अपचय-उपचय मार्ग संतुलन

अपचय-उपचय मार्ग संतुलन वह तरीका है जिससे एक कोशिका ईंधन के टूटने और जैवसंश्लेषण को सही अनुपात में रखती है। अपचयी मार्ग अणुओं को तोड़कर ऊर्जा छोड़ते हैं, जबकि उपचयी मार्ग उन्हें बनाने के लिए ऊर्जा का उपभोग करते हैं; कोशिकाओं को इन्हें एक साथ रखना चाहिए ताकि वे आवश्यकता पड़ने पर ऊर्जा और बिल्डिंग ब्लॉक बना सकें और जब उनकी आवश्यकता न हो तो रुक सकें।

Definition

अपचय-उपचय मार्ग संतुलन ऊर्जा-मुक्त करने वाले (अपचयी) और ऊर्जा-उपभोग करने वाले (उपचयी) मार्गों का समन्वित, आमतौर पर पारस्परिक, विनियमन है ताकि उनका शुद्ध प्रवाह ऊर्जा आवेश और पोषक तत्व उपलब्धता के संकेतकों के माध्यम से महसूस की गई कोशिका की ऊर्जा और जैवसंश्लेषक अग्रदूतों की आपूर्ति से मेल खाता हो।

Scope

यह विषय पारस्परिकता विनियमन के सिद्धांत को शामिल करता है जो विरोधी मार्गों को एक ही समय में चलने से रोकता है, ऊर्जा आवेश और एटीपी (ATP) और एनएडीपीएच (NADPH) जैसी साझा मुद्राओं की भूमिका, और सेंसर (विशेष रूप से एएमपी-सक्रिय प्रोटीन किनेज और एमटॉर) जो संतुलन स्थापित करने के लिए कोशिकीय ऊर्जा और पोषक तत्व की स्थिति को पढ़ते हैं। यह कोशिका जैव रसायन में संदर्भ सामग्री है, न कि नैदानिक ​​मार्गदर्शन।

Core questions

• अपचय और उपचय को एक साथ पूरी गति से क्यों नहीं चलना चाहिए?
• एक कोशिका कैसे महसूस करती है कि उसके पास पर्याप्त ऊर्जा है?
• कौन से आणविक सेंसर टूटने और संश्लेषण के बीच संतुलन बदलते हैं?
• विरोधी मार्गों को पारस्परिक रूप से कैसे विनियमित किया जाता है?

Key concepts

• अपचय बनाम उपचय
• पारस्परिक विनियमन
• ऊर्जा आवेश (एटीपी, एडीपी, एएमपी)
• व्यर्थ चक्र
• एएमपी-सक्रिय प्रोटीन किनेज (AMPK)
• एमटॉर (mTOR) सिग्नलिंग
• एनएडीएच (NADH) और एनएडीपीएच (NADPH) विशिष्ट मुद्राओं के रूप में

Key theories

विरोधी मार्गों का पारस्परिक विनियमन

वे मार्ग जो एक-दूसरे का विरोध करते हैं, जैसे ग्लाइकोलाइसिस और ग्लूकोनियोजेनेसिस या फैटी एसिड संश्लेषण और ऑक्सीकरण, इस तरह से नियंत्रित होते हैं कि एक को सक्रिय करने से दूसरे को दबा दिया जाता है, जिससे व्यर्थ व्यर्थ चक्रों को रोका जा सके और शुद्ध प्रवाह को एक ही दिशा में रखा जा सके।

ऊर्जा- और पोषक तत्व-संवेदन नियंत्रण

एएमपी-सक्रिय प्रोटीन किनेज तब सक्रिय होता है जब ऊर्जा कम होती है और अपचय को बढ़ावा देता है जबकि जैवसंश्लेषण को रोकता है, जबकि एमटॉर (mTOR) मार्ग तब सक्रिय होता है जब पोषक तत्व और वृद्धि संकेत प्रचुर मात्रा में होते हैं और उपचय को बढ़ावा देता है; साथ में वे अपचय-उपचय संतुलन स्थापित करते हैं।

Mechanisms

अपचयी मार्ग एटीपी (ATP) और अपचायक शक्ति उत्पन्न करने के लिए ईंधन का ऑक्सीकरण करते हैं, जबकि उपचयी मार्ग मैक्रोमोलेक्यूल्स बनाने के लिए एटीपी (ATP) और अपचायक (अक्सर एनएडीपीएच (NADPH)) का उपभोग करते हैं। कोशिकाएं पारस्परिक विनियमन के माध्यम से दोनों को एक साथ चलाने से बचती हैं: वही संकेत जो एक अपचयी एंजाइम को सक्रिय करते हैं, उसके जैवसंश्लेषक समकक्ष को रोकते हैं। दो सेंसर केंद्रीय हैं। एएमपी-सक्रिय प्रोटीन किनेज तब चालू होता है जब एएमपी (AMP) और एडीपी (ADP) का एटीपी (ATP) से अनुपात बढ़ता है, जो ऊर्जा की कमी का संकेत देता है; यह अपचय को उत्तेजित करता है और ऊर्जा-उपयोग करने वाले जैवसंश्लेषण को रोकता है। एमटॉर (mTOR) मार्ग पोषक तत्व और वृद्धि-कारक की प्रचुरता पर प्रतिक्रिया करता है और प्रोटीन और लिपिड संश्लेषण जैसी उपचयी प्रक्रियाओं को बढ़ावा देता है। इन प्रणालियों की विरोधी क्रियाएं ऊर्जा उत्पादन और खपत को मेल खाती हैं।

Clinical relevance

अपचय-उपचय संतुलन कैंसर जैसी स्थितियों में बदल जाता है, जहाँ उपचयी वृद्धि संकेत बढ़ जाते हैं, ऊर्जा तनाव और क्षय की स्थितियों तक। क्योंकि एएमपीके (AMPK) और एमटॉर (mTOR) केंद्रीय नोड हैं, वे व्यापक रूप से अध्ययन किए गए दवा लक्ष्य हैं। यह प्रविष्टि अंतर्निहित जीव विज्ञान को संदर्भ सामग्री के रूप में वर्णित करती है और व्यक्तिगत उपचार निर्णयों का आधार नहीं है।

History

यह विचार कि विरोधी मार्ग पारस्परिक रूप से विनियमित होते हैं, शास्त्रीय एंजाइमोलॉजी से उभरा, जिसने दिखाया कि ग्लाइकोलाइसिस और ग्लूकोनियोजेनेसिस, या वसा संश्लेषण और ऑक्सीकरण के प्रमुख एंजाइमों को विपरीत दिशाओं में नियंत्रित किया जाता है। एएमपी-सक्रिय प्रोटीन किनेज की बाद की खोज एक कोशिकीय ऊर्जा गेज के रूप में और एमटॉर (mTOR) मार्ग की पोषक तत्व-संचालित वृद्धि नियंत्रक के रूप में एक आणविक ढांचा प्रदान किया कि कैसे कोशिकाएं लगातार तोड़ने और बनाने के बीच संतुलन स्थापित करती हैं।

Key figures

• D. Grahame Hardie
• David Sabatini
• Sheng-Cai Lin
• Hans Krebs

Seminal works

• hardie-2012
• saxton-2017
• lin-2018

Frequently asked questions

अपचय और उपचय में क्या अंतर है?

अपचय बड़े अणुओं को छोटे अणुओं में तोड़ता है और प्रयोग करने योग्य ऊर्जा छोड़ता है, जबकि उपचय छोटे अणुओं से बड़े अणुओं का निर्माण करने के लिए ऊर्जा का उपयोग करता है; एक कोशिका को दोनों को संतुलित रखना चाहिए ताकि वह आवश्यकतानुसार ऊर्जा और बिल्डिंग ब्लॉक का उत्पादन कर सके।

एक कोशिका कैसे जानती है कि उसे टूटने या संश्लेषण को प्राथमिकता देनी चाहिए?

यह सेंसर जैसे एएमपी-सक्रिय प्रोटीन किनेज के माध्यम से अपनी ऊर्जा और पोषक तत्व की स्थिति को पढ़ता है, जो कम ऊर्जा का पता लगाता है और टूटने को प्राथमिकता देता है, और एमटॉर (mTOR), जो प्रचुर मात्रा में पोषक तत्वों और वृद्धि संकेतों का पता लगाता है और संश्लेषण को प्राथमिकता देता है।