कोशिकीय श्वसन (Cellular Reapiration)-कोशिकाओं में मोज्य पदार्थों के जैव-रासायनिक ऑक्सीकरण को कोशिकीय श्वसन या अन्तःश्वसन कहते हैं। यह ऑक्सी या अनॉक्सीश्वसन हो सकता है।
हीमोग्लोबिन
(Haemoglobin)
सभी कशेरुकी जन्तुओं को लाल रुधिराणुओं में एक लौहयुक्त श्वसन वर्णक (pigment) हीमोग्लोबिन (haemoglobin) होता है। मनुष्य के रक्त में हीमोग्लोबिन की सामान्य मात्रा 15 ग्राम प्रति 100 मिलो रक्त होती है। हीमोग्लोबिन में हीम (haem), नामक वर्णक तथा ग्लोबिन (globin) नामक प्रोटीन होती है। हीमोग्लोबिन में `O_2` तथा `CO_2` के संयोजन की क्षमता होती है। कुछ अकशेरुको जन्तुओं में हीमोग्लोबिन रक्त, प्लाज्मा में घुला रहता है। जैसे-एनीलिडा संघ के जन्तुओं में। हीमोग्लोबिन मुख्यतया ऑक्सीजन परिवहन में सहायक होता है।
कोशिकीय श्वसन में श्वसन गैसों का परिवहन
(Transportation of Respiratory Gases in Cellular Respiration)
श्वसन गैसें प्रमुखत: दो होती हैं -
(I) ऑक्सीजन (Oxygen) तथा (II) कार्बन डाइऑक्साइड (Carbon dioxids)
बाहरी वातावरण से ऑक्सीजन का ऊतकों तक पहुँचना
(Transportation of Oxygen from External Atmosphere to Tissues)
बाहरी वातावरण से अन्तःश्वसन (inspiration) द्वारा वायु फेफड़ों की वायु कूपिकाओं (alveoli) में भर जाती है। इन कूपिकाओं की भित्ति में रुधिर केशिकाओं का जाल पाया जाता है। कूपिकाओं की वायु से ऑक्सीजन रुधिर में विसरित होती है। ऑक्सीजन तथा कार्बन डाइऑक्साइड गैसों का विनिमय फेफड़ों को कूपिका तथा केशिकाओं के अन्दर सान्द्रता के कारण उत्पन्न दाब पर आधारित होता है। कूपिका की वायु में `O_2` का दाब 100 से 104 mm Hg तथा रुधिर केशिकाओं में `CO_2` का दाव 45-46 mm Hg होता है। इसके परिणामस्वरूप `O_2` तथा `CO_2` का विनिमय हो जाता है।
I. ऑक्सीजन का रुधिर द्वारा परिवहन (Transportation of Oxygen by Blood)
लगभग 3% ऑक्सीज़न रुधिर के प्लाज्मा (plasma) में घुलकर कार्बोनिक अम्ल `(H_2CO_3)` बनाती है। शेष ऑक्सीजन लाल रुधिर कणिकाओं (RBCs) की हीमोग्लोबिन से मिलकर ऑक्सीहीमोग्लोबिन (oxyhaemoglobin) नामक अस्थायीं । यौगिक बनाती है
`Hb + 4O_2rarr Hb(O_2)4`
हीमोग्लोबिन लौहयुक्त एक जटिल प्रोटीन (conjugated protein) श्वसन वर्णक पदार्थ है। इसमें ऑक्सीजन संवहन . की विशेष क्षमता होती है। एक अणु हीमोग्लोबिन ऑक्सीजन के चार अणुओं का परिवहन कर सकता है। एक ग्राम हीमोग्लोबिन लगभग 1.34 मिली `O_2` का संवहन करता है। सामान्य व्यक्ति में प्रति 100 मिली रुधिर में हीमोग्लोबिन की मात्रा औसतन 16 ग्राम होती है। इस प्रकार 100 मिली शुद्ध रुधिर के ऑक्सीहीमोग्लोबिन में लगभग 20 मिली ऑक्सीजन होती है।
ऑक्सीहीमोग्लोबिन का विघटन (Dissociation of Oxyhaemoglobin)-ऑक्सीहीमोग्लोबिन के ऑक्सीजन व हीमोग्लोविन में विघटित होने से ऊतकों को ऑक्सीजन की प्राप्ति होती है। ऑक्सीहीमोग्लोबिन का विघटन अम्लीयता पर निर्भर करता है। ऊतकों में अम्लीयता कार्बोनिक अम्ल (carbonic acid) के कारण होती है। रुधिर परिसंचरण द्वारा ऑक्सीहीमोग्लोबिन के ऊतकों में पहुंचने पर अम्लीय माध्यम के कारण इसका ऑक्सीजन तथा हीमोग्लोबिन में विघटन हो जाता है।
`Hb(O_2)_(4) rarr Hb+4O_(2)uarr`
ऑक्सीहीमोग्लोबिन के विघटन से विमुक्त `O_2` ऊतक कोशिकाओं में प्रवेश कर संचित खाद्य पदार्थों का ऑक्सीकरण करती है तथा हीमोग्लोबिन स्वतंत्र होकर पुनः ऑक्सीजन के संयोग हेतु तैयार हो जाता है।
II. कार्बन डाइऑक्साइंड का रुधिर द्वारा परिवहन (Transportation of Carbon dloxide by Blood)
ऊतकों में संचित खाद्य पदार्थों के ऑक्सीकरण से उत्पन्न कार्बन डाइऑक्साइड विसरण द्वारा रुधिर केशिकाओं में चली जाती है। रुधिर. द्वारा इसका परिवहन श्वसनांगों तक निम्नलिखित तीन प्रकार से होता है-
1. प्लाज्मा में घुलकर (Dissolved in flasrna) लगभग 7-8% कार्बन डाइऑक्साइड का परिवहन रक्त प्लाज्मा में घुलकर कार्बोनिक.अम्ल `(H_2CO_3) `के रूप में होता है।
2. बाइकानिट्स के रूप में (In the form of Bicarbonates)-लगभग 70% कार्बन डाइऑक्साइड का परिवहन बाइकार्बोनेट्स के रूप में होता है।
प्लाज्मा के अन्दर कार्बोनिक अम्ल का निर्माण धीमी गति से होता है। अत: कार्बन डाइऑक्साइड का अधिकांश भाग (939) लाल रुधिराणुओं में विसरित हो जाता है। इसमें से 23% कार्बन डाइऑक्साइड हीमोग्लोबिन से क्रिया करके कार्बोक्सीहीमोग्लोबिन तथा लगभग 70%, `CO_2` से बाइकार्बोनेट्स का निर्माण हो जाता है। लाल रुधिराणुओं में कार्बोनिक एनहाइड्रेज एन्जाइम को उपस्थिति में कार्बोनिक अम्ल का निर्माण होता है। यह शीघ्र ही हाइड्रोजन आयन तथा बाइकार्बोनेट आयंन्स में टूट जाता है।
`CO_2+H_2Ounderset("एन्जाइम")overset("कार्बोनिक एनहाइड्रेज")rarrH_2CO_3rarrH^(+)underset("बाइकार्योनेट")(HCO_3^(-))`
प्लाज्मा में, कार्बोनिक एनहाइड्रेज एन्जाइम अनुपस्थित होता है। अत: प्लाज्मा में बाइकार्बोनेट कम मात्रा में बनता है। बाइकार्बोनेट आयन `(HCO_3^(-))` लाल रुधिराणुओं के पोटैशियम आयन `(K^(+))` तथा प्लाज्मा के सोडियम आयन `(Na^(+))` से क्रिया करके क्रमशः पोटैशियम तथा सोडियम बाइकार्बोनट बनाता है।
(i) प्लाज्मा में `HCO_3^(-)+Na^(+)rarrunderset("सोडियम बाइकानिट ")(NaHCO_3)`
(ii) लाल रुधिराणुओं में - `HCO_3^(-)+K^(+) rarrunderset("पोटैशियम बाइकार्बोनेट")(KHCO_3)`
क्लोराइड शिफ्ट या हैम्बर्गर परिघटना (Chloride Shift or Hambergur Phenomenon)- सामान्य pH तथा विद्युत तटस्थता (electric neutrality) बनाए रखने के लिए जितने बाइकार्बोनेट आयन रुधिर कणिकाओं से प्लाज्मा में आते हैं, उतने ही क्लोराइड आयन `(CI^(-))` रुधिर कणिकाओं में जाकर उसकी पूर्ति करते हैं। इस क्रिया के फलस्वरूप प्लाज्मा में बाइकार्बोनेट तथा लाल रुधिर कणिकाओं में क्लोराइड आयनों का जमाव हो जाता है। इस क्रिया को क्लोराइड शिफ्ट (chloride shift) कहते हैं। श्वसन तल पर प्रक्रियाएँ विपरीत दिशा में होती है जिससे `CO_2` मुक्त होकर वायुमण्डल में चली जाती है।
3. कार्बोक्सीहीमोग्लोबिन के रूप में (In the form of Carboxy haemoglobin) कार्बन डाइऑक्साइड का . लगभग 28% भाग लाल रुधिर कणिकाओं के होमोग्लोबिन से मिलकर अस्थायी यौगिक बनाता है
हीमोग्लोबिन `+ CO_2 rarr` कार्बोक्सीहीमोग्लोबिन
सोडियम तथा पोटैशियम के बाइकार्बोनेट्स तथा कार्बोक्सीहीमोग्लोबिन आदि पदार्थों से युक्त अशुद्ध रुधिर ऊतकों और अंगों से शिराओं द्वारा हृदय में पहुंचता है। हृदय से यह रुधिर फुफ्फुस धमनियों द्वारा फेफड़ों में शुद्ध होने के लिए जाता है।
फेफड़ों में ऑक्सीजन की अधिक मात्रा होने के कारण रुधिर की हीमोग्लोबिन ऑक्सीजन से मिलकर ऑक्सीहीमोग्लोबिन बनाती है। ऑक्सीहीमोग्लोबिन, हीमोग्लोबिन की अपेक्षा अधिक अम्लीय होता है। ऑक्सीहीमोग्लोबिन के अम्लीय होने के कारण श्वसन सतह पर बाइकाबोनेट्स तथा कार्बोनिक अम्ल का विखण्डन (decomposition) होता है
(i) `2NaHCO_3underset("की अम्लीयता")overset("ऑक्सीहीमोग्लोबिन") rarr Na_(2)CO_(3)+H_2O+CO_2uarr`
(ii) `2KHCO_3underset("की अम्लीयता")overset("ऑक्सीहीमोग्लोबिन") rarr K_2CO_3+H_2O+CO_2uarr`
(iii) `H_2CO_3 rarrH_2O+CO_2uarr`
कार्बोक्सोहीमोग्लोबिन तथा प्लाज्मा प्रोटीन के रूप में बने अस्थायी यौगिक भी ऑक्सीजन से संयोजित होकर कार्बन °डाइऑक्साइड को मुक्त कर देते हैं ।
(iv) कार्बोक्सीहीमोग्लोबिन `rarr` हीमोग्लोबिन `+CO_2uarr`
उपयुक्त प्रकार से मुक्त हुई कार्बन डाइऑक्साइड रुधिर केशिकाओं तथा वायुकोष्ठकों (alveoli) की पतली दीवार से विसरित होकर फेफड़ों में पहुँचती है जहाँ से यह उच्छ्वास द्वारा बाहर निकाल दी जाती है।
