নবম শ্রেণী জীবন বিজ্ঞান: অধ্যায় তিন জৈবনিক প্রক্রিয়া, পর্ব – শ্বসন সংক্ষিপ্ত প্রশ্নোত্তর মান ২

যে জৈবরাসায়নিক প্রক্রিয়ায় কোশমধ্যস্থ খাদ্যবস্তু (গ্লুকোজ) অক্সিজেনের উপস্থিতিতে বা অনুপস্থিতিতে জারিত হয়ে খাদ্যস্থ স্থৈতিক শক্তিকে গতিশক্তি বা তাপশক্তিতে রূপান্তরিত করে এবং কার্বন ডাই-অক্সাইড ও জল (বা অন্যান্য যৌগ) উৎপন্ন করে, তাকে শ্বসন বলে।

শ্বসন প্রক্রিয়ায় কোশস্থ শুষ্ক খাদ্যবস্তু (গ্লুকোজ) জারিত হয়ে শক্তি উৎপন্ন করার সময় সরল অণুতে ($CO_2$ ও $H_2O$) পরিণত হয়। এর ফলে জীবদেহের শুষ্ক ওজন হ্রাস পায়। তাই শ্বসনকে অপচিতি বিপাক বা ধ্বংসমূলক বিপাক বলা হয়।

শ্বাসকার্য হলো একটি ভৌত বা যান্ত্রিক প্রক্রিয়া যা কোশের বাইরে শ্বাস-অঙ্গে ঘটে এবং এতে কোনো শক্তি উৎপন্ন হয় না। কিন্তু শ্বসন হলো একটি জৈবরাসায়নিক প্রক্রিয়া যা কোশের ভেতরে ঘটে এবং এতে শক্তি (ATP) উৎপন্ন হয়।

যে শ্বসন প্রক্রিয়ায় মুক্ত অক্সিজেনের উপস্থিতিতে খাদ্যবস্তু সম্পূর্ণ জারিত হয়ে শক্তি (৬৮৬ Kcal), কার্বন ডাই-অক্সাইড ও জল উৎপন্ন করে, তাকে সবাত শ্বসন বলে।
সমীকরণ: $C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O + 686 Kcal$ (শক্তি)

যে শ্বসন প্রক্রিয়ায় মুক্ত অক্সিজেনের অনুপস্থিতিতে, কিন্তু কোনো অজৈব যৌগের (যেমন—নাইট্রেট বা সালফেট) অক্সিজেনের সাহায্যে খাদ্যবস্তু অসম্পূর্ণভাবে জারিত হয়ে কম পরিমাণ শক্তি (৫০ Kcal) উৎপন্ন করে, তাকে অবাত শ্বসন বলে। (উদাহরণ: ডিনাইট্রিফাইং ব্যাকটেরিয়া)।

যে অবাত প্রক্রিয়ায় গ্লুকোজ বা তার দ্রবণ কোশস্থ উৎসেচকের প্রভাবে অক্সিজেনের অনুপস্থিতিতে আংশিক জারিত হয়ে ইথাইল অ্যালকোহল বা ল্যাকটিক অ্যাসিড উৎপন্ন করে এবং খুব সামান্য শক্তি নির্গত করে, তাকে সন্ধান বলে। (উদাহরণ: ইস্টের কোহল সন্ধান)।

শ্বসনের যে সাধারণ পর্যায়ে কোশের সাইটোপ্লাজমে গ্লুকোজ অণু উৎসেচকের সহায়তায় আংশিক জারিত হয়ে ২ অণু পাইরুভিক অ্যাসিড ($CH_3COCOOH$) এবং ২ অণু ATP উৎপন্ন করে, তাকে গ্লাইকোলাইসিস বলে।

তিনজন বিজ্ঞানী—Embden (এমডেন), Meyerhof (মেয়ারহফ) এবং Parnas (পারনাস) এই প্রক্রিয়াটির ধারাবাহিক বিক্রিয়াগুলি আবিষ্কার করেন। তাঁদের নামের আদ্যক্ষর অনুসারে একে EMP পথ বলা হয়।

সবাত শ্বসনের দ্বিতীয় পর্যায়ে মাইটোকনড্রিয়ার ধাত্রে অ্যাসিটাইল কো-এ জারিত হয়ে চক্রাকার পথে বিভিন্ন জৈব অ্যাসিড, $CO_2$, জল এবং শক্তিসমৃদ্ধ যৌগ ($NADH_2, FADH_2$) উৎপন্ন করে, তাকে ক্রেবস চক্র বলে। বিজ্ঞানী হ্যান্স ক্রেবস এটি আবিষ্কার করেন।

ক্রেবস চক্রে উৎপন্ন প্রথম স্থায়ী যৌগটি হলো সাইট্রিক অ্যাসিড। এই অ্যাসিডে তিনটি কার্বক্সিলিক মূলক (–COOH) থাকে বলে একে ট্রাই-কার্বক্সিলিক অ্যাসিড চক্র বা TCA চক্র (Tri-Carboxylic Acid Cycle) বলে।

শ্বসনের প্রধান পর্যায়গুলি (ক্রেবস চক্র ও প্রান্তীয় শ্বসন) মাইটোকনড্রিয়ার মধ্যে সম্পন্ন হয় এবং এখানেই জীবের জৈবিক কাজের জন্য প্রয়োজনীয় শক্তির সিংহভাগ (ATP রূপে) উৎপন্ন ও সঞ্চিত হয়। তাই একে কোশের শক্তিঘর বা Powerhouse বলে।

টাকা বা মুদ্রা (Currency) খরচ করে যেমন আমরা দৈনন্দিন প্রয়োজন মেটাই, তেমনি জীবদেহে যেকোনো বিপাকীয় কাজের জন্য প্রয়োজনীয় শক্তি ATP অণু ভেঙে পাওয়া যায়। অর্থাৎ শক্তি আদান-প্রদানের মাধ্যম হিসেবে কাজ করে বলে ATP-কে এনার্জি কারেন্সি বলে।

১. সবাত শ্বসনে মুক্ত অক্সিজেনের প্রয়োজন হয়, কিন্তু অবাত শ্বসনে মুক্ত অক্সিজেনের প্রয়োজন হয় না।
২. সবাত শ্বসনে গ্লুকোজ সম্পূর্ণ জারিত হয়ে বেশি শক্তি (৬৮৬ Kcal) দেয়, কিন্তু অবাত শ্বসনে অসম্পূর্ণ জারিত হয়ে কম শক্তি (৫০ Kcal) দেয়।

শ্বসন একটি উৎসেচক-নির্ভর এবং নিয়ন্ত্রিত জৈবরাসায়নিক প্রক্রিয়া যা কোশের ভেতরে সাধারণ তাপমাত্রায় ঘটে। কিন্তু দহন একটি উৎসেচক-বিহীন এবং অনিয়ন্ত্রিত ভৌত-রাসায়নিক প্রক্রিয়া যা কোশের বাইরে উচ্চ তাপমাত্রায় ঘটে।

অত্যধিক পরিশ্রম বা ব্যায়ামের সময় পেশিকোষে অক্সিজেনের অভাব ঘটলে সেখানে অবাত শ্বসন হয় এবং ল্যাকটিক অ্যাসিড জমা হয়। এর ফলে পেশি শক্ত হয়ে যায় এবং কাজ করার ক্ষমতা সাময়িকভাবে হারিয়ে ফেলে। একে পেশিক্লান্তি বলে।

১. বেকারি শিল্পে: পাউরুটি ও কেক তৈরিতে ইস্টের সন্ধান প্রক্রিয়া ব্যবহার করা হয় ($CO_2$ পাউরুটিকে ফোলাতে সাহায্য করে)।
২. অ্যালকোহল শিল্পে: মদ বা সুরাসার এবং ভিনিগার তৈরিতে সন্ধান প্রক্রিয়া অপরিহার্য।

নির্দিষ্ট সময়ে ও নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় শ্বসনের ফলে নির্গত কার্বন ডাই-অক্সাইডের আয়তন এবং গৃহীত অক্সিজেনের আয়তনের অনুপাতকে শ্বসন হার বা RQ বলে।
$RQ = \frac{\text{নির্গত } CO_2}{\text{গৃহীত } O_2}$

১. সালোকসংশ্লেষ কেবল দিনের বেলা বা আলোর উপস্থিতিতে ঘটে, কিন্তু শ্বসন দিন-রাত ২৪ ঘণ্টাই ঘটে।
২. সালোকসংশ্লেষ হলো উপচিতি বিপাক (শুষ্ক ওজন বাড়ে), কিন্তু শ্বসন হলো অপচিতি বিপাক (শুষ্ক ওজন কমে)।

লবণাক্ত এলাকার মাটিতে অক্সিজেনের অভাব থাকায় সুন্দরী, গেঁও প্রভৃতি উদ্ভিদের মূল মাটির উপরে উঠে আসে। এদের শ্বাসমূল বলে।

কাজ: শ্বাসমূলে থাকা ছোট ছোট ছিদ্র বা নিউম্যাটোথোডের মাধ্যমে বাতাস থেকে সরাসরি অক্সিজেন গ্রহণ করা।

ফুলকা ছাড়াও যেসব মাছের দেহে বাতাস থেকে সরাসরি অক্সিজেন গ্রহণ করার জন্য বিশেষ শ্বাসযন্ত্র থাকে, তাদের অতিরিক্ত শ্বাসযন্ত্র বলে। যেমন—কই, মাগুর, শিঙি মাছ। এর ফলে এরা ডাঙ্গায় দীর্ঘক্ষণ বেঁচে থাকতে পারে।

মধ্যচ্ছদা সংকুচিত হয়ে নিচের দিকে নামলে বক্ষগহ্বরের আয়তন বাড়ে এবং ফুসফুসে বায়ু প্রবেশ করে (প্রশ্বাস)। আবার মধ্যচ্ছদা প্রসারিত হয়ে উপরের দিকে উঠে গেলে বক্ষগহ্বরের আয়তন কমে এবং ফুসফুস থেকে বায়ু বেরিয়ে যায় (নিশ্বাস)।

অ্যালভিওলাই বা বায়ুথলিগুলি রক্তজালক পরিবেষ্টিত থাকে। এখানে ব্যাপন প্রক্রিয়ায় রক্তের সঙ্গে ফুসফুসীয় বায়ুর গ্যাসীয় আদান-প্রদান ($O_2$ গ্রহণ এবং $CO_2$ বর্জন) ঘটে।

[Image of human respiratory system lungs alveoli diagram]

গভীরতম প্রশ্বাসের পর গভীরতম নিশ্বাসে যে পরিমাণ বায়ু ফুসফুস থেকে বেরিয়ে যায়, তাকে বায়ু ধারকত্ব বা ভাইটাল ক্যাপাসিটি বলে। সুস্থ ও স্বাভাবিক মানুষের ক্ষেত্রে এর পরিমাণ প্রায় ৪-৫ লিটার।

স্বাভাবিক শ্বাসকার্যের সময় (বিশ্রামরত অবস্থায়) প্রতিবার যে পরিমাণ বায়ু ফুসফুসে প্রবেশ করে এবং ফুসফুস থেকে বেরিয়ে যায়, তাকে টাইডাল ভল্যুম বলে। এর পরিমাণ প্রায় ৫০০ মিলি (500 ml)।

কঠোর পরিশ্রমের সময় পেশিকোষে অক্সিজেনের অভাব ঘটলে অবাত শ্বসন হয় এবং ল্যাকটিক অ্যাসিড জমে। বিশ্রামের সময় ওই ল্যাকটিক অ্যাসিডকে জারিত করার জন্য যে অতিরিক্ত অক্সিজেনের প্রয়োজন হয়, তাকে অক্সিজেন ঋণ বলে।

হিমোগ্লোবিন ফুসফুস থেকে অক্সিজেন গ্রহণ করে ‘অক্সি-হিমোগ্লোবিন’ যৌগ গঠন করে দেহকোষে পৌঁছে দেয়। আবার দেহকোষ থেকে উৎপন্ন কার্বন ডাই-অক্সাইডের কিছু অংশ ‘কার্বামিনো-হিমোগ্লোবিন’ যৌগ হিসেবে ফুসফুসে ফিরিয়ে আনে।

কেঁচো, জোঁক এবং ব্যাঙের (শীতঘুমের সময়) ত্বকীয় শ্বসন দেখা যায়। এদের ত্বক খুব পাতলা, সিক্ত এবং রক্তজালক সমৃদ্ধ হওয়ায় ত্বকের মাধ্যমেই সরাসরি গ্যাসীয় আদান-প্রদান সম্ভব হয়।

পতঙ্গদের রক্তে কোনো শ্বাসরঞ্জক (যেমন—হিমোগ্লোবিন) থাকে না। এদের শ্বাসকার্য শ্বাসনালী বা ট্রাকিয়ার মাধ্যমে সরাসরি ঘটে, যেখানে বাতাস ট্রাকিওল দিয়ে সোজা দেহকোষে পৌঁছায়। তাই গ্যাস পরিবহনে রক্তের কোনো ভূমিকা নেই।

মাছ মুখ দিয়ে জল গ্রহণ করে ফুলকার ওপর দিয়ে প্রবাহিত করে। ফুলকার কৈশিক জালক জল থেকে দ্রবীভূত অক্সিজেন শোষণ করে রক্তে মেশায় এবং রক্ত থেকে কার্বন ডাই-অক্সাইড জলে বর্জন করে।

[Image of structure of gills in fish diagram]

কার্বন মনোক্সাইড হিমোগ্লোবিনের সঙ্গে অক্সিজেনের চেয়ে প্রায় ২০০ গুণ বেশি দ্রুত যুক্ত হয়ে স্থায়ী যৌগ ‘কার্বক্সি-হিমোগ্লোবিন’ তৈরি করে। ফলে রক্তে অক্সিজেন পরিবহন ক্ষমতা নষ্ট হয়ে যায় এবং মানুষের মৃত্যু হতে পারে।

প্রশ্বাস হলো একটি সক্রিয় পদ্ধতি (Active Process) যেখানে পেশি সংকোচনের প্রয়োজন হয় এবং শক্তি খরচ হয়। অন্যদিকে, নিশ্বাস হলো একটি নিষ্ক্রিয় পদ্ধতি (Passive Process) যেখানে পেশি শিথিল হয় এবং বিশেষ শক্তি খরচ হয় না।

গুল্ম ও বৃক্ষজাতীয় উদ্ভিদের কাণ্ডের ত্বকে বা বাকলে যে ছোট ছোট লেন্স আকৃতির ছিদ্র থাকে, তাকে লেন্টিসেল বলে।
কাজ: এর মাধ্যমে উদ্ভিদ পরিবেশের সঙ্গে $O_2$ ও $CO_2$-এর বিনিময় ঘটায় (দিন-রাত সবসময়)।

রাতের বেলা সালোকসংশ্লেষ বন্ধ থাকায় উদ্ভিদ $O_2$ ত্যাগ করে না, কিন্তু শ্বসন চালিয়ে যায় বলে প্রচুর $CO_2$ ত্যাগ করে। ফলে গাছের নিচে $CO_2$-এর ঘনত্ব বেড়ে যায়, যা স্বাস্থ্যের পক্ষে ক্ষতিকর ও শ্বাসকষ্টের কারণ হতে পারে।

$C_6H_{12}O_6$ (গ্লুকোজ) $\xrightarrow{\text{ল্যাকটেট ডিহাইড্রোজিনেজ}}$ $2C_3H_6O_3$ (ল্যাকটিক অ্যাসিড) + $36 Kcal$ (শক্তি)

শ্বাসকার্য হলো একটি ভৌত প্রক্রিয়া (গ্যাসীয় আদান-প্রদান) যা শ্বসনতন্ত্রে ঘটে এবং এতে শক্তি উৎপন্ন হয় না। অন্যদিকে, শ্বসন হলো একটি জৈবরাসায়নিক প্রক্রিয়া যা কোশের ভেতরে ঘটে এবং এতে খাদ্য জারিত হয়ে শক্তি (ATP) উৎপন্ন হয়।

সবাত শ্বসনে ১ অণু গ্লুকোজ সম্পূর্ণ জারিত হয়ে ৬ অণু কার্বন ডাই-অক্সাইড, ৬ অণু জল এবং মোট ৩৮ অণু ATP বা প্রায় ৬৮৬ কিলোক্যালোরি (Kcal) শক্তি উৎপন্ন করে।

শ্বসনের প্রথম পর্যায় গ্লাইকোলাইসিস কোশের সাইটোপ্লাজমে ঘটে। দ্বিতীয় পর্যায় ক্রেবস চক্র মাইটোকনড্রিয়ার ধাত্রে (Matrix) সম্পন্ন হয়।

রাতের বেলা সূর্যালোক না থাকায় সালোকসংশ্লেষ বন্ধ থাকে, ফলে গাছ অক্সিজেন ত্যাগ করে না। কিন্তু শ্বসন ক্রিয়া চলায় গাছ প্রচুর কার্বন ডাই-অক্সাইড ($CO_2$) ত্যাগ করে। তাই গাছের নিচে $CO_2$-এর ঘনত্ব বেড়ে যায়, যা স্বাস্থ্যের পক্ষে ক্ষতিকর।

কিছু মাছের (যেমন—কই, মাগুর, শিঙি) ফুলকা ছাড়াও বাতাস থেকে সরাসরি অক্সিজেন নেওয়ার জন্য বিশেষ শ্বাসযন্ত্র থাকে। এদের অতিরিক্ত শ্বাসযন্ত্র বলে। এর সাহায্যে এরা জল ছাড়াও ডাঙায় অনেকক্ষণ বেঁচে থাকতে পারে।

গভীরতম প্রশ্বাসের পর গভীরতম নিশ্বাসে ফুসফুস থেকে যে পরিমাণ বায়ু বের করে দেওয়া যায়, তাকে ভাইটাল ক্যাপাসিটি বলে। সুস্থ মানুষের ক্ষেত্রে এর পরিমাণ প্রায় ৪.৫ লিটার।