गोएथे यूनिवर्सिटी फ्रैंकफर्ट, यूनिवर्सिटी ऑफ मारबर्ग और स्टॉकहोम विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों की एक टीम ने सेलुलर श्वसन के एक प्राचीन तंत्र को स्पष्ट किया है। उस अंत तक, उन्होंने बैक्टीरिया का अध्ययन किया जो गैसों के कार्बन डाइऑक्साइड और हाइड्रोजन पर फ़ीड करते हैं, और उन्हें एसिटिक एसिड में बदल देते हैं – एक चयापचय मार्ग जो विकास में बहुत जल्दी उभरा। अंतर्राष्ट्रीय टीम अब इस रहस्य को हल करने में सक्षम है कि कैसे रोगाणु ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए इस प्रक्रिया का उपयोग करते हैं। उनके निष्कर्ष भी एक और कारण के लिए दिलचस्प हैं: चूंकि सूक्ष्मजीव CO2 को अपने वातावरण से हटाते हैं, इसलिए उन्हें जलवायु परिवर्तन के खिलाफ लड़ाई में आशा के एक बीकन के रूप में देखा जाता है।
जानवरों, पौधों और कई अन्य जीवित जीवों ने ऑक्सीजन को “जला” (तकनीकी रूप से: ऑक्सीकरण) को सह में चीनी की तरह संकलित किया2 और पानी-एक प्रक्रिया जिसके दौरान ऊर्जा-समृद्ध अणु एटीपी का उत्पादन किया जाता है। कोशिकाओं को महत्वपूर्ण प्रतिक्रियाओं को शक्ति देने के लिए एटीपी की आवश्यकता होती है। हमारे ग्रह के अस्तित्व के शुरुआती चरण में, हालांकि, पृथ्वी के वायुमंडल में अभी तक कोई ऑक्सीजन नहीं थी। फिर भी, प्राचीन बैक्टीरिया का अध्ययन जो आज भी ऑक्सीजन के बिना पारिस्थितिक तंत्र में होता है, जैसे कि समुद्र के तल पर गर्म स्प्रिंग्स में, सुझाव देते हैं कि श्वसन का एक विशेष रूप तब भी मौजूद हो सकता था।
ये सूक्ष्मजीव कार्बन डाइऑक्साइड और हाइड्रोजन को एसिटिक एसिड में “श्वसन” करते हैं। मेटाबोलिक मार्ग जिसके साथ वे ऐसा करते हैं, उन्हें कुछ समय के लिए जाना जाता है। अब तक अनुत्तरित होने वाला प्रश्न यह है कि वे एटीपी का उत्पादन करने के लिए इस प्रक्रिया का उपयोग कैसे करते हैं। वर्तमान अध्ययन अब एक उत्तर प्रदान करता है। “हम यह दिखाने में सक्षम थे कि एसिटिक एसिड का उत्पादन स्वयं एक परिष्कृत तंत्र को सक्रिय करता है, जिसके हिस्से के रूप में सोडियम आयनों को पर्यावरण में बैक्टीरिया कोशिका से बाहर पंप किया जाता है,” गोएथे यूनिवर्सिटी फ्रैंकफर्ट में आणविक माइक्रोबायोलॉजी और बायोएनेरगेटिक्स के अध्यक्ष प्रो। वोल्कर मुलर बताते हैं। “यह सेल के अंदर सोडियम एकाग्रता को कम करता है, जिससे सेल लिफाफा आयनों के लिए एक प्रकार के बांध की तरह काम करता है। एक बार इस बांध को खोलने के बाद, सोडियम आयन सेल में वापस बहते हैं, एक प्रकार का आणविक टरबाइन चलाता है जो एटीपी उत्पन्न करता है।”
सेल श्वसन एंजाइम कुछ साल पहले अलग -थलग था
आरएनएफ कॉम्प्लेक्स के रूप में जाना जाने वाला विभिन्न प्रोटीनों का एक समूह इस प्रक्रिया में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। ये प्रोटीन काफी हद तक बैक्टीरियल सेल के आसपास की झिल्ली के अंदर एम्बेडेड हैं। “कॉम्प्लेक्स इतना संवेदनशील है कि हम केवल कुछ साल पहले इसे अलग करने में सक्षम थे,” मुलर ने जोर दिया। जब कार्बन डाइऑक्साइड एसिटिक एसिड बनाने के लिए हाइड्रोजन के साथ प्रतिक्रिया करता है, तो इलेक्ट्रॉनों को हाइड्रोजन से कार्बन परमाणु में विभिन्न मध्यवर्ती चरणों की एक श्रृंखला के माध्यम से स्थानांतरित किया जाता है, जिसमें आरएनएफ कॉम्प्लेक्स एक मध्यस्थ भूमिका निभाता है: यह इलेक्ट्रॉनों पर ले जाता है और गुजरता है।
वर्तमान अध्ययन में, वैज्ञानिकों ने अब दिखाया है कि इस प्रक्रिया के दौरान वास्तव में क्या होता है। स्ट्रक्चरल बायोलॉजिस्ट अनुज कुमार-मुलर के रिसर्च ग्रुप के साथ-साथ मार्बर्ग विश्वविद्यालय में डॉ। जान शुलर दोनों में एक पीएचडी छात्र-क्रायो-इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के रूप में जाना जाने वाला एक परिष्कृत विधि का उपयोग किया गया था, जिसके हिस्से के रूप में शुद्ध आरएनएफ कॉम्प्लेक्स के रूप में एसिटोबैक्टीरियम अस्तित्व में है जीवाणु “शॉक-फ्रोजेन” था और फिर एक वाहक प्लेट पर टपक गया। इस प्रक्रिया में बर्फ की एक पतली फिल्म बनाई जाती है, जिसमें लाखों आरएनएफ कॉम्प्लेक्स होते हैं जिन्हें इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग करके देखा जा सकता है। चूंकि वे टपकने की प्रक्रिया के दौरान वाहक प्लेट पर अलग -अलग तरीके से गिरते हैं, इसलिए माइक्रोस्कोप के नीचे उनमें से विभिन्न पक्षों को देखना संभव है।
“इन छवियों को एक तीन-आयामी में जोड़ा जा सकता है, जिसने हमें जटिल की संरचना में एक सटीक अंतर्दृष्टि प्रदान की-विशेष रूप से वे भाग जो इलेक्ट्रॉनों के हस्तांतरण के लिए आवश्यक हैं,” कुमार बताते हैं। विभिन्न अंतरालों में ली गई छवियों के विश्लेषण से पता चलता है कि कठोर होने से दूर, जटिल के व्यक्तिगत घटक गतिशील रूप से आगे और पीछे चलते हैं। यह इलेक्ट्रॉन वाहक को लंबी दूरी को पाटने और अपने कार्गो पर गुजरने की अनुमति देता है।
मौलिक रूप से नया तंत्र
सवाल बना रहा: इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह सोडियम आयनों के बहिर्वाह को कैसे चलाता है? स्टॉकहोम विश्वविद्यालय में प्रो। डॉ। विले केला के कार्य समूह द्वारा एक आणविक गतिशीलता सिमुलेशन सिमुलेशन ने इस प्रश्न का प्रारंभिक उत्तर प्रदान किया। एक महत्वपूर्ण भूमिका झिल्ली के बीच में स्थित लोहे और सल्फर परमाणुओं के एक समूह द्वारा निभाई जाती है, जो एक इलेक्ट्रॉन लेने के बाद, नकारात्मक रूप से चार्ज हो जाती है। म्यूलर के रिसर्च ग्रुप में एक डॉक्टरेट उम्मीदवार जेनिफर रोथ बताते हैं, “सेल के अंदर से सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए सोडियम आयनों को इस क्लस्टर के लिए एक चुंबक की तरह खींचा जाता है।” “बदले में यह आकर्षण प्रोटीन को लोहे-सल्फर क्लस्टर के चारों ओर स्थानांतरित करने का कारण बनता है, एक रॉकर स्विच की तरह: वे झिल्ली के बाहर के लिए एक उद्घाटन करते हैं, जिसके माध्यम से सोडियम आयनों को एक बार फिर जारी किया जाता है।”
ROTH RNF प्रोटीन में विशिष्ट आनुवंशिक परिवर्तन करके इस प्रक्रिया की पुष्टि करने में सक्षम था। तथ्य यह है कि इस मौलिक रूप से नए तंत्र को स्पष्ट किया जा सकता है, तीन विश्वविद्यालयों के बीच सफल सहयोग के लिए एक वसीयतनामा है। परिणामों को और भी दिलचस्प बनाना सूक्ष्मजीवों की सह को अवशोषित करने की क्षमता है2 एसिटिक एसिड उत्पादन प्रक्रिया के दौरान उनके वातावरण से। उदाहरण के लिए, इस क्षमता का उपयोग औद्योगिक अपशिष्ट उत्सर्जन से ग्रीनहाउस गैसों को हटाने के लिए किया जा सकता है। यह रासायनिक उद्योग के लिए मूल्यवान शुरुआती सामग्री प्रदान करते हुए एक साथ जलवायु परिवर्तन को धीमा करने में मदद कर सकता है। “एक बार जब हम जानते हैं कि बैक्टीरिया प्रक्रिया में ऊर्जा कैसे उत्पन्न करते हैं, तो हम इस प्रक्रिया को इस तरह से अनुकूलित करने में सक्षम हो सकते हैं जो हमें उच्च-गुणवत्ता वाले अंतिम उत्पादों का उत्पादन करने की अनुमति देगा,” मुलर की आशा है। निष्कर्ष भी समान श्वसन एंजाइमों के साथ रोगजनकों के खिलाफ नई दवाओं के लिए शुरुआती बिंदु प्रदान कर सकते हैं।
