Respiration: Types of respiratory substrates and their utilization in respiration. Glycolysis and TCA cycle with emphasis on enzyme system

Respiration (श्वसन):- It is a metabolic process in which the living cells of an organism obtains energy in the form of ATP by the oxidation of respiratory substrate.

(यह एक उपापचय प्रक्रिया है जिसमें किसी जीव की जीवित कोशिकाएं श्वसन अभिकरक के ऑक्सीकरण द्वारा ATP के रूप में ऊर्जा प्राप्त करती हैं।)

Respiratory substrates (श्वसन अभिकारक):- These are complex organic molecules from which energy can be liberated by their oxidation to produce ATP in a living cell. They are of 2 types -

(ये जटिल कार्बनिक अणु हैं जिनके ऑक्सीकरण से जीवित कोशिका में ATP का उत्पादन करने के लिए ऊर्जा मुक्त की जा सकती है। ये 2 प्रकार के होते हैं -)

i. Primary respiratory substrates (प्राथमिक श्वसन अभिकारक):- Complex organic molecule which start the process of glycolysis. Glucose is considered as the only primary respiratory substrate.

(जटिल कार्बनिक अणु जो ग्लाइकोलाइसिस की प्रक्रिया शुरू करते हैं। ग्लूकोज को एकमात्र प्राथमिक श्वसन अभिकारक माना जाता है।)

ii. Secondary respiratory substrates (प्राथमिक श्वसन अभिकारक):- Complex organic intermediates of the glycolysis and kreb's cycle. Eg.- Other Carbohydrates, Lipids, Proteins

(ग्लाइकोलाइसिस और क्रेब चक्र के जटिल कार्बनिक मध्यवर्ती। जैसे- अन्य कार्बोहाइड्रेट, लिपिड, प्रोटीन)

The energy yield of different substrates (विभिन्न अभिकारकों की ऊर्जा उपज):-

Respiratory Quotient (श्वसन गुणांक):- The volume of carbon dioxide released over the volume of oxygen absorbed during respiration, is called respiratory quotient.

(श्वसन के दौरान अवशोषित ऑक्सीजन की मात्रा पर उत्पन्न कार्बन डाइऑक्साइड की मात्रा को श्वसन गुणांक कहा जाता है। यह श्वसन पदार्थ की  प्रकृति के बारे में बताता है।)

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