Futile cycle
একটি নিরর্থক চক্র, যা সাবস্ট্রেট চক্র নামেও পরিচিত, তখন ঘটে যখন দুটি বিপাকীয় পথ একই সাথে বিপরীত দিকে চলে এবং তাপের আকারে শক্তি অপচয় করা ছাড়া অন্য কোনও সামগ্রিক প্রভাব ফেলে না। এই চক্রটিকে "নিরর্থক" চক্র বলা হয়েছিল কারণ এটি প্রদর্শিত হয়েছিল যে এই চক্রটি জীবের জন্য কোনও নিট উপযোগিতা ছাড়াই পরিচালিত হয়েছিল। এইভাবে, এটি বিপাকের একটি চক্র বলে মনে করা হত এবং এইভাবে একটি নিরর্থক চক্রের নামকরণ করা হয়েছিল। আরও তদন্তের পরে দেখা গেছে যে বিপাকীয় পদার্থের ঘনত্ব নিয়ন্ত্রণের জন্য নিরর্থক চক্রগুলি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। উদাহরণস্বরূপ, যদি গ্লাইকোলাইসিস এবং গ্লুকোনিওজেনেসিস একই সময়ে সক্রিয় থাকে, গ্লুকোজ গ্লাইকোলাইসিস দ্বারা পাইরুভেটে রূপান্তরিত হবে এবং তারপরে গ্লুকোনিওজেনেসিস দ্বারা গ্লুকোজে রূপান্তরিত হবে, এটিপি এর সামগ্রিক ব্যবহারের সাথে। বিপাকীয় নিয়ন্ত্রণে নিরর্থক চক্রের ভূমিকা থাকতে পারে, যেখানে একটি নিরর্থক চক্র এমন একটি ব্যবস্থা যা দুটি অবস্থার মধ্যে দোলন করে এবং জড়িত যে কোনও এনজাইমের ক্রিয়াকলাপের ছোট পরিবর্তনের প্রতি খুব সংবেদনশীল। এই চক্রটি তাপ উৎপন্ন করে এবং তাপীয় হোমিওস্ট্যাসিস বজায় রাখতে ব্যবহার করা যেতে পারে, উদাহরণস্বরূপ তরুণ স্তন্যপায়ী প্রাণীর বাদামী চর্বি টিস্যুতে, বা দ্রুত তাপ উৎপন্ন করতে, উদাহরণস্বরূপ পোকামাকড়ের উড়ন্ত পেশীতে এবং টর্পোর থেকে পর্যায়ক্রমিক উত্তেজনার সময় হাইবারনেটিং প্রাণীদের মধ্যে। জানা গেছে যে গ্লুকোজ বিপাকীয় স্তর চক্র একটি নিরর্থক চক্র নয় বরং একটি নিয়ন্ত্রণমূলক প্রক্রিয়া। উদাহরণস্বরূপ, যখন হঠাৎ শক্তির প্রয়োজন হয়, তখন এটিপি এএমপি দ্বারা প্রতিস্থাপিত হয়, যা অনেক বেশি প্রতিক্রিয়াশীল অ্যাডেনিন। উদাহরণস্বরূপ, গ্লাইকোলাইসিস এবং গ্লুকোনিওজেনেসিসের একযোগে সঞ্চালন একটি নিরর্থক চক্রের উদাহরণ, যা নিম্নলিখিত সমীকরণ দ্বারা প্রতিনিধিত্ব করেঃ উদাহরণস্বরূপ, গ্লাইকোলাইসিসের সময়, ফ্রুক্টোজ-6-ফসফেট ফসফোফ্রুক্টোকিনেজ 1 (পিএফকে-1) উৎসেচক দ্বারা অনুঘটকিত প্রতিক্রিয়ায় ফ্রুক্টোজ-1,6-বিসফসফেটে রূপান্তরিত হয়। কিন্তু গ্লুকোনিওজেনেসিসের সময় (অর্থাৎ। পাইরুভেট এবং অন্যান্য যৌগ থেকে গ্লুকোজের সংশ্লেষণ) বিপরীত প্রতিক্রিয়া ঘটে, ফ্রুক্টোজ-1,6-বিসফসফেটেজ (এফ. বি. পি. এস-1) দ্বারা অনুঘটকিত হয়। এর একটি সামগ্রিক প্রতিক্রিয়া প্রদান করাঃ অর্থাৎ, কোনও দরকারী বিপাকীয় কাজ ছাড়াই এটিপি-র হাইড্রোলাইসিস। স্পষ্টতই, যদি এই দুটি বিক্রিয়াকে একই কোষে উচ্চ হারে একযোগে চলতে দেওয়া হয়, তবে প্রচুর পরিমাণে রাসায়নিক শক্তি তাপ হিসাবে নষ্ট হয়ে যাবে। এই অনার্থিক প্রক্রিয়াকে তাই একটি নিরর্থক চক্র বলা হয়। স্থূলতা এবং হোমিওস্ট্যাসিসে নিরর্থক চক্রের ভূমিকা এমন অনেক ওষুধ নেই যা কার্যকরভাবে স্থূলতার চিকিৎসা বা বিপরীত করতে পারে। স্থূলতা প্রাথমিকভাবে ডায়াবেটিস, উচ্চ রক্তচাপ, হৃদরোগ এবং এমনকি নির্দিষ্ট ধরনের ক্যান্সারের মতো স্বাস্থ্য সমস্যার সাথে যুক্ত রোগের ঝুঁকি বাড়িয়ে তুলতে পারে। ট্রান্সজেনিক ইঁদুর ব্যবহার করে স্থূলতার চিকিৎসা ও প্রতিরোধকে কেন্দ্র করে একটি গবেষণা রিপোর্টের ইতিবাচক প্রতিক্রিয়ার উপর পরীক্ষা করার জন্য যা এম. আই. আর-378 প্রস্তাব করে তা নিশ্চিতভাবে মানুষের মধ্যে স্থূলতা প্রতিরোধ ও চিকিত্সার জন্য একটি আশাব্যঞ্জক প্রতিনিধি হতে পারে। গবেষণার ফলাফলগুলি দেখায় যে এম. আই. আর-378-এর মাধ্যমে কঙ্কালের পেশীতে পাইরুভেট-পি. ই. পি নিরর্থক চক্রের সক্রিয়তা এম. আই. আর-378 ট্রান্সজেনিক ইঁদুরের চর্বি টিস্যুতে উচ্চতর লিপোলাইসিসের প্রাথমিক কারণ এবং এটি ইঁদুরের শক্তি হোমিওস্ট্যাসিস নিয়ন্ত্রণ করতে পেশী এবং চর্বির মধ্যে ক্রসস্টককে অর্কেস্ট্রেট করতে সহায়তা করে। নিরর্থক চক্র সম্পর্কে আমাদের সাধারণ ধারণা হল একটি স্তর চক্র, যা ঘটে যখন দুটি ওভারল্যাপিং বিপাকীয় পথ বিপরীত দিকে চলে যায়, যে যখন নিয়ন্ত্রণ ছাড়াই ছেড়ে দেওয়া হয় তখন সমস্ত কোষের শক্তি হ্রাস না হওয়া পর্যন্ত কোনও প্রকৃত উৎপাদন ছাড়াই অনিয়ন্ত্রিতভাবে চলতে থাকে। যাইহোক, গবেষণার পিছনের ধারণাটি ইঙ্গিত দেয় যে এম. আই. আর-378-অ্যাক্টিভেটেড পাইরুভেট-ফসফোএনোলপাইরুভেট নিরর্থক চক্র একটি নিয়ন্ত্রক সুবিধা প্রদান করে। এম. আই. আর-378 শুধুমাত্র বর্ধিত লাইপোলাইসিসের কারণে শরীরের চর্বি ভর কমায় না, এটিও অনুমান করা হয় যে নিরর্থক চক্র শক্তি হোমিওস্ট্যাসিস বজায় রাখতে বিপাক নিয়ন্ত্রণ করে। পুরো শরীরের স্তরে শক্তি হোমিওস্ট্যাসিস নিয়ন্ত্রণ করতে পেশী এবং অ্যাডিপোজ টিস্যুগুলির মধ্যে বিপাকীয় যোগাযোগ নিয়ন্ত্রণে এম. আই. আর-378-এর একটি অনন্য কাজ রয়েছে। বিভিন্ন প্রজাতিতে পরিচালিত নিরর্থক চক্রের উদাহরণগুলি একটি নিরর্থক চক্রের উপস্থিতি কীভাবে কিছু প্রজাতিতে এ. টি. পি এবং প্রজন্মের তাপের নিম্ন মাত্রা বজায় রাখতে সহায়তা করে তা বোঝার জন্য আমরা গ্লাইকোলাইসিস এবং গ্লুকোনিওজেনেসিসের পারস্পরিক নিয়ন্ত্রণের সাথে সম্পর্কিত বিপাকীয় পথগুলি দেখি। অনেক মাছের সাঁতারের মূত্রাশয়; যেমন উদাহরণস্বরূপ জেব্রাফিশ-অভ্যন্তরীণভাবে গ্যাসে ভরা একটি অঙ্গ যা তাদের উচ্ছ্বাসে অবদান রাখতে সহায়তা করে। এই গ্যাস গ্রন্থি কোষগুলি যেখানে কৈশিক এবং স্নায়ু পাওয়া যায় সেখানে অবস্থিত বলে পাওয়া যায়। বিপাকীয় উৎসেচকগুলির বিশ্লেষণে দেখা গেছে যে একটি গ্লুকোনিওজেনেসিস উৎসেচক ফ্রুক্টোজ-1,6-বিসফসফেটেজ (এফ. বি. পি. 1) এবং একটি গ্লাইকোলিক উৎসেচক গ্লিসারালডিহাইড-3-ফসফেট ডিহাইড্রোজেনেস (জি. এ. পি. ডি. এইচ) গ্যাস গ্রন্থির কোষে অত্যন্ত প্রকাশ পায়। গবেষণাটি ইঙ্গিত দেয় যে জেব্রাফিশ সাঁতারের মূত্রাশয়ের বৈশিষ্ট্যকরণে কোনও অভিব্যক্তি ফ্রুক্টোজ-1,6-বিসফসফেটেজ জিন থাকা উচিত নয়। সাঁতারের মূত্রাশয়ের টিস্যুতে গ্লাইকোজেনিক ক্রিয়াকলাপ খুব বেশি এবং গ্লুকোনিওজেনেসিসের অভাব রয়েছে বলে জানা যায়, তবুও এফ. বি. পি-র একটি প্রধান পরিমাণ প্রকাশ করা হয়েছে। এই অনুসন্ধান থেকে জানা যায় যে গ্যাস গ্রন্থি কোষে, এফ. বি. পি একটি এ. টি. পি-নির্ভর বিপাকীয় নিরর্থক চক্র গঠন করে। গ্যাস গ্রন্থি কোষগুলির ল্যাকটিক অ্যাসিড সংশ্লেষ করার জন্য তাপ উৎপাদন অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ কারণ এটিপি জমা হলে প্রক্রিয়াটি দৃঢ়ভাবে বাধাগ্রস্ত হয়। আরেকটি উদাহরণ থেকে জানা যায় যে ফুগু সাঁতারের মূত্রাশয়ে তাপ উৎপাদন উৎপাদনের স্থান থেকে স্থানান্তরিত হবে, তবে এটি এখনও ক্রমাগত রেটে মিরাবাইলের মাধ্যমে পুনরুদ্ধার করা যেতে পারে যাতে শরীরের অন্যান্য অঞ্চলের তুলনায় গ্যাস গ্রন্থির তাপমাত্রা বেশি বজায় রাখা যায়। নিরর্থক চক্রের সামগ্রিক মোট বিক্রিয়ায় এটিপি ব্যবহার এবং তাপ উৎপাদন নিম্নরূপঃ তাপ উৎপাদনে উপকৃত নিরর্থক চক্রের আরেকটি উদাহরণ মৌমাছির মধ্যে পাওয়া যায়। এফ. বি. পি এবং পি. এফ. কে-এর সাথে জড়িত নিরর্থক চক্রটি বাম্বল মৌমাছিরা উড়ন্ত পেশীগুলিতে তাপ তৈরি করতে এবং কম পরিবেষ্টিত তাপমাত্রায় তাদের দেহকে যথেষ্ট পরিমাণে উষ্ণ করতে ব্যবহার করে। তথ্যসূত্র বাইরের লিঙ্ক মেটাবলিজম গ্লাইকোলাইসিস