Glutamate–glutamine cycle
জৈব রসায়নে, গ্লুটামেট-গ্লুটামিন চক্র হল একটি চক্রাকার বিপাকীয় পথ যা কেন্দ্রীয় স্নায়ুতন্ত্রে নিউরোট্রান্সমিটার গ্লুটামেটের পর্যাপ্ত সরবরাহ বজায় রাখে। নিউরনগুলি উত্তেজক নিউরোট্রান্সমিটার গ্লুটামেট বা গ্লুকোজ থেকে প্রতিরোধকারী জি. এ. বি. এ সংশ্লেষণ করতে অক্ষম। আন্তঃকোষীয় কামরার মধ্যে গ্লুটামেট এবং গ্লুটামিন পুলের আবিষ্কারগুলি নিউরন এবং অ্যাস্ট্রোসাইটের মধ্যে গ্লুটামেট-গ্লুটামিন চক্রের কাজ করার পরামর্শ দেয়। গ্লুটামেট/জি. এ. বি. এ-গ্লুটামিন চক্র হল একটি বিপাকীয় পথ যা নিউরন থেকে গ্লুটামেট বা জি. এ. বি. এ মুক্ত হওয়ার বর্ণনা দেয় যা তারপর অ্যাস্ট্রোসাইট (নন-নিউরোনাল গ্লিয়াল কোষ)-এ নেওয়া হয়। বিনিময়ে, অ্যাস্ট্রোসাইটগুলি গ্লুটামেট বা জি. এ. বি. এ সংশ্লেষণের অগ্রদূত হিসাবে ব্যবহারের জন্য নিউরনে নেওয়ার জন্য গ্লুটামিন ছেড়ে দেয়। উৎপাদন গ্লুটামেট প্রাথমিকভাবে, একটি গ্লুটামেটার্জিক সিনাপসে, নিউরোট্রান্সমিটার গ্লুটামেট নিউরন থেকে মুক্তি পায় এবং সিনাপটিক ফাটলে নিয়ে যাওয়া হয়। সিনাপসে থাকা গ্লুটামেটকে অবশ্যই তিনটি উপায়ে দ্রুত অপসারণ করতে হবেঃ পোস্টসিনেপটিক বগিতে গ্রহণ করা, প্রিসিনেপটিক বগিতে পুনরায় গ্রহণ করা, বা তৃতীয়, নন-নিউরোনাল বগিতে গ্রহণ করা। পোস্টসিনেপটিক নিউরনগুলি সিনাপ্স থেকে সামান্য গ্লুটামেট সরিয়ে দেয়। প্রিসিনেপটিক নিউরনগুলিতে সক্রিয় পুনঃগ্রহণ রয়েছে, তবে এই প্রক্রিয়াটি অ্যাস্ট্রোসাইটিক পরিবহনের চেয়ে কম গুরুত্বপূর্ণ বলে মনে হয়। অ্যাস্ট্রোসাইট দুটি উপায়ে পরিবাহিত গ্লুটামেট নিষ্পত্তি করতে পারে। তারা এটি রক্তের কৈশিকগুলিতে রপ্তানি করতে পারত, যা অ্যাস্ট্রোসাইট পায়ের প্রক্রিয়াগুলিকে সংযুক্ত করে। যাইহোক, এই কৌশলের ফলে সিস্টেম থেকে কার্বন এবং নাইট্রোজেনের নিট ক্ষতি হবে। একটি বিকল্প পদ্ধতি হ 'ল গ্লুটামেটকে অন্য যৌগে রূপান্তর করা, বিশেষত একটি অ-নিউরোঅ্যাকটিভ প্রজাতি। এই পদ্ধতির সুবিধা হল যে নিউরোনাল গ্লুটামেটকে এক্সট্রাসেলুলার তরলের মাধ্যমে ট্রান্সমিটার পাচারের ঝুঁকি ছাড়াই পুনরুদ্ধার করা যেতে পারে, যেখানে গ্লুটামেট নিউরোনাল ডিপোলারাইজেশনের কারণ হতে পারে। অ্যাস্ট্রোসাইটগুলি সহজেই গ্লুটামাইন সিন্থেটেজ পথের মাধ্যমে গ্লুটামেটকে গ্লুটামিনে রূপান্তরিত করে এবং এক্সট্রাসেলুলার স্পেসে ছেড়ে দেয়। গ্লুটামিনকে প্রি-সিনাপটিক টার্মিনালে নিয়ে যাওয়া হয় এবং ফসফেট-অ্যাক্টিভেটেড গ্লুটামিনেজ (একটি মাইটোকন্ড্রিয়াল এনজাইম) দ্বারা গ্লুটামেটে বিপাক করা হয়। গ্লুটামেট যা প্রি-সিনাপটিক টার্মিনালে সংশ্লেষিত হয় তা গ্লুটামেট পরিবাহক, ভিজিএলইউটি দ্বারা সিনাপটিক ভেসিকলগুলিতে প্যাক করা হয়। একবার ভেসিকল মুক্ত হয়ে গেলে, গ্লুটামেট উত্তেজক অ্যামিনো-অ্যাসিড ট্রান্সপোর্টার (ইএএটি) দ্বারা সিনাপটিক ফাটল থেকে অপসারণ করা হয়। এটি সিনাপটিক টার্মিনাল এবং গ্লিয়াল কোষগুলিকে গ্লুটামেটের যথাযথ সরবরাহ বজায় রাখতে একসাথে কাজ করার অনুমতি দেয়, যা সাইট্রিক অ্যাসিড চক্রের মধ্যবর্তী 2-অক্সোগ্লুটারেটের ট্রান্স্যামিনেশন দ্বারাও তৈরি করা যেতে পারে। সাম্প্রতিক ইলেক্ট্রোফিজিওলজিক্যাল প্রমাণ থেকে জানা যায় যে, সক্রিয় সিনাপ্সগুলির নির্দিষ্ট পরিস্থিতিতে উত্তেজক নিউরোট্রান্সমিশন বজায় রাখার জন্য প্রাক-সিনাপটিকভাবে স্থানীয় গ্লুটামাইন গ্লুটামেট চক্রের প্রয়োজন হয়। অন্যান্য সিস্টেমে, এটি পরামর্শ দেওয়া হয়েছে যে নিউরনগুলির আপোস করা গ্লুটামেট-গ্লুটামিন সাইক্লিংয়ের সাথে মোকাবিলা করার জন্য বিকল্প প্রক্রিয়া রয়েছে। জি. এ. বি. এ.-এ, চক্রটিকে জি. এ. বি. এ-গ্লুটামিন চক্র বলা হয়। এখানে নিউরন দ্বারা গৃহীত গ্লুটামিন গ্লুটামেটে রূপান্তরিত হয়, যা তারপর গ্লুটামেট ডিকারবক্সিলেস (জি. এ. ডি) দ্বারা জি. এ. বি. এ-তে বিপাক হয়। মুক্ত হওয়ার পরে, জি. এ. বি. এ পরিবাহকদের মাধ্যমে জি. এ. বি. এ-কে অ্যাস্ট্রোসাইটগুলিতে নেওয়া হয় এবং তারপরে জি. এ. বি. এ ট্রান্সামিনেজ এবং সাক্সিনেট-সেমিয়ালডিহাইড ডিহাইড্রোজেনেসের যৌথ ক্রিয়া দ্বারা ক্যাটবোলাইজ করা হয়। গ্লুটামিন টি. সি. এ চক্রের মাধ্যমে সাক্সিনেট থেকে সংশ্লেষিত হয়, যার মধ্যে অক্সালোসেটেট এবং অ্যাসিটাইল-কোএ-গঠনকারী সাইট্রেটের একটি ঘনীভবন প্রতিক্রিয়া অন্তর্ভুক্ত রয়েছে। তারপর α-কেটোগ্লুটারেট এবং গ্লুটামেটের সংশ্লেষণ ঘটে, যার পরে গ্লুটামেট আবার জি. এ. ডি দ্বারা জি. এ. বি. এ-তে বিপাক হয়। জি. এ. বি. এ-র স্নায়ুকোষে গ্লুটামিনের সরবরাহ কম গুরুত্বপূর্ণ, কারণ এই স্নায়ুকোষগুলি তাদের গ্লুটামেটার্জিক প্রতিরূপ অ্যামোনিয়া হোমিওস্ট্যাসিসের তুলনায় মুক্ত নিউরোট্রান্সমিটারের পুনঃগ্রহণের একটি বড় অনুপাত প্রদর্শন করে। যখন গ্লুটামেট বা জিএবিএর একটি অণু অ্যাস্ট্রোসাইটগুলিতে গ্লুটামিনে রূপান্তরিত হয়, তখন অ্যামোনিয়ার একটি অণু শোষিত হয়। এছাড়াও, গ্লুটামেট বা জি. এ. বি. এ-র প্রতিটি অণুর জন্য সিনাপ্স থেকে অ্যাস্ট্রোসাইটগুলিতে সাইকেল চালানো হলে, নিউরনে অ্যামোনিয়ার একটি অণু তৈরি হবে। এই অ্যামোনিয়াকে অবশ্যই নিউরন থেকে বের করে ডিটক্সিফিকেশনের জন্য অ্যাস্ট্রোসাইটগুলিতে ফেরত নিয়ে যেতে হবে, কারণ একটি উচ্চতর অ্যামোনিয়া ঘনত্ব বেশ কয়েকটি সেলুলার ফাংশনের উপর ক্ষতিকারক প্রভাব ফেলে এবং নিউরোসাইকিয়াট্রিক এবং স্নায়বিক লক্ষণগুলির একটি বর্ণালী সৃষ্টি করতে পারে (দুর্বল স্মৃতি, সংক্ষিপ্ত মনোযোগের সময়কাল, ঘুম-জাগ্রত বিপরীতমুখী, মস্তিষ্কের শোথ, ইন্ট্রাক্র্যানিয়াল হাইপারটেনশন, খিঁচুনি, অ্যাটাক্সিয়া এবং কোমা)। পরিবহন এবং ডিটক্সিফিকেশন এটি দুটি ভিন্ন উপায়ে ঘটতে পারেঃ অ্যামোনিয়া নিজেই কেবল বিচ্ছুরিত হতে পারে (এন. এইচ. 3 হিসাবে) বা বহির্মুখী স্থানের ভিতরে এবং বাইরে কোষের ঝিল্লি জুড়ে (এন. এইচ. 4 + হিসাবে) পরিবহন করা যেতে পারে, অথবা বাহক অণু (অ্যামিনো অ্যাসিড) জড়িত একটি শাটল সিস্টেম নিযুক্ত করা যেতে পারে। অবশ্যই, অ্যামোনিয়া লিপিড ঝিল্লি জুড়ে ছড়িয়ে পড়তে পারে এবং এটি দেখানো হয়েছে যে অ্যামোনিয়া কে +/সিএল-সহ-পরিবাহক দ্বারা পরিবহন করা যেতে পারে। যেহেতু কোষের ঝিল্লি জুড়ে মুক্ত অ্যামোনিয়ার বিস্তার এবং পরিবহন কোষের পিএইচ স্তরকে প্রভাবিত করবে, তাই নিউরোনাল এবং অ্যাস্ট্রোসাইটিক কামরার মধ্যে অ্যামোনিয়া পরিবহনের আরও আকর্ষণীয় এবং নিয়ন্ত্রিত উপায় হল একটি অ্যামিনো-অ্যাসিড শাটলের মাধ্যমে, যার মধ্যে দুটি রয়েছেঃ লিউসিন এবং অ্যালানিন। অ্যামিনো অ্যাসিড গ্লুটামিনের বিপরীত দিকে চলে যায়। অ্যামিনো অ্যাসিডের বিপরীত দিকে, একটি সংশ্লিষ্ট অণু পরিবহন করা হয়; অ্যালানিনের জন্য এই অণুটি ল্যাকটেট; লিউসিনের জন্য, α-কেটোআইসোকাপ্রোয়েট। নিউরনগুলিতে গ্লুটামেট ডিহাইড্রোজেনেস এনজাইম বিক্রিয়ার অংশ হিসাবে স্থির অ্যামোনিয়াকে শাখা-শৃঙ্খল অ্যামিনো অ্যাসিড লিউসিন গঠনের জন্য α-কেটোআইসোকাপ্রোয়েটে রূপান্তরিত করা হয়, যা অ্যাস্ট্রোসাইটগুলিতে রপ্তানি করা হয়, যেখানে প্রক্রিয়াটি বিপরীত হয়। α-ketoisocaproate অন্য দিকে পরিবহন করা হয়। অ্যালানাইন নিউরনে উৎপাদিত অ্যামোনিয়া গ্লুটামেট গঠনের জন্য গ্লুটামেট-ডিহাইড্রোজেনেস প্রতিক্রিয়া দ্বারা α-কেটোগ্লুটারেটে স্থির করা হয়, তারপর অ্যালানাইন অ্যামিনোট্রান্সফেরেজ দ্বারা ল্যাকটেট-উদ্ভূত পাইরুভেটে রূপান্তরিত হয়ে অ্যালানাইন তৈরি হয়, যা অ্যাস্ট্রোসাইটে রপ্তানি করা হয়। অ্যাস্ট্রোসাইটগুলিতে, এই প্রক্রিয়াটি তখন বিপরীত হয় এবং ল্যাকটেট অন্য দিকে পরিবহন করা হয়। ব্যাধি এবং অবস্থা অসংখ্য প্রতিবেদন প্রকাশিত হয়েছে যা ইঙ্গিত করে যে গ্লুটামেট/জিএবিএ-গ্লুটামিন চক্র বিভিন্ন স্নায়বিক ব্যাধি এবং অবস্থার ক্ষেত্রে আপোস করা হয়। মৃগীরোগে আক্রান্ত মানুষের থেকে স্ক্লেরোটিক হিপ্পোক্যাম্পাস টিস্যুর বায়োপসিতে গ্লুটামেট-গ্লুটামিন সাইক্লিং হ্রাস পেয়েছে। আরেকটি প্যাথলজি যেখানে গ্লুটামেট/জি. এ. বি. এ-গ্লুটামিন চক্র আপোস করা যেতে পারে তা হল আলঝেইমার রোগ; এন. এম. আর স্পেকট্রোস্কোপি দেখায় যে আলঝেইমার রোগে আক্রান্ত রোগীদের মধ্যে গ্লুটামেট নিউরোট্রান্সমিশন ক্রিয়াকলাপ এবং টি. সি. এ সাইক্লিংয়ের হার হ্রাস পেয়েছে। মস্তিষ্কে হাইপারঅ্যামোনেমিয়া, সাধারণত প্রাথমিক লিভার রোগের গৌণ জটিলতা হিসাবে ঘটে এবং হেপাটিক এনসেফালোপ্যাথি নামে পরিচিত, এমন একটি অবস্থা যা মস্তিষ্কে গ্লুটামেট/জিএবিএ-গ্লুটামিন সাইক্লিংকে প্রভাবিত করে। অটিজম সম্পর্কে বর্তমান গবেষণা অটিস্টিক স্পেকট্রাম ব্যাধিতে গ্লুটামেট, গ্লুটামিন এবং/অথবা জি. এ. বি. এ-র সম্ভাব্য ভূমিকাও নির্দেশ করে। সম্ভাব্য ওষুধের লক্ষ্য মৃগীরোগের চিকিৎসায়, জি. এ. বি. এ পরিবাহক এবং জি. এ. বি. এ বিপাকীয় এনজাইম জি. এ. বি. এ-ট্রান্সামিনেজ উভয়কেই লক্ষ্য করে এমন ভিগাব্যাট্রিন-এর মতো ওষুধ বাজারজাত করা হয়েছে, যা নিউরোট্রান্সমিটার সাইক্লিং সিস্টেমের জন্য ফার্মাকোলজিকাল লক্ষ্য হিসাবে নীতির প্রমাণ প্রদান করে। যাইহোক, গ্লুটামেট পরিবহন এবং বিপাকের ক্ষেত্রে, এই ধরনের কোনও ওষুধ তৈরি করা হয়নি, কারণ গ্লুটামেটার্জিক সিনাপস প্রচুর পরিমাণে রয়েছে এবং নিউরোট্রান্সমিটার গ্লুটামেট বিপাকের ক্ষেত্রে একটি গুরুত্বপূর্ণ বিপাক, যা বিরূপ প্রভাব ফেলতে সক্ষম। এখনও অবধি, গ্লুটামেটার্জিক সিস্টেমে পরিচালিত বেশিরভাগ ওষুধের বিকাশ ফার্মাকোলজিকাল লক্ষ্য হিসাবে আয়োনোট্রপিক গ্লুটামেট রিসেপ্টরগুলির উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করা হয়েছে বলে মনে হয়, যদিও জি-প্রোটিন সংযুক্ত রিসেপ্টরগুলি বছরের পর বছর ধরে আরও বেশি মনোযোগ আকর্ষণ করছে। তথ্যসূত্র আণবিক জীববিজ্ঞান