శ్వాసక్రియను దహనక్రియ అని తెలిపిన శాస్త్రవేత్త ఎవరు?

బయాలజీ

• జీవులు మనుగడ సాగించాలంటే జీవిలో అతి ముఖ్యమైన క్రియ ‘శ్వాసక్రియ’.
• జీవ క్రియల్లోని విచ్ఛిన్న ప్రక్రియల్లో శక్తి విడుదలవుతుంది. దీనిలో సంక్లిష్ట కర్బన పదార్థాలు (కార్బోహైడ్రేట్స్‌, లిపిడ్స్‌, ప్రొటీన్లు) విచ్ఛిన్నం చెంది సరళ పదార్థాలుగా మారుతాయి. ఈ విచ్ఛిన్నకర చర్యలో రసాయనిక శక్తి విడుదలవుతుంది. ఇది సేంద్రియ పోషక అణువుల నిర్మాణంలో అంతర్గతమై ఉంటుంది.
• 14వ శతాబ్దంలోనే శ్వాసక్రియపై పరిశోధనలు జరిగాయి.
• 1783లో ‘లెవోయిజర్‌’ అనే శాస్త్రవేత్త శ్వాసక్రియ ఒక దహనక్రియ అని తెలిపారు.
• ‘రాబిన్‌సన్‌’ అనే శాస్త్రవేత్త కూడా శ్వాస క్రియను దహన క్రియగా పేర్కొన్నాడు.
• 19వ శతాబ్దంలో ‘జాన్‌ డాపర్‌’ మానవ శరీర ధర్మశాస్త్రం అనే పుస్తకంలో శ్వాసక్రియ గురించి పేర్కొన్నాడు.
• గ్లూకోజ్‌, కొవ్వు ఆమ్లాలు, ప్రొటీన్లను, కార్బన్‌ డై ఆక్సైడ్‌ నీరుగా మార్చే చర్యనే శ్వాసక్రియ అంటారు. ఇది కణం స్థాయిలో జరిగితే కణ శ్వాస క్రియ అంటారు.
• శ్వాసక్రియ ఒక విచ్ఛిన్న క్రియ. శక్తిమోచక చర్య.
• శ్వాసక్రియ అనే పదం ‘Respire (రెస్పైర్‌)’ అనే లాటిన్‌ పదం నుంచి వచ్చింది.
• ‘Respire’ అంటే పీల్చడం అని అర్థం. ఇది కేవలం ఉచ్ఛాస, నిశ్వాసలనే కాకుండా కణాల్లో ఆక్సిజన్‌ వినియోగించడం వరకు అన్ని దశలను కలిపి సూచిస్తుంది.
• శ్వాసక్రియ, దహనక్రియలకు పోలికలుంటాయి. ఈ రెండు చర్యల్లో చక్కెర (గ్లూకోజ్‌), కార్బన్‌డైఆక్సైడ్‌ (CO2), నీరు (H2O)గా మారుతుంది. ఈ రెండు చర్యలకు ఆక్సిజన్‌ అవసరం.
• శ్వాసక్రియలో అనేక యౌగికాలు, మధ్యస్త పదార్థాలు ఉత్పత్తి అవుతాయి. దహన క్రియలో ఎలాంటి పదార్థాలు ఏర్పడవు.

శ్వాసక్రియ రకాలు
ఆక్సిజన్‌ ఆవశ్యకతను అనుసరించి శ్వాస క్రియను రెండు రకాలుగా వర్గీకరించారు.
అవి 1. వాయు శ్వాసక్రియ (వాయుసహిత)- ఈ విధానంలో ఆక్సిజన్‌ వినియోగం జరుగుతుంది.
2. అవాయు శ్వాసక్రియ (వాయు రహిత) – ఈ విధానంలో ఆక్సిజన్‌ వినియోగం జరగదు.

వాయు శ్వాసక్రియ

• ఇది ఉన్నత వర్గానికి చెందిన మొక్కల్లో సర్వసాధారణంగా జరుగుతుంది.
• ఆక్సిజన్‌ సమక్షంలో జరుగుతుంది. గ్లూకోజ్‌ పూర్తిగా ఆక్సీకరణం చెందుతుంది.
• వాయుసహిత శ్వాసక్రియలో అధిక శక్తి 686 K. Cal విడుదలవుతుంది.
• దీనిలో 38 ATPలు ఏర్పడుతాయి. అంత్య ఉత్పన్నాలుగా CO2, H2O లు ఏర్పడుతాయి.
• దీనిలో 4 నిర్దిష్టమైన దశలున్నాయి.
• అవి 1. గ్లైకాలసిస్‌
  2. పైరువిక్‌ ఆమ్లం ఆక్సీకరణ, డీ కార్బాక్సిలేషన్‌
  3. క్రెబ్స్‌ వలయం
  4. ఎలక్ట్రాన్‌ రవాణా
• పై చర్యల్లో గ్లైకాలసిస్‌ కణద్రవ్యంలో జరుగుతుంది. మిగిలిన మూడు దశలు మైటోకాండ్రియాలో జరుగుతాయి.
• C6H12O6 + 6O2 ———> 6CO2 + 6H2O + 686 K.Cal

అవాయు శ్వాసక్రియ

• ఇది సాధారణంగా నిమ్నస్థాయి జీవుల్లో (బ్యాక్టీరియమ్‌, ఈస్ట్‌) జరుగుతుంది.
• ఆక్సిజన్‌ అవసరం లేదు. గ్లూకోజ్‌ పాక్షికంగా ఆక్సీకరణం చెందుతుంది.
• అవాయు శ్వాసక్రియలో తక్కువ శక్తి 56K. Cal విడుదలవుతుంది.
  2 ATPలు ఏర్పడుతాయి.
• అంత్య ఉత్పన్నాలుగా CO2, ఇథైల్‌ ఆల్కహాల్‌, ఎసిటికామ్లం, లాక్టికామ్లం, కర్బన పదార్థాలు ఏర్పడుతాయి.
• ఇది రెండు నిర్దిష్టమైన దశల్లో జరుగుతుంది. అవి 1. ైగ్లెకాలసిస్‌ 2. కిణ్వనం
• దీనిలో గ్లైకాలసిస్‌, కిణ్వనం రెండూ కణ ద్రవ్యంలో జరుగుతాయి.
• C6H12o6 —–> 2C2H5OH + 2CO2 + 56 K.Cal

అవాయుసహిత శ్వాసక్రియ

• వాయు శ్వాసక్రియలో మొదటి దశ ‘గ్లైకాలసిస్‌’. ఇది కణద్రవ్యంలో జరుగుతుంది.
• దీనిలో హెక్సోజ్‌ చక్కెర (గ్లూకోజ్‌) పాక్షిక ఆక్సీకరణం చెంది పైరువిక్‌ ఆమ్లంగా ఏర్పడుతుంది.
• ఇది ATP అణువుల పాస్ఫారిలేషన్‌ ద్వారా ఏర్పడుతుంది.
• వాయు శ్వాసక్రియలో రెండో దశ పైరూవిక్‌ ఆమ్లం ఆక్సీకరణం, డీ కార్బాక్సిలేషన్‌ చెంది ఎసిటైల్‌ కోఎంజైమ్‌-A గా రూపొందు తాయి.
• ఇది మైటో కాండ్రియాలోని మాత్రికలో జరుగుతుంది.
• మూడో దశ (క్రెబ్స్‌ వలయం) ఎసిటైల్‌ కోఎంజైమ్‌-A పూర్తిగా ఆక్సీకరణం చెంది CO2, H2O గా ఏర్పడుతుంది.
• ఈ దశలో NADH, FADH2 లు ఏర్పడుతాయి.
• చివరి దశలో (ఎలక్ట్రాన్‌ రవాణా వ్యవస్థ) మైటోకాండ్రియా లోపలి త్వచంలో NADH, FADH2 లు పూర్తిగా ఆక్సీ కరణం చెందుతాయి.
• దీనిలో విడుదలైన శక్తి అధిక పరిమాణంలో ATP సంశ్లేషణకు ఉపయోగపడుతుంది. దీన్ని ‘ఆక్సీకరణ పాస్ఫారిలేషన్‌’ అంటారు.
• ఆక్సీకరణ పాస్ఫారిలేషన్‌ను ‘విట్చెల్‌’ ప్రతిపాదించిన ‘కెమీ ఆస్మాటిక్‌ సిద్ధాంతాన్ని’ అనుసరించి జరుగుతుంది.

గ్లైకాలసిస్‌

• గ్లైకాలసిస్‌ అనే పదం గ్రీకుపదాలైన ‘గ్లైకిస్‌’ = చక్కెర, ‘లైసిస్‌’ = విచ్ఛిత్తి లేదా ‘లయం’ నుంచి ఉద్భవించింది.
• గ్లైకాలసిస్‌ యాంత్రికాన్ని జర్మనీ శాస్త్రవేత్తలు గుస్టవ్‌ ఎంబ్డెన్‌, ఆండ్రు మేయర్‌ హాఫ్‌, జాకఫ్‌ పారనస్‌ లు వివరించారు. దీన్ని ‘EMP పథం’ అంటారు. దీనినే ‘హెక్సోస్‌ డై పాస్ఫేట్‌ పథం’ అని కూడా అంటారు.
• గ్లూకోజ్‌ అణువును శక్తిమంతం చేయడానికి కొంత శక్తి అవసరం. గ్లైకాలసిస్‌ మొదటి చర్యలోనే గ్లూకోజ్‌కు పాస్ఫేట్‌ అణువు చేర్చడంవల్ల ఉత్తేజితమవుతుంది.
• ఈ పాస్ఫేట్‌ను ATP నుంచి తీసుకొంటుంది.
• ఇది ఆరు కర్బన పరమాణువులు గల గ్లూకోజ్‌ -6-పాస్ఫేట్‌గా ఏర్పడుతుంది. (అంటే పాస్ఫేట్‌ గ్లూకోజ్‌లోని ఆరో కర్బన్‌ పరమాణువుకు చేరుతుంది)
• ఇది తర్వాత ఫ్రక్టోజ్‌ -1, 6 డై పాస్ఫేట్‌ (అంటే పాస్ఫేట్‌ మొదటి, ఆరో కర్బన పరమాణువుకు చేరుతుంది)
• రెండో పాస్ఫేట్‌ ATP నుంచి వస్తుంది. అందుకే ైగ్లెకాలసిస్‌ ప్రారంభ చర్యలో రెండు ATP లు ఉపయోగపడతాయి.
• ఫ్రక్టోజ్‌-1, 6 డై పాస్ఫేట్‌ చక్కెర చివరకు రెండు పైరువిక్‌ ఆమ్ల అణువులుగా మారుతుంది. దీనిలో నాలుగు ATPలు, రెండు NADHలు ఏర్పడుతాయి.
• రెండు ATPలు ఈ చర్యలో వినియోగించ బడి చివరకు రెండు ATP లు నికర లాభంగా మిగులుతాయి.

పైరూవిక్‌ ఆమ్లం ఆక్సీకరణ డీకార్బాక్సిలేషన్‌

• ఇది వాయు శ్వాసక్రియలో రెండో దశ. మైటోకాండ్రియాలోని మాత్రికలో మాత్రమే జరుగుతుంది.
• గ్లైకాలసిస్‌లో ఏర్పడిన రెండు అణువుల పైరువేట్‌ ఆమ్లం, పైరువేట్‌ ట్రాన్స్‌లొకేటర్‌ ప్రత్యేక పాస్ఫేట్‌ సాయంతో మాత్రికలో ప్రవేశిస్తుంది.
• దీని మొదటి డీ కార్బాక్సిలేషన్‌, తర్వాత ఆక్సీకరణ చర్యలు జరిగి చివరికి ఎంజైమ్‌ Aతో చర్య జరుపుతుంది. ఇది క్రెబ్స్‌ వలయంలోకి చేరుతుంది.
• ఎసిటైల్‌ కోఎంజైమ్‌-A గా మారుతుంది. దీన్ని ైగ్లెకాలసిస్‌, క్రెబ్స్‌ వలయాల ‘కనెక్టింగ్‌ లింక్‌’గా వ్యవహరిస్తారు.

క్రెబ్స్‌ వలయం

• పైరువిక్‌ ఆమ్లం మైటోకాండ్రియాలోని మాత్రికను చేరి విచ్ఛిన్నం చెంది CO2 గా ఏర్పడే చర్యలను ‘సర్‌హన్స్‌ క్రెబ్స్‌’ 1937లో వివరించారు. అందుకే దీన్ని ‘క్రెబ్స్‌ వలయం’ లేదా ‘సిట్రిక్‌ ఆమ్ల వలయం’ అంటారు.
• ‘ట్రైకార్బాక్సిలిక్‌ ఆమ్ల వలయం’ (TCA) అని కూడా అంటారు.
• దీనిపై క్రెబ్స్‌కు 1953లో నోబెల్‌ బహుమతి లభించింది.
• సిట్రిక్‌ ఆమ్లం ట్రైకార్బాక్సిలిక్‌ ఆమ్లంగా మారుతుంది.
• మొదటి చర్యలో పైరువిక్‌ ఆమ్లం ఒక కార్బన్‌, CO2 రూపంలో తొలగించబడుతుంది.
• పైరువేట్‌ రెండు CO2 లు ఉండే ఎసిటైల్‌కో ఎంజైమ్‌ -A గా మారుతుంది.
• తర్వాత ఇది నాలుగు కార్బన్‌ పరమాణువు లు ఉండే ఆక్సాలో ఎసిటలిక్‌ ఆమ్లానికి చేరుతుంది.
• దీని ఫలితంగా ఆరు పరమాణువులు ఉండే సిట్రిక్‌ ఆమ్లం ఏర్పడుతుంది.
• ఇది ఒక వలయంగా కొనసాగుతుంది. కాబట్టి దీనిని ‘సిట్రిక్‌ ఆమ్ల వలయం’ అంటారు.
• ఈ చర్యలో GTP (గ్వనోసిన్‌ ట్రైపాస్ఫేట్‌) ఏర్పడుతుంది. ఈ GTP క్రమేణా జంతు కణంలోని మైటో
• కాండ్రియాలోని క్రెబ్స్‌ వలయంలో ట్రాన్స్‌పాస్ఫారిలేషన్‌ అనే చర్య ద్వారా ATPగా మారుతుంది. కానీ మొక్కల్లో ATP గా ఉంటుంది.

ఎలక్ట్రానిక్‌ రవాణా

• గ్లైకాలసిస్‌, క్రెబ్స్‌ వలయం, ఎలక్ట్రాన్‌ రవాణాలో ప్రతి గ్లూకోజ్‌ అణువులో ఏర్పడిన పైరువిక్‌ ఆమ్లానికి గైకాలసిస్‌ చర్యలో రెండు NADH, అందులో ఒక గ్లూకోజ్‌ ఆక్సీకరణం చెంది10 NADH లు ఏర్పడతాయి.
• (2 ైగ్లెకాలిసిస్‌ నుంచి, 8 క్రెబ్స్‌ వలయం నుంచి=10)
• మైటోకాండ్రియాలో ఆక్సీకరణం చెందిన ఎలక్ట్రాన్‌ రవాణా ద్వారా ప్రతి NADH అణువు నుంచి మూడు అణువులు, ప్రతి FADH2 నుంచి రెండు ATP లు ఏర్పడుతాయి.
• ఒక గ్లూకోజ్‌ అణువు ఆక్సీకరణం చెంది CO2, H2O ఏర్పడినప్పుడు ATPల సంఖ్య 40 ఇందులో రెండు ATPలు వాడుకోవడం జరుగుతుంది.
• గ్లూకోజ్‌ అణువు ఆక్సీకరణ నికర లాభం 38 ATP లు (38-2=40).
• ఒక ATP అణువు జల విశ్లేషణం చెంది 7200 శక్తిని విడుదల చేస్తుంది.
• 38 ATPలు మొత్తం 7200X38 = 2,73,600 కేలరీలు (273.6 K.Cal)
• ఈ శక్తి గ్లూకోజ్‌లో నిల్వ ఉండే మొత్తం శక్తిలో 40 శాతం ఉంటుంది.
• ATPని కణంలో ‘ఎనర్జీ కరెన్సీ’ అంటారు.