* కిరణజన్యసంయోగక్రియను సంశ్లేషక జీవక్రియ లేదా ఎనబాలిక్ చర్యగా పేర్కొంటే, కణశ్వాసక్రియను విచ్ఛిన్న ప్రక్రియ లేదా కెటబాలిక్ చర్యగా పిలుస్తారు.
* కిరణజన్యసంయోగక్రియ లేదా ఫొటోసింథసిస్ జీవక్రియ గ్లూకోజ్ లాంటి సంక్లిష్ట పదార్థాల సంశ్లేషణకు తోడ్పడితే, కణశ్వాసక్రియలో గ్లూకోజ్ లాంటి అధస్థ పదార్థాలు విచ్ఛిన్నం చెంది శక్తి విడుదలవుతుంది.
* కిరణజన్యసంయోగక్రియలో కాంతిశక్తి సహాయం వల్ల అకర్బన పదార్థాలు కర్బన సమ్మేళనాల రసాయనశక్తిగా మారతాయి. కణశ్వాసక్రియలో రసాయనస్థితిశక్తి కారణంగా ATP అనే రసాయన గతిశక్తి లేదా శక్తి కరెన్సీ ఏర్పడుతుంది.
* జీవకణాల్లో ఆక్సిజన్ సమక్షంలో రసాయన సంక్లిష్ట అధస్థ పదార్థాలైన గ్లూకోజ్ లాంటివి ఆక్సీకరణం చెంది, శక్తి విడుదలవడాన్ని కణశ్వాసక్రియ అంటారు.
* నిజకేంద్రక కణాలు, కేంద్రకపూర్వజీవకణాలు అనే వ్యత్యాసం లేకుండా కణశ్వాసక్రియ జరుగుతుంది. అయితే ఆ చర్యా విధానాల్లో తేడాలు ఉంటాయి.
* కేంద్రకపూర్వజీవుల్లో ముఖ్యంగా బ్యాక్టీరియా కణాల్లో గ్లూకోజ్ అవాయు (ఆక్సిజన్ లేని) స్థితిలో పాక్షిక ఆక్సీకరణ జరుగుతుంది. ఈ చర్య వల్ల కొన్ని జీవులు లాక్టిక్ ఆమ్లాన్ని, మరికొన్ని ఇథనాల్ను విడుదల చేస్తాయి. ఈస్ట్ కణాల్లో జరిగే కిణ్వన చర్య కారణంగా గ్లూకోజ్ అవాయు స్థితుల్లో అసంపూర్ణంగా ఆక్సీకరణం చెంది, పైరూవిక్ ఆమ్లాన్ని ఏర్పరుస్తుంది. తర్వాత ప్రత్యేక రసాయన చర్యల ద్వారా అది CO2, ఇథనాల్గా మారుతుంది.
* గ్లూకోజ్ సంపూర్ణంగా ఆక్సీకరణం చెంది, నిల్వశక్తిని విడుదల చేసి, అధిక సంఖ్యలో ATP లను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. కణజీవక్రియలను జరిపే చర్యలు వాయుసహిత కణశ్వాసక్రియలో ఉంటాయి.
వాయుసహిత శ్వాసక్రియ
* కర్బనిక పదార్థాలను ఆక్సిజన్ సమక్షంలో పూర్తిగా ఆక్సీకరణం చెందిస్తే, అధిక మొత్తంలో CO2, నీరు, శక్తి విడుదలవుతాయి. ఈ చర్యను వాయుసహిత శ్వాసక్రియ అంటారు. ఇది ఉన్నత జీవుల్లో సర్వసాధారణం.
* ఉన్నత జీవుల్లో వాయుసహిత శ్వాసక్రియ మైటోకాండ్రియాలో జరుగుతుంది. నిజకేంద్రకజీవుల్లో మాత్రమే మైటోకాండ్రియాలు వ్యవస్థితమై ఉంటాయి.
దశలు: వాయుశ్వాసక్రియలో ప్రధానంగా మూడు దశలు ఉన్నాయి. అవి:
i) గ్లైకాలిసిస్ ii) క్రెబ్స్వలయం iii) ఎలక్ట్రాన్ రవాణా
గ్లైకాలిసిస్
* ఇది గ్రీకు భాష నుంచి ఆవిర్భవించింది. గ్లైకాస్ అంటే చక్కెర, లైసిస్ అంటే విచ్ఛిన్నం అని అర్థం.
* గ్లైకాలిసిస్ని ఎంబ్డెన్, మేయర్హోఫ్, పర్నస్ అనే శాస్త్రవేత్తలు ప్రతిపాదించారు. అందుకే దీన్ని EMP pathway అంటారు.
* అవాయు జీవుల్లో జరిగే శ్వాసక్రియ ప్రక్రియల్లో మాత్రమే గ్లైకాలిసిస్ దశ ఉంటుంది.
* జీవులన్నింటిలో ఈ చర్య కణద్రవ్యంలో జరుగుతుంది. ఇందులో గ్లూకోజ్ అణువు పాక్షిక ఆక్సీకరణం చెంది, రెండు పైరూవిక్ ఆమ్ల అణువులుగా మారుతుంది.
* గ్లైకాలిసిస్ తర్వాతి చర్యలు ‘మైటోకాండ్రియా’ అనే కణాంగంలో జరుగుతాయి.
* మైటోకాండ్రియాలో జరిగే కణశ్వాసక్రియ చర్యల వల్ల ATP అనే శక్తిమంతమైన అణువులు ఉత్పత్తి అవుతాయి. అందుకే ఈ చర్యలను ‘కణశక్త్యాగారాలు’ అని కూడా అంటారు.
* మైటోకాండ్రియాలో రెండు త్వచాలు ఉంటాయి. బయటి త్వచం సాధారణంగా, లోపలి త్వచం ముడతలు పడి ఉంటాయి. వీటి మధ్య ఖాళీని ‘పెరికాండ్రియన్ ప్రదేశం’ అంటారు.
* లోపలి త్వచం మైటోకాండ్రియా మాత్రిక లేదా మాట్రిక్స్ను ఆవరించి ఉంటుంది. లోపలి త్వచంపై F1 రేణువులు లేదా ప్రాథమిక రేణువులు అనే ప్రత్యేక భాగాలు ఉంటాయి.
* గ్లైకాలిసిస్లో అంత్య ఉత్పన్నంగా ఏర్పడిన పైరూవిక్ ఆమ్లం కణద్రవ్యం నుంచి మైటోకాండ్రియాలోకి రవాణా అవుతుంది. ఇది మైటోకాండ్రియాలో వాయుసహిత శ్వాసక్రియ జరగడానికి తోడ్పడుతుంది.
క్రెబ్స్వలయం:
* పైరూవిక్ ఆమ్లం పూర్తిగా ఆక్సీకరణం చెంది, అంచెలంచెలుగా హైడ్రోజన్ పరమాణువులను తొలగించి, అంతిమంగా మూడు CO2 అణువులుగా మిగిలిపోతుంది. దీన్నే క్రెబ్స్ వలయం అంటారు.
* ఇది మైటోకాండ్రియాలోని మాత్రికలో జరుగుతుంది.
ఎలక్ట్రాన్ రవాణా:
* హైడ్రోజన్ పరమాణువులతో పాటు తొలగించిన ఎలక్ట్రాన్లు రవాణా చెంది, అణుఆక్సిజన్కు చేరుకుంటాయి. ఫలితంగా అవి ATPని సంశ్లేషిస్తాయి.
* ఎలక్ట్రాన్ రవాణా మైటోకాండ్రియా లోపలి త్వచాల్లో జరుగుతుంది.
వాయుశ్వాసక్రియ ఇతర ముఖ్యాంశాలు:
* కార్బోహైడ్రేట్ల విచ్ఛిన్న క్రియ వల్ల కణద్రవ్యంలో ఏర్పడిన పైరూవిక్ ఆమ్లం మైటోకాండ్రియా మాత్రికలోకి ప్రవేశించి, సంక్లిష్ట రసాయన చర్యల ద్వారా ఆక్సిడేటివ్ డీకార్బాక్సిలేషన్ చెందుతుంది.
* ఈ చర్యను పైరూవిక్ డీహైడ్రోజినేజ్ అనే ఎంజైమ్ నిర్వర్తిస్తుంది. ఈ చర్యలో పైరూవిక్ఆమ్లం ఎసిటైల్ CoA (Coenzyme A) గా మారుతుంది. ఇది తర్వాతి క్రెబ్స్వలయ చర్యల్లో పాల్గొంటుంది. దీన్నే లింక్ చర్య అంటారు.
* జర్మనీకి చెందిన హాన్స్క్రెబ్స్ అనే శాస్త్రవేత్త ఎసిటైల్ CoA ని వినియోగించాక ఏర్పడే తర్వాతి చక్రీయ మార్గాలను ఆవిష్కరించారు. అందుకే చర్యలకి క్రెబ్స్ వలయం అనే పేరు వచ్చింది.
* ఈ వలయంలో మొదట ట్రైకార్బాక్సిలిక్ ఆమ్లాలు స్థిర పదార్థాలుగా వ్యవస్థితం అవుతాయి. అందుకే ఈ చర్యల చక్రీయ పథాన్ని ‘ట్రైకార్బాక్సిలిక్ ఆమ్ల వలయం’ అంటారు. మొదటి చర్యలో ఈ వలయంలో సిట్రిక్ ఆమ్లం ఏర్పడటం వల్ల దీన్ని ‘సిట్రిక్ ఆమ్ల వలయం’ అని కూడా పిలుస్తారు.
* సిట్రిక్ ఆమ్లవలయంలో OAA (ఆక్సలోఎసిటిక్ ఆమ్లం) అనే పదార్థం ఎసిటైల్ CoA తో సంఘటిత చర్య జరుపుతుంది. ఇది మొదటి చర్య.
* ఈ వలయంలో మొత్తం నాలుగు డీహైడ్రోజినేషన్ చర్యల ద్వారా ఆక్సీకరణం జరుగుతుంది. అందులో మూడు చర్యలు NAD+ సమక్షంలో, ఒకటి FAD+ సమక్షంలో జరుగుతాయి. ఈ వలయంలో రెండు డీకార్బాక్సిలేషన్ చర్యలు జరుగుతాయి.
* ఒక పైరూవిక్ ఆమ్లం ఒకసారి సిట్రిక్ ఆమ్ల వలయంలో పాల్గొంటే, మొత్తం గ్లూకోజ్ అణువు వినియోగానికి క్రెబ్స్ వలయం రెండుసార్లు జరగాలి.
* గ్లైకాలిసిస్లో లేదా క్రెబ్స్ వలయంలో O2 వినియోగం ప్రత్యక్షంగా జరగదు. అంటే ఇవి ప్రత్యక్ష ఆక్సీకరణ చర్యలు కావు, కానీ ఆక్సీకరణం హైడ్రోజన్ను తొలగించడం వల్ల జరుగుతుంది. కాబట్టి ఇవి డీహైడ్రోజినేషన్ రూపంలో జరిగే ఆక్సీకరణ చర్యలు.
* క్రెబ్స్ వలయం వరకూ ఏర్పడిన NADH + H+, FADH2 లలో నిల్వ ఉన్న శక్తిని విడుదల చేసి, ఉపయోగపడే విధంగా చేయడానికి ‘ఎలక్ట్రాన్ రవాణా’ చర్యలు మైటోకాండ్రియా లోపలి పొరల్లో జరుగుతాయి.
* ఎలక్ట్రాన్లు NADH + H+, FADH2 నుంచి O2 వరకూ ప్రయాణించి O2 ని H2O లో మార్పు చెందించడం ఎలక్ట్రాన్ రవాణాలో జరుగుతుంది. అయితే ఈ చర్యాక్రమంలో తిగిశి ఉత్పత్తి అవుతుంది. కాబట్టి దీన్ని ఆక్సిడేటివ్ ఫాస్ఫారిలేషన్ ప్రక్రియ అంటారు.
* వివిధ ఎలక్ట్రాన్ వాహకాలు ఎలక్ట్రాన్ రవాణా సంక్లిష్టాల్లో భాగమై ఎలక్ట్రాన్ రవాణా వ్యవస్థను ఏర్పరచడం ద్వారా పాల్గొంటాయి.
* ఎలక్ట్రాన్ రవాణాతో పాటు ప్రోటాన్లు కూడా రవాణా చెంది, ప్రోటాన్ ప్రవణతను ఏర్పరుస్తాయి. అది ATPase ద్వారా ATP లు ఏర్పడటానికి కారణమవుతుంది.
* ప్రతి NADH + H+ ద్వారా 3ATP లు ఒక FADH2 ద్వారా 2ATP లు ఏర్పడతాయి. ఈ విధంగా ఒక గ్లూకోజ్ అణువు నుంచి వాయుసహిత శ్వాసక్రియలో నికరంగా ఒక ATP నుంచి 36ATP లు ఏర్పడతాయి.
శ్వాసక్రియ నిష్పత్తి (RQ)
* శ్వాసక్రియలో ఉపయోగించిన O2 ఘనపరిమాణానికి విడుదలైన CO2 ఘనపరిమాణానికి మధ్యగల నిష్పత్తిని ‘శ్వాసక్రియ నిష్పత్తి’ లేదా ‘శ్వాసక్రియ కోషంట్’ (Respiratory Quotient) అంటారు.
* RQ విలువలు శ్వాసక్రియలో పాల్గొనే శ్వాసక్రియ అధస్థ పదార్థాలపై ఆధారపడి ఉంటాయి.
* కార్బోహైడ్రేట్లను శ్వాసక్రియలో ఉపయోగించినప్పుడు, సంపూర్ణ ఆక్సీకరణ చెందించినప్పుడు RQ విలువ '1' గా ఉంటుంది.
* కొవ్వులను క్రియాధారాలుగా ఉపయోగించినప్పుడు RQ విలువ ఒకటి కంటే తక్కువగా (RQ < 1) ఉంటుంది. RQ విలువ ట్రైపామిటిన్కి 0.7, ఆక్సాలిక్ ఆమ్లానికి 4 గా ఉంటుంది.
* ప్రోటీన్లు క్రియాధారాలుగా శ్వాసక్రియలో పాల్గొంటే వీటి RQ విలువ 0.9గా ఉండొచ్చు.
* జీవుల్లో శ్వాసక్రియ అధస్థ పదార్థాలు సాధారణంగా ఒకటి కంటే ఎక్కువ రకాలుగా ఉంటాయి.
* శుద్ధమైన ప్రోటీన్లు లేదా కొవ్వు ఆమ్లాలు ఎప్పుడూ శ్వాసక్రియలో పాల్గొనవు.