Iron-binding proteins
આયર્ન-બંધનકર્તા પ્રોટીન વાહક પ્રોટીન અને મેટાલોપ્રોટીન છે જે આયર્ન ચયાપચય અને રોગપ્રતિકારક પ્રતિભાવમાં મહત્વપૂર્ણ છે. આયર્ન જીવન માટે જરૂરી છે. આયર્ન આધારિત ઉત્સેચકો વિવિધ બાયોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાઓને ઉત્પ્રેરિત કરે છે અને તેમના સક્રિય સ્થળની રચનાના આધારે તેને ત્રણ વ્યાપક વર્ગોમાં વિભાજિત કરી શકાય છેઃ નોન-હીમ મોનો-આયર્ન, નોન-હીમ ડાયરોન અથવા હીમ કેન્દ્રો. આયર્ન-આધારિત ઉત્સેચકોના જાણીતા પરિવારમાં ઓક્સિજનનો સમાવેશ થાય છે જે O2માંથી એક અથવા બંને અણુઓના હાઇડ્રોક્સિલ જૂથ ઉમેરાને સરળ બનાવે છે. નોંધપાત્ર ઉત્સેચકોમાં ટ્રિપ્ટોફન ડાયઓક્સિજનેઝ, ફેરેડોક્સિન અને 2-ઓક્સોગ્લુટેરેટ ડાયઓક્સિજનેઝનો સમાવેશ થાય છે. હેમ પ્રોટીન એ પ્રોટીન છે જેમાં હેમ કૃત્રિમ જૂથ હોય છે. હીમ જૂથમાં આયર્ન આયન સાથે સંકલિત પોર્ફિરિન રિંગનો સમાવેશ થાય છે. પોર્ફિરિન રિંગમાં ચાર નાઇટ્રોજન પરમાણુ કેન્દ્રમાં આયર્ન માટે લિગાન્ડ તરીકે કાર્ય કરે છે. ઘણા કિસ્સાઓમાં, વિષુવવૃત્તીય પોર્ફિરિન એક અથવા બે અક્ષીય લિગાન્ડ્સ દ્વારા પૂરક છે. આનું એક ઉદાહરણ હિમોગ્લોબિનમાં છે, જ્યાં પોર્ફિરિન હિસ્ટિડીન બાજુની સાંકળ અને બંધાયેલા O2 પરમાણુ સાથે મળીને કામ કરે છે, જે ઓક્ટાહેડ્રલ સંકુલ બનાવે છે. હિમોગ્લોબિન હિમોગ્લોબિન એ ઓક્સિજન-પરિવહન પ્રોટીન છે જે લગભગ તમામ કરોડઅસ્થિધારી પ્રાણીઓમાં જોવા મળે છે. હિમોગ્લોબિન એ એ માનવ પુખ્ત વયના લોકોમાં જોવા મળતો મુખ્ય પ્રકાર છે. તે એક ટેટ્રામર છે જેમાં બે આલ્ફા અને બે બીટા પેટા એકમોનો સમાવેશ થાય છે. ચાર મોનોમેરિક એકમોમાંથી દરેકમાં હેમ કૃત્રિમ જૂથ હોય છે જેમાં ફેરિક કેટાયન પોર્ફિરિન રિંગના ચાર નાઇટ્રોજન અણુઓ વચ્ચે બંધાયેલું હોય છે. હિસ્ટિડાઇનની સાથે, એ. પી. ઓ. સ્વરૂપમાં આયર્ન અણુની આસપાસ પાંચ લિગાન્ડ્સ હોય છે. હોલો સ્વરૂપમાં ઓક્ટાહેડ્રલ સંકુલ બનાવવા માટે ઓક્સિજન ખાલી છઠ્ઠી સ્થિતિ સાથે જોડાય છે. ઓક્સિજન બંધન દરેક પેટા એકમો માટે સંપૂર્ણપણે સહકારી છે કારણ કે પ્રથમ ઓક્સિજન ચાર હેમ જૂથોમાંથી એક સાથે જોડાય છે, પ્રોટીન તીવ્ર રચનાત્મક પરિવર્તનમાંથી પસાર થાય છે જે અન્ય ત્રણ પેટા એકમોના ઓક્સિજન સંબંધમાં તીવ્ર વધારો કરે છે. હિમોગ્લોબિનમાં pH, માળખું અને CO2 આંશિક દબાણના આધારે વિવિધ સમાનતાઓ હોય છે. ફેટલ હિમોગ્લોબિન એ એક પ્રકાર છે જેમાં બે બીટા પેટા એકમોને બદલે બે ગામા પેટા એકમો હોય છે. ગર્ભમાં રહેલું હિમોગ્લોબિન એ શિશુનું કેટલાંક મહિનાનું થાય ત્યાં સુધીનું મુખ્ય સ્વરૂપ છે, અને ગર્ભાવસ્થા દરમિયાન પૂરી પાડવામાં આવેલ માતાના લોહીના નીચા ઓક્સિજન તણાવની ભરપાઈ કરવા માટે તેમાં વધુ ઓક્સિજન આકર્ષણ હોય છે. નીચા pH પર હિમોગ્લોબિનમાં ઓછું ઓક્સિજન આકર્ષણ હોય છે. આ ઝડપી વિઘટન માટે પરવાનગી આપે છે કારણ કે ઓક્સિજનયુક્ત હિમોગ્લોબિન સમગ્ર શરીરમાં કોષોમાં પરિવહન થાય છે. CO2ના ઉત્પાદન અને શ્વસન કોષોમાં કાર્બોનિક એસિડની જલીય રચનાને કારણે, કોષોને જરૂરી ઓક્સિજન પહોંચાડવા માટે ઓક્સિજનયુક્ત હિમોગ્લોબિન વિખેરાઈ જાય છે. હિમોગ્લોબિન કાર્બન મોનોક્સાઇડ માટે બંધનકર્તા આકર્ષણ ધરાવે છે જે ઓક્સિજન કરતાં 250 ગણું વધારે છે. આ કાર્બન મોનોક્સાઇડ ઝેરનો આધાર છે, કારણ કે હિમોગ્લોબિન હવે કોષોમાં ઓક્સિજનનું પરિવહન કરી શકતું નથી. સાયટોક્રોમ એ હેમ ધરાવતા ઉત્સેચકો છે જે સિંગલ-ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સપોર્ટર તરીકે કામ કરે છે, ખાસ કરીને ઓક્સિડેટીવ ફોસ્ફોરાયલેશન અને પ્રકાશસંશ્લેષણમાં ઇલેક્ટ્રોન શટલ તરીકે. સારી રીતે અભ્યાસ કરાયેલા સાયટોક્રોમના પ્રકારોમાં સાયટોક્રોમ એ-સી, સાયટોક્રોમ ઓક્સિડેઝ અને સાયટોક્રોમ પી 450નો સમાવેશ થાય છે. આ પ્રોટીન હેમ આયર્ન અણુની ઓક્સિડેશન સ્થિતિને ફેરસ (ફે 2 +) અને ફેરિક (ફે 3 +) વચ્ચે ફેરવીને ઇલેક્ટ્રોન શટલ તરીકે કાર્ય કરે છે. અન્ય રેડૉક્સ-સક્રિય અણુઓ સાથે સંયોજનમાં વિવિધ સાયટોક્રોમ પ્રમાણભૂત ઘટાડાની ક્ષમતાનો ઢાળ બનાવે છે જે ઇલેક્ટ્રોન-ટ્રાન્સફર ઘટનાઓ દરમિયાન ઊર્જા જોડાણની કાર્યક્ષમતામાં વધારો કરે છે. આયર્ન-સલ્ફર પ્રોટીન આયર્ન-સલ્ફર પ્રોટીન એ આયર્ન માળખું ધરાવે છે જેમાં સલ્ફરનો સમાવેશ થાય છે. પ્રોટીનમાં આયર્ન અને સલ્ફર વિવિધ સ્વરૂપો લઈ શકે છે, પરંતુ સૌથી સામાન્ય [2Fe 2S] અને [4Fe 4S] છે. ક્લસ્ટર ઘણીવાર પ્રોટીન સાંકળમાં સિસ્ટીન અવશેષો સાથે સંકળાયેલા હોય છે. નોન-હીમ પ્રોટીન ટ્રાન્સફેરિન ટ્રાન્સફેરિન માનવ પ્લાઝ્મામાં જોવા મળે છે, અને તેનો ઉપયોગ નોન-હીમ આયર્નના પરિવહન અને આયાત માટે થાય છે. તે બાહ્યકોષીય અવકાશમાં મુક્તપણે પ્રવાસ કરે છે. જ્યારે કોષ દ્વારા તેના આયર્નની જરૂર પડે છે, ત્યારે તેને ટ્રાન્સફરિન રીસેપ્ટર દ્વારા સાયટોસોલમાં લાવવામાં આવે છે. ટ્રાન્સફેરિન એનાયન (સામાન્ય રીતે કાર્બોનેટ) સાથે બે ફે (III) આયનોને બાંધી શકે છે. આયર્ન છોડવા માટે, કાર્બોનેટ આયનને પ્રોટોનેટ કરવામાં આવે છે. આ પ્રોટીન સાથે કાર્બોનેટની ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં ફેરફાર કરે છે, રચનામાં ફેરફાર કરે છે અને ફે (III) ને સ્થાનાંતરિત કરવાની મંજૂરી આપે છે. ટ્રાન્સફેરિનનું પરમાણુ વજન લગભગ 80 કેડીએ છે. તે ગ્લાયકોપ્રોટીન છે, જેનો અર્થ છે કે તેની એમિનો એસિડ સાંકળ સાથે જોડાયેલ શર્કરા છે. લેક્ટોફેરિન લેક્ટોફેરિન ટ્રાન્સફેરિન પરિવારનો સભ્ય છે અને તે આંસુ, દૂધ અને લાળ જેવા સસ્તન એક્સોક્રાઇન સ્ત્રાવમાં જોવા મળતું મુખ્ય પ્રોટીન છે. તે આશરે 700 અવશેષોથી બનેલું છે અને મુખ્યત્વે ટેટ્રામર તરીકે અસ્તિત્વ ધરાવે છે, જેમાં મોનોમરઃ ટેટ્રામર રેશિયો 10 માઇક્રોન પ્રોટીન સાંદ્રતામાં 1:4 છે. તૃતીય માળખું બે ખંડોથી બનેલું છે, જેને એન અને સી ખંડ કહેવામાં આવે છે, જેમાં દરેકમાં એક લોહ-બંધનકર્તા પોકેટ હોય છે. દરેક પોકેટ ચાર એમિનો એસિડ (બે ટાયરોસિન, એક હિસ્ટિડાઇન અને એક એસ્પાર્ટેટ) નું યોગદાન આપે છે અને, બે કાર્બોનેટ અથવા બાયકાર્બોનેટ એનાયનો સાથે, આયર્ન કેટાયનની આસપાસ છ સભ્યોનું સંકલન બનાવે છે. તે આ ચોક્કસ સંયોજન છે જે લેક્ટોફેરિનનું આયર્ન આકર્ષણ ટ્રાન્સફરિન કરતાં 300 ગણું વધારે બનાવે છે. લેક્ટોફેરિનમાં નોંધપાત્ર એન્ટિમાઇક્રોબાયલ ગુણધર્મો છે. તે માનવ કોલોસ્ટ્રમ (ગર્ભાવસ્થાના અંતિમ તબક્કામાં ઉત્પાદિત દૂધનો પ્રકાર) માં 150 એનજી/એમએલની સૌથી વધુ સાંદ્રતામાં જોવા મળે છે, જે નવજાત શિશુઓને ખૂબ જરૂરી રોગપ્રતિકારક સહાય પૂરી પાડે છે. એવું વ્યાપકપણે માનવામાં આવતું હતું કે લેક્ટોફેરિન તેના ઉચ્ચ આયર્ન આકર્ષણ અને રોગકારક સુક્ષ્મજીવાણુઓમાંથી મુક્ત આયર્ન પરમાણુઓને અલગ કરવાની ક્ષમતાને કારણે માત્ર એક બેક્ટેરિયોસ્ટેટિક એજન્ટ હતું. જો કે, હવે તે જાણીતું છે કે મુખ્ય એન્ટિમાઇક્રોબાયલ પ્રેરક બળ તેના આયર્ન-બાઉન્ડ પોકેટના જીવાણુનાશક ગુણધર્મો અને એન-લોબ પર સ્થિત ચોક્કસ પેપ્ટાઇડ લેક્ટોફેરિસિનમાં રહેલું છે. લેક્ટોફેરિન બેક્ટેરિયાના એલ. પી. એસ. (લિપોપોલિસેકરાઇડ) સ્તર સાથે જોડાવા માટે સક્ષમ છે, અને તેના હોલો સ્વરૂપમાં આયર્ન અણુ બાહ્ય પટલને નિષ્ક્રિય કરવા માટે લિપોપોલિસેકરાઇડ્સનું ઓક્સિડાઇઝેશન કરે છે અને સાથે સાથે ઝેરી હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ ઉત્પન્ન કરે છે. વધુમાં, ટ્રિપ્સિન દ્વારા લેક્ટોફેરિનના વિભાજન પર, પેપ્ટાઇડ લેક્ટોફેરિસિન ઉત્પન્ન થાય છે જે H +-ATPase સાથે જોડાય છે, પ્રોટોન ટ્રાન્સલોકેશનને વિક્ષેપિત કરે છે અને આખરે કોષને મારી નાખે છે. ફેરિટિન ફેરિટિન એ વ્યક્તિગત કોષ માટે લોખંડનો ભંડાર છે. તે તમામ પ્રકારના કોષોમાં જોવા મળે છે અને સાયટોસોલમાં સ્થાનિક હોય છે. ફેરિટિન એ એક મોટું પ્રોટીન છે જે આયર્ન પરમાણુઓથી ભરેલા કોરની આસપાસ 24 પેટા એકમોથી બનેલું છે. તે 0-4500 લોખંડના અણુઓને પકડી રાખવામાં સક્ષમ છે, જેનો ઉપયોગ સેલ્યુલર જરૂરિયાતો માટે જળાશય તરીકે થઈ શકે છે. જ્યારે લોખંડ વધારે હોય ત્યારે તેને સંગ્રહિત કરવામાં આવે છે, અને જ્યારે ફરીથી લોખંડની જરૂર પડે ત્યારે તેને પુનઃપ્રાપ્ત કરવામાં આવે છે. પેટા એકમો એચ (ભારે અથવા હૃદય) અને એલ (પ્રકાશ અથવા યકૃત) નું મિશ્રણ છે. પેટા એકમો એક ક્લસ્ટર 70-80 એંગસ્ટ્રોમ્સ પહોળા બનાવે છે, જે પછી આયર્ન ફેરીહાઇડ્રાઇટથી ભરવામાં આવે છે. ફેરિટિન એ જીવનના તમામ ક્ષેત્રોમાં અત્યંત સંરક્ષિત પ્રોટીન છે. તે એટલું સંરક્ષિત છે કે ઘોડાઓ અને મનુષ્યોના પેટા એકમો કાર્યાત્મક પ્રોટીનમાં ભેગા થઈ શકે છે. દરેક પેટા એકમ પાંચ આલ્ફા હેલિસીસથી બનેલો છે. ફેરિટિનનો ઉપયોગ મનુષ્યમાં આયર્નના નીચા સ્તરનું નિદાન કરવા માટે થાય છે. તેનો ઉપયોગ જૈવઉપલબ્ધ આયર્નનું સ્તર સૂચવવા માટે થઈ શકે છે, જે એનિમિયાના નિદાન માટે મદદરૂપ છે. પુરુષો માટે સામાન્ય શ્રેણી 18-270 ng/mL છે અને સ્ત્રીઓ માટે શ્રેણી 18-160 ng/mL છે. આયર્ન બાહ્ય કડીઓ પણ જુઓ સંદર્ભો આયર્ન ચયાપચય