कोशिका — जीवन की इकाई: प्रोकैरियोट, कोशिकांग व झिल्ली
यह अध्याय कक्षा 11 के लगभग किसी भी अन्य अध्याय से अधिक NEET प्रश्न वहन करता है, और वह एक विशेष ढंग से पूछा जाता है: कौन-सी संरचना का कौन-सा गुण है। "माइटोकॉन्ड्रिया क्या करता है" नहीं, बल्कि "किन कोशिकांगों में DNA है", "कौन द्विझिल्लीय हैं", "कौन किसी झिल्ली से घिरे ही नहीं हैं"। अतः इसे सीखने का लाभप्रद ढंग कोशिकांग-दर-कोशिकांग नहीं, गुण-दर-गुण है — चार छोटी सूचियाँ बनाइए (द्विझिल्ली, अपना DNA व राइबोसोम, झिल्ली नहीं, केवल पादप) और अध्याय का अधिकांश स्वयं उत्तर दे देता है। नीचे एक व्यवस्थापक विचार चलता है: कोशिकांग की संरचना किसी संभार-तंत्र समस्या का समाधान है। माइटोकॉन्ड्रिया को पृष्ठ क्षेत्रफल चाहिए, अतः उसकी भीतरी झिल्ली मुड़ती है। लयनकाय को कोशिका को पचाए बिना पाचन करना है, अतः वह बंद अम्लीय थैली है। जिस समस्या का समाधान हो रहा है उसे पढ़िए और संरचनाएँ मनमानी लगना बंद कर देती हैं।
कोशिका सिद्धांत व प्रोकैरियोटी कोशिका
- रॉबर्ट हुक (1665) ने कॉर्क की काट में सर्वप्रथम कोशिकाएँ देखीं व नामित कीं — वस्तुतः मृत कोशिका भित्तियाँ। ल्यूवेनहॉक ने सर्वप्रथम जीवित कोशिकाएँ देखीं।
- श्लाइडेन (1838, पादप) व श्वान (1839, प्राणी) ने मिलकर कोशिका सिद्धांत दिया: सभी जीवित वस्तुएँ कोशिकाओं से बनी हैं।
- विरचो (1855) ने छूटा आधा भाग जोड़ा — ऑम्निस सेल्युला-ए सेल्युला, कोशिकाएँ केवल पूर्ववर्ती कोशिकाओं से बनती हैं। यही वह भाग है जिसे मूल सिद्धांत नहीं समझा सका और जिसे परीक्षक पूछते हैं।
- धारण योग्य कीर्तिमान: सबसे छोटी कोशिका — माइकोप्लाज़्मा, लगभग 0.3 µm; सबसे बड़ी पृथक् एककोशिका — शुतुरमुर्ग का अंडा; सबसे लंबी कोशिका — तंत्रिका कोशिका; सबसे बड़ी मानव कोशिका — अंडाणु।
| लक्षण | प्रोकैरियोटी | यूकैरियोटी |
|---|---|---|
| केंद्रक | केंद्रक झिल्ली नहीं — अनावृत DNA का केंद्रकाभ | द्विआवरण व छिद्रों सहित वास्तविक केंद्रक |
| आनुवंशिक पदार्थ | एकल वृत्तीय गुणसूत्र; प्रायः अतिरिक्त प्लाज़्मिड | हिस्टोन सहित अनेक रैखिक गुणसूत्र |
| राइबोसोम | 70S = 50S + 30S | 80S = 60S + 40S (परंतु माइटोकॉन्ड्रिया व हरितलवक के भीतर 70S) |
| झिल्लीबद्ध कोशिकांग | अनुपस्थित — श्वसन एंज़ाइम मीसोसोम पर, जो जीवद्रव्य झिल्ली की अंतर्वलन हैं | उपस्थित — पूरा अंतःझिल्ली तंत्र, माइटोकॉन्ड्रिया, लवक |
| कोशिका भित्ति | पेप्टिडोग्लाइकन; माइकोप्लाज़्मा में अनुपस्थित | पादपों में सेल्युलोस, कवकों में काइटिन, प्राणियों में अनुपस्थित |
| कशाभ | तंतु, अंकुश व आधारीय कण; घूमता है, 9+2 नहीं | 9+2 अक्षसूत्र; घूमने के स्थान पर आघात करता है |
⚠️ अंतर्विष्ट कण, पिली, फ़िम्ब्री — तीन प्रोकैरियोटी विवरण जो अंक देते हैं
जीवाणुओं के तीन छोटे तथ्य असामान्य नियमितता से पूछे जाते हैं। अंतर्विष्ट कण — फॉस्फेट कणिकाएँ, सायनोफाइसी कणिकाएँ, ग्लाइकोजन कणिकाएँ व गैस रिक्तिकाएँ — संचित भंडार हैं जो कोशिकाद्रव्य में मुक्त पड़े रहते हैं और किसी झिल्ली से घिरे नहीं होते; "जीवाणुओं में झिल्लीबद्ध संचय कण" देने वाला प्रश्न ठीक यही जाँच रहा है। पिली विशेष प्रोटीन से बनी लंबी नलिकाकार संरचनाएँ हैं, और फ़िम्ब्री छोटे रोमनुमा प्रवर्ध हैं जो जीवाणु को चट्टानों अथवा परपोषी ऊतक से चिपकने में सहायता करते हैं — इनमें कोई गमन अंग नहीं, यही जाल है, क्योंकि आरेख में दोनों छोटे कशाभ जैसे दिखते हैं। और कोशिका आवरण बाहर से भीतर पढ़ी जाने वाली तीन परतें हैं: ग्लाइकोकैलिक्स → कोशिका भित्ति → जीवद्रव्य झिल्ली, जो साथ मिलकर एक ही रक्षी इकाई का कार्य करती हैं। जातियों के बीच ग्लाइकोकैलिक्स ही मोटाई व रसायन में भिन्न होती है, जो ग्राम-धनात्मक व ग्राम-ऋणात्मक अभिरंजन अनुक्रिया देती है।जीवद्रव्य झिल्ली व परिवहन
स्वीकृत प्रतिरूप सिंगर व निकोल्सन (1972) का तरल मोज़ेक प्रतिरूप है। फॉस्फोलिपिड का द्विस्तर स्वयं को ध्रुवीय शीर्ष बाहर तथा जलविरोधी पुच्छ भीतर रखकर व्यवस्थित करता है — यह व्यवस्था जल में स्वतः बनती है और उसे किसी यंत्र की आवश्यकता नहीं। प्रोटीन अणु उसमें मोज़ेक रूप में बैठते हैं: समग्र प्रोटीन द्विस्तर में आंशिक अथवा पूर्ण रूप से धँसे, तथा परिधीय प्रोटीन सतह पर। निर्णायक गुण लिपिड की अर्ध-तरल प्रकृति है, जो परत के भीतर पार्श्व गति होने देती है, और वही तरलता झिल्ली की वृद्धि, कोशिका विभाजन, स्रावण व अंतर्ग्रहण को संभव बनाती है।
| मार्ग | ऊर्जा चाहिए? | दिशा व वाहक |
|---|---|---|
| सरल विसरण | नहीं — निष्क्रिय | सांद्रता प्रवणता के अनुदिश, कोई वाहक नहीं। केवल उदासीन, अध्रुवीय विलेय |
| परासरण (जल) | नहीं | जल अधिक सांद्र विलयन की ओर चलता है |
| सुगम परिवहन | नहीं | प्रवणता के अनुदिश परंतु वाहक प्रोटीन द्वारा — ध्रुवीय अणु इसी प्रकार पार करते हैं |
| सक्रिय परिवहन | हाँ — ATP | प्रवणता के विरुद्ध, पंप प्रोटीन द्वारा — Na⁺/K⁺ पंप मानक उदाहरण है |
🎯 ध्रुवीय अणु सरलता से विसरित क्यों नहीं हो सकता, और उसका कोशिका को क्या मूल्य पड़ता है
द्विस्तर का भीतरी भाग हाइड्रोकार्बन पुच्छों की परत है — रासायनिक रूप से वह तेल है। ऑक्सीजन अथवा कार्बन डाइऑक्साइड जैसा अध्रुवीय अणु तेल में घुल जाता है और मुक्त रूप से पार करता है, इसीलिए गैस विनिमय हेतु किसी प्रोटीन की आवश्यकता नहीं। ध्रुवीय अथवा आवेशित कण — कोई शर्करा, कोई ऐमीनो अम्ल, कोई सोडियम आयन — उस तेलीय भीतरी भाग में प्रवेश नहीं कर सकता, और कितना ही सांद्रता-अंतर उसे नहीं बदलता। अतः कोशिका को प्रत्येक ध्रुवीय अणु के परिवहन का मूल्य चुकाना पड़ता है: गति ढलान की ओर हो तो वाहक प्रोटीन से, और चढ़ाई की ओर हो तो वाहक तथा ATP से। आगे ले जाने योग्य दो परिणाम। अतः झिल्ली अर्धपारगम्य के स्थान पर वरणात्मक पारगम्य है — वह केवल आकार से नहीं छाँटती, वह रसायन से छाँटती है, और यह भेद सीधे पूछा जाता है। और कोशिका के पूरे ऊर्जा बजट का बड़ा भाग सक्रिय परिवहन पर जाता है, इसीलिए Na⁺/K⁺ पंप तंत्रिका अध्याय में इस कारण रूप में पुनः आता है कि विश्रामी तंत्रिका कोशिका को केवल तैयार रहने हेतु ATP खर्च करते रहना पड़ता है।कोशिकांग, गुण अनुसार समूहित
| गुण | सदस्य | यह क्यों महत्वपूर्ण है |
|---|---|---|
| द्विझिल्ली | माइटोकॉन्ड्रिया, हरितलवक (व सभी लवक), केंद्रक | द्विझिल्लीय संरचनाएँ गिनाते समय अभ्यर्थी केंद्रक को ही भूलते हैं |
| अपना DNA + 70S राइबोसोम | केवल माइटोकॉन्ड्रिया व हरितलवक — अर्ध-स्वायत्त, विखंडन से विभाजित | अंतःसहजीवी उत्पत्ति तर्क का आधार |
| कोई झिल्ली नहीं | राइबोसोम, केंद्रिका, तारककाय, कोशिका कंकाल, जीवाणुई अंतर्विष्ट कण | निश्चित प्रश्न। केंद्रिका केंद्रक के भीतर है परंतु उसकी अपनी कोई झिल्ली नहीं |
| केवल पादप कोशिकाओं में | कोशिका भित्ति, लवक, बड़ी केंद्रीय रिक्तिका (आयतन के 90% तक); उच्च पादपों में तारककाय अनुपस्थित | प्राणी कोशिकाओं में उसके स्थान पर तारककाय व स्पष्ट लयनकाय होते हैं |
| कोशिकांग | संरचना | कार्य व परीक्षा-योग्य विवरण |
|---|---|---|
| माइटोकॉन्ड्रिया | द्विझिल्ली; भीतरी झिल्ली क्रिस्टी में मुड़ती है; भीतर आधात्री | वायवीय श्वसन व ATP — शक्तिगृह। क्रिस्टी ATP-संश्लेषी संकुलों हेतु पृष्ठ क्षेत्रफल गुणित करने के लिए हैं |
| हरितलवक | ग्रैना में स्तरित थाइलैकॉइड, तथा स्ट्रोमा व स्ट्रोमा पटलिकाएँ | थाइलैकॉइड पर प्रकाश अभिक्रियाएँ, स्ट्रोमा में अप्रकाश अभिक्रियाएँ — यह विभाजन प्रकाश-संश्लेषण में पुनः आता है |
| अंतर्द्रव्यी जालिका | खुरदरी ER पर राइबोसोम; चिकनी ER पर नहीं | RER → प्रोटीन संश्लेषण; SER → लिपिड व स्टेरॉइड संश्लेषण। एक-शब्दीय भेद ही पूरा प्रश्न है |
| गॉल्जी उपकरण | चपटी कुंडिकाएँ; ER के निकट उन्नतोदर सिस (निर्माणी) सतह, अवतल ट्रांस (परिपक्वन) सतह | पैकेजिंग व प्रेषण; प्रोटीन व लिपिड का ग्लाइकोसिलीकरण यहीं होता है |
| लयनकाय | एकल झिल्ली, अम्लीय भीतरी भाग, जलअपघटनी एंज़ाइमों से भरा | अंतःकोशिकीय पाचन — "आत्मघाती थैली"; एंज़ाइम केवल निम्न pH पर कार्य करते हैं, जो कोशिका की सुरक्षा-कुंडी है |
| राइबोसोम | RNA व प्रोटीन की दो उपइकाइयाँ; कोई झिल्ली नहीं | प्रोटीन संश्लेषण। एक mRNA पर अनेक मिलकर पॉलीसोम बनाते हैं। पैलेड ने खोजा |
| केंद्रक | छिद्रों सहित द्विआवरण; केंद्रकद्रव्य, केंद्रिका, क्रोमैटिन | केंद्रिका राइबोसोमी RNA संश्लेषण का स्थल है। यूक्रोमैटिन शिथिल व सक्रिय; हेटरोक्रोमैटिन घना व निष्क्रिय |
| तारककाय व पक्ष्माभ | तारककाय: नौ त्रिक तंतुओं का गाड़ी-चक्र, कोई केंद्रीय नहीं। पक्ष्माभ: 9+2 अक्षसूत्र | तारककाय → तर्कु तंतु व आधारीय कण। ध्यान दें तारककाय में 9 त्रिक बनाम पक्ष्माभ में 9 द्विक + 2 एकल |
🧠 लवक परिवार, तथा अवर्णी लवक की तिकड़ी
लवक तीन प्रकार के होते हैं और नामकरण एक बार देख लेने पर पारदर्शी है। हरितलवक हरे होते हैं और प्रकाश-संश्लेषण करते हैं। वर्णी लवक अन्य वर्णक वहन करते हैं — वे कैरोटिनॉइड जो गाजर को नारंगी व टमाटर को लाल बनाते हैं। अवर्णी लवक रंगहीन संचयी लवक हैं, और वे जो संचित करते हैं उसके अनुसार तीन भागों में बँटते हैं: मंडलवक स्टार्च संचित करते हैं, तैललवक तेल व वसा, प्रोटीनलवक प्रोटीन। वह तिकड़ी जोड़ा-मिलान रूप में पूछी जाती है और मूल शब्द उसे बता देते हैं — एमाइलो स्टार्च हेतु जैसे एमाइलेज़ में, इलाइओ तेल हेतु, एल्यूरो उस प्रोटीन-समृद्ध एल्यूरोन स्तर हेतु जो हम एकबीजपत्री बीज में मिले। एक और स्थिर करने योग्य विरोध: रिक्तिका टोनोप्लास्ट नामक एकल झिल्ली से घिरी होती है और पादप कोशिका में आयतन के 90% तक घेरती है, जबकि अमीबा में संकुचनशील रिक्तिका संचय के स्थान पर उत्सर्जन व परासरण नियमन सँभालती है।ℹ️ गुणसूत्र आकृतियाँ, गुणसूत्रबिंदु की स्थिति से नामित
गुणसूत्र पर एक प्राथमिक संकीर्णन, गुणसूत्रबिंदु, होता है जिस पर तश्तरी-आकार के काइनेटोकोर बैठते हैं जिनसे तर्कु तंतु जुड़ते हैं। गुणसूत्रबिंदु की स्थिति चार आकृतियाँ परिभाषित करती है, और उन्हें एक बार बना लेना उन्हें स्थायी रूप से स्थिर कर देता है। मध्यकेंद्री — गुणसूत्रबिंदु मध्य में, दो समान भुजाएँ, अतः पश्चावस्था में गुणसूत्र V जैसा दिखता है। उपमध्यकेंद्री — तनिक मध्य से हटा, एक भुजा छोटी, L आकृति। अग्रबिंदुकेंद्री — एक सिरे के अत्यंत निकट, एक भुजा अत्यंत छोटी; इनमें प्रायः सैटेलाइट होता है, द्वितीयक संकीर्णन के आगे एक छोटा खंड। अंतकेंद्री — गुणसूत्रबिंदु ठीक सिरे पर, एकल सीधी छड़। प्रश्न प्रायः भुजा-अनुपात अथवा पश्चावस्था आकृति देकर नाम पूछते हैं, अतः मध्य-V, हटा-L, सिरे के निकट, सिरे पर की मैपिंग ही पूरा उत्तर है।मुख्य बिंदु
- विरचो ने कोशिका सिद्धांत पूरा किया: कोशिकाएँ केवल पूर्ववर्ती कोशिकाओं से बनती हैं। हुक ने सर्वप्रथम कोशिकाएँ देखीं; माइकोप्लाज़्मा सबसे छोटी है।
- द्विझिल्लीय: माइटोकॉन्ड्रिया, लवक तथा केंद्रक। केवल माइटोकॉन्ड्रिया व हरितलवक में अपना DNA व 70S राइबोसोम होते हैं।
- कोई झिल्ली नहीं: राइबोसोम, केंद्रिका, तारककाय, कोशिका कंकाल, जीवाणुई अंतर्विष्ट कण।
- प्रोकैरियोटी राइबोसोम 70S, यूकैरियोटी 80S — परंतु माइटोकॉन्ड्रिया व हरितलवक के भीतर 70S।
- तरल मोज़ेक प्रतिरूप (सिंगर व निकोल्सन): ध्रुवीय शीर्ष बाहर, पुच्छ भीतर; लिपिड तरलता विभाजन, स्रावण व अंतर्ग्रहण संभव बनाती है।
- अध्रुवीय विलेय मुक्त रूप से विसरित होते हैं; ध्रुवीय को वाहक चाहिए; चढ़ाई की गति को वाहक तथा ATP। झिल्ली वरणात्मक पारगम्य है, केवल अर्धपारगम्य नहीं।
- RER प्रोटीन बनाती है, SER लिपिड व स्टेरॉइड। गॉल्जी ग्लाइकोसिलीकरण व पैकेजिंग करता है; केंद्रिका राइबोसोमी RNA बनाती है।
- तारककाय में 9 त्रिक तंतु व कोई केंद्रीय तंतु नहीं; पक्ष्माभ में 9+2 अक्षसूत्र। अवर्णी लवक: मंडलवक स्टार्च, तैललवक तेल, प्रोटीनलवक प्रोटीन।
अभ्यास प्रश्न (8)
उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।
निम्नलिखित में कौन झिल्ली से घिरा नहीं है?
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उत्तर: A — केंद्रिका
केंद्रिका केंद्रक के भीतर स्थित है परंतु उसकी अपनी कोई झिल्ली नहीं — वह एक घना क्षेत्र है जहाँ राइबोसोमी RNA का संश्लेषण होता है। द्विझिल्लीय कोशिकांग के भीतर उसकी स्थिति ही उसे झिल्लीबद्ध कहने का प्रलोभन देती है; लयनकाय, रिक्तिका व परऑक्सीसोम सभी में एकल झिल्ली होती है।प्रोकैरियोटी कोशिका में श्वसन एंज़ाइम स्थित होते हैं:
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उत्तर: A — मीसोसोम पर — जीवद्रव्य झिल्ली की अंतर्वलन
प्रोकैरियोटों में माइटोकॉन्ड्रिया ही नहीं होते, अतः श्वसन तंत्र मीसोसोम पर बैठता है — जीवद्रव्य झिल्ली की अंतर्वलन जो पृष्ठ क्षेत्रफल बढ़ाती हैं, संरचनात्मक रूप से वही करती हैं जो यूकैरियोट में क्रिस्टी करती हैं। अंतर्विष्ट कण कोशिकाद्रव्य में मुक्त पड़े संचित भंडार हैं, और केंद्रकाभ आनुवंशिक पदार्थ है।झिल्ली प्रोटीन की सहायता से, ATP बिना, अपनी सांद्रता प्रवणता के अनुदिश चलता ध्रुवीय अणु किसका उदाहरण है?
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उत्तर: A — सुगम परिवहन
सुगम परिवहन निष्क्रिय है — कोई ATP नहीं — परंतु उसे वाहक चाहिए, क्योंकि ध्रुवीय अणु द्विस्तर के तेलीय भीतरी भाग को सहायता बिना पार नहीं कर सकता। सक्रिय परिवहन में ATP चाहिए होता और विलेय प्रवणता के विरुद्ध चलता, जबकि सरल विसरण को वाहक नहीं चाहिए और वह केवल अध्रुवीय विलेय हेतु उपलब्ध है।कोशिकांगों का कौन-सा युग्म अपना DNA व 70S राइबोसोम रखता है?
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उत्तर: A — माइटोकॉन्ड्रिया व हरितलवक
केवल ये दो अर्ध-स्वायत्त हैं — वे वृत्तीय DNA वहन करते हैं, अपने कुछ प्रोटीन 70S राइबोसोम पर बनाते हैं और विखंडन से विभाजित होते हैं, जो उनकी उत्पत्ति के अंतःसहजीवी विवरण का प्रमाण है। केंद्रक में DNA है परंतु 80S राइबोसोम कोशिकाद्रव्य में हैं, उसके भीतर नहीं, अतः दूसरा विकल्प राइबोसोम वाले आधे भाग पर असफल है।तारककाय पक्ष्माभ के अक्षसूत्र से इस बात में भिन्न है कि तारककाय में होते हैं:
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उत्तर: A — नौ त्रिक तंतु और कोई केंद्रीय तंतु नहीं
तारककाय समान दूरी पर नौ परिधीय त्रिक तंतुओं का गाड़ी-चक्र है, प्रोटीनी नाभि व अरीय अर्तनियों सहित, और निर्णायक रूप से कोई केंद्रीय तंतु नहीं; पक्ष्माभ में उसके स्थान पर 9+2 पैटर्न होता है। विकल्प दो ठीक अक्षसूत्र का वर्णन है, इसीलिए दोनों संरचनाएँ लगभग सदा एक-दूसरे के सामने रखी जाती हैं।तैललवक किसके संचय हेतु विशिष्टीकृत अवर्णी लवक हैं?
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उत्तर: A — तेल व वसा
तैललवक तेल व वसा संचित करते हैं, मंडलवक स्टार्च तथा प्रोटीनलवक प्रोटीन — तीनों रंगहीन अवर्णी लवक। कैरोटिनॉइड वर्णी लवकों के हैं, जो पूर्णतः भिन्न लवक वर्ग हैं, अतः वह विकल्प यह जाँच रहा है कि अवर्णी/वर्णी लवक की सीमा स्पष्ट है या नहीं।"ऑम्निस सेल्युला-ए सेल्युला" — कोशिकाएँ पूर्ववर्ती कोशिकाओं से बनती हैं — यह कथन दिया:
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उत्तर: A — रुडोल्फ विरचो
श्लाइडेन व श्वान ने प्रस्तावित किया कि सभी जीव कोशिकाओं से बने हैं परंतु यह नहीं समझा सके कि नई कोशिकाएँ कैसे प्रकट होती हैं; विरचो ने 1855 में वह दिया और सिद्धांत पूरा किया। हुक ने केवल कोशिकाएँ देखीं व नामित कीं, और सिंगर व निकोल्सन ने एक शताब्दी से अधिक बाद झिल्ली का तरल मोज़ेक प्रतिरूप दिया।वह गुणसूत्र जिसका गुणसूत्रबिंदु मध्य से तनिक हटा हो, जिससे एक भुजा छोटी व एक लंबी हो, कहलाता है:
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उत्तर: A — उपमध्यकेंद्री
उपमध्यकेंद्री असमान भुजाएँ तथा पश्चावस्था में L आकृति देता है। मध्यकेंद्री में गुणसूत्रबिंदु ठीक मध्य में दो समान भुजाओं सहित होता है; अग्रबिंदुकेंद्री उसे एक सिरे के अत्यंत निकट एक अत्यंत छोटी भुजा सहित रखता है, जिस पर प्रायः सैटेलाइट होता है; और अंतकेंद्री में वह ठीक सिरे पर होता है।