Respiration: Glycolysis, Krebs cycle, electron transport system and oxidative phosphorylation

Glycolysis (ग्लाइकोलाइसिस):-

•   It occurs in the cytoplasm of all living cellular organisms.

(यह सभी जीवित कोशिकीय जीवों के कोशिकाद्रव्य में होता है।)

•   This scheme was given by 3 scientists:-

(यह स्कीम 3 वैज्ञानिकों ने दी थी:-)

i. Gustav Embden

ii. Otto Meyerhof

iii. J. Parnas

Hence it is also called EMP Pathway.

(इसलिए इसे EMP Pathway भी कहते हैं।)

•   It results in incomplete oxidation of glucose in the absence of oxygen, yielding two molecules of pyruvic acid.

(इसमें ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में ग्लूकोज का अपूर्ण ऑक्सीकरण होता है जिससे पाइरुविक अम्ल के दो अणु प्राप्त होते हैं।)

•   In glycolysis step numbers 1, 3, and 10 are irreversible. While the remaining steps are reversible.

(ग्लाइकोलाइसिस में चरण संख्या 1, 3, व 10 अनुत्क्रमणीय होते हैं। जबकि शेष चरण उत्क्रमणीय होते हैं।)

Reactants and Products (अभिकारक व उत्पाद):-

G = Glucose (ग्लूकोज)

G-6-P = Glucose-6-Phosphate (ग्लूकोज-6-फॉस्फेट)

F-6-P = Fructose-6-Phosphate (फ्रक्टोज-6-फॉस्फेट)

F-1,6-BP = Fructose-1,6-Bi Phosphate (फ्रक्टोज -1,6- बाइ फॉस्फेट)

3-PGAL = 3-Phospho Glyceraldehyde (3-फोस्फो ग्लिसरेल्डिहाइड)

DHAP = Di Hydroxy Acetone Phosphate (डाइ हाइड्रोक्सी एसीटोन फॉस्फेट)

1,3-DPGA = 1,3-Di Phospho Glyceric Acid (1,3-डाइ फोस्फो ग्लिसरिक अम्ल)

3-PGA = 3-Phospho Glyceric Acid (3-फोस्फो ग्लिसरिक अम्ल)

2-PGA = 2-Phospho Glyceric Acid (2-फोस्फो ग्लिसरिक अम्ल)

PEP = Phospho Enol Pyruvate (फोस्फो इनोल पाइरुवेट)

Enzymes (एंजाइम्स):-

HK = Hexo Kinase (हेक्सो काइनेज)

PGI = Phospho Gluco Isomerase (फोस्फो ग्लूको आइसोमरेज)

PFK = Phospho Fructo Kinase  (फोस्फो फ्रक्टो काइनेज)

A = Aldolase (एल्डोलेज)

TPI = Triose Phosphate Isomerase (ट्रायोज फॉस्फेट आइसोमरेज)

GPD = Glyceraldehyde Phosphate Dehydrogenase (ग्लिसरेल्डिहाइड फॉस्फेट डिहाइड्रोजिनेज)

PGK = Phospho Glycerate Kinase (फोस्फो ग्लिसरेट काइनेज)

PGM = Phospho Glycerate Mutase (फोस्फो ग्लिसरेट म्यूटेज)

E = Enolase (इनोलेज)

PK = Pyruvate Kinase (पाइरुवेट काइनेज)

Products of Glycolysis (ग्लाइकोलाइसिस के उत्पाद):- Three products are obtained at the end of glycolysis:-

(ग्लाइकोलाइसिस के अन्त में तीन उत्पाद प्राप्त होते हैं:-)

i. 2 ATP

ii. 2 NADH2

iii. 2 Pyruvic acids (2 पाइरुविक अम्ल)

TCA Cycle (TCA चक्र):-

•     TCA cycle = Tri Carboxylic Acid cycle

(TCA चक्र = Tri Carboxylic Acid चक्र)

•     It was discovered in 1937 by Hans Adolf Krebs.

(इसे Hans Adolf Krebs ने 1937 में खोजा था।)

•     It is also called the Krebs cycle.

(इसे क्रेब्स चक्र भी कहते हैं।)

•     It is also called the Citric Acid cycle.

(इसे Citric Acid चक्र भी कहते हैं।)

•    It is found only in aerobic respiratory organisms.

(यह केवल वायवीय श्वसन करने वाले जीवों में पाया जाता है।)

•    There is further oxidation of pyruvic acid, which produces energy and CO2.

(इसमें पाइरुविक अम्ल का आगे ऑक्सीकरण होता है जिससे ऊर्जा व CO2 प्राप्त होते हैं।)

•    It occurs in the matrix of mitochondria.

(यह माइटोकोंड्रिया की मैट्रिक्स में होता है।)

Reactants and Products (अभिकारक व उत्पाद):-

O = OAA = Oxalo Acetic Acid (ओक्जेलो एसीटिक अम्ल)

C = Citrate (सिट्रेट)

I = Iso citrate (आइसो सिट्रेट)

∝-KG = ∝-Keto Gluterate (∝ - कीटो ग्लूटेरेट)

S-CoA = Succinyl CoA (सक्सिनायल को एंजाइम ए)

S = Succinate (सक्सिनेट)

F = Fumarate (फ्यूमेरेट)

M = Malate (मैलेट)

Enzymes (एंजाइम्स):-

PD = Pyruvate Dehydrogenase (पाइरुवेट डिहाइड्रोजिनेज)

CS = Citrate Synthase (सिट्रेट सिन्थेज)

A = Aconitase (एकोनिटेज)

C = Cis Aconitase (सिस एकोनिटेज)

ID = Isocitrate Dehydrogenase (आइसो सिट्रेट डिहाइड्रोजिनेज)

∝-KGD = ∝-Keto Gluterate Dehydrogenase (∝- कीटो ग्लूटेरेट डिहाइड्रोजिनेज)

S-CoA-S = Succinyl CoA Synthetase (सक्सिनायल को एंजाइम ए सिंथेटेज)

SD = Succinic Dehydrogenase (सक्सिनिक डिहाइड्रोजिनेज)

F = Fumarase (फ्यूमेरेज)

MD = Malate Dehydrogenase (मैलेट डिहाइड्रोजिनेज)

Products of Krebs Cycle (क्रेब्स चक्र के उत्पाद):-

•    At the end of the Krebs cycle, 4 products are obtained:-

(क्रेब्स चक्र के अन्त में 4 उत्पाद प्राप्त होते हैं:-)

i. 6 CO2

ii. 8 NADH2

iii. 2 FADH2

iv. 2 GTP

Electron Transport Chain (इलेक्ट्रॉन ट्रांसपोर्ट चेन):-

•      It occurs on the inner membrane of mitochondria.

(यह माइटोकोंडरिया की आंतरिक झिल्ली पर होता है।)

•      It contains 5 enzymes complex:-

(इसमें 5 एंजाइम जटिल होते हैं:-)

I = NADH – dehydrogenase complex (NADH – डिहाइड्रोजिनेज जटिल)

II = FADH – dehydrogenase complex (FADH – डिहाइड्रोजिनेज जटिल)

III = Cytochrome bc₁ complex (साइटोक्रोम bc1 जटिल)

IV = Cytochrome oxidase complex (साइटोक्रोम ऑक्सीडेज जटिल)

V = ATP synthetase complex (ATP सिन्थेटेज जटिल)

Electron Flow (इलेक्ट्रॉन प्रवाह ):- Electrons from NADH2 are received by the enzyme complex - I. The electrons are now transferred to Ubiquinones (Q). Ubiquinone (Q) also receive electrons from enzyme complex - II. Now Ubiquinone (Q) transfers its electrons to enzyme complex - III. Now enzyme complex-III transfers its electrons to cytochrome-C. Cytochrome-C transfers electrons to enzyme complex - IV. Enzyme complex - IV transfers its electrons to oxygen to form water.

(NADH2 से इलेक्ट्रोन्स को एंजाइम जटिल - I द्वारा ग्रहण किया जाता है। अब इलेक्ट्रोन्स को Ubiquinones (Q) को स्थानान्तरित कर दिया जाता है। Ubiquinone (Q) एंजाइम जटिल - II से भी इलेक्ट्रोन्स को ग्रहण करता है। अब Ubiquinone (Q) अपने इलेक्ट्रोन्स को एंजाइम जटिल - III को स्थानान्तरित कर देता है। अब एंजाइम जटिल - III अपने इलेक्ट्रोन्स को साइटोक्रोम-C को स्थानान्तरित कर देता है। साइटोक्रोम-C इलेक्ट्रोन्स को एंजाइम जटिल - IV को स्थानान्तरित कर देता है। एंजाइम जटिल - IV अपने इलेक्ट्रोन्स को ऑक्सीज़न पर स्थानान्तरित कर देता है जिससे जल बनता है।)

Functions of Oxygen (ऑक्सीजन के कार्य):- Oxygen performs two main functions: -

(ऑक्सीज़न दो मुख्य कार्य करती है:-)

i. It is the last electron accepter.

(अन्तिम इलेक्ट्रॉन ग्राही होती है।)

ii. It removes H + ions from the system.

(तंत्र से H+ आयनों को हटाती है।)

Oxidative phosphorylation (ऑक्सीकारी फोस्फोरिलीकरण):- It is the process by which ATP synthesis is coupled to the movement of electrons through the mitochondrial electron transport chain and the associated consumption of oxygen.

(यह वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा ATP संश्लेषण को माइटोकॉन्ड्रियल इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला और ऑक्सीजन की संबंधित खपत के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों की गति के साथ जोड़ा जाता है।)

i. Proton Gradient (प्रोटोन प्रवणता):- During electron flow, energy is taken from electrons by enzyme complexes - I, III and IV and by the use of this energy, protons (H +) are transferred from the matrix of mitochondria to the inter membrane space. This leads to the deficiency of protons in the matrix and the excess of protons in the inter membrane space. This is called proton gradient. Protons are not transported by enzyme complex - II. For this reason 1 NADH2 gives 3 ATPs and 1 FADH2 only 2 ATPs.

[इलेक्ट्रॉन प्रवाह के दौरान एंजाइम जटिल - I, III व IV के द्वारा इलेक्ट्रोन्स से ऊर्जा ले ली जाती है तथा इस ऊर्जा के उपयोग से प्रोटोन्स (H+) को माइटोकोंड्रिया की मैट्रिक्स से अंतरा झिल्लीय अवकाश में स्थानान्तरित किया जाता है। इससे मैट्रिक्स में प्रोटोन्स की कमी हो जाती है तथा अंतरा झिल्लीय अवकाश में प्रोटोन्स की अधिकता हो जाती है। इसे प्रोटोन प्रवणता कहते है। एंजाइम जटिल - II के द्वारा प्रोटोन्स का परिवहन नहीं किया जाता है। इसी कारण 1 NADH2 से 3 ATP तथा 1 FADH2 से 2 ATP प्राप्त होते हैं।]

ii. ATP Synthesis (ATP का निर्माण):- ATPs are produced using this proton gradient by enzyme complex - V (ATP Synthetase). When the protons move through the F0 part of the ATP Synthetase into the matrix, the F1 part uses the energy emitted from this transfer to form the ATP by connecting ADP and Pi.

(एंजाइम जटिल - V (ATP Synthetase) के द्वारा इस प्रोटोन प्रवणता का उपयोग करके ATP का निर्माण किया जाता है। जब प्रोटोन्स ATP Synthetase के F0 भाग से होकर मैट्रिक्स में जाते हैं तो F1 भाग इस स्थानांतरण से निकलने वाली ऊर्जा का उपयोग कर ADP व Pi को जोड़कर ATP का निर्माण कर देता है।)

ATP Calculation (ATP की गणना):-

2 ATPs are utilised when 2 NADH2 formed in glycolysis are transferred from the cytoplasm to the matrix of mitochondria. Therefore only 36 ATPs can be benefited.

(जब ग्लाइकोलाइसिस में बने 2 NADH2 को कोशिकाद्रव्य से माइटोकोंड्रिया की मैट्रिक्स में स्थानान्तरित किया जाता है तो 2 ATP खर्च हो जाते हैं। इसलिए कुल 36 ATP का ही लाभ हो पाता है।)

Cyanide resistant respiration (सायनाइड प्रतिरोधक श्वसन):- Plant mitochondria, however, differ from the animal mitochondria in having an alternate oxidase system (AoX) pathway through which terminal oxidation of reduced coenzyme continues even in the presence of cyanides. This type of respiration is known as cyanide resistant (or cyanide insensitive) respiration.

[पादप माइटोकॉन्ड्रिया, एक वैकल्पिक ऑक्सीडेज सिस्टम (AoX) मार्ग होने में जन्तु माइटोकॉन्ड्रिया से भिन्न होता है, जिसके माध्यम से सायनाइड की उपस्थिति में भी अपचयित कोएंजाइम का शीर्ष ऑक्सीकरण जारी रहता है। इस प्रकार के श्वसन को सायनाइड प्रतिरोधी (या सायनाइड असंवेदनशील) श्वसन के रूप में जाना जाता है।]