എന്താണ് ശ്വസന ശൃംഖല?

നിര്വചനം

നമ്മുടെ ശരീരകോശങ്ങളിൽ ഊർജം ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്ന പ്രക്രിയയാണ് ശ്വസന ശൃംഖല. ഇത് സിട്രേറ്റ് സൈക്കിളുമായി ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു, ഇത് പഞ്ചസാര, കൊഴുപ്പ് എന്നിവയുടെ തകർച്ചയുടെ അവസാന ഘട്ടമാണ് പ്രോട്ടീനുകൾ. ന്റെ ആന്തരിക സ്തരത്തിലാണ് ശ്വസന ശൃംഖല സ്ഥിതിചെയ്യുന്നത് മൈറ്റോകോണ്ട്രിയ.

ശ്വസന ശൃംഖലയിൽ, ഇതിനിടയിൽ രൂപംകൊണ്ട റിഡക്ഷൻ ഇക്വവലന്റുകൾ (NADH+H+, FADH2) വീണ്ടും ഓക്‌സിഡൈസ് ചെയ്യപ്പെടുന്നു (ഇലക്ട്രോണുകൾ പുറത്തുവിടുന്നു), ഇത് ഒരു പ്രോട്ടോൺ ഗ്രേഡിയന്റ് സ്ഥാപിക്കാൻ അനുവദിക്കുന്നു. ഇത് ഒടുവിൽ സാർവത്രിക ഊർജ്ജ വാഹകനായ എടിപി (അഡെനോസിൻ ട്രൈഫോസ്ഫേറ്റ്) രൂപീകരിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ശ്വസന ശൃംഖല പൂർണ്ണമായും പ്രവർത്തിക്കാൻ ഓക്സിജനും ആവശ്യമാണ്.

ശ്വസന ശൃംഖലയുടെ ക്രമം

ശ്വസന ശൃംഖല ആന്തരിക മൈറ്റോകോൺ‌ഡ്രിയൽ മെംബ്രണിലേക്ക് സംയോജിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു, അതിൽ ആകെ അഞ്ച് എൻസൈം കോംപ്ലക്സുകൾ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. ഇത് സിട്രേറ്റ് സൈക്കിളിനെ പിന്തുടരുന്നു, അതിൽ റിഡക്ഷൻ തുല്യമായ NADH+H+, FADH2 എന്നിവ രൂപപ്പെടുന്നു. ഈ റിഡക്ഷൻ തുല്യതകൾ ഇതിനിടയിൽ ഊർജ്ജം സംഭരിക്കുകയും ശ്വസന ശൃംഖലയിൽ വീണ്ടും ഓക്സിഡൈസ് ചെയ്യുകയും ചെയ്യുന്നു.

ശ്വസന ശൃംഖലയിലെ ആദ്യത്തെ രണ്ട് എൻസൈം കോംപ്ലക്സുകളിലാണ് ഈ പ്രക്രിയ നടക്കുന്നത്. കോംപ്ലക്സ് 1: NADH+H+ ആദ്യ സമുച്ചയത്തിൽ (NADH-ubiquinone oxidoreductase) എത്തുകയും രണ്ട് ഇലക്ട്രോണുകൾ പുറപ്പെടുവിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. അതേ സമയം 4 പ്രോട്ടോണുകൾ മാട്രിക്സ് സ്പേസിൽ നിന്ന് ഇന്റർമെംബ്രൺ സ്പേസിലേക്ക് പമ്പ് ചെയ്യപ്പെടുന്നു.

കോംപ്ലക്സ് 2: FADH2 അതിന്റെ രണ്ട് ഇലക്ട്രോണുകൾ രണ്ടാമത്തെ എൻസൈം കോംപ്ലക്സിൽ (സുക്സിനേറ്റ്-യുബിക്വിനോൺ ഓക്സിഡൊറെഡക്റ്റേസ്) പുറപ്പെടുവിക്കുന്നു, പക്ഷേ പ്രോട്ടോണുകളൊന്നും ഇന്റർമെംബ്രൺ സ്പേസിൽ പ്രവേശിക്കുന്നില്ല. കോംപ്ലക്സ് 3: റിലീസ് ചെയ്ത ഇലക്ട്രോണുകൾ മൂന്നാമത്തെ എൻസൈം കോംപ്ലക്സിലേക്ക് (യുബിക്വിനോൺ സൈറ്റോക്രോം സി ഓക്സിഡൊറെഡക്റ്റേസ്) മാറ്റുന്നു, അവിടെ മറ്റൊരു 2 പ്രോട്ടോണുകൾ മാട്രിക്സ് സ്പേസിൽ നിന്ന് ഇന്റർമെംബ്രൺ സ്പേസിലേക്ക് പമ്പ് ചെയ്യപ്പെടുന്നു. കോംപ്ലക്സ് 4: ഒടുവിൽ, ഇലക്ട്രോണുകൾ നാലാമത്തെ സമുച്ചയത്തിൽ (സൈറ്റോക്രോം-സി-ഓക്സിഡൊറെഡക്റ്റേസ്) എത്തുന്നു.

ഇവിടെ ഇലക്ട്രോണുകൾ ഓക്സിജനിലേക്ക് (O2) കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടുന്നു, അങ്ങനെ രണ്ട് അധിക പ്രോട്ടോണുകൾ ഉപയോഗിച്ച് വെള്ളം (H2O) രൂപം കൊള്ളുന്നു. അതുവഴി 2 പ്രോട്ടോണുകൾ വീണ്ടും ഇന്റർമെംബ്രൺ സ്പേസിൽ പ്രവേശിക്കുന്നു. കോംപ്ലക്സ് 5: ആകെ എട്ട് പ്രോട്ടോണുകൾ ഇപ്പോൾ മാട്രിക്സ് സ്പേസിൽ നിന്ന് ഇന്റർമെംബ്രൺ സ്പേസിലേക്ക് പമ്പ് ചെയ്തിട്ടുണ്ട്.

എൻസൈം കോംപ്ലക്‌സിന്റെ വർദ്ധിച്ചുവരുന്ന ഇലക്‌ട്രോനെഗറ്റിവിറ്റിയാണ് ഇലക്‌ട്രോൺ ഗതാഗത ശൃംഖലയുടെ അടിസ്ഥാന മുൻവ്യവസ്ഥ. നെഗറ്റീവ് ഇലക്ട്രോണുകളെ ആകർഷിക്കാനുള്ള എൻസൈം കോംപ്ലക്സുകളുടെ കഴിവ് കൂടുതൽ ശക്തവും ശക്തവുമാകുന്നു എന്നാണ് ഇതിനർത്ഥം. ആദ്യ അന്തിമ ഉൽപ്പന്നമായ ജലത്തിന് പുറമേ, ശ്വസന ശൃംഖല വഴി ഇന്റർമെംബ്രൺ സ്ഥലത്ത് ഒരു പ്രോട്ടോൺ ഗ്രേഡിയന്റ് സ്ഥാപിച്ചു.

ഈ ബഹിരാകാശത്ത് ഊർജ്ജം സംഭരിക്കുന്നു, ഇത് എടിപി (അഡെനോസിൻ ട്രൈഫോസ്ഫേറ്റ്) നിർമ്മിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു. അഞ്ചാമത്തെയും അവസാനത്തെയും എൻസൈം കോംപ്ലക്‌സിന്റെ (എടിപി സിന്തേസ്) ചുമതലയാണിത്. അഞ്ചാമത്തെ സമുച്ചയം ഒരു തുരങ്കം പോലെ മൈറ്റോകോൺ‌ഡ്രിയൽ മെംബ്രൺ വ്യാപിക്കുന്നു.

ഈ തുരങ്കത്തിലൂടെ, ഏകാഗ്രതയിലെ വ്യത്യാസത്താൽ നയിക്കപ്പെടുന്ന, പ്രോട്ടോണുകൾ മാട്രിക്സ് സ്പേസിലേക്ക് തിരികെ ഒഴുകുന്നു. ഈ രീതിയിൽ, ADP (അഡെനോസിൻ ഡൈഫോസ്ഫേറ്റ്), അജൈവ ഫോസ്ഫേറ്റ് എന്നിവ ATP ആയി പരിവർത്തനം ചെയ്യപ്പെടുന്നു, ഇത് മുഴുവൻ ജീവികൾക്കും ലഭ്യമാണ്. ശ്വസന ശൃംഖലയിലെ അഞ്ചാമത്തെയും അവസാനത്തെയും എൻസൈം കോംപ്ലക്സാണ് പ്രോട്ടോൺ പമ്പ്.

അതിലൂടെ, പ്രോട്ടോണുകൾ ഇന്റർമെംബ്രൺ സ്പേസിൽ നിന്ന് വീണ്ടും മാട്രിക്സ് സ്പേസിലേക്ക് ഒഴുകുന്നു. രണ്ട് പ്രതികരണ ഇടങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള ഏകാഗ്രതയിൽ മുമ്പ് സ്ഥാപിച്ച വ്യത്യാസം കൊണ്ട് മാത്രമേ ഇത് സാധ്യമാകൂ. പ്രോട്ടോൺ ഗ്രേഡിയന്റിൽ സംഭരിച്ചിരിക്കുന്ന ഊർജ്ജം ഫോസ്ഫേറ്റിൽ നിന്നും എഡിപിയിൽ നിന്നും എടിപി (അഡെനോസിൻ ട്രൈഫോസ്ഫേറ്റ്) സമന്വയിപ്പിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു. എടിപി നമ്മുടെ ശരീരത്തിന്റെ സാർവത്രിക ഊർജ്ജ വാഹകമാണ്, ഇത് ധാരാളം പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങൾക്ക് അത്യന്താപേക്ഷിതമാണ്. ഇത് പ്രോട്ടോൺ പമ്പിൽ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നതിനാൽ, ഇത് എടിപി സിന്തേസ് എന്നും അറിയപ്പെടുന്നു.