अवायवीय श्वसन की प्रायोगिक व्यवस्था

अवायवीय श्वसन क्या है?

कोशिकीय श्वसन एक प्रक्रिया है जो जीवों की कोशिकाओं में होती है; इस प्रक्रिया के दौरान, संग्रहीत खाद्य पदार्थ को रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है, जिसे एडीनोसीन ट्राइफॉस्फेट के रूप में जाना जाता है। अवायवीय श्वसन एक प्रकार का श्वसन है जो ऑक्सीजन या सूत्रकणिका की अनुपस्थिति में होता है। इस प्रक्रिया में, ATP विभिन्न तरीकों से उत्पन्न होता है, जो इस प्रकार हैं:

1. अवायवीय कोशिकीय श्वसन: ग्लाइकोलाइसिस के दौरान, NADH जैसे अत्यधिक अपचयित यौगिकों का निर्माण होता है, जो आगे श्वसन अंगभूत झिल्ली प्रोटीन की एक श्रृंखला द्वारा ऑक्सीकृत होता है, जिसे इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला (ETC) के रूप में जाना जाता है। जिन जीवों में सूत्रकणिका की कमी होती है, प्लाज्मा झिल्ली में ऑक्सीजन के स्थान पर ETC उपस्थित होता है, अंतिम इलेक्ट्रॉन ग्राही, कार्बनिक (डाइमेथिल सल्फॉक्साइड) या अकार्बनिक यौगिक (सल्फेट, नाइट्रेट और फेरिक आयन) अन्तस्थ इलेक्ट्रॉन ग्राही के रूप में कार्य करते हैं। इन इलेक्ट्रॉन ग्राही में ऑक्सीजन की तुलना में कम अपचयन विभव होता है, इस प्रकार वायवीय श्वसन की तुलना में ग्लूकोज के प्रति अणु में उत्पन्न ATP कम होता है। यह प्रक्रिया सल्फर जीवाणु जैसे जीवों में होती है।

2. किण्वन: इस प्रक्रिया में, ETC शामिल नहीं है। इसके स्थान पर, ATP का उत्पादन करने के लिए क्रियाधार-स्तर फॉस्फोरिलीकरण होता है। इस प्रक्रिया के दौरान, ग्लाइकोलाइसिस के दौरान निर्मित NADH जैसे अत्यधिक अपचयित यौगिक, पाइरुवेट के लैक्टिक अम्ल या एथिल ऐल्कोहॉल में एंजाइम अपचयन द्वारा ऑक्सीकृत होते हैं। यह प्रक्रिया यीस्ट जैसे जीवों में होती है।

अवायवीय श्वसन अभिक्रिया क्या है?

लैक्टिक अम्ल और ऐल्कोहॉलिक किण्वन के दौरान, दो ATP का उत्पादन होता है, जो विशिष्ट वायवीय श्वसन के दौरान उत्पादित 36 ATPs से तुलनात्मक रूप से कम होता है। यीस्ट और कुछ जीवाणु ऐल्कोहॉलिक किण्वन करते हैं। लैक्टिक अम्ल किण्वन लैक्टोबैसिलस और स्ट्रेप्टोकोकस जैसे जीवों द्वारा किया जाता है।

अवायवीय श्वसन का आरेख?

ऐल्कोहॉलिक किण्वन के दौरान, एंजाइम, एल्कोहल डिहाइड्रोजिनेज, पाइरुवेट को अपचयित करके एथिल ऐल्कोहॉल और कार्बन डाइऑक्साइड बनाते है, और NADH (निकोटिनेमाइड एडीनीन डाइन्यूक्लियोटाइड हाइड्रोजन) को ऑक्सीकृत करके NAD⁺ का निर्माण करते है।
लैक्टिक अम्ल किण्वन के दौरान, लैक्टिक अम्ल डिहाइड्रोजिनेज, पाइरुवेट को अपचयित करके लैक्टेट या लैक्टिक अम्ल का निर्माण करता है, और NADH, NAD⁺के निर्माण के लिए ऑक्सीकृत होता है।

अवायवीय श्वसन के उत्पाद क्या हैं?

अवायवीय श्वसन के अंतिम उत्पादों का उल्लेख नीचे किया गया है।

यीस्ट के अवायवीय श्वसन उत्पाद एथिल ऐल्कोहॉल हैं, इस किण्वन प्रक्रिया का उपयोग ऐल्कोहॉलिक पेय पदार्थों के निर्माण में किया जाता है।
लैक्टिक अम्ल का अंतिम उत्पाद लैक्टोबैसिलस, स्ट्रेप्टोकोकस जैसे जीवाणु में लैक्टिक अम्ल होता है। लैक्टिक अम्ल किण्वन की प्रक्रिया का उपयोग किण्वित डेयरी उत्पाद जैसे पनीर, दही, किण्वित सोया उत्पाद, अचार युक्त खाद्य पदार्थ आदि बनाने में किया जाता है।
एसीटिक अम्ल जीवाणु, किण्वन शर्करा या एथेनॉल को एसीटिक अम्ल में परिवर्तित करता है। किण्वन की इस प्रक्रिया का उपयोग सिरका के उत्पादन में किया जाता है।
नाइट्रोजन-स्थिरीकरण जीवाणु, जो नाइट्रेट का उपयोग एक अंतिम इलेक्ट्रॉन ग्राही के रूप में करते है, अवायवीय कोशिकीय श्वसन का अंतिम उत्पाद नाइट्रोजन गैस है।
मेथेनोजेनिक जीवाणु, जो कार्बन मोनोऑक्साइड का उपयोग एक अंतिम इलेक्ट्रॉन ग्राही के रूप में करते है, अवायवीय कोशिकीय श्वसन का अंतिम उत्पाद मेथेन गैस है।
सल्फेट-अपचायक जीवाणु, जो सल्फेट का उपयोग अंतिम इलेक्ट्रॉन ग्राही के रूप में करते है, अवायवीय कोशिकीय श्वसन का अंतिम उत्पाद हाइड्रोजन सल्फाइड गैस है।

यीस्ट में अवायवीय श्वसन

यीस्ट विकल्पी अवायवीय का एक विशिष्ट उदाहरण है। ऑक्सीजन की उपस्थिति में, पाइरुवेट रासायनिक अभिक्रियाओं की एक श्रृंखला से गुजरता है। इसके अलावा, यह इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में आगे बढ़ता है जिसके परिणामस्वरूप, प्रति ग्लूकोज अणु में ATP के 36 अणु उत्पन्न होते हैं, लेकिन ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में, वे अभी भी अपने श्वसन की विधि को अवायवीय में परिवर्तित करके जीवित रह सकते हैं।

यीस्ट में अवायवीय श्वसन के दौरान, ग्लूकोज, एक छह कार्बन यौगिक, एक उपापचयी पथ द्वारा तीन कार्बन यौगिक, पाइरूवेट में विघटित हो जाता है, जिसे ग्लाइकोलाइसिस कहा जाता है। बाद में दो पाइरूवेट अणु आंशिक रूप से एथिल ऐल्कोहॉल, कार्बन डाइऑक्साइड और ऐडीनोसिन ट्राइफॉस्फेट के दो अणुओं में विघटित हो जाते हैं। इस अभिक्रिया को, एंजाइम, ऐल्कोहॉल डिहाइड्रोजिनेज, उत्प्रेरित करता है।

ब्रेड-बनाने की प्रक्रिया के दौरान, अभिक्रिया में उत्पादित ऐल्कोहॉल वाष्पित हो जाता है। जबकि, वाइन बनाने की प्रक्रिया के दौरान, उत्पादित ऐल्कोहॉल को एकत्र किया जाता है और आगे ऐल्कोहॉलिक पेय पदार्थों में संसाधित किया जाता है।

अवायवीय श्वसन के उदाहरण

नीचे अवायवीय श्वसन के उदाहरण दिए गए हैं।

पनीर और दही का उत्पादन करने के लिए लैक्टोबैसिलस और स्ट्रेप्टोकोकस द्वारा दूध का किण्वन।
सोयाबीन को विभिन्न किण्वित खाद्य पदार्थों जैसे टोफू, नेटो, सोया सॉस, टेम्पे आदि का उत्पादन करने के लिए लैक्टोबैसिलस, स्ट्रेप्टोकोकस और ऐस्पर्जिलस जैसे सूक्ष्मजीवों द्वारा किण्वित किया जाता है।
विभिन्न फल, जैसे अंगूर, सेब, अनार, स्ट्रॉबेरी आदि, यीस्ट द्वारा वाइन जैसे ऐल्कोहॉलिक पेय बनाने के लिए किण्वित किए जाते हैं
ताड़ी एक ऐल्कोहॉलिक पेय है जो ताड़ की विभिन्न प्रजातियों के किण्वित रस से उत्पादित होता है।
सिरका, अर्थात, एसिटिक अम्ल, फलों और अनाज के किण्वन द्वारा बनाया जाता है।
वोदका, जिसे रूसी व्हिस्की भी कहा जाता है, अनाज या आलू, चुकंदर के जूस के किण्वन द्वारा बनाया जाता है।
ब्यूटाइरिक अम्ल का उत्पादन तब होता है जब अवायवीय जीवाणु जैसे क्लोस्ट्रीडियम, लैक्टिक अम्ल या मक्खन जैसे पदार्थों के किण्वन में शामिल होते
नाइट्रोजनी यौगिकों को नाइट्रोजन-स्थिरीकरण जीवाणु द्वारा मृदा में मिलाया जाता है, यह प्रक्रिया अनिवार्य रूप से पादपो में अवायवीय श्वसन है।
अवायवीय श्वसन में, आद्यजीवाणु द्वारा उत्पादित मेथेन गैस।
अवायवीय श्वसन के माध्यम से, सल्फेट-अपचायक जीवाणु हाइड्रोजन सल्फाइड गैस का उत्पादन करते हैं।

प्रयोग का शीर्षक – अवायवीय श्वसन की प्रायोगिक व्यवस्था

प्रयोग का विवरण – कभी-कभी, जन्तुओं और पौधों को वायवीय रूप से श्वसन करने के लिए पर्याप्त ऑक्सीजन नहीं मिल पाती है, लेकिन फिर भी उन्हें जीवित रहने के लिए सांस लेने की आवश्यकता होती है। तो, वे फिर कैसे श्वसन करते हैं? इस वर्चुअल लैब में सीखें।

प्रयोग का उद्देश्य – व्यवस्था पर प्रेक्षण और टिप्पणी करना। (अवायवीय श्वसन)

आवश्यक सामग्री – अंकुरित बीज (चना, मूंग, उड़द), परखनली, पेट्री डिश, पारा, चिमटी, पोटैशियम हाइड्रॉक्साइड गुटिका, क्लैंप वाला ब्यूरेट स्टैंड।

कार्यविधि–

पहला चरण: एक परखनली लीजिए और इसे पारे से भर दीजिए।
दूसरा चरण: इसे एक पेट्रीडिश पर उल्टा करें जो पारे से भरी हुई है। परखनली में पारे का एक सतत स्तंभ होना चाहिए।
तीसरा चरण: परखनली को थोड़ा झुका दे और, चिमटी की मदद से, परखनली में 3-4 स्वस्थ अंकुरित चने के बीज डाल दीजिए।
चौथा चरण: अपनी अंगुली के नाखून/चिमटी से परखनली पर धीरे से टैप कीजिए ताकि बीज पारा स्तंभ में ऊपर की ओर गति कर सकें।
पाँचवां चरण: परखनली को एक क्लैंप युक्त स्टैंड पर स्थिर कीजिए और व्यवस्था को दो घंटे के लिए शांतपूर्ण रखिए।
छठवां: व्यवस्था का प्रेक्षण कीजिए।
सातवां चरण: जिस तरह से बीजों को डाला गया उसी तरह 3-4 KOH गुटिकाओं को डाला गया था। परिवर्तनों का प्रेक्षण कीजिए।

सावधानियाँ–

हम विद्यार्थियों को नीचे दी गई सावधानियों का ध्यान से अध्ययन करने की सलाह देते हैं।

यह सुनिश्चित कीजिए कि परखनली में पारे का एक सतत स्तंभ होना चाहिए।
बीजों को परखनली में डालने से पहले बीज आवरण को हटा दिया जाना चाहिए।
KOH गुटिकाओं का प्रबंधन करते समय सावधानी बरतें। हमेशा परखनली में गुटिकाओं को स्थानांतरित करने के लिए चिमटी का उपयोग करें।