TNPSC G4 & G6 Botany (தாவரவியல்) Respiration

சுவாசித்தல்(Respiration)

* உள்சுவாசம் / திசு சுவாசம் / இருள் சுவாசம் / செல் சுவாசம் / மைட்டாகாண்ட்ரியா சுவாசம்

* Resprare என்பது லத்தின் வார்த்தை , அதன் அர்த்த ம் = to breathe

* சுவாசித்தல் என்பது ஆற்றல் வெளிவிடும் வினையாகும் C₆ H₁₂ O₆ + 6O₂ -> 6CO₂ + 6 H₂O + ஆற்றல் (2900 KJ)

* இது ஒரு நொதிகளால் நடைபெறும், மிகப் பெரிய படிகளால் ஆன நிகழ்வு. இதன்மூலம் உணவிலிருந்து ஆற்றல் உருவாக்கப்பட்டு செல்களுக்கு வழங்கப்படுகின்றது.

* ஆற்றல் ATP வடிவத்தில் பயன்படு ஆற்றலாக மாற்றமடைகிறது. எனவே இது செல்லின் பணம் / செல்லின் ஆற்றல் நாணயம் (currency of cells) எனப்படுகிறது.

* ATP கண்டறிந்தவர் : Karl Lohman 1927

* ATP என பெயரிட்டவர் : FRITZ LIPMANN

* ATP என்பது அடினைன், ரைபோஸ் சர்க்கரை, 3 பாஸ்பேட் மூலக்கூறு கொண்ட நியூக்ளியோடைடு ஆகும்.

* இது ஆற்றல் மிகுந்த மூலக்கூறு ஆகும்.

* இதில் இரண்டு மிகை ஆற்றல் பிணைப்புகள் இறுதியில் உள்ளன.

* நீராற்பகுத்தலின் மூலம் இந்த பிணைப்புகள் சிதைவடைவதால் பெருமளவு ஆற்றல் வெளிப்படுகின்றது. (1 பிணைப்பு = 7.3 கிலோ கலோரி )

சுவாசத்தின் வகைகள் :
காற்றில்லா சுவாசம் (Anaerobic) :
* முதலில் கண்டறிந்தவர் Kostytechev

* மேலும் விவரித்தவர் : Gaylussac,pastuear (1898)

* காணப்படுவது : பாக்டீரியா, அஸ்காரிஸ், மனியாசிஸ், தாதுக்கள், RBC, தசைகள்

* O2 இல்லாத நிலையில் உணவு முழுமையான ஆக்சிஜனேற்றம் அடையாமல் எத்தனால், அசிட்டிக் அமிலம் அல்லது லாக்டிக் அமிலமாக மாற்றப்படுகின்றது.

* தாவரங்களில் முளைக்கும் விதைகள், பழங்களில் நொதித்தல் வினை நடைபெறுகிறது.

* பூஞ்சை, பாக்டீரியக்களில் இது செல்களுக்கு வெளியே நடக்கின்றது. இது நொதித்தல் (fermentation) எனப்படும்.

* பாக்டீரியா மற்றும் பூஞ்சைகளில் இன்வர்டேஸ், சைமேஸ் என்ற நொதிகள் குளுக்கோஸ் சிதைத்தலில் பயன்படுகின்றது.

* சைமேஸ் என்ற நொதியை முதலில் கண்டறிந்தவர் : புக்னர் (Buchner)

* ATP எதுவும் உற்பத்தி ஆகாது. ஆற்றல் வெப்பத்தின் வழியே வெளியிடப்படும்.

* efficiency = $\dfrac{2ATP}{hexose - lactic acid}$
= $\dfrac{15.2}{47}$ X 100
= 32.3%

நொதிகள் வகைகள் :
1) Alcoholic fermentation ( மிகவும் பழமையான முறை)

2) Lactic acid fermentation ( தயிர் உருவாதல் முறை)

3) Acetic acid fermentation ( காற்று நொதித்தல் முறை )

4) Butyric acid fermentation

காற்று சுவாசம் (Aerobic) :
* நான்கு தெளிவான நிலைகளில் குளுக்கோஸ் ஆக்சிஜனேற்றம் நடக்கின்றது.

* கிளைக்காலிசிஸ் - (எல்லா உயிரினங்களிலும்) - சைட்டோ பிளாசம்

* பைருவிக் அமில ஆக்சிஜனேற்ற கார்பன் நீக்கமடைதல் - மைட்டோகான்ட்ரியா - வெளி பகுதி

* கிரைப் சுழற்சி/TCA சுழற்சி மைட்டோகான்ட்ரியா - மேட்ரிக்ஸ்

* எலக்ட்ரான் கடத்து சங்கிலி / ETC - மைட்டோகான்ட்ரியா - கிரிஸ்டே

கிளைக்கோலைசிஸ் / டிரையாசிஸ் / எம்டன் - மேயர்ஹாப் - பர்னாஸ் பாதை :
* Glyco = சர்க்க ரை; Lysis = பிளப்பு - இனிப்பு பிளப்பு (Splitting of sugars)

* இது சைட்டோபிளாசத்தில் நடக்கும்

* இது காற்றுசுவாசம், காற்றில்லா சுவாசம் இரண்டிலும் நடக்கும்

* O2 எடுத்துக் கொள்ளப்படுவதும் இல்லை, co2 வெளிவிடப்படுவதும் இல்லை .

* 6 கார்பன் சேர்மமான குளுக்கோஸ் 3 கார்பன் கொண்ட இரண்டு மூலக்கூறு.

* பைருவிக் அமிலமாக மாற்றமடையும் நிகழ்ச்சி ஆகும்.

* ஒட்டுமொத்த வினை
C₆ H₁₂O₆ + 2 ATP + 2Pi + 2 NAD -> 2C₃H₄O₃ + 2 ATP + 2NADH₂

* இது இரண்டு வழிகளில் நடக்கின்றது
1) குளுக்கோஸ் பாஸ்பாரிகரணம்
2) ஹெக்சோஸ் நிலை
3) ப்ரக்டோஸ் 1, 6 டைபாஸ்பேட் பிளத்தல் -டிரையோஸ் நிலை

* இது 10 விதமான படிநிலைகளைக்கொண்டது

இது குளுக்கோஸ் சுவாச நிகழ்ச்சியின் மொத்த உற்பத்தியில் 2.3% ஆகும்.

அசிட்டைல் Co - A உருவாக்கம்:(Link / Gateway Reaction)
* பைருவிக் அமில மூலக்கூறுகள் மைட்டோகாண்ட்ரியத்தினுள் செல்கின்றன.

* ஆக்சிஜன் முதன் முறையாக பயன்படுத்தப்பட்டு Co₂ வெளியிடப் படுகின்றது.

* பைருவிக் அமில மூலக்கூறு 2 c கொண்ட அசிட்டைல் Co - A வாக மாற்றப்படுகின்றது.

* இது கார்போஹைட்ரேட் மற்றும் கொழுப்பு வளர்சிதை மாற்றத்தில் பொதுவானது.

* இது கிளைக்கோலைசிஸ்யையும் கிரைப் சுழற்சியும் இணைக்கும் நிகழ்ச்சி ஆகும்.

* பைருவிக் டிஹைட்ரோஜினேஸ் –> பைருவிக் அமிலம் + 2 NAD 2 அசிட்டைல் Co - A + 2 NADH₂ + 2CO₂ TPP, LA, Mg⁺⁺
(TPP-Thiamine Pyro phosphate, LA - Lipoic Acid)

கிரைப் சுழற்சி | TCA சுழற்சி | Tri Corboxylic Acid Cycle / Citric acid Cycle
* S. Hans Kreb 1937 கண்டறிந்தார்.
* இதற்காக 1953 ல் நேபால் பரிசை Lippanan என்பவருடன் பகிர்ந்து பெற்றுக் கொண்டார்.

* இது செல்லின் சக்தி நிலையமான மைட்டோகாண்ட்ரியாவின் மேட்ரிக்ஸ் பகுதியில் நடைபெறுகிறது.

* பைருவிக் அமிலமானது கார்பன்டை ஆக்சைடாகவும், நீராகவும் மாற்றப்படும் போது வரிசையாக நடக்கும் நிகழ்ச்சி.

* இது ஒரு ஆம்பிபோலிக் (அ) இருவகை நிகழ்ச்சி ஆகும். சில மூலக்கூறுகள் சிதைக்கப்படுகின்றன. சில மூலக்கூறுகள் கட்டப்படுகின்றன.

* இந்நிகழ்ச்சிக்கு தேவையான அனைத்து நொதிகளும் மைட்டோகாண்ட்ரியாவில் காணப்படுகின்றன.

* நான்கு இடங்களில் ஆக்சிஜனேற்றம் நிகழ்கின்றது.

* அப்போது மொத்தத்தில் 6 NADH₂ மற்றும் 2 FADH₂ ஆகியவை தோன்றுகின்றன. இதனால் 22 ATP மூலக்கூறுகள் தோன்றுகின்றன. மேலும் தளப்பொருள் பாஸ்பாரிகரணம் மூலம் (சச்சினைல் CoA சச்சினிக் அமிலம்) 2 ATP மூலக்கூறு உருவாகின்றன. எனவே மொத்தம் 24 மூலக்கூறுகள் தோன்றுகின்றன.

* 2 மூலக்கூறு பைரூவிக் அமிலம் -> 2 ATP, 8 NADH, 2 FADH₂

எலக்ட்ரான் கடத்து சங்கிலி / ETS | Electron Transport System :
* இது நான்கு எலக்ட்ரான் ஏற்பிகளை கொண்ட சங்கிலி ஆகும். 1) NAD⁺ - Nicotinamide Adenine Dinucleotide

2) FAD⁺ - Flavin Adenine Dinucleotide

3) CoQ - Co - enzyme Q

4) சைட்டோகுரோம்கள் - Cyt b, Cyt c, Cyt a, Cyt a3

* சிட்ரிக் அமில சுழற்சி முடிவதற்குள் குளுக்கோஸ் மூலக்கூறானது முழுவதுமாக ஆக்சிஜனேற்றம் அடைந்திருக்கும்.

* ஆனால் ஆற்றலானது NADH₂ , FADH₂ ஆகியவை எலக்ட்ரான் கடந்து சங்கிலியால் ஆக்சிஜனேற்றம் அடையும் வரை வெளியிடப்படுவதில்லை.

* இலை 4 சங்கிலி மூலம் ஆக்சிஜனுக்கு எடுத்து செல்லும் போது உயர் ஆற்றல் பாஸ்பேட் பிணைப்பு உண்டாகிறது.

* அதாவது ADP யிலிருந்து ATP உண்டாகிறது. இது ஆக்சிஜனேற்ற பாஸ்பாரி கரணம் (Oxidative Phosphoryllation) எனப்படும்.

காற்று சுவாசத்தில் கிடைக்கும் ஆற்றல்
பெண்டோஸ் பாஸ்பேட் வழித்தடம் / Pentose Phosphate Pathway / PPP / Hexose Mono Phosphate shunt (HMP Stunt) I Warbarg Dickens Pathways
* ஒரு சில தாவரங்கள் மற்றும் சில விலங்கு திசுக்களில் பொதுவான கிளைக்காலிசிஸ் மற்றும் கிரைப் சுழற்சிக்கு பதிலாக மாற்று வழி பாதையில் குளுக்கோஸ் ஆக்சிகரணம் அடைவதை வார்பெர்க் & டிக்கன்ஸ் கண்டறிந்தனர்.

* இது ஆக்சிஜனேற்ற நிலை மற்றும் ஆக்சிஜனேற்றமில்லா என இது இரு முக்கிய நிலை உள்ளது.

* இது சைட்டோபிளாசத்தில் மட்டும் நிகழும்

நிகழ்வு நடக்க காரணம்:
* செல்களில் உயிரினங்களில் நிகழ்விற்கு அதிக NADH₂ தேவைப்படும்போது

* கிளைக்கோலைசிஸ் வேதிபொருட்களால் தடுக்கப்படும் Qumes (iodo acetone, fluorides, arsenates)

* மைட்டோகாண்ட்ரியா மற்ற பணிகளில் வேலை ஆக இருக்கும்பொழுது.

ஆக்சிஜனேற்ற நிலை :
* இது பென்டோஸ் பாஸ்பேட் வழித்தடத்தின் முதற்பகுதியாகும். இதில், குளுகோசானது ஆக்சிஜனேற்றமும் கார்பன் நீக்கமுடையகிறது.

* இதன் விளைவாக பாஸ்போகுளுக்கானிக் அமிலத்தைத் தொடர்ந்து பெண்டோஸ் சர்க்கரை, ரிபுலோஸ் 5 - பாஸ்பேட் ஆக மாற்றமடைகின்றது. இந்த ஆக்ஸிஜனேற்ற நிலையில் முக்கிய அம்சம் NADPH₂ உற்பத்தியாவதாகும். இதில் நிகழும் வினைகள்.

• ஹெக்சோகைனேஸ் எனும் நொதியின் செயல்பாட்டினால் குளுக்கோஸ் பரிஸ்பரிகரணமடைந்து குளுகோஸ் - 6- பாஸ்பேட்டாக மாறுகிறது.

• குளுக்கோஸ் - 6 - பாஸ்பேட்டானது ஆக்சிஜனேற்றமடைந்து பாஸ்போகுளுகோனோலேக்டான் ஆக மாறுகிறது. ஆப்போது NADPH⁺ ஆனது NADPH₂ ஆக ஒடுக்கமடைகிறது.

• இந்த வினையில் குளுகோஸ் - 6 - பாஸ்பேட் டிஹைட்ரஜனேஸ் என்னும் நொதி ஈடுபடுகிறது.

• 6 பாஸ்போகுளுக்கொனோலேக்டோன் நீராற்பகுப்புக்கு உட்படுத்தப்பட்டு, 6 - பாஸ்போகுளுகோனிக் அமிலமாக மாறுகிறது. இந்த வினையில் குளுகோனோலேக்டோனேஸ் எனும் நொதி ஈடுபடுகிறது.

• 6 - பாஸ்போ குளுக்கோனிக் அமிலம் ஆக்சிஜனேற்றம் கார்பன் நீக்கமடைந்து ரிபுலோஸ் 5 பாஸ்பேட்டாக (Ru5P) மாறுகிறது.

• NADPH⁺ ஆனது NADPH₂ ஆக ஒடுக்கமடைகிறது. வெளியாகிறது. இந்த நிகழ்ச்சியில் 6 பாஸ்போ குளுக்கோனிக் டிஹைட்ரஜனேஸ் என்னும் நொதி பங்கு பெறுகிறது.

ஆக்சிஜனேற்றமில்லா நிலை :
• இந்தப் பகுதியில் 3c, 4c, 5c மற்றும் 7C கார்பன்களைக் கொண்ட பாஸ்பரிகரணமடைந்த சர்க்கரைகள் இடைப் பொருட்களாக உண்டா கின்றன.

• அவையான பாஸ்போகிளி சரால்டிஹைடு (3c), எரித்ரோஸ் பாஸ்பேட் 4(c), சைலுலோஸ் பாஸ்பேட் (5c) மற்றும் செடோ ஹெப்டுலோஸ் (7c) பாஸ்பேட் என்பனவாகும்.

• ஆறு குளுக்கோஸ் பாஸ்பேட் மூலக்கூறுகள் இந்த வழித்தடத்தில் ஈடுபட்டு ஆக்சினேற்றமடைகின்றன. ஆறு மூலக்கூறுகள் 4-ம் வினையின்படி வெளியிடப் படுகின்றன.

• 2-ம் மற்றும் 4-ம் வினைகளின் படி 12 NADPH₂ உண்டாகின்றன. வேறொரு வகையில் ஆக்சிஜனேற்றத்திற்குப் பின்னர், ஒரு மூலக்கூறு CO2யும் 12 மூலக்கூறு NADPH₂வையும் தோற்றுவிக்கின்றன.

• சுருக்கமாக ஆறு குளுக்கோஸ் மூலக்கூறுகளில் ஒன்று முழுதுமாக ஆக்சிஜனேற்றமடைகிறது. மற்ற ஐந்து மூலக்கூறுகள், 3c, 4c, 5c மற்றும் 70- கார்பன் சர்க்கரை இடைச்சேர்மங்களாக மாறுகின்றன.

• இந்த சேர்மகளிலிருந்து ஐந்து குளுக்கோஸ் 6 - பாஸ்பேட் மீண்டும் மூலக்கூறுகள் உருவாக்கப்படுகின்றன.

பெண்டோஸ் பாஸ்பேட் வழித்தடத்தின் முக்கியத்துவம் :
• இது கார்போஹைட்ரேட் சிதைவுக்கு மாற்று வழியாகும்.

• இதில் NADPH₂ மூலக்கூறுகள் உண்டாகின்றன.இவை செல்பொருட்கள் பலவற்றின் உற்பத்தியில் ஒடுக்கிகளாகப் பயன்படுகின்றன. NADPH₂ ஏற்படுவது ATP உற்பத்தியோடு இணைக்கப்பட்டது அல்ல.

• நியூக்ளிக் அமிலங்களை உற்பத்தி செய்யத் தேவையான ரைபோஸ் சர்க்கரை இந்த வழித்தடத்தின் மூலம் கிடைக்கிறது.

• அரோமேடிக் சேர்மங்களை உற்பத்தி செய்வதற்குத் தேவையான எரித்ரோஸ் பாஸ்பேட் இதிலிருந்து கிடைக்கிறது.

• இந்த வழித்தடத்தில் உருவாகும் Ru5P (ரிபுலோஸ் - 5 - பாஸ்பேட்) ஒளிச்சேர்க்கையின் போது CO₂ஐ நிலைநிறுத்த பயன்படுகிறது.

சுவாச ஈவு :
• சுவாசித்தலின் போது வெளியிடப்படும் co2 பயன்படுத்தப்படும் ஆக்சிஜனுக்கும் இடையே உள்ள வீதமே சுவாச ஈவு எனப்படும்.
சுவாச ஈவு = $ \dfrac{வெளிப்படும் CO2 அளவு}{பயன்படுத்தப்படும் O2 அளவு} $

(i)கார்போஹைட்ரேட்டின் சுவாச ஈவு :
C₆H₁₂O₆(குளுக்கோஸ்)+ 6O₂ -> 6CO₂ +6H₂O+ ஆற்றல்.
குளுக்கோஸின் ஈவு = $ \dfrac{6 மூலக்கூறு CO2}{6 மூலக்கூறு O2} $

(ii) கரிம அமிலத்தின் சுவாச ஈவு :
C₄H₆O₅( மாலிக் அமிலம்) -> CO₂ +3H₂O+ ஆற்றல்.
சுவாச ஈவு = $ \dfrac{4 மூலக்கூறு CO2}{3 மூலக்கூறு O2} $ = 1.33

(iii)கொழுப்பு அமிலத்தின் சுவாச ஈவு :
C₁₆H₃O₂(பாமிடிக் அமிலம்) + 11 O₂ -> C₁₂H₂₂O₁₁(சுக்ரோஸ்) +4 CO₂ +5H₂O+ ஆற்றல்.
பாமிடிக் அமிலம் சுவாச ஈவு = $ \dfrac{4 மூலக்கூறு CO2}{11 மூலக்கூறு O2} $ = 0.36

காற்றிலா சுவாசத்தின் சுவாச ஈவு :
* காற்றிலா சுவாசத்தில் கார்பன் டை ஆக்சைடு வெளியிடப்படுகிறது ஆனால் O2 பயன்படுத்தப்படுவதில்லை. இதில் சுவாச ஈவு முடிவுற்றதாக உள்ளது.
(எ-கா)

சுவாச ஈவு = $ \dfrac{2 CO2}{சுழி மூலக்கூறு O2} $ = ∝ (முடிவற்றது)

சமநிலைப் புள்ளி : * co₂ வின் எந்த செறிவு நிலையில் ஒளிச்சேர்க்கையானது சுவாசித்தலுக்கு | இருக்கிறதோ அது கார்பன் டை ஆக்ஸைடு சமநிலைப்புள்ளி எனப்படும். Co₂ வின் சம நிலைப்புள்ளி நிலையில் ஒளிச்சேர்க்கைக்கு எடுத்துக் கொள்ளப்படும் CO₂ வின் அளவு, சுவாசித்தலில் வெளிவிடப்படும் CO₂ அளவிற்கு சமமாகும் இந்த நிலையில் ஒளிச்சேர்க்கையின் நிகர உற்பத்தி ஏதுமில்லை.