माइटोकॉन्ड्रियल कैल्शियम सिग्नलिंग और आरओएस उत्पादन

एटीपी बनाने के अलावा, माइटोकॉन्ड्रिया कैल्शियम ग्रहण करते और छोड़ते हैं तथा प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियाँ (ROS) उत्पन्न करते हैं। मैट्रिक्स में प्रवेश करने वाला कैल्शियम चयापचय एंजाइमों की गतिविधि को नियंत्रित करता है और कोशिकीय सिग्नलिंग को ऊर्जा आपूर्ति से जोड़ता है, जबकि श्वसन श्रृंखला से गुजरने वाले इलेक्ट्रॉनों का एक अंश ऑक्सीजन में लीक होकर आरओएस बनाता है। दोनों प्रक्रियाएँ शारीरिक संकेत हैं, जो अत्यधिक होने पर कोशिका को भी नुकसान पहुँचा सकती हैं।

Definition

माइटोकॉन्ड्रियल कैल्शियम सिग्नलिंग माइटोकॉन्ड्रिया द्वारा कैल्शियम आयनों का विनियमित ग्रहण, बफरिंग और विमोचन है, जो चयापचय को नियंत्रित करता है; आरओएस उत्पादन प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों, मुख्य रूप से सुपरऑक्साइड, का इलेक्ट्रॉन परिवहन के उप-उत्पाद के रूप में निर्माण है।

Scope

यह विषय कैल्शियम यूनिपोर्टर के माध्यम से माइटोकॉन्ड्रियल कैल्शियम ग्रहण, जैव-ऊर्जा को आकार देने में कैल्शियम की भूमिका, आरओएस उत्पादन के स्थल और रसायन विज्ञान, संकेत और तनाव कारक दोनों के रूप में आरओएस, और कैल्शियम अधिभार तथा पारगम्यता संक्रमण के बीच के संबंध को शामिल करता है। यह जैव रसायन और कोशिका-शरीर विज्ञान संदर्भ है, नैदानिक ​​मार्गदर्शन नहीं।

Core questions

• माइटोकॉन्ड्रिया कैल्शियम कैसे ग्रहण करते हैं और यह चयापचय के लिए क्यों मायने रखता है?
• श्वसन श्रृंखला प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियाँ कहाँ और कैसे उत्पन्न करती है?
• आरओएस संकेतों और क्षति के स्रोतों दोनों के रूप में कैसे कार्य करते हैं?
• कैल्शियम अधिभार और पारगम्यता संक्रमण कोशिका मृत्यु से कैसे जुड़े हैं?

Key concepts

• माइटोकॉन्ड्रियल कैल्शियम यूनिपोर्टर (MCU)
• डीहाइड्रोजनेज का कैल्शियम-निर्भर विनियमन
• प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियाँ (सुपरऑक्साइड, हाइड्रोजन पेरोक्साइड)
• श्वसन श्रृंखला में इलेक्ट्रॉन रिसाव
• मैट्रिक्स में एंटीऑक्सीडेंट सुरक्षा
• रेडॉक्स सिग्नलिंग
• माइटोकॉन्ड्रियल पारगम्यता संक्रमण छिद्र

Mechanisms

कैल्शियम नकारात्मक झिल्ली क्षमता द्वारा संचालित माइटोकॉन्ड्रियल कैल्शियम यूनिपोर्टर के माध्यम से मैट्रिक्स में प्रवेश करता है; एक बार अंदर जाने पर, यह कई मैट्रिक्स डीहाइड्रोजनेज को उत्तेजित करता है, जिससे कैल्शियम सिग्नलिंग बढ़ी हुई श्वसन गतिविधि से जुड़ जाती है। इलेक्ट्रॉन परिवहन के दौरान, इलेक्ट्रॉनों का एक छोटा अंश समय से पहले ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करके सुपरऑक्साइड बनाता है, जिसे हाइड्रोजन पेरोक्साइड में परिवर्तित किया जाता है और मैट्रिक्स एंटीऑक्सीडेंट प्रणालियों द्वारा नियंत्रित किया जाता है। नियंत्रित स्तरों पर ये प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियाँ सिग्नलिंग अणुओं के रूप में कार्य करती हैं; अधिक मात्रा में वे लिपिड, प्रोटीन और डीएनए का ऑक्सीकरण करती हैं। लगातार कैल्शियम अधिभार, अक्सर ऑक्सीडेटिव तनाव के साथ, पारगम्यता संक्रमण छिद्र के खुलने को ट्रिगर कर सकता है, एक उच्च-चालकता मार्ग जो झिल्ली क्षमता के नुकसान और कोशिका मृत्यु से जुड़ा है।

Clinical relevance

माइटोकॉन्ड्रियल कैल्शियम हैंडलिंग और आरओएस उत्पादन का अध्ययन कई ऊतकों में ऊर्जा चयापचय, कोशिकीय तनाव और कोशिका-मृत्यु मार्गों के संदर्भ में किया जाता है। यह प्रविष्टि संदर्भ के लिए इन तंत्रों का वर्णन करती है और नैदानिक ​​या उपचार मार्गदर्शन प्रदान नहीं करती है।

History

माइटोकॉन्ड्रियल कैल्शियम ग्रहण को 1960 के दशक में जैव रासायनिक रूप से प्रदर्शित किया गया था, लेकिन यूनिपोर्टर की आणविक पहचान 2011 तक अज्ञात रही, जब छिद्र बनाने वाले प्रोटीन (MCU) की पहचान की गई। समानांतर में, बीसवीं सदी के अंत और इक्कीसवीं सदी की शुरुआत में किए गए कार्यों ने श्वसन श्रृंखला में सुपरऑक्साइड उत्पादन के स्थलों का मानचित्रण किया और प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों की दोहरी सिग्नलिंग-और-क्षति पहुँचाने वाली भूमिकाओं को स्पष्ट किया, जबकि पारगम्यता संक्रमण छिद्र को कैल्शियम अधिभार और कोशिका मृत्यु से जोड़ा गया।

Debates

क्या माइटोकॉन्ड्रियल आरओएस मुख्य रूप से संकेत हैं या हानिकारक उप-उत्पाद?

माइटोकॉन्ड्रिया से निकलने वाली प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियाँ कम स्तर पर शारीरिक संकेतों के रूप में और उच्च स्तर पर ऑक्सीडेटिव क्षति के एजेंटों के रूप में कार्य कर सकती हैं, और इन भूमिकाओं के बीच संतुलन, और इसे बदलने वाली स्थितियाँ, सक्रिय रूप से अध्ययन की जा रही हैं।

Key figures

• Rosario Rizzuto
• Michael P. Murphy
• Martin Crompton

Seminal works

• rizzuto-2012
• destefani-2011
• murphy-2009

Frequently asked questions

माइटोकॉन्ड्रिया कैल्शियम क्यों ग्रहण करते हैं?

मैट्रिक्स में प्रवेश करने वाला कैल्शियम प्रमुख चयापचय एंजाइमों को सक्रिय करता है, जिससे माइटोकॉन्ड्रिया ऊर्जा उत्पादन को कोशिकीय संकेतों से मिला सकते हैं; माइटोकॉन्ड्रिया साइटोसोलिक कैल्शियम के स्तर को बफर करने में भी मदद करते हैं।

क्या प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियाँ हमेशा हानिकारक होती हैं?

नहीं। कम, नियंत्रित स्तरों पर माइटोकॉन्ड्रियल आरओएस सिग्नलिंग अणुओं के रूप में कार्य करते हैं; क्षति मुख्य रूप से तब होती है जब उनका उत्पादन कोशिका की एंटीऑक्सीडेंट सुरक्षा से अधिक हो जाता है।