कैसे प्राप्त होती है, मानव कोशिकाओं को भोजन से ऊर्जा

जीवों द्वारा किए जाने वाले लगभग प्रत्येक कार्य के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है। जहां भारी श्रम और व्यायाम करने के लिए तो ऊर्जा की आवश्यकता होती ही है,वहीं साथ ही सोचते, खाते और सोते समय भी ऊर्जा का उपयोग होता है।दरअसल, हर जीव की जीवित कोशिकाएं लगातार ऊर्जा का इस्तेमाल करती हैं। कोशिकाएँ विभिन्न रासायनिक अभिक्रियाओं के माध्यम से जीवन के कार्य करती हैं।एक कोशिका का चयापचय उसके भीतर होने वाली रासायनिक अभिक्रियाओं के संयोजन को संदर्भित करता है।
कैटोबोलिक (Catabolic) प्रतिक्रियाएं जहां जटिल रसायनों को सरल रसायनों में तोड़ देती हैं और ऊर्जा मुक्त करती हैं, वहीं एनाबॉलिक (Anabolic) प्रक्रियाएं सरल अणुओं से जटिल अणुओं का निर्माण करती हैं और इस प्रक्रिया में ऊर्जा की आवश्यकता होती है। इस कार्य में शर्करा और प्रोटीन की विशेष भूमिका होती है,जो मानव कोशिकाओं के काम करने के लिए प्रमुख तत्व हैं। यदि जीव बहुत अधिक शर्करा/प्रोटीन या बहुत कम शर्करा/प्रोटीन ग्रहण करता है, तो ये दोनों ही चीजे उसके लिए समस्याएं पैदा कर सकती हैं। किसी भी खाद्य पदार्थ से ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए पदार्थ को जटिल रूप से सरल रूप में परिवर्तित करना होता है, तथा इसके लिए एंजाइम की आवश्यकता होती है। शर्करा और प्रोटीन के कारण ही एंजाइम बनते हैं,तथा वे रासायनिक अभिक्रियाएं होती हैं,जिनकेद्वारा मानव की 10 ट्रिलियन कोशिकाओं में से प्रत्येक कोशिका काम करती है।एंजाइम अमीनो एसिड से बने होते हैं, और वे प्रोटीन होते हैं।जब एक बहुत ही विशिष्ट और अद्वितीय क्रम में 100 और 1,000 अमीनो एसिड आपस में जुड़ते हैं, तब एंजाइम बनता है।
अमीनो एसिड की श्रृंखला तब एक अद्वितीय आकार में बदल जाती है, जो एंजाइम को विशिष्ट रासायनिक प्रतिक्रियाओं को पूरा करने में सहायता करता है।एक एंजाइम एक विशिष्ट रासायनिक अभिक्रिया के लिए एक बहुत ही कुशल उत्प्रेरक के रूप में कार्य करता है। एंजाइम उस अभिक्रिया को बहुत तेज कर देता है। इसी प्रकार से एक प्रोटीन भी अमीनो एसिड की श्रृंखला है।अमीनो एसिड एक छोटा अणु है जो किसी भी प्रोटीन के निर्माण के लिए बिल्डिंग ब्लॉक के रूप में कार्य करता है।अमीनो एसिड को "एमिनो एसिड" इसलिए कहा जाता है क्योंकि उनमें एक अमीनो समूह (NH2) और एक कार्बोक्सिल समूह (COOH) होता है जो कि अम्लीय होता है।ऊर्जा उत्पादन के लिए शर्करा विशेष रूप से महत्वपूर्ण ईंधन अणु हैं, जो कि कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) और पानीमें ऑक्सीकृत हो जाती है।खाद्य अणु,ATP (एडेनोसाइन ट्रायफ़ोस्फेट - Adenosine triphosphate) का उत्पादन करने के लिए तीन चरणों में टूट जाते हैं।हमारे द्वारा खाए जाने वाले अधिकांश भोजन को बनाने वाले प्रोटीन, लिपिड और पॉलीसेकेराइड को छोटे अणुओं में टूट जाना आवश्यक है,इससे पहले कि हमारी कोशिकाएं उनका उपयोग कर सकेंया तो ऊर्जा के स्रोत के रूप में या अन्य अणुओं के लिए बिल्डिंग ब्लॉक्स के रूप में।
भोजन अणुओं के एंजाइमेटिक ब्रेकडाउन (Enzymatic breakdown) में पहला चरण पाचन है,जो या तो हमारी आंत में कोशिकाओं के बाहर होता है, या कोशिकाओं के भीतर एक विशेष अंग, लाइसोसोम (Lysosome) में।किसी भी मामले में, भोजन में बड़े बहुलक अणु पाचन के दौरान एंजाइमों की क्रिया के माध्यम सेउनके मोनोमर सबयूनिट्स (Monomer subunits) में टूट जाते हैं, जैसे प्रोटीन,अमीनो एसिड में, पॉलीसेकेराइड,शर्करा में, और वसा,फैटी एसिड और ग्लिसरॉल में।पाचन के बाद, भोजन से प्राप्त छोटे कार्बनिक अणु कोशिका के साइटोसोल (Cytosol) में प्रवेश करते हैं, जहां उनका क्रमिक ऑक्सीकरण शुरू होता है।इस प्रक्रिया का दूसरा चरणसाइटोसोल में शुरू होता है और प्रमुख ऊर्जा-परिवर्तित अंग, माइटोकॉन्ड्रियन (Mitochondrion) में समाप्त होता है।तीसरा चरण पूरी तरह से माइटोकॉन्ड्रिया तक ही सीमितहै।दूसरे चरण में ग्लाइकोलाइसिस (Glycolysis) नामक अभिक्रियाओं की एक श्रृंखला ग्लूकोज के प्रत्येक अणु को पाइरूवेट (Pyruvate) के दो छोटे अणुओं में परिवर्तित करती है।ग्लूकोज के अलावा अन्य शर्कराभी इसी तरहग्लाइकोलाइटिक मार्ग में शर्करा मध्यवर्ती में से एक में उनके रूपांतरण के बाद इसी तरह से पाइरूवेट में परिवर्तित हो जाते हैं।पाइरूवेट के निर्माण के दौरान,दो प्रकार के सक्रिय वाहक अणु उत्पन्न होते हैं- एटीपी और एनएडीएच (NADH)।पाइरूवेट तब साइटोसोल से माइटोकॉन्ड्रिया में जाता है,जहां प्रत्येक पाइरूवेट अणु CO2 प्लस (दो-कार्बन एसिटाइल समूह) में परिवर्तित हो जाता है,- जो कोएंजाइम A (CoA) से जुड़ता है, जिससे एसिटाइल CoA (acetyl CoA), एक अन्य सक्रिय वाहक अणु बनता है।चार-कार्बन अणु ऑक्सालोएसेटेट (Oxaloacetate) में स्थानांतरित होने के बाद,एसिटाइल समूह साइट्रिक एसिड चक्र (citric acid cycle) नामक अभिक्रियाओं की एक श्रृंखला में प्रवेश करता है।इन अभिक्रियाओं में एसिटाइल समूह CO2 में ऑक्सीकृत हो जाता है, और बड़ी मात्रा में इलेक्ट्रॉन वाहक NADH उत्पन्न होता है।
अंत में, NADHसे उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों को माइटोकॉन्ड्रियल आंतरिक झिल्ली के भीतर एक इलेक्ट्रॉन-परिवहन श्रृंखला के साथ पारित किया जाता है, जहां उनके स्थानांतरण द्वारा उत्पन्न ऊर्जा का उपयोग ATPउत्पन्न करने वाली प्रक्रिया को चलाने के लिए किया जाता है।ATP के उत्पादन के माध्यम से, शर्करा और वसा के टूटने से प्राप्त ऊर्जा को कोशिका में कहीं और उपयोग के लिए सुविधाजनक रूप में रासायनिक ऊर्जा पैकेट के रूप में पुनर्वितरित किया जाता है।खाद्य अणुओं के टूटने में सबसे महत्वपूर्ण प्रक्रिया ग्लाइकोलाइसिस है, जिसे ग्लूकोज का क्षरण कहा जाता है।ग्लाइकोलिसिस, में आणविक ऑक्सीजन (O2 गैस) की भागीदारी के बिना ही ATP का उत्पादन होता है। यह प्रक्रिया अधिकांश कोशिकाओं के साइटोसोल में होती है, जिसमें कई अवायवीय सूक्ष्मजीवशामिल होते हैं।ग्लाइकोलाइसिस के दौरान, छह कार्बन परमाणुओं वाला एक ग्लूकोज अणु पाइरूवेट के दो अणुओं में परिवर्तित हो जाता है, जिनमें से प्रत्येक में तीन कार्बन परमाणु होते हैं। ग्लूकोज के प्रत्येक अणु के लिए, प्रारंभिक चरणों को संचालित करने हेतु ऊर्जा प्रदान करने के लिए ATP के दो अणु हाइड्रोलाइज्ड (Hydrolyzed) होते हैं, लेकिन बाद के चरणों में ATPके चार अणु उत्पन्न होते हैं। ग्लाइकोलाइसिस के अंत में, परिणामस्वरूप प्रत्येक ग्लूकोज अणु के टूटने के लिए ATP के दो अणुओं का शुद्ध लाभ होता है।अधिकांश जानवरों और पौधों की कोशिकाओं के लिए, ग्लाइकोलाइसिस ही भोजन के अणुओं के टूटने का अंतिम चरण नहीं होता है।इन कोशिकाओं में,अंतिम चरण में बने पाइरूवेट कोमाइटोकॉन्ड्रिया में लाया जाता है,जहां इसे CO2 प्लस एसिटाइल CoA में बदल दिया जाता है, जो फिर CO2 और H2O में पूरी तरह से ऑक्सीकृत होता है।किण्वन के द्वारा ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में ATP का उत्पादन सम्भव हो पाता है।

संदर्भ:
https://bit.ly/3EB7amq
https://bit.ly/31HVqAn
https://bit.ly/3lP3yG8
https://bit.ly/309uf0y

चित्र संदर्भ
1. पाचन तंत्र संरचना को दर्शाता एक चित्रण (youtube)
2. TIM . नामक एंजाइम के रिबन आरेख को दर्शाता एक चित्रण (wikimedia)
3. एमिनो एसिड सेलेनोसिस्टीन को दर्शाता एक चित्रण (wikimedia)
4. ग्लाइकोलाइसिस चयापचय मार्ग को दर्शाता एक चित्रण (wikimedia)