রাতের খাবার শেষ করে জানালার পাশে চেয়ার নিয়ে বসে শৈলী এবং তিথি গল্প করছে, এটা বলা যেতে পারে ওদের নিত্যদিনের কাজ।
শৈলী এবং তিথি মেডিকেল স্টুডেন্ট, তারা হোস্টেলে একসাথেই থাকে।
“আচ্ছা তিথি আমরা যে খাবার খেলাম এটাও নিশ্চয়ই Respiratory chain এর মাধ্যমে শক্তিতে রূপান্তরিত হবে।”
শৈলী এবং তিথি আজ Respiratory chain সম্পর্কে জেনেছে। আমরা যেসব খাদ্য গ্রহণ করে থাকি তা পরবর্তীতে শক্তিতে রূপান্তরিত হয়। কিভাবে এই খাদ্যগুলো অন্ত্রে শোষণের পর সর্বশেষ শক্তিতে রূপান্তরিত হয়, কোথায় প্রক্রিয়াটি মূলত সংগঠিত হয়, কি কি ধাপ অতিক্রম করার মাধ্যমে শক্তি উৎপন্ন হয় এইসব নিয়েই দুজনের আজ বেশ গল্প জমেছে। এই গল্প এবং প্রশ্নের মাধ্যমেই আজ দুইজন Respiratory chain এর খুঁটিনাটি সম্পর্কে জানবে।
তিথি : আমরা খাবারের সাথে যে উপাদান গুলো গ্রহণ করেছি, অর্থাৎ এই জটিল Carbohydrate, protein, lipid biomolecules গুলো Digestion প্রক্রিয়ার মাধ্যমে End product (সরল উপাদান) বা Building blocks এ রূপান্তরিত হয়। এই Building blocks গুলো আবার ভেঙে দুই কার্বন বিশিষ্ট Common intermediate compound এ রূপান্তরিত হয়।
শৈলী : হ্যাঁ, যদি সহজ ভাষায় বলি, দুই কার্বন বিশিষ্ট Acetyl Co A তৈরি হয় এবং TCA cycle এ এই Acetyl CoA, series of chemical steps এ ভেঙে CO2 এবং জারণের মাধ্যমে 2H (reducing equivalents) অপসারণ করে, যে প্রক্রিয়াকে আমরা বলে থাকি Dehydrogenation। তিথি বলতো এই TCA cycle কোথায় হয়ে থাকে?
তিথি : TCA cycle is carried out in the matrix of intracellular structures called mitochondria. শৈলী বলতো,
Dehydrogenation প্রক্রিয়ায় এই Reducing equivalents গুলো কি কাজে লাগে?
শৈলী : Oxidized co enzyme NAD এবং FAD বিজারণ প্রক্রিয়ায় 2H গ্রহণের মাধ্যমে Reduced co enzyme NAD2H এবং FAD2H এ রূপান্তরিত হয়।
তিথি : ঠিক, আর এই Reduced coenzyme NAD2H এবং FAD2H পরবর্তীতে তাদের Reducing equivalents (2H) respiratory chain এ Transfer করে দেয় যা পরবর্তীতে বিভিন্ন প্রক্রিয়ার মাধ্যমে (water) এবং ATP উৎপন্ন করে।
শৈলী : তাহলে তো Dehydrogenation কিংবা Respiratory chain প্রক্রিয়ার জন্য Oxidized co enzymes (NAD, FAD) খুবই গুরুত্বপূর্ণ। কিন্তু সেক্ষেত্রে যেহেতু NAD এর জন্য Niacin এবং FAD এর জন্য Riboflavin প্রয়োজন যা মূলত আমরা Diet এর মাধ্যমে পাই ফলে এক্ষেত্রে প্রতিবন্ধকতার সৃষ্টি হতে পারে, তখন কি হবে?
তিথি : কেন! মনে পড়ছে না স্যার একটি মজার বিকল্প প্রক্রিয়ার কথা বলেছিলেন,
🔖 The reduced coenzyme once formed must immediately be recycled back to their oxidised form at cellular level so that they can participate in biological oxidation again and again.
শৈলী : ও হ্যাঁ, মনে পড়েছে। বাহ্ তিথি তোমার লেকচার খুব ভালো মনে আছে দেখছি, Respiratory chain এর Definition টা মনে আছে?
তিথি : হ্যাঁ বলছি,
🔖 Respiratory chain is the final common pathway composed of hydrogen and electron carrier molecules which receive hydrogen from reduced co enzymes and transport them finally to moleculer oxygen to form water and ATP.
একে Electron transport chain (ETC) ও বলা হয়ে থাকে।
শৈলী : হ্যাঁ ঠিক আর এখানে Hydrogen carriers হলো NAD, FAD, FMN,
co enzyme Q (Ubiquinone) এবং Electron carriers হলো Cytochrome b, cytochrome c1, cytochrome c, cytochrome aa3।
তিথি : হ্যাঁ আর এই Component গুলো পাঁচটি Complex এ বিন্যস্ত থাকে,
🔖 Complex-I : FMN & it’s enzyme, NADH dehydrogenase.
Complex-II : FAD & it’s enzyme, succinate dehydrogenase.
Complex-III : Cyt. b & cyt. c1
Complex-IV : Cyt. aa3 (cytochrome
oxidase).
Complex-V : ATP synthase.
শৈলী : Respiratory chain এ এই Component গুলো কিভাবে সাজানো থাকে?
তিথি : মূলত দুইভাবে সাজানো থাকে, যদি NAD থেকে শুরু হয় তাহলে Sequence হয়-
NAD > FMN > co enzyme Q > cyt.b > cyt.c1 > cyt. c > cyt aa3
আর যদি, FAD থেকে শুরু হয় তাহলে Sequence হয়-
FAD > co enzyme Q > cyt. b > cyt. c1 > cyt. c > cyt. aa3
শৈলী : কিন্তু তিথি এই Sequence টা কিসের উপর ভিত্তি করে হয় জানো?
তিথি : হ্যাঁ, Redox potential এর উপর ভিত্তি করে।
শৈলী : ও হ্যাঁ বুঝতে পেরেছি, আমার Redox potential মনে আছে,
🔖 Redox potential is the tendency of a
substance to lose or accept electron
or hydrogen.
Component গুলো Redox potential অনুসারে More negative to more positive sequence এ সাজানো থাকে। যেমন : Redox potential of 1st component (NAD/ NADH) is -0.32 volt and of last component (cyt. aa3) is + 0.82 volt।
তিথি : হ্যাঁ ঠিক, আর এখানে More negative means more tendency to lose hydrogen or electron এবং More positive means more tendency to accept hydrogen or electron। অর্থাৎ এভাবেই 1st Component, electron বা Hydrogen ত্যাগ করে এবং পরবর্তী Component গ্রহণ করে, ফলে Electron বা Hydrogen respiratory chain এর সন্মুখদিকে অগ্রসর হতে পারে।
শৈলী : ভালো বলেছ বিষয়টা একদম সহজ হয়ে গেল। তাহলে নিশ্চয়ই যে দুটি Hydrogen atom respiratory chain এ প্রবেশ করল, এরাও এই Sequence অনুসারে অগ্রসর হবে।
তিথি : হ্যাঁ, এজন্যই তো স্যার বলেছিলেন, Hydrogen atom NAD2H থেকে FMN হয়ে Co enzyme Q এ আসে, কিন্তু FAD2H থেকে সরাসরি Co enzyme Q এ আসে।
শৈলী : আর Co enzyme Q এ এসে Hydrogen atom দুটি Electron এবং দুটি Proton এ বিভক্ত হয়।
তিথি : এক্ষেত্রে Proton দুটি Body fluid এ ভাসমান থাকে, এবং Electron pair electron carriers এর মাধ্যমে Respiratory chain এর সম্মুখে দিকে অগ্রসর হয়। সবশেষে Electron respiratory chain এর সর্বশেষ Component (cyt. aa3) তে পৌঁছায়।
শৈলী : অতঃপর Cyt. aa3 বা Cytochrome oxidase দুটি Electron এবং দুটি Proton এর Reassociation এর মাধ্যমে দুটি Hydrogen atom উৎপন্ন হওয়ার প্রক্রিয়াকে Facilitate করে এবং উপস্থিত One atom of oxygen এর সাথে Two atom of hydrogen এর Condensation কে প্রভাবিত করে ফলে H2O (water) উৎপন্ন হয়।
তিথি : হ্যাঁ ঠিক, কিন্তু শৈলী Respiratory chain এর Purpose তো
🔖1. Oxidation of reduced co enzymes.
🔖 2. Production of water &
🔖 3. Production of ATP.
কিন্তু এখানে ATP production কখন হবে?
শৈলী : মূলত Hydrogen atom কিংবা Electron হলো Energy rich substance তাই যখন এরা Respiratory chain এর মাধ্যমে সন্মুখদিকে অগ্রসর হয় তখন অধিক পরিমাণে শক্তি বিমুক্ত হয়, যার 60 % তাপ এবং 40% ATP তে রূপান্তরিত হয়।
🔖 Basically, there are 3 sites of ATP
synthesis.
- Complex – I, prior to co enzyme Q.
- Complex – III, just after the co enzyme Q.
- Complex – IV, the terminal component of ETC.
এবং এখানে,
NAD2H = 3 ATP
FAD2H = 2 ATP, উৎপন্ন হয়।
তিথি : হ্যাঁ কারণ, FAD2H সরাসরি Co enzyme Q এর সাথে সংযুক্ত হয় ফলে Site- 1 of ATP synthasis এখানে অনুপস্থিত থাকে।
শৈলী : হ্যাঁ, একদম ঠিক। বলো তো What is the site of respiratory chain?
তিথি : All mitochondria containing cells.
শৈল : আর, What is the compartment of respiratory chain?
তিথি : Inner surface of inner mitochondrial membrane.
শৈলী : আর Nature?
তিথি : Catabolic. বলো তো, What are the rate limiting enzyme?
শৈলী : Cytochrome oxidase & ATP synthase.
তিথি : Correct! আচ্ছা, শৈলী Inhibitor গুলো মনে আছে?
শৈলী : হ্যাঁ মনে আছে, বলছি,
🔖 Inhibitors of respiratory chain are:
1. Barbiturates.
2. Dimercaprol.
3. Inhibitors of cytochrome oxidase (e.g. cyanide,hydrogen sulfide, carbonmonoxide ).
তিথি : বলো তো Impairment of respiratory chain হলে কি কি Clinical disorder হতে পারে?
শৈলী : সেক্ষেত্রে Cellular ATP deficiency হবে, যা CNS, cardiac muscle, skeletal muscle, kidney, এবং Liver এর মত গুরুত্বপূর্ণ অঙ্গসমূহকে Affect করতে পারে।
🔖 Clinical Disorders :
1. Hypoxic cell injury
2. Mitochondrial myopathy
3. Mitochondrial neuropathy
4. Mitochondrial encephalopathy
5. Stroke & Epilepsy
6. Renal dysfunction
Reference :
✒️ Hoque M. abc of medical biochemistry. 7th edition. Dhaka: Dr. Parveen Sultana; 2020. chapter- 09, Introduction to Metabolism and Biological Oxidation, p: 153 - 156.
✒️ Ferrier D. R. Lippincott's Illustrated Reviews: Biochemistry. 6th edition. Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins, Wolters Kluwer; 2014. chapter - 06, Bioenergetics and Carbohydrate Metabolism, p: 144 - 148.Platform Academic Division/
Ohia Farzin Raha,
CARe Medical College,
session : 2019-20.