Glutamate–glutamine cycle
બાયોકેમિસ્ટ્રીમાં, ગ્લુટામેટ-ગ્લુટામાઇન ચક્ર એક ચક્રીય ચયાપચય માર્ગ છે જે કેન્દ્રીય ચેતાતંત્રમાં ચેતાપ્રેષક દ્રવ્ય ગ્લુટામેટનો પૂરતો પુરવઠો જાળવી રાખે છે. ચેતાકોષો ઉત્તેજક ચેતાપ્રેષક દ્રવ્ય ગ્લુટામેટ અથવા ગ્લુકોઝમાંથી અવરોધક જીએબીએનું સંશ્લેષણ કરવામાં અસમર્થ હોય છે. આંતરકોષીય ખંડોમાં ગ્લુટામેટ અને ગ્લુટામાઇન પૂલની શોધથી ચેતાકોષો અને એસ્ટ્રોસાઇટ્સ વચ્ચે કામ કરતા ગ્લુટામેટ-ગ્લુટામાઇન ચક્રના સૂચનો તરફ દોરી ગયા. ગ્લુટામેટ/જીએબીએ-ગ્લુટામાઇન ચક્ર એ મેટાબોલિક માર્ગ છે જે ચેતાકોષોમાંથી ગ્લુટામેટ અથવા જીએબીએના પ્રકાશનનું વર્ણન કરે છે જે પછી એસ્ટ્રોસાઇટ્સ (નોન-ન્યુરોનલ ગ્લિયલ કોશિકાઓ) માં લેવામાં આવે છે. બદલામાં, એસ્ટ્રોસાઇટ્સ ગ્લુટામેટ અથવા જીએબીએના સંશ્લેષણના પુરોગામી તરીકે ઉપયોગ કરવા માટે ચેતાકોષોમાં લેવા માટે ગ્લુટામાઇન છોડે છે. ગ્લુટામેટનું ઉત્પાદન શરૂઆતમાં, ગ્લુટામેટર્જિક સિનેપ્સમાં, ચેતાપ્રેષક દ્રવ્ય ગ્લુટામેટ ચેતાકોષોમાંથી મુક્ત થાય છે અને તેને સિનેપ્ટિક ફાટમાં લઈ જવામાં આવે છે. સિનેપ્સમાં રહેતા ગ્લુટામેટને ત્રણમાંથી એક રીતે ઝડપથી દૂર કરવું આવશ્યક છેઃ પોસ્ટસિનેપ્ટિક ડબ્બામાં ગ્રહણ કરવું, પ્રીસિનેપ્ટિક ડબ્બામાં ફરીથી ગ્રહણ કરવું, અથવા ત્રીજા, નોન-ન્યુરોનલ ડબ્બામાં ગ્રહણ કરવું. પોસ્ટસિનેપ્ટિક ચેતાકોષો ચેતાપેશમાંથી થોડું ગ્લુટામેટ દૂર કરે છે. પ્રીસિનેપ્ટિક ચેતાકોષોમાં સક્રિય પુનઃગ્રહણ છે, પરંતુ આ પદ્ધતિ એસ્ટ્રોસાયટીક પરિવહન કરતાં ઓછી મહત્વપૂર્ણ હોવાનું જણાય છે. એસ્ટ્રોસાઇટ્સ પરિવહનિત ગ્લુટામેટનો બે રીતે નિકાલ કરી શકે છે. તેઓ તેને રક્ત રુધિરકેશિકાઓમાં નિકાસ કરી શકતા હતા, જે એસ્ટ્રોસાઇટ પગની પ્રક્રિયાઓને સંલગ્ન કરે છે. જો કે, આ વ્યૂહરચના પ્રણાલીમાંથી કાર્બન અને નાઇટ્રોજનની ચોખ્ખી ખોટમાં પરિણમશે. એક વૈકલ્પિક અભિગમ એ છે કે ગ્લુટામેટને અન્ય સંયોજનમાં રૂપાંતરિત કરવું, પ્રાધાન્યમાં બિન-ન્યુરોએક્ટિવ પ્રજાતિ. આ અભિગમનો ફાયદો એ છે કે ચેતાકોષીય ગ્લુટામેટને બાહ્યકોષીય પ્રવાહી દ્વારા ટ્રાન્સમીટરની હેરફેરના જોખમ વિના પુનઃસ્થાપિત કરી શકાય છે, જ્યાં ગ્લુટામેટ ચેતાકોષીય વિધ્રુવીકરણનું કારણ બનશે. એસ્ટ્રોસાઇટ્સ સરળતાથી ગ્લુટામાઇન સિન્થેટેઝ માર્ગ દ્વારા ગ્લુટામેટને ગ્લુટામાઇનમાં રૂપાંતરિત કરે છે અને બાહ્યકોષીય અવકાશમાં મુક્ત કરે છે. ગ્લુટામાઇનને પ્રીસિનેપ્ટિક ટર્મિનલ્સમાં લઈ જવામાં આવે છે અને ફોસ્ફેટ-સક્રિય ગ્લુટામિનેઝ (એક મિટોકોન્ડ્રીયલ એન્ઝાઇમ) દ્વારા ગ્લુટામેટમાં ચયાપચય કરવામાં આવે છે. ગ્લુટામેટ કે જે પ્રીસિનેપ્ટિક ટર્મિનલમાં સંશ્લેષિત થાય છે તે ગ્લુટામેટ ટ્રાન્સપોર્ટર, વીજીએલયુટી દ્વારા સિનેપ્ટિક વેસિકલ્સમાં પેક કરવામાં આવે છે. એકવાર ફોલ્લો છૂટી જાય પછી, ગ્લુટામેટને ઉત્તેજક એમિનો એસિડ ટ્રાન્સપોર્ટર (ઇએએટી) દ્વારા સિનેપ્ટિક ફાટમાંથી દૂર કરવામાં આવે છે. આ ગ્લુટામેટનો યોગ્ય પુરવઠો જાળવવા માટે સિનેપ્ટિક ટર્મિનલ્સ અને ગ્લિયલ કોષોને સાથે મળીને કામ કરવાની મંજૂરી આપે છે, જે સાઇટ્રિક એસિડ ચક્રમાં મધ્યવર્તી 2-ઓક્સોગ્લુટેરેટના ટ્રાન્સએમિનેશન દ્વારા પણ ઉત્પન્ન કરી શકાય છે. તાજેતરના ઇલેક્ટ્રોફિઝીયોલોજીકલ પુરાવા સૂચવે છે કે સક્રિય સિનેપ્સને ચોક્કસ સંજોગોમાં ઉત્તેજક ચેતાપ્રેષણુ જાળવવા માટે પ્રીસિનેપ્ટિકલી સ્થાનિક ગ્લુટામાઇન ગ્લુટામેટ ચક્રની જરૂર પડે છે. અન્ય પ્રણાલીઓમાં, એવું સૂચવવામાં આવ્યું છે કે ચેતાકોષો ચેડા થયેલા ગ્લુટામેટ-ગ્લુટામાઇન ચક્રનો સામનો કરવા માટે વૈકલ્પિક પદ્ધતિઓ ધરાવે છે. GABAર્જિક ચેતોપાગમમાં, આ ચક્રને GABA-ગ્લુટામાઇન ચક્ર કહેવામાં આવે છે. અહીં ચેતાકોષો દ્વારા લેવામાં આવતા ગ્લુટામાઇનને ગ્લુટામેટમાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે, જે પછી ગ્લુટામેટ ડીકાર્બોક્સિલેઝ (જીએડી) દ્વારા જીએબીએમાં ચયાપચય થાય છે. મુક્ત થયા પછી, જી. એ. બી. એ. ને જી. એ. બી. એ. પરિવહનકારો દ્વારા એસ્ટ્રોસાઇટ્સમાં લેવામાં આવે છે અને પછી જી. એ. બી. એ. ટ્રાન્સામિનેઝ અને સક્સિનેટ-સેમિઅલડિહાઇડ ડિહાઇડ્રોજિનેઝની સંયુક્ત ક્રિયાઓ દ્વારા સક્સિનેટમાં કેટાબોલાઇઝ કરવામાં આવે છે. ગ્લુટામાઇનનું ટી. સી. એ. ચક્ર દ્વારા સક્સિનેટમાંથી સંશ્લેષણ કરવામાં આવે છે, જેમાં ઓક્સાલોએસેટેટ અને એસિટિલ-કોએ-બનાવતા સાઇટ્રેટની ઘનીકરણ પ્રતિક્રિયાનો સમાવેશ થાય છે. પછી α-કેટોગ્લુટેરેટ અને ગ્લુટામેટનું સંશ્લેષણ થાય છે, જે પછી ગ્લુટામેટ ફરીથી GAD દ્વારા GABA માં ચયાપચય થાય છે. જીએબીએર્જિક ચેતાકોષોને ગ્લુટામાઇનનો પુરવઠો ઓછો નોંધપાત્ર છે, કારણ કે આ ચેતાકોષો તેમના ગ્લુટામેટર્જિક સમકક્ષો એમોનિયા હોમિયોસ્ટેસિસની તુલનામાં મુક્ત થયેલા ચેતાપ્રેષકોના પુનઃગ્રહણનું મોટું પ્રમાણ દર્શાવે છે. જ્યારે ગ્લુટામેટ અથવા જીએબીએનો એક અણુ એસ્ટ્રોસાઇટ્સમાં ગ્લુટામાઇનમાં રૂપાંતરિત થાય છે, ત્યારે એમોનિયાનો એક અણુ શોષાય છે. ઉપરાંત, ગ્લુટામેટ અથવા જીએબીએના દરેક પરમાણુ માટે સિનેપ્સમાંથી એસ્ટ્રોસાઇટ્સમાં સાયકલ કરવામાં આવે છે, એમોનિયાનો એક અણુ ચેતાકોષોમાં ઉત્પન્ન થશે. આ એમોનિયાને દેખીતી રીતે ચેતાકોષોમાંથી બહાર કાઢવા માટે અને બિનઝેરીકરણ માટે પાછા એસ્ટ્રોસાઇટ્સમાં પરિવહન કરવું પડશે, કારણ કે ઉન્નત એમોનિયાની સાંદ્રતા સંખ્યાબંધ સેલ્યુલર કાર્યો પર હાનિકારક અસરો ધરાવે છે અને ન્યુરોસાઇકિયાટ્રિક અને ન્યુરોલોજીકલ લક્ષણો (નબળી યાદશક્તિ, ટૂંકા ધ્યાનનો સમયગાળો, ઊંઘ-વેક વ્યુત્ક્રમ, મગજની સોજો, ઇન્ટ્રાકાર્નિયલ હાયપરટેન્શન, હુમલા, એટેક્સિયા અને કોમા) નું કારણ બની શકે છે. પરિવહન અને બિનઝેરીકરણ આ બે અલગ અલગ રીતે થઈ શકે છેઃ એમોનિયા પોતે સરળતાથી ફેલાઈ શકે છે (NH3 તરીકે) અથવા કોષ પટલમાં બાહ્યકોષીય જગ્યાની અંદર અને બહાર પરિવહન કરી શકાય છે (NH4 + તરીકે), અથવા વાહક અણુઓ (એમિનો એસિડ) ને સમાવતી શટલ સિસ્ટમનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. ચોક્કસપણે, એમોનિયા લિપિડ પટલમાં ફેલાઈ શકે છે, અને તે દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે કે +/સીએલ-સહ-પરિવહનકારો દ્વારા એમોનિયાનું પરિવહન કરી શકાય છે. એમિનો એસિડ શટલ અને એમોનિયાનું પરિવહન કારણ કે કોષ પટલમાં મુક્ત એમોનિયાનું પ્રસાર અને પરિવહન કોષના પીએચ સ્તરને અસર કરશે, ન્યુરોનલ અને એસ્ટ્રોસાયટીક કમ્પાર્ટમેન્ટ વચ્ચે એમોનિયાના પરિવહનની વધુ આકર્ષક અને નિયંત્રિત રીત એમિનો એસિડ શટલ દ્વારા છે, જેમાંથી બે છેઃ લ્યુસીન અને એલેનિન. એમિનો એસિડ ગ્લુટામાઇનની વિરુદ્ધ દિશામાં આગળ વધે છે. એમિનો એસિડની વિરુદ્ધ દિશામાં, અનુરૂપ પરમાણુ પરિવહન થાય છે; એલેનિન માટે આ પરમાણુ લેક્ટેટ છે; લ્યુસીન માટે, α-કેટોઇસોકાપ્રોએટ. ન્યુરોન્સમાં ગ્લુટામેટ ડિહાઇડ્રોજનેઝ એન્ઝાઇમ પ્રતિક્રિયાના ભાગ રૂપે નિશ્ચિત એમોનિયાને શાખા-સાંકળ એમિનો એસિડ લ્યુસીન બનાવવા માટે α-ketoisocaproate માં ટ્રાન્સએમિનેટેડ કરવામાં આવે છે, જે એસ્ટ્રોસાઇટ્સમાં નિકાસ કરવામાં આવે છે, જ્યાં પ્રક્રિયા ઉલટાવી દેવામાં આવે છે. α-ketoisocaproate અન્ય દિશામાં પરિવહન થાય છે. ચેતાકોષોમાં ઉત્પન્ન થતા એમોનિયાને ગ્લુટામેટ બનાવવા માટે ગ્લુટામેટ-ડિહાઇડ્રોજિનેઝ પ્રતિક્રિયા દ્વારા α-કેટોગ્લુટેરેટમાં સ્થિર કરવામાં આવે છે, પછી એલેનાઇન-વ્યુત્પન્ન પાયરુવેટમાં એલેનાઇન બનાવવા માટે એલેનાઇન-એમિનોટ્રાન્સફેરેઝ દ્વારા ટ્રાન્સએમિનેટેડ કરવામાં આવે છે, જે એસ્ટ્રોસાઇટ્સમાં નિકાસ કરવામાં આવે છે. એસ્ટ્રોસાઇટ્સમાં, આ પ્રક્રિયા પછી ઉલટાવી દેવામાં આવે છે, અને લેક્ટેટને બીજી દિશામાં પરિવહન કરવામાં આવે છે. વિકૃતિઓ અને પરિસ્થિતિઓ અસંખ્ય અહેવાલો પ્રકાશિત કરવામાં આવ્યા છે જે સૂચવે છે કે ગ્લુટામેટ/જીએબીએ-ગ્લુટામાઇન ચક્ર વિવિધ ન્યુરોલોજીકલ વિકૃતિઓ અને પરિસ્થિતિઓમાં ચેડા કરે છે. વાઈ ધરાવતા માનવ વિષયોમાંથી સ્ક્લેરોટિક હિપ્પોકેમ્પસ પેશીઓના બાયોપ્સીમાં ગ્લુટામેટ-ગ્લુટામાઇન સાઇકલિંગમાં ઘટાડો જોવા મળ્યો છે. અન્ય પેથોલોજી જેમાં ગ્લુટામેટ/જીએબીએ-ગ્લુટામાઇન ચક્ર સાથે ચેડા થઈ શકે છે તે અલ્ઝાઇમર રોગ છે; એન. એમ. આર. સ્પેક્ટ્રોસ્કોપીએ અલ્ઝાઇમર રોગના દર્દીઓમાં ગ્લુટામેટ ન્યુરોટ્રાન્સમિશન પ્રવૃત્તિ અને ટીસીએ સાઇકલિંગ દરમાં ઘટાડો દર્શાવ્યો હતો. મગજમાં હાયપરએમોનીમિયા, જે સામાન્ય રીતે પ્રાથમિક યકૃત રોગની ગૌણ ગૂંચવણ તરીકે થાય છે અને યકૃત એન્સેફાલોપથી તરીકે ઓળખાય છે, તે એક એવી સ્થિતિ છે જે મગજમાં ગ્લુટામેટ/જીએબીએ-ગ્લુટામાઇન સાયકલિંગને અસર કરે છે. ઓટીઝમમાં વર્તમાન સંશોધન ઓટીસ્ટીક સ્પેક્ટ્રમ ડિસઓર્ડર્સમાં ગ્લુટામેટ, ગ્લુટામાઇન અને/અથવા જીએબીએ માટે સંભવિત ભૂમિકાઓ પણ સૂચવે છે. વાઈની સારવારમાં, જીએબીએ ટ્રાન્સપોર્ટર અને જીએબીએ મેટાબોલાઇઝિંગ એન્ઝાઇમ જીએબીએ-ટ્રાન્સામિનેઝ બંનેને લક્ષ્ય કરતી વિગાબાટ્રીન જેવી દવાઓનું માર્કેટિંગ કરવામાં આવ્યું છે, જે ન્યુરોટ્રાન્સમીટર સાઇકલિંગ સિસ્ટમ્સ માટે ઔષધીય લક્ષ્યો તરીકે સિદ્ધાંતનો પુરાવો પૂરો પાડે છે. જો કે, ગ્લુટામેટ પરિવહન અને ચયાપચયના સંદર્ભમાં, આવી કોઈ દવાઓ વિકસાવવામાં આવી નથી, કારણ કે ગ્લુટામેટર્જિક સિનેપ્સ વિપુલ પ્રમાણમાં છે, અને ન્યુરોટ્રાન્સમીટર ગ્લુટામેટ ચયાપચયમાં એક મહત્વપૂર્ણ ચયાપચય છે, જે પ્રતિકૂળ અસરો માટે સક્ષમ દખલ કરે છે. અત્યાર સુધી, ગ્લુટામેટર્જિક પ્રણાલી પર નિર્દેશિત મોટાભાગની દવાનો વિકાસ ઔષધીય લક્ષ્યો તરીકે આયનોટ્રોપિક ગ્લુટામેટ રીસેપ્ટર્સ પર કેન્દ્રિત હોવાનું જણાય છે, જો કે જી-પ્રોટીન કપલ્ડ રીસેપ્ટર્સ વર્ષોથી વધુ ધ્યાન આકર્ષિત કરી રહ્યા છે. સંદર્ભ મોલેક્યુલર બાયોલોજી