Uncoupling protein
અનકપલ પ્રોટીન (યુ. સી. પી.) એ મિટોકોન્ડ્રીયલ આંતરિક પટલ પ્રોટીન છે જે નિયંત્રિત પ્રોટોન ચેનલ અથવા ટ્રાન્સપોર્ટર છે. આમ એક અનકપલ પ્રોટીન મિટોકોન્ડ્રીયલ મેટ્રિક્સથી મિટોકોન્ડ્રીયલ ઇન્ટરમેમ્બ્રેન સ્પેસમાં પ્રોટોનના NADH-સંચાલિત પંપીંગ દ્વારા પેદા થતા પ્રોટોન ઢાળને વિખેરવામાં સક્ષમ છે. યુ. સી. પી. દ્વારા પ્રોટોન ઢાળને વિખેરવામાં ગુમાવેલી ઊર્જાનો ઉપયોગ બાયોકેમિકલ કાર્ય કરવા માટે થતો નથી. તેના બદલે, ગરમી ઉત્પન્ન થાય છે. આ તે છે જે યુ. સી. પી. ને થર્મોજેનેસિસ સાથે જોડે છે. જો કે, દરેક પ્રકારના યુ. સી. પી. થર્મોજેનેસિસ સાથે સંબંધિત નથી. જો કે યુ. સી. પી. 2 અને યુ. સી. પી. 3 યુ. સી. પી. 1 સાથે નજીકથી સંબંધિત છે, યુ. સી. પી. 2 અને યુ. સી. પી. 3 કરોડઅસ્થિધારી પ્રાણીઓની થર્મોરેગ્યુલેટરી ક્ષમતાઓને અસર કરતા નથી. યુ. સી. પી. એ. ટી. પી. સિન્થેઝ જેવા જ પટલમાં સ્થિત છે, જે પ્રોટોન ચેનલ પણ છે. આમ બે પ્રોટીન એક ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે અને અન્ય ADP અને અકાર્બનિક ફોસ્ફેટમાંથી ATP ઉત્પન્ન કરે છે, જે ઓક્સિડેટીવ ફોસ્ફોરાયલેશનનું છેલ્લું પગલું છે. મિટોકોન્ડ્રિયા શ્વસન એ. ટી. પી. સંશ્લેષણ (એ. ડી. પી. ફોસ્ફોરાયલેશન) સાથે જોડાયેલું છે, પરંતુ તે યુ. સી. પી. દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે. યુ. સી. પી. મિટોકોન્ડ્રીયલ વાહક (એસ. એલ. સી. 25) પરિવાર સાથે સંબંધિત છે. અનકપલ પ્રોટીન સામાન્ય શરીરવિજ્ઞાનમાં ભૂમિકા ભજવે છે, જેમ કે ઠંડા સંપર્કમાં અથવા નિષ્ક્રીયતામાં, કારણ કે ઊર્જાનો ઉપયોગ ATP ઉત્પન્ન કરવાને બદલે ગરમી ઉત્પન્ન કરવા માટે થાય છે (થર્મોજેનેસિસ જુઓ). કેટલીક છોડની પ્રજાતિઓ વિશેષ હેતુઓ માટે અનકપલ પ્રોટીન દ્વારા પેદા થતી ગરમીનો ઉપયોગ કરે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ઇસ્ટર્ન સ્કંક કોબીજ તેના સ્પાઇક્સનું તાપમાન પર્યાવરણ કરતાં 20 ડિગ્રી સેલ્સિયસ જેટલું ઊંચું રાખે છે, ગંધ ફેલાવે છે અને ફૂલોને ફળદ્રુપ કરનારા જંતુઓને આકર્ષે છે. જો કે, અન્ય પદાર્થો, જેમ કે 2,4-ડાઇનાઇટ્રોફેનોલ અને કાર્બોનિલ સાયનાઇડ એમ-ક્લોરોફિનાઇલ હાઇડ્રેઝોન, પણ સમાન જોડાણ વિહોણા કાર્ય કરે છે. સેલિસિલિક એસિડ એક અનકપલિંંગ એજન્ટ પણ છે (મુખ્યત્વે છોડમાં) અને તે એટીપીનું ઉત્પાદન ઘટાડશે અને જો વધુ પડતું લેવામાં આવે તો શરીરના તાપમાનમાં વધારો કરશે. થાઇરોઇડ હોર્મોન, નોરેપિનેફ્રાઇન, એપિનેફ્રાઇન અને લેપ્ટિન દ્વારા અનકપલ પ્રોટીનમાં વધારો થાય છે. ઈતિહાસના વૈજ્ઞાનિકોએ બ્રાઉન એડિપોઝ પેશીઓમાં થર્મોજેનિક પ્રવૃત્તિનું નિરીક્ષણ કર્યું હતું, જે આખરે યુસીપી 1 ની શોધ તરફ દોરી ગયું, જે શરૂઆતમાં "અનકપલ પ્રોટીન" તરીકે જાણીતું હતું. ભૂરા રંગની પેશીઓએ મિટોકોન્ડ્રિયા શ્વસનનું ઊંચું સ્તર અને અન્ય શ્વસન એ. ટી. પી. સંશ્લેષણ સાથે જોડાયેલું ન હોવાનું દર્શાવ્યું, જે મજબૂત થર્મોજેનિક પ્રવૃત્તિનું પ્રતીક છે. યુસીપી 1 એ પ્રોટોન માર્ગને સક્રિય કરવા માટે જવાબદાર પ્રોટીન હતું જે એડીપી ફોસ્ફોરાયલેશન (સામાન્ય રીતે એટીપી સિન્થેઝ દ્વારા કરવામાં આવે છે) સાથે જોડાયેલું ન હતું. સસ્તન પ્રાણીઓમાં પાંચ યુ. સી. પી. હોમોલોગ્સ જાણીતા છે. જ્યારે આમાંના દરેક અનન્ય કાર્યો કરે છે, ત્યારે અમુક કાર્યો કેટલાક હોમોલોગ્સ દ્વારા કરવામાં આવે છે. હોમોલોગ્સ નીચે મુજબ છેઃ UCP1, જેને થર્મોજેનિન અથવા SLC25A7 UCP2 તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, જેને SLC25A8 UCP3 તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, જેને SLC25A9 UCP4 તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, જેને SLC25A27 UCP5 તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, જેને SLC25A14 તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, જે શરીરનું તાપમાન જાળવી રાખે છે. આ ભુરો ચરબીયુક્ત પેશીઓ નાના ઉંદરોના શરીરનું તાપમાન જાળવવા માટે જરૂરી છે, અને (યુ. સી. પી. 1)-નોકઆઉટ ઉંદર સાથેના અભ્યાસો દર્શાવે છે કે આ પેશીઓ અનકપલ પ્રોટીનની કામગીરી કર્યા વિના યોગ્ય રીતે કાર્ય કરતી નથી. હકીકતમાં, આ અભ્યાસો દર્શાવે છે કે આ નોકઆઉટ ઉંદર માટે શીત-આબોહવા શક્ય નથી, જે સૂચવે છે કે યુ. સી. પી. 1 આ બદામી ચરબીયુક્ત પેશીઓમાં ગરમીના ઉત્પાદનનું આવશ્યક ચાલક છે. શરીરમાં અન્યત્ર, અનકપલ પ્રોટીન પ્રવૃત્તિઓ સૂક્ષ્મ વાતાવરણમાં તાપમાનને અસર કરવા માટે જાણીતી છે. એવું માનવામાં આવે છે કે આ પ્રદેશોમાં અન્ય પ્રોટીનની પ્રવૃત્તિને અસર કરે છે, જોકે કોષોમાં અનકપલ-પ્રેરિત તાપમાનના ઘટકોના સાચા પરિણામો નક્કી કરવા માટે હજુ પણ કામ કરવાની જરૂર છે. માનવ અનકપલ પ્રોટીન 1 યુ. સી. પી. 1 નું માળખું ક્રાયોજેનિક-ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી દ્વારા ઉકેલવામાં આવ્યું છે. આ માળખામાં એસ. એલ. સી. 25 પરિવારના સભ્યની લાક્ષણિક ગડી છે. યુ. સી. પી. 1 એ પીએચ-આધારિત રીતે ગુઆનોસિન ટ્રાઇફોસ્ફેટ દ્વારા કોષરસ-ખુલ્લી સ્થિતિમાં બંધ છે. એટીપી સાંદ્રતામાં ભૂમિકા એટીપી સાંદ્રતા પર યુસીપી 2 અને યુસીપી 3 ની અસર કોષના પ્રકાર પર આધાર રાખીને બદલાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, સ્વાદુપિંડના બીટા કોષો યુસીપી2ની વધેલી પ્રવૃત્તિ સાથે એટીપીની સાંદ્રતામાં ઘટાડો અનુભવે છે. આ કોષ અધોગતિ, ઇન્સ્યુલિનના સ્ત્રાવમાં ઘટાડો અને પ્રકાર II ડાયાબિટીસ સાથે સંકળાયેલું છે. તેનાથી વિપરીત, હિપ્પોકેમ્પસ કોષોમાં યુસીપી 2 અને સ્નાયુ કોષોમાં યુસીપી 3 મિટોકોન્ડ્રિયાના ઉત્પાદનને ઉત્તેજીત કરે છે. મિટોકોન્ડ્રિયાની મોટી સંખ્યા એ. ડી. પી. અને એ. ટી. પી. ની સંયુક્ત સાંદ્રતામાં વધારો કરે છે, જે વાસ્તવમાં એ. ટી. પી. સાંદ્રતામાં ચોખ્ખો વધારો કરે છે જ્યારે આ અનકપલ પ્રોટીન જોડી બને છે (એટલે કે. પ્રોટોનને લીક થવા દેવાની પદ્ધતિ અવરોધિત છે). પ્રતિક્રિયાશીલ ઓક્સિજન પ્રજાતિઓની સાંદ્રતા જાળવવી યુ. સી. પી. 2 અને યુ. સી. પી. 3 ના કાર્યોની સંપૂર્ણ સૂચિ જાણીતી નથી. જો કે, અભ્યાસો સૂચવે છે કે આ પ્રોટીન પ્રતિક્રિયાશીલ ઓક્સિજન પ્રજાતિઓ (આરઓએસ) ની સાંદ્રતાને મર્યાદિત કરતી નકારાત્મક-પ્રતિક્રિયા લૂપમાં સામેલ છે. વર્તમાન વૈજ્ઞાનિક સર્વસંમતિ જણાવે છે કે યુસીપી 2 અને યુસીપી 3 માત્ર ત્યારે જ પ્રોટોન પરિવહન કરે છે જ્યારે સક્રિયકરણ પ્રજાતિઓ હાજર હોય. આ સક્રિયકર્તાઓમાં ફેટી એસિડ્સ, આરઓએસ અને અમુક આરઓએસ આડપેદાશો છે જે પ્રતિક્રિયાશીલ પણ હોય છે. તેથી, આરઓએસનું ઊંચું સ્તર પ્રત્યક્ષ અને પરોક્ષ રીતે યુસીપી2 અને યુસીપી3ની પ્રવૃત્તિમાં વધારો કરે છે. આ, બદલામાં, મિટોકોન્ડ્રિયામાંથી પ્રોટોન લીકમાં વધારો કરે છે, મિટોકોન્ડ્રીયલ પટલમાં પ્રોટોન-પ્રેરક બળને ઘટાડે છે, ઇલેક્ટ્રોન પરિવહન સાંકળને સક્રિય કરે છે. આ પ્રક્રિયા દ્વારા પ્રોટોન પ્રેરક બળને મર્યાદિત કરવાથી નકારાત્મક પ્રતિસાદ લૂપમાં પરિણમે છે જે આરઓએસ ઉત્પાદનને મર્યાદિત કરે છે. ખાસ કરીને, યુ. સી. પી. 2 મિટોકોન્ડ્રિયાની ટ્રાન્સમેમ્બ્રેન ક્ષમતામાં ઘટાડો કરે છે, આમ આરઓએસના ઉત્પાદનમાં ઘટાડો થાય છે. આમ, કેન્સરના કોષો મિટોકોન્ડ્રિયામાં યુસીપી2નું ઉત્પાદન વધારી શકે છે. આ સિદ્ધાંત સ્વતંત્ર અભ્યાસો દ્વારા સમર્થિત છે જે દર્શાવે છે કે યુસીપી 2 અને યુસીપી 3 નોકઆઉટ ઉંદર બંનેમાં આરઓએસ ઉત્પાદનમાં વધારો થયો છે. આ પ્રક્રિયા માનવ સ્વાસ્થ્ય માટે મહત્વપૂર્ણ છે, કારણ કે આરઓએસની ઉચ્ચ સાંદ્રતા ડીજનરેટિવ રોગોના વિકાસમાં સામેલ હોવાનું માનવામાં આવે છે. ચેતાકોષોમાં કાર્યો સંકળાયેલ એમ. આર. એન. એ., યુ. સી. પી. 2, યુ. સી. પી. 4 અને યુ. સી. પી. 5 ને શોધીને સમગ્ર માનવ કેન્દ્રીય ચેતાતંત્રમાં ચેતાકોષોમાં રહેવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું હતું. આ પ્રોટીન ચેતાકોષીય કાર્યમાં મુખ્ય ભૂમિકા ભજવે છે. જ્યારે ઘણા અભ્યાસના તારણો વિવાદાસ્પદ રહ્યા છે, ત્યારે કેટલાક તારણો વ્યાપકપણે સ્વીકારવામાં આવ્યા છે. ઉદાહરણ તરીકે, યુ. સી. પી. ચેતાકોષમાં મુક્ત કેલ્શિયમની સાંદ્રતામાં ફેરફાર કરે છે. મિટોકોન્ડ્રિયા ચેતાકોષોમાં કેલ્શિયમ સંગ્રહનું મુખ્ય સ્થળ છે, અને મિટોકોન્ડ્રીયલ પટલમાં સંભવિતતા સાથે સંગ્રહ ક્ષમતા વધે છે. તેથી, જ્યારે અનકપલ પ્રોટીન આ પટલમાં સંભવિતતા ઘટાડે છે, ત્યારે કેલ્શિયમ આયનો ચેતાકોષમાં આસપાસના વાતાવરણમાં મુક્ત થાય છે. એક્સોન ટર્મિનલ્સ નજીક મિટોકોન્ડ્રિયાની ઊંચી સાંદ્રતાને કારણે, આ સૂચવે છે કે યુસીપી આ પ્રદેશમાં કેલ્શિયમની સાંદ્રતાને નિયંત્રિત કરવામાં ભૂમિકા ભજવે છે. ન્યુરોટ્રાન્સમિશનમાં કેલ્શિયમ આયનો મોટી ભૂમિકા ભજવે છે તે ધ્યાનમાં લેતા, વૈજ્ઞાનિકો આગાહી કરે છે કે આ યુ. સી. પી. ન્યુરોટ્રાન્સમિશનને સીધી અસર કરે છે. ઉપર ચર્ચા કર્યા મુજબ, હિપ્પોકેમ્પસમાં ચેતાકોષો આ અનકપલ પ્રોટીનની હાજરીમાં એટીપીની સાંદ્રતામાં વધારો અનુભવે છે. આ વૈજ્ઞાનિકોને પૂર્વધારણા તરફ દોરી જાય છે કે યુસીપી સિનેપ્ટિક પ્લાસ્ટિસિટી અને ટ્રાન્સમિશનમાં સુધારો કરે છે. અનકપલ એજન્ટ સંદર્ભો મેમ્બ્રેન પ્રોટીન સેલ્યુલર શ્વસન પણ જુઓ.