Futile cycle
એક નિરર્થક ચક્ર, જેને સબસ્ટ્રેટ ચક્ર તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, તે ત્યારે થાય છે જ્યારે બે ચયાપચયના માર્ગો એક સાથે વિરુદ્ધ દિશામાં ચાલે છે અને ગરમીના સ્વરૂપમાં ઊર્જાનો નાશ કરવા સિવાય તેની કોઈ એકંદર અસર થતી નથી. આ ચક્રને "નિરર્થક" ચક્ર કહેવાનું કારણ એ હતું કે એવું લાગતું હતું કે આ ચક્ર જીવતંત્ર માટે કોઈ ચોખ્ખી ઉપયોગિતા વિના કાર્યરત છે. જેમ કે, તેને ચયાપચયની વિચિત્રતા માનવામાં આવતી હતી અને તેથી તેને નિરર્થક ચક્ર નામ આપવામાં આવ્યું હતું. વધુ તપાસ કર્યા પછી એવું જોવા મળ્યું હતું કે ચયાપચયની સાંદ્રતાને નિયંત્રિત કરવા માટે નિરર્થક ચક્ર ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે. ઉદાહરણ તરીકે, જો ગ્લાયકોલિસિસ અને ગ્લુકોનિયોજેનેસિસ એક જ સમયે સક્રિય હોય, તો ગ્લુકોઝ ગ્લાયકોલિસિસ દ્વારા પાયરુવેટમાં રૂપાંતરિત થશે અને પછી ગ્લુકોનિયોજેનેસિસ દ્વારા ગ્લુકોઝમાં રૂપાંતરિત થશે, જેમાં એટીપીનો એકંદર વપરાશ થશે. નિરર્થક ચક્રની ચયાપચય નિયમનમાં ભૂમિકા હોઈ શકે છે, જ્યાં નિરર્થક ચક્ર એ બે સ્થિતિઓ વચ્ચે દોલન કરતી પ્રણાલી હશે અને તેમાં સામેલ કોઈપણ ઉત્સેચકોની પ્રવૃત્તિમાં નાના ફેરફારો માટે ખૂબ જ સંવેદનશીલ હશે. આ ચક્ર ગરમી પેદા કરે છે, અને તેનો ઉપયોગ થર્મલ હોમિયોસ્ટેસિસ જાળવવા માટે થઈ શકે છે, ઉદાહરણ તરીકે યુવાન સસ્તન પ્રાણીઓની કથ્થઈ ચરબીયુક્ત પેશીઓમાં, અથવા ઝડપથી ગરમી પેદા કરવા માટે, ઉદાહરણ તરીકે જંતુના ઉડાન સ્નાયુઓમાં અને ટોરપોરથી સામયિક ઉત્તેજના દરમિયાન શીતનિદ્રા પ્રાણીઓમાં. એવું નોંધવામાં આવ્યું છે કે ગ્લુકોઝ મેટાબોલિઝમ સબસ્ટ્રેટ ચક્ર નિરર્થક ચક્ર નથી પરંતુ નિયમનકારી પ્રક્રિયા છે. ઉદાહરણ તરીકે, જ્યારે અચાનક ઊર્જાની જરૂર પડે છે, ત્યારે એટીપીને એએમપી દ્વારા બદલવામાં આવે છે, જે વધુ પ્રતિક્રિયાશીલ એડેનિન છે. ઉદાહરણ ગ્લાયકોલિસિસ અને ગ્લુકોનિયોજેનેસિસનું એક સાથે વહન એ નિરર્થક ચક્રનું ઉદાહરણ છે, જે નીચેના સમીકરણ દ્વારા રજૂ થાય છેઃ ઉદાહરણ તરીકે, ગ્લાયકોલિસિસ દરમિયાન, ફ્રોક્ટોઝ-6-ફોસ્ફેટને ફોસ્ફોફ્રુક્ટોકિનાઝ 1 (પી. એફ. કે.-1) ઉત્સેચક દ્વારા ઉત્પ્રેરિત પ્રતિક્રિયામાં ફ્રોક્ટોઝ-1,6-બિસ્ફોસ્ફેટમાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે. પરંતુ ગ્લુકોનિયોજેનેસિસ દરમિયાન (એટલે કે. પાયરુવેટ અને અન્ય સંયોજનોમાંથી ગ્લુકોઝનું સંશ્લેષણ) વિપરીત પ્રતિક્રિયા થાય છે, જે ફ્રુક્ટોઝ-1,6-બિસ્ફોસ્ફેટેઝ (એફબીપીએઝ-1) દ્વારા ઉત્પ્રેરિત થાય છે. એકંદર પ્રતિક્રિયા આપવીઃ એટલે કે, કોઈપણ ઉપયોગી મેટાબોલિક કાર્ય કર્યા વિના ATPનું હાઇડ્રોલિસિસ. સ્પષ્ટપણે, જો આ બંને પ્રતિક્રિયાઓને એક જ કોષમાં ઊંચા દરે એક સાથે આગળ વધવા દેવામાં આવે, તો મોટી માત્રામાં રાસાયણિક ઊર્જા ગરમી તરીકે વિખેરાઈ જશે. તેથી આ બિનઅસરકારક પ્રક્રિયાને નિરર્થક ચક્ર કહેવામાં આવે છે. સ્થૂળતા અને હોમિયોસ્ટેસિસમાં નિરર્થક ચક્રની ભૂમિકા એવી ઘણી દવાઓ નથી કે જે સ્થૂળતાની અસરકારક રીતે સારવાર કરી શકે અથવા ઉલટાવી શકે. સ્થૂળતા મુખ્યત્વે ડાયાબિટીસ, હાયપરટેન્શન, રક્તવાહિની રોગ અને અમુક પ્રકારના કેન્સર જેવી આરોગ્ય સમસ્યાઓ સાથે સંકળાયેલા રોગોનું જોખમ વધારી શકે છે. ટ્રાન્સજેનિક ઉંદરોનો ઉપયોગ કરીને સ્થૂળતાની સારવાર અને નિવારણની આસપાસ ફરતો એક અભ્યાસ અહેવાલોના સકારાત્મક પ્રતિસાદ પર પ્રયોગ કરે છે જે સૂચવે છે કે એમ. આઈ. આર.-378 ચોક્કસપણે મનુષ્યમાં સ્થૂળતાને રોકવા અને સારવાર માટે એક આશાસ્પદ એજન્ટ હોઈ શકે છે. અભ્યાસના તારણો દર્શાવે છે કે એમ. આઈ. આર.-378 દ્વારા હાડપિંજરના સ્નાયુઓમાં પાયરુવેટ-પી. ઈ. પી. નિરર્થક ચક્રનું સક્રિયકરણ એ એમ. આઈ. આર.-378 ટ્રાન્સજેનિક ઉંદરના ચરબીયુક્ત પેશીઓમાં એલિવેટેડ લિપોલિસિસનું પ્રાથમિક કારણ છે, અને તે ઉંદરમાં ઊર્જા હોમિયોસ્ટેસિસને નિયંત્રિત કરવા માટે સ્નાયુ અને ચરબી વચ્ચેના ક્રોસસ્ટૉકને ગોઠવવામાં મદદ કરે છે. નિરર્થક ચક્રની આપણી સામાન્ય સમજ એ સબસ્ટ્રેટ ચક્ર છે, જે ત્યારે થાય છે જ્યારે બે ઓવરલેપિંગ મેટાબોલિક માર્ગો વિરુદ્ધ દિશામાં ચાલે છે, કે જ્યારે નિયમન વિના છોડી દેવામાં આવે ત્યારે તમામ કોષોની ઊર્જા ખતમ ન થાય ત્યાં સુધી કોઈપણ વાસ્તવિક ઉત્પાદન વિના અનિયંત્રિત ચાલુ રહેશે. જો કે, અભ્યાસ પાછળનો વિચાર સૂચવે છે કે miR-378-સક્રિય પાયરુવેટ-ફોસ્ફોએનોલપાયરુવેટ નિરર્થક ચક્ર નિયમનકારી લાભ ભજવે છે. એમઆઇઆર-378 માત્ર ઉન્નત લિપોલિસિસને કારણે શરીરના ચરબીના જથ્થાને ઘટાડે છે એટલું જ નહીં, એવું પણ અનુમાન કરવામાં આવે છે કે નિરર્થક ચક્ર ઊર્જા હોમિયોસ્ટેસિસ જાળવવા માટે ચયાપચયને નિયંત્રિત કરે છે. આખા શરીરના સ્તરે ઊર્જા હોમિયોસ્ટેસિસને નિયંત્રિત કરવા માટે સ્નાયુ અને ચરબીયુક્ત પેશીઓ વચ્ચે મેટાબોલિક સંચારને નિયંત્રિત કરવામાં એમ. આઈ. આર.-378 નું એક અનોખું કાર્ય છે. વિવિધ પ્રજાતિઓમાં કાર્યરત નિરર્થક ચક્રના ઉદાહરણો નિરર્થક ચક્રની હાજરી કેવી રીતે એટીપીના નીચા સ્તરને જાળવવામાં અને કેટલીક પ્રજાતિઓમાં ઉષ્મા પેદા કરવામાં મદદ કરે છે તે સમજવા માટે આપણે ગ્લાયકોલિસિસ અને ગ્લુકોનિયોજેનેસિસના પારસ્પરિક નિયમન સાથે વ્યવહાર કરતા ચયાપચય માર્ગો પર ધ્યાન આપીએ છીએ. ઉદાહરણ તરીકે ઝેબ્રાફિશ જેવી ઘણી માછલીઓનું તરતું મૂત્રાશય એ આંતરિક રીતે ગેસથી ભરેલું અંગ છે જે તેમની ઉછાળામાં ફાળો આપે છે. આ ગેસ ગ્રંથિ કોષો ત્યાં સ્થિત જોવા મળે છે જ્યાં રુધિરકેશિકાઓ અને ચેતાઓ જોવા મળે છે. મેટાબોલિક ઉત્સેચકોના વિશ્લેષણમાં દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે ગ્લુકોનિયોજેનેસિસ એન્ઝાઇમ ફ્રુક્ટોઝ-1,6-બિસ્ફોસ્ફેટેઝ (એફ. બી. પી. 1) અને ગ્લાયકોલિટિક એન્ઝાઇમ ગ્લિસરાલ્ડેહાઇડ-3-ફોસ્ફેટ ડિહાઇડ્રોજેનેઝ (જી. એ. પી. ડી. એચ.) ગેસ ગ્રંથિના કોષોમાં ખૂબ જ વ્યક્ત થાય છે. અભ્યાસ સૂચવે છે કે ઝેબ્રાફિશ સ્વિમ મૂત્રાશયની લાક્ષણિકતામાં કોઈ પણ અભિવ્યક્તિ ફ્રુક્ટોઝ-1,6-બિસ્ફોસ્ફેટેઝ જનીન હોવું જોઈએ નહીં. તરતા મૂત્રાશયની પેશીઓ ગ્લાયકોજેનિક પ્રવૃત્તિમાં ખૂબ ઊંચી હોવાનું અને ગ્લુકોનિયોજેનેસિસમાં અભાવ હોવાનું જાણીતું છે, તેમ છતાં એફ. બી. પી. ની મુખ્ય માત્રા વ્યક્ત કરવામાં આવી હોવાનું જાણવા મળ્યું હતું. આ તારણો સૂચવે છે કે ગેસ ગ્રંથિ કોષમાં, એફ. બી. પી. એ. ટી. પી.-આધારિત ચયાપચય નિરર્થક ચક્ર બનાવે છે. ગેસ ગ્રંથિના કોષો માટે લેક્ટિક એસિડનું સંશ્લેષણ કરવા માટે ગરમીનું ઉત્પાદન ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે કારણ કે જો ATP સંચિત થાય તો પ્રક્રિયા મજબૂત રીતે અવરોધિત થાય છે. અન્ય એક ઉદાહરણ સૂચવે છે કે ફુગુ સ્વિમ મૂત્રાશયમાં ગરમીનું ઉત્પાદન પેઢીના સ્થળની બહાર પરિવહન કરવામાં આવશે, જો કે તે હજી પણ રેટે મિરાબાઇલ દ્વારા સતત પાછું મેળવી શકાય છે જેથી શરીરના અન્ય વિસ્તારો કરતાં ગેસ ગ્રંથિનું તાપમાન ઊંચું જાળવી શકાય. નિરર્થક ચક્રની એકંદર ચોખ્ખી પ્રતિક્રિયામાં એ. ટી. પી. નો વપરાશ અને ગરમીનું ઉત્પાદન નીચે મુજબ સામેલ છેઃ ગરમીના ઉત્પાદનમાં લાભ મેળવનાર નિરર્થક ચક્રનું બીજું ઉદાહરણ મધમાખીઓમાં જોવા મળે છે. એફ. બી. પી. અને પી. એફ. કે. સાથે સંકળાયેલા નિરર્થક ચક્રનો ઉપયોગ મધમાખીઓ દ્વારા ઉડાનના સ્નાયુઓમાં ગરમી ઉત્પન્ન કરવા અને આસપાસના નીચા તાપમાને તેમના શરીરને નોંધપાત્ર રીતે ગરમ કરવા માટે થાય છે. સંદર્ભો બાહ્ય કડીઓ ચયાપચય ગ્લાયકોલિસિસ