऊतक श्वसन प्रक्रिया का आकलन किया जाता है:
RQ = CO 2 के बनने वाले मोलों की संख्या / O 2 के अवशोषित मोलों की संख्या।
यह संकेतक शरीर द्वारा उपयोग किए जाने वाले ईंधन अणुओं के प्रकार का आकलन करना संभव बनाता है: कार्बोहाइड्रेट के पूर्ण ऑक्सीकरण के साथ, श्वसन गुणांक 1, प्रोटीन - 0.80, वसा - 0.71 है; मिश्रित आहार के साथ, RQ का मान = 0.85। अंगों के वर्गों में ऊतक श्वसन का अध्ययन करने के लिए वारबर्ग गैसोमेट्रिक विधि का उपयोग किया जाता है: कार्बोहाइड्रेट सब्सट्रेट के ऑक्सीकरण के दौरान, 2 / 2 गुणांक 1 तक जाता है, और लिपिड सब्सट्रेट के ऑक्सीकरण के दौरान - 04-07।
सीपीई आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली में एम्बेडेड है. इलेक्ट्रॉन श्रृंखला के साथ अधिक विद्युतीय घटकों से अधिक विद्युत धनात्मक ऑक्सीजन की ओर बढ़ते हैं: NADH (-0.32 V) से ऑक्सीजन (+0.82 V) तक।
सीपीई ऑक्सीकरण सबस्ट्रेट्स से ऑक्सीजन में इलेक्ट्रॉनों के हस्तांतरण के लिए एक सार्वभौमिक कन्वेयर है, जिसे रेडॉक्स ग्रेडिएंट के अनुसार बनाया गया है। श्वसन श्रृंखला के मुख्य घटकों को उनकी रेडॉक्स क्षमता के आरोही क्रम में व्यवस्थित किया जाता है। रेडॉक्स ग्रेडिएंट के साथ इलेक्ट्रॉनों के स्थानांतरण के दौरान मुक्त ऊर्जा निकलती है।
माइटोकॉन्ड्रियल संरचना
माइटोकॉन्ड्रिया कोशिका अंग हैं। बाहरी झिल्ली कई छोटे अणुओं और आयनों के लिए पारगम्य है, क्योंकि इसमें कई माइटोकॉन्ड्रियल पोरिन होते हैं - 30-35 kDa (जिसे VDAC भी कहा जाता है) के आणविक भार वाले प्रोटीन। VDAC के विद्युत रूप से निर्भर आयन चैनल झिल्ली में आयनों (फॉस्फेट, क्लोराइड, कार्बनिक आयनों और एडेनिल न्यूक्लियोटाइड) के प्रवाह को नियंत्रित करते हैं। आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली अधिकांश आयनों और ध्रुवीय अणुओं के लिए अभेद्य है। आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली में एटीपी, पाइरूवेट और साइट्रेट के लिए कई विशेष ट्रांसपोर्टर हैं। माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली में, मैट्रिक्स (एन) सतह और साइटोसोलिक (पी) सतह अलग-थलग हैं।
माइटोकॉन्ड्रिया में अपना स्वयं का गोलाकार डीएनए होता है, जो कई आरएनए और प्रोटीन के संश्लेषण को एन्कोड करता है। मानव माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए में 13 इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला प्रोटीन के लिए 16,569 आधार जोड़े और कोड होते हैं। माइटोकॉन्ड्रिया में कई प्रोटीन भी होते हैं जो परमाणु डीएनए द्वारा एन्कोडेड होते हैं।
इसी तरह की जानकारी।
पदार्थों के जैव रासायनिक परिवर्तनों की प्रक्रिया में, ऊर्जा की रिहाई के साथ, रासायनिक बंधन टूट जाते हैं। यह मुक्त, संभावित ऊर्जा है जिसे जीवित जीवों द्वारा सीधे उपयोग नहीं किया जा सकता है। इसे बदलने की जरूरत है। ऊर्जा के दो सार्वभौमिक रूप हैं जिनका उपयोग सेल में विभिन्न प्रकार के कार्य करने के लिए किया जा सकता है:
1) रासायनिक ऊर्जा, रासायनिक यौगिकों के उच्च-ऊर्जा बंधों की ऊर्जा। रासायनिक बंधों को मैक्रोर्जिक कहा जाता है, जब वे टूट जाते हैं, तो बड़ी मात्रा में मुक्त ऊर्जा निकलती है। ऐसे कनेक्शन वाले यौगिक उच्च ऊर्जा वाले होते हैं। एटीपी अणु में उच्च-ऊर्जा बंधन होते हैं और इसमें कुछ गुण होते हैं जो कोशिकाओं के ऊर्जा चयापचय में इसकी महत्वपूर्ण भूमिका निर्धारित करते हैं:
· थर्मोडायनामिक अस्थिरता;
· उच्च रासायनिक स्थिरता। कुशल ऊर्जा भंडारण प्रदान करता है क्योंकि यह गर्मी के रूप में ऊर्जा अपव्यय को रोकता है;
· एटीपी अणु का छोटा आकार कोशिका के विभिन्न भागों में फैलाना आसान बनाता है, जहां रासायनिक, आसमाटिक या रासायनिक कार्य करने के लिए बाहर से ऊर्जा की आपूर्ति करना आवश्यक होता है;
· एटीपी के हाइड्रोलिसिस के दौरान मुक्त ऊर्जा में परिवर्तन का औसत मूल्य होता है, जो इसे ऊर्जा कार्यों को सर्वोत्तम संभव तरीके से करने की अनुमति देता है, अर्थात ऊर्जा को उच्च-ऊर्जा से कम-ऊर्जा यौगिकों में स्थानांतरित करना।
एटीपी सभी जीवित जीवों के लिए ऊर्जा का एक सार्वभौमिक संचायक है, ऊर्जा एटीपी अणुओं में बहुत कम समय (एक सेकंड के एटीपी-1/3 का जीवनकाल) के लिए संग्रहीत होती है। यह इस समय होने वाली सभी प्रक्रियाओं के लिए ऊर्जा प्रदान करने पर तुरंत खर्च किया जाता है। एटीपी अणु में निहित ऊर्जा का उपयोग साइटोप्लाज्म में होने वाली प्रतिक्रियाओं में किया जा सकता है (अधिकांश जैवसंश्लेषण में, साथ ही कुछ झिल्ली-निर्भर प्रक्रियाओं में)।
2) विद्युत रासायनिक ऊर्जा (हाइड्रोजन की ट्रांसमेम्ब्रेन क्षमता की ऊर्जा) । जब इलेक्ट्रॉनों को रेडॉक्स श्रृंखला के साथ एक निश्चित प्रकार के स्थानीयकृत झिल्ली में स्थानांतरित किया जाता है, जिसे ऊर्जा-उत्पादक या संयुग्मन कहा जाता है, तो झिल्ली के दोनों किनारों पर अंतरिक्ष में प्रोटॉन का असमान वितरण होता है, अर्थात एक ट्रांसवर्सली ओरिएंटेड या ट्रांसमेम्ब्रेन हाइड्रोजन ग्रेडिएंट Δ, मापा जाता है वोल्ट में, झिल्ली पर दिखाई देता है। परिणामी एटीपी अणुओं के संश्लेषण की ओर जाता है। के रूप में ऊर्जा का उपयोग झिल्ली पर स्थानीयकृत विभिन्न ऊर्जा-निर्भर प्रक्रियाओं में किया जा सकता है:
आनुवंशिक परिवर्तन की प्रक्रिया में डीएनए के अवशोषण के लिए;
झिल्ली में प्रोटीन के स्थानांतरण के लिए;
कई प्रोकैरियोट्स की आवाजाही सुनिश्चित करने के लिए;
· साइटोप्लाज्मिक झिल्ली में अणुओं और आयनों के सक्रिय परिवहन को सुनिश्चित करना।
पदार्थों के ऑक्सीकरण के दौरान प्राप्त सभी मुक्त ऊर्जा को सेल के लिए सुलभ रूप में परिवर्तित नहीं किया जाता है और एटीपी में जमा होता है। परिणामी मुक्त ऊर्जा का एक हिस्सा गर्मी के रूप में, कम अक्सर प्रकाश और विद्युत ऊर्जा के रूप में नष्ट हो जाता है। यदि सेल सभी ऊर्जा-खपत प्रक्रियाओं पर खर्च करने की तुलना में अधिक ऊर्जा संग्रहीत करता है, तो यह बड़ी मात्रा में उच्च-आणविक-भार भंडारण पदार्थों (लिपिड) को संश्लेषित करता है। यदि आवश्यक हो, तो ये पदार्थ जैव रासायनिक परिवर्तनों से गुजरते हैं और कोशिका को ऊर्जा की आपूर्ति करते हैं।
