सक्रिय परिवहन

सक्रिय परिवहन एक ऐसी प्रक्रिया है जिसके द्वारा अणुओं को सांद्रता ग्रेडिएंट के विरुद्ध कोशिका झिल्ली पार कराया जाता है, जिसके लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है। यह कोशिकीय होमियोस्टेसिस बनाए रखने और पोषक तत्वों, आयनों तथा अन्य अणुओं को कोशिका के अंदर और बाहर ले जाने के लिए आवश्यक है।

सक्रिय परिवहन के लिए आवश्यक ऊर्जा ATP के जल-विघटन से प्राप्त होती है, जो सांद्रता ग्रेडिएंट के विरुद्ध अणुओं को स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा प्रदान करता है। सक्रिय परिवहन के दो मुख्य प्रकार होते हैं: प्राथमिक सक्रिय परिवहन और द्वितीयक सक्रिय परिवहन।

प्राथमिक सक्रिय परिवहन में, ATP का सीधा उपयोग अणुओं को झिल्ली पार करने के लिए किया जाता है। प्राथमिक सक्रिय परिवहन का एक उदाहरण सोडियम-पोटैशियम पंप है, जो ATP का उपयोग कर तीन सोडियम आयनों को कोशिका से बाहर और दो पोटैशियम आयनों को कोशिका के अंदर पंप करता है।

द्वितीयक सक्रिय परिवहन में, प्राथमिक सक्रिय परिवहन द्वारा निर्मित विद्युत-रासायनिक ग्रेडिएंट में संचित ऊर्जा का उपयोग अन्य अणुओं को स्थानांतरित करने के लिए किया जाता है। द्वितीयक सक्रिय परिवहन का एक उदाहरण ग्लूकोज-सोडियम परिवहन प्रणाली है, जो सोडियम-पोटैशियम पंप द्वारा बनाए गए सोडियम ग्रेडिएंट का उपयोग कर ग्लूकोज को कोशिका के अंदर पहुँचाती है।

सक्रिय परिवहन कोशिकीय कार्य और होमियोस्टेसिस बनाए रखने के लिए अत्यंत आवश्यक है, जिससे कोशिकाएँ अपने आंतरिक वातावरण को नियंत्रित कर सकती हैं और बाह्य वातावरण में होने वाले परिवर्तनों का उत्तर दे सकती हैं।

सक्रिय परिवहन क्या है?

सक्रिय परिवहन

सक्रिय परिवहन अणुओं का एक कोशिका झिल्ली के पार सांद्रता प्रवाह के विरुद्ध गति है, जिसके लिए कोशिका से ऊर्जा आगत की आवश्यकता होती है। यह प्रक्रिया पोषक तत्वों, आयनों और अन्य अणुओं के अवशोषण के लिए आवश्यक है जो कोशिकीय कार्य के लिए आवश्यक हैं। सक्रिय परिवहन कोशिका से अपशिष्ट उत्पादों को हटाने में भी शामिल है।

सक्रिय परिवहन के दो मुख्य प्रकार हैं:

• प्राथमिक सक्रिय परिवहन ATP जल अपघटन से सीधे ऊर्जा का उपयोग करता है ताकि अणुओं को झिल्ली के पार ले जाया जा सके। प्राथमिक सक्रिय परिवहन का एक उदाहरण सोडियम-पोटैशियम पंप है, जो ATP का उपयोग कर कोशिका से सोडियम आयनों को बाहर और पोटैशियम आयनों को अंदर पंप करता है।
• द्वितीयक सक्रिय परिवहन एक विद्युत-रासायनिक प्रवाह में संचित ऊर्जा का उपयोग करता है ताकि अणुओं को झिल्ली के पार ले जाया जा सके। द्वितीयक सक्रिय परिवहन का एक उदाहरण ग्लूकोज-सोडियम सहपरिवहक है, जो सोडियम-पोटैशियम पंप द्वारा बनाए गए सोडियम प्रवाह का उपयोग कर ग्लूकोज को कोशिका में परिवहित करता है।

सक्रिय परिवहन सभी कोशिकाओं के लिए एक आवश्यक प्रक्रिया है। यह कोशिकाओं को अपने आंतरिक वातावरण को बनाए रखने और बाह्य वातावरण में होने वाले परिवर्तनों का उत्तर देने की अनुमति देता है।

सक्रिय परिवहन के उदाहरण

• सोडियम-पोटैशियम पंप प्राथमिक सक्रिय परिवहन का एक उदाहरण है। यह पंप ATP का उपयोग करके सोडियम आयनों को कोशिका से बाहर और पोटैशियम आयनों को कोशिका के अंदर पंप करता है। सोडियम-पोटैशियम पंप कोशिका के विश्राम विभव को बनाए रखने और कोशिका के आयतन को नियंत्रित करने के लिए आवश्यक है।
• ग्लूकोज-सोडियम सिम्पोर्टर द्वितीयक सक्रिय परिवहन का एक उदाहरण है। यह सिम्पोर्टर सोडियम-पोटैशियम पंप द्वारा बनाए गए सोडियम ग्रेडिएंट का उपयोग करके ग्लूकोज को कोशिका में परिवहित करता है। ग्लूकोज-सोडियम सिम्पोर्टर ग्लूकोज के अपटेक के लिए आवश्यक है, जो कोशिका की ऊर्जा का मुख्य स्रोत है।
• कैल्शियम पंप सक्रिय परिवहन का एक उदाहरण है जो कोशिका के अंदर कैल्शियम स्तर के नियमन में शामिल है। कैल्शियम पंप ATP का उपयोग करके कैल्शियम आयनों को कोशिका से बाहर पंप करता है। कैल्शियम पंप कैल्शियम अधिभार को रोकने के लिए आवश्यक है, जो कोशिका मृत्यु का कारण बन सकता है।

सक्रिय परिवहन सभी कोशिकाओं के लिए एक आवश्यक प्रक्रिया है। यह कोशिकाओं को उनके आंतरिक वातावरण को बनाए रखने और बाह्य वातावरण में परिवर्तनों का जवाब देने की अनुमति देता है।

सक्रिय परिवहन के प्रकार

सक्रिय परिवहन के प्रकार

सक्रिय परिवहन सांद्रता ग्रेडिएंट के विरुद्ध कोशिका झिल्ली के पार अणुओं की गति है, जिसके लिए कोशिका से ऊर्जा इनपुट की आवश्यकता होती है। सक्रिय परिवहन के तीन मुख्य प्रकार होते हैं:

1. प्राथमिक सक्रिय परिवहन अणुओं को झिल्ली पार ले जाने के लिए सीधे ATP जल अपघटन से ऊर्जा का उपयोग करता है। प्राथमिक सक्रिय परिवहन का एक उदाहरण सोडियम-पोटैशियम पंप है, जो हर दो पोटैशियम आयनों के भीतर पंप किए जाने पर तीन सोडियम आयनों को कोशिका से बाहर पंप करने के लिए ATP का उपयोग करता है। यह झिल्ली के पार सोडियम और पोटैशियम आयनों की सांद्रता ग्रेडिएंट बनाता है, जिसका उपयोग अन्य रूपों के सक्रिय परिवहन को चलाने के लिए किया जाता है।

2. द्वितीयक सक्रिय परिवहन झिल्ली के पार अन्य अणुओं को ले जाने के लिए आयन ग्रेडिएंट में संग्रहीत ऊर्जा का उपयोग करता है। द्वितीयक सक्रिय परिवहन का एक उदाहरण ग्लूकोज-सोडियम सहपरिवहक है, जो सोडियम-पोटैशियम पंप द्वारा बनाए गए सोडियम ग्रेडिएंट का उपयोग ग्लूकोज को कोशिका में परिवहित करने के लिए करता है। सोडियम आयन सहपरिवहक प्रोटीन से बंधते हैं, जिससे इसका आकार बदलता है और ग्लूकोज के बंधने की अनुमति मिलती है। सहपरिवहक फिर से आकार बदलता है, ग्लूकोज को कोशिका में और सोडियम आयनों को बाह्यकोशिकीय स्थान में छोड़ता है।

3. समूह विस्थापन सक्रिय परिवहन का एक प्रकार है जिसमें एक अणु एक वाहक प्रोटीन से सहसंयोजक बंधन द्वारा जुड़ता है और फिर झिल्ली पार परिवहित होता है। समूह विस्थापन का एक उदाहरण बैक्टीरिया में ग्लूकोज का परिवहन है। ग्लूकोज अणु एक प्रोटीन काइनेज द्वारा फॉस्फोरिलेट होता है, और ग्लूकोज-6-फॉस्फेट को फिर एक वाहक प्रोटीन द्वारा झिल्ली पार परिवहित किया जाता है।

सक्रिय परिवहन कोशिकाओं के जीवित रहने के लिए आवश्यक है। यह कोशिकाओं को बाहरी वातावरण भिन्न होने पर भी एक उचित आंतरिक वातावरण बनाए रखने की अनुमति देता है। सक्रिय परिवहन कोशिकाओं को पोषक तत्वों को ग्रहण करने और अपशिष्ट उत्पादों को बाहर निकालने में भी सहायक होता है।

सक्रिय परिवहन के उदाहरण

• सोडियम-पोटैशियम पंप प्राथमिक सक्रिय परिवहन का एक उदाहरण है। यह ATP का उपयोग करके हर दो पोटैशियम आयनों के अंदर जाने पर तीन सोडियम आयनों को कोशिका से बाहर पंप करता है। यह झिल्ली के पार सोडियम और पोटैशियम आयनों की सांद्रता ग्रेडिएंट बनाता है, जिसका उपयोग अन्य प्रकार के सक्रिय परिवहन को संचालित करने के लिए किया जाता है।
• ग्लूकोज-सोडियम सिम्पोर्टर द्वितीयक सक्रिय परिवहन का एक उदाहरण है। यह सोडियम-पोटैशियम पंप द्वारा बनाए गए सोडियम ग्रेडिएंट का उपयोग करके ग्लूकोज को कोशिका में परिवहित करता है। सोडियम आयन सिम्पोर्टर प्रोटीन से बाइंड करते हैं, जिससे इसका आकार बदलता है और ग्लूकोज के बाइंड करने की अनुमति मिलती है। सिम्पोर्टर फिर से अपना आकार बदलता है, ग्लूकोज को कोशिका के अंदर और सोडियम आयनों को बाह्यकोशिकीय स्थान में छोड़ता है।
• बैक्टीरिया में ग्लूकोज का परिवहन समूह स्थानांतरण का एक उदाहरण है। ग्लूकोज अणु को एक प्रोटीन किनेस द्वारा फॉस्फोरिलेट किया जाता है, और फिर ग्लूकोज-6-फॉस्फेट को एक वाहक प्रोटीन द्वारा झिल्ली के पार परिवहित किया जाता है।

सक्रिय परिवहन का महत्व

सक्रिय परिवहन कोशिकाओं के जीवित रहने के लिए आवश्यक है। यह कोशिकाओं को यह अनुमति देता है कि वे बाहरी वातावरण भिन्न होने पर भी उचित आंतरिक वातावरण बनाए रखें। सक्रिय परिवहन कोशिकाओं को पोषक तत्वों को ग्रहण करने और अपशिष्ट उत्पादों को बाहर निकालने में भी सहायक होता है।

विद्युत-रासायनिक ढाल

विद्युत-रासायनिक ढाल

विद्युत-रासायनिक ढाल एक झिल्ली पार करने वाली विद्युत विभव और रासायनिक सांद्रता में अंतर होता है। यह विद्युत रसायनशास्त्र की एक मूलभूत अवधारणा है और कई जैविक प्रक्रियाओं—जैसे ATP का उत्पादन, झिल्लियों के पार आयनों की गति और तंत्रिका तंत्र का कार्य—को समझने के लिए अत्यावश्यक है।

विद्युत-रासायनिक ढाल के घटक

एक विद्युत-रासायनिक ढाल दो घटकों से बना होता है:

• विद्युत विभव ढाल: यह झिल्ली पार विद्युत विभव में अंतर होता है। इसे वोल्ट (V) में मापा जाता है।
• रासायनिक सांद्रता ढाल: यह झिल्ली पार किसी रासायनिक प्रजाति की सांद्रता में अंतर होता है। इसे मोल प्रति लीटर (M) में मापा जाता है।

नेर्न्स्ट समीकरण

नेर्न्स्ट समीकरण एक गणितीय समीकरण है जो विद्युत विभव ढाल और रासायनिक सांद्रता ढाल के बीच संबंध को वर्णित करता है। यह निम्नलिखित समीकरण द्वारा दिया गया है:

E = E° - (RT / zF) ln([C]o/[C]i)

जहाँ:

• E वोल्ट्स (V) में विद्युत विभव प्रवणता है
• E° वोल्ट्स (V) में मानक विद्युत विभव प्रवणता है
• R आदर्श गैस नियतांक है (8.314 J/mol·K)
• T केल्विन (K) में निरपेक्ष तापमान है
• z रासायनिक प्रजाति की संयोजकता है
• F फैराडे नियतांक है (96,485 C/mol)
• [C]o झिल्ली के बाहर रासायनिक प्रजाति की सांद्रता है (M)
• [C]i झिल्ली के अंदर रासायनिक प्रजाति की सांद्रता है (M)

विद्युत-रासायनिक प्रवणताओं के उदाहरण

जैविक तंत्रों में विद्युत-रासायनिक प्रवणताओं के कई उदाहरण हैं। कुछ सबसे महत्वपूर्ण इस प्रकार हैं:

• आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली के पार प्रोटॉन प्रवणता: यह प्रवणता इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला द्वारा उत्पन्न होती है और ATP संश्लेषण को संचालित करने के लिए उपयोग होती है।
• प्लाज्मा झिल्ली के पार सोडियम-पोटैशियम प्रवणता: यह प्रवणता सोडियम-पोटैशियम पंप द्वारा उत्पन्न होती है और झिल्ली के पार अन्य आयनों और अणुओं के परिवहन को संचालित करने के लिए उपयोग होती है।
• सार्कोप्लाज्मिक रेटिकुलम झिल्ली के पार कैल्शियम प्रवणता: यह प्रवणता कैल्शियम पंप द्वारा उत्पन्न होती है और मांसपेशी संकुचन को ट्रिगर करने के लिए उपयोग होती है।

निष्कर्ष

विद्युत-रासायनिक प्रवणताएं कई जैविक प्रक्रियाओं के लिए आवश्यक हैं। वे ऊर्जा को संग्रहित और मुक्त करने, झिल्लियों के पार आयनों और अणुओं के परिवहन, और कोशिकीय प्रतिक्रियाओं को ट्रिगर करने का एक तरीका प्रदान करती हैं।

पादपों में सक्रिय परिवहन

सक्रिय परिवहन अणुओं का कोशिका झिल्ली के पार सांद्रता ग्रेडिएंट के विरुद्ध गति है, जिसके लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है। पौधों में सक्रिय परिवहन पोषक तत्वों के अवशोषण, जल परिवहन और आयन होमियोस्टेसिस सहित विभिन्न जैविक प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। यहाँ पौधों में सक्रिय परिवहन की अधिक गहराई से व्याख्या और उदाहरण दिए गए हैं:

1. पोषक तत्वों का अवशोषण:

• पौधे मिट्टी से नाइट्रोजन, फॉस्फोरस और पोटैशियम जैसे आवश्यक पोषक तत्वों को अवशोषित करते हैं।
• सक्रिय परिवहन तंत्र, जैसे प्रोटॉन पंप, जड़ कोशिका झिल्लियों के पार प्रोटॉन ग्रेडिएंट बनाते हैं।
• यह प्रोटॉन ग्रेडिएंट पोषक तत्वों को उनकी सांद्रता ग्रेडिएंट के विरुद्ध जड़ कोशिकाओं में सह-परिवहन करने को प्रेरित करता है।
• उदाहरण के लिए, नाइट्रेट आयनों (NO3-) का अवशोषण नाइट्रेट/प्रोटॉन सह-परिवाहक से जुड़े सक्रिय परिवहन प्रणाली के माध्यम से होता है।

2. जल परिवहन:

• सक्रिय परिवहन पौधों के ऊतकों में जल की गति में शामिल होता है।
• जड़ों में आयनों का सक्रिय परिवहन एक विलेय सांद्रता ग्रेडिएंट बनाता है, जिससे जल का ऑस्मोसिस के माध्यम से जड़ कोशिकाओं में प्रवेश होता है।
• इस प्रक्रिया, जिसे जल का सक्रिय अवशोषण कहा जाता है, का पौधे के जल अवशोषण और ऊपरी भागों तक परिवहन में महत्वपूर्ण योगदान होता है।

3. आयन होमियोस्टेसिस:

• पौधे अपनी कोशिकाओं के भीतर आयनों के एक सूक्ष्म संतुलन को बनाए रखते हैं ताकि उचित कार्य सुनिश्चित हो सके।
• सक्रिय परिवहन तंत्र, जैसे कि आयन पंप, इस आयन होमियोस्टेसिस को बनाए रखने में मदद करते हैं।
• उदाहरण के लिए, प्लाज्मा झिल्ली H+-ATPase पंप हाइड्रोजन आयनों (H+) को कोशिका से बाहर सक्रिय रूप से परिवहित करता है, जिससे एक विद्युत-रासायनिक प्रवाहग्रादient बनता है जो अन्य आयनों, जैसे पोटैशियम (K+) और क्लोराइड (Cl-), के अवशोषण को प्रेरित करता है।

4. स्टोमेटल गति:

• स्टोमाटा पौधों की पत्तियों पर छोटे छिद्र होते हैं जो गैस विनिमय को नियंत्रित करते हैं।
• स्टोमाटा के खुलने और बंद होने में आयनों, विशेष रूप से पोटैशियम आयनों (K+), का सक्रिय परिवहन शामिल होता है।
• जब स्टोमाटा खुलते हैं, तो K+ आयनों को गार्ड कोशिकाओं में सक्रिय रूप से परिवहित किया जाता है, जिससे जल अवशोषण और टर्गर दबाव में वृद्धि होती है, जिससे स्टोमाटा खुलते हैं।
• इसके विपरीत, जब स्टोमाटा बंद होते हैं, तो K+ आयनों को गार्ड कोशिकाओं से बाहर सक्रिय रूप से परिवहित किया जाता है, जिससे जल हानि और टर्गर दबाव में कमी होती है, जिससे स्टोमाटा बंद होते हैं।

5. फ्लोएम परिवहन:

• सक्रिय परिवहन स्रोत (जैसे पत्तियों) से सिंक (जैसे जड़ें, फल, या भंडारण अंगों) तक शर्करा और अन्य पोषक तत्वों के स्थानांतरण के लिए आवश्यक है जो फ्लोएम के माध्यम से होता है।
• फ्लोएम में सहायक कोशिकाएं सक्रिय रूप से सुक्रोज को सीव नलिकाओं में परिवहित करती हैं, जिससे एक सांद्रता प्रवाहग्रादient बनता है जो फ्लोएम के माध्यम से जल और पोषक तत्वों की गति को प्रेरित करता है।

ये उदाहरण पौधों में विभिन्न शारीरिक प्रक्रियाओं में सक्रिय परिवहन के महत्व को दर्शाते हैं। ATP जल अपघटन से ऊर्जा का उपयोग करते हुए, पौधे अणुओं को सांद्रता ग्रेडिएंट के विरुद्ध स्थानांतरित कर सकते हैं, जिससे कुशल पोषक तत्वों का अवशोषण, जल परिवहन, आयन होमियोस्टेसिस और वृद्धि तथा जीवित रहने के लिए आवश्यक अन्य कार्य सुनिश्चित होते हैं।

सक्रिय परिवहन के उदाहरण

सक्रिय परिवहन अणुओं का सांद्रता ग्रेडिएंट के विरुद्ध कोशिका झिल्ली के पार गति है, जिसके लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है। यह प्रक्रिया कोशिकीय होमियोस्टेसिस बनाए रखने और पोषक तत्वों, आयनों तथा अन्य अणुओं को कोशिका के अंदर और बाहर स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक है। यहाँ सक्रिय परिवहन के कुछ उदाहरण दिए गए हैं:

1. सोडियम-पोटैशियम पंप:

• सोडियम-पोटैशियम पंप एक प्रोटीन समूह है जो सभी जानवरों की कोशिकाओं की कोशिका झिल्ली में पाया जाता है।
• यह तीन सोडियम आयनों को कोशिका से बाहर और दो पोटैशियम आयनों को कोशिका के अंदर ATP जल अपघटन से प्राप्त ऊर्जा का उपयोग करते हुए सक्रिय रूप से स्थानांतरित करता है।
• यह पंप विश्राम झिल्ली विभव को बनाए रखने और कोशिकीय आयतन को नियंत्रित करने में मदद करता है।

2. कैल्शियम पंप:

• कैल्शियम पंप एक प्रोटीन है जो पेशी कोशिकाओं के सार्कोप्लाज्मिक रेटिकुलम और अन्य कोशिकाओं के एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम में स्थित होता है।
• यह साइटोसोल से ER या SR में कैल्शियम आयनों को सक्रिय रूप से स्थानांतरित करता है, साइटोसोलिक कैल्शियम स्तर को कम करता है और पेशियों को शिथिल करता है।
• यह प्रक्रिया पेशी संकुचन और विश्राम चक्रों के लिए महत्वपूर्ण है।

3. प्रोटॉन पंप:

• प्रोटॉन पंप विभिन्न प्रकार की कोशिकाओं की झिल्लियों में पाए जाते हैं, जिनमें गैस्ट्रिक पैराइटल कोशिकाएं और लाइसोसोम शामिल हैं।
• वे सक्रिय रूप से हाइड्रोजन आयनों (प्रोटॉनों) को झिल्ली के पार परिवहित करते हैं, जिससे एक pH ग्रेडिएंट बनता है।
• गैस्ट्रिक पैराइटल कोशिकाओं में, यह ग्रेडिएंट पेट के ल्यूमेन में हाइड्रोक्लोरिक एसिड के स्राव में मदद करता है, जो पाचन में सहायक होता है।

4. आंत की कोशिकाओं में ग्लूकोज परिवहन:

• आंत की कोशिकाएं सक्रिय परिवहन का उपयोग करके छोटी आंत के ल्यूमेन से ग्लूकोज को अवशोषित करती हैं।
• सोडियम-ग्लूकोज कोट्रांसपोर्टर (SGLT1) सोडियम आयनों के उनके सांद्रता ग्रेडिएंट के अनुरूप परिवहन को ग्लूकोज के ऊपर की ओर परिवहन से जोड़ता है।
• यह तंत्र ग्लूकोज को रक्तप्रवाह में उच्च सांद्रता ग्रेडिएंट के विरुद्ध भी अवशोषित करने की अनुमति देता है।

5. मल्टीड्रग प्रतिरोध पंप:

• मल्टीड्रग प्रतिरोध पंप कुछ कैंसर कोशिकाओं और जीवाणु कोशिकाओं की झिल्लियों में पाए जाते हैं।
• वे सक्रिय रूप से दवाओं और विषाक्त पदार्थों की एक विस्तृत श्रृंखला को कोशिकाओं से बाहर परिवहित करते हैं, जिससे कीमोथेरेपी और एंटीबायोटिक्स की प्रभावशीलता कम हो जाती है।
• इससे दवा प्रतिरोध और उपचार विफलता हो सकती है।

ये उदाहरण सक्रिय परिवहन की विविध भूमिकाओं को कोशिकीय कार्य और होमियोस्टेसिस बनाए रखने में दर्शाते हैं। ATP हाइड्रोलिसिस से ऊर्जा का उपयोग करके, कोशिकाएं सांद्रता ग्रेडिएंट के विरुद्ध अणुओं को स्थानांतरित कर सकती हैं, जिससे पोषक तत्वों की उचित खपत, अपशिष्ट उत्पादों की हटाना और कोशिकीय प्रक्रियाओं का नियमन सुनिश्चित होता है।