Pyocyanin
પિયોસાયનિન (પી. સી. એન.-) એ ગ્રામ નેગેટિવ બેક્ટેરિયમ સ્યુડોમોનાસ એરુગિનોસા દ્વારા ઉત્પાદિત અને સ્ત્રાવ થતા ઘણા ઝેરી સંયોજનોમાંથી એક છે. પિયોસાયનિન એ વાદળી ગૌણ મેટાબોલાઇટ છે, જે પીએચ 4.9 ની નીચે લાલ થઈ જાય છે, જેમાં અન્ય અણુઓને ઓક્સિડાઇઝ કરવાની અને ઘટાડવાની ક્ષમતા હોય છે અને તેથી પી. એરુગિનોસા તેમજ ફેફસાના સસ્તન કોષો સામે સ્પર્ધા કરતા સુક્ષ્મજીવાણુઓને મારી નાખે છે, જેને પી. એરુગિનોસાએ સિસ્ટિક ફાઇબ્રોસિસ દરમિયાન ચેપ લગાવ્યો છે. પિયોસાયનિન લોહીના pH પર ઝ્વિટેરિયન હોવાથી, તે સરળતાથી કોષ પટલને પાર કરી શકે છે. ત્રણ અલગ અલગ અવસ્થાઓ છે જેમાં પિયોસાયનિન અસ્તિત્વમાં હોઈ શકે છેઃ ઓક્સિડાઇઝ્ડ (વાદળી), મોનોવેલન્ટલી રિડ્યુસ (રંગહીન) અથવા ડિવેલન્ટલી રિડ્યુસ (લાલ). મિટોકોન્ડ્રિયા તેની રેડૉક્સ સ્થિતિઓ વચ્ચે પિયોસાયનિનના ચક્રમાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. તેના રેડૉક્સ-સક્રિય ગુણધર્મોને કારણે, પિયોસાયનિન પ્રતિક્રિયાશીલ ઓક્સિજન પ્રજાતિઓ ઉત્પન્ન કરે છે. બાયોસિંથેસિસ પિયોસાયનિન બાયોસિંથેસિસ ફેનાઝિન-1-કાર્બોક્સિલિક એસિડ (પીસીએ) કોરના સંશ્લેષણથી શરૂ થાય છે. આ પ્રતિક્રિયામાં એન્ઝાઇમ PhzE કોરિઝમિક એસિડના C4માંથી હાઇડ્રોક્સિલ જૂથના નુકસાનને ઉત્પ્રેરિત કરે છે તેમજ ગ્લુટામાઇનમાંથી એમાઇન જૂથના સ્થાનાંતરણને ગ્લુટામિક એસિડ અને 2-એમિનો-2-ડેસોક્સીઆઇસોકોરિસમિક એસિડ (ADIC) બનાવે છે. આ પછી, PhzD એડીઆઇસીમાંથી પાયરુવેટ ભાગને હાઇડ્રોલાઇટિક રીતે દૂર કરીને (5S, 6S)-6-એમિનો-5-હાઇડ્રોક્સી-1,3-સાયક્લોહેક્સાડિવ-1-કાર્બોક્સિલિક એસિડ (DHHA) બનાવે છે. આગળના તબક્કામાં, PhzF બે પગલાંને ઉત્પ્રેરિત કરે છેઃ DHHA ના C3 માંથી હાઇડ્રોજનનું અમૂર્તકરણ, ડબલ બોન્ડ સિસ્ટમનું ડીલોકલાઇઝેશન અને C1 પર રિપ્રોટોનેશન તેમજ અત્યંત અસ્થિર 6-એમિનો-5-ઓક્સોસાઇક્લોહેક્સ-2-એન-1-કાર્બોક્સિલિક એસિડ (AOCHC) બનાવવા માટે એનોલ ટોટોમેરાઇઝેશન. અહીંથી એ. ઓ. સી. એચ. સી. ના બે અણુઓને પી. એચ. ઝેડ. બી. દ્વારા ઘનીકરણ કરીને ત્રિકોણીય સંયોજન, હેક્સાહાયડ્રોફેનાઝિન-1,6-ડાયકાર્બોક્સિલિક એસિડ (એચ. એચ. પી. ડી. સી.) બનાવવામાં આવે છે. આ પ્રતિક્રિયાનું ઉત્પાદન, એચ. એચ. પી. ડી. સી., અસ્થિર છે અને ટેટ્રાહાયડ્રોફેનાઝિન-1,6-કાર્બોક્સિલિક એસિડ (ટી. એચ. પી. સી. એ.) રચવા માટે બિન-ઉત્પ્રેરિત પ્રતિક્રિયામાં સ્વયંભૂ ઓક્સિડેટીવ ડીકાર્બોક્સિલેશનમાંથી પસાર થાય છે. ફેનાઝિન-1-કાર્બોક્સિલિક એસિડ સંશ્લેષણના અંતિમ તબક્કામાં એન્ઝાઇમ PhzG THPCA ના ઓક્સિડેશનને ડાયહાઇડ્રો-ફેનાઝિન-1-કાર્બોક્સિલિક એસિડમાં ઉત્પ્રેરિત કરે છે. પી. સી. એ. ના ઉત્પાદનમાં આ છેલ્લું ઉત્પ્રેરક પગલું છે, છેલ્લું પગલું એ ડી. એચ. પી. સી. એ. નું પી. સી. એ. માં બિન-ઉત્પ્રેરક ઓક્સિડેશન છે. પી. સી. એ. નું પિયોસાયનિનમાં રૂપાંતર બે ઉત્સેચકીય પગલાંઓમાં પ્રાપ્ત થાય છેઃ પ્રથમ, પી. સી. એ. ને કોફેક્ટર એસ-એડેનોસિલ-એલ-મેથિયોનીનનો ઉપયોગ કરીને એન્ઝાઇમ PhzM દ્વારા N5 થી 5-મિથાઈલફેનાઝિન-1-કાર્બોક્સિલેટ બીટાઇન પર મિથાઇલેટ કરવામાં આવે છે અને બીજું, PhzS આ સબસ્ટ્રેટના હાઇડ્રોક્સિલેટિવ ડીકાર્બોક્સિલેશનને ઉત્પ્રેરિત કરીને અંતિમ ઉત્પાદન, પિયોસાયનિન બનાવે છે. મોટાભાગના પી. એરુગિનોસા જાતોના રંગસૂત્રો બે લગભગ સમાન ઓપેરોન ધરાવે છે, phzA1B1C1D1E1F1G1 અને phzA2B2C2D2E2F2G2, જે PCA ઉત્પન્ન કરવા માટે જરૂરી ઉત્સેચકોને એન્કોડ કરે છે. આ ઓપેરોનનું ટ્રાન્સક્રિપ્શન કોરમ સેન્સિંગ દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે, અને ખાસ કરીને સ્યુડોમોનાસ ક્વિનોલોન સિગ્નલ (પી. ક્યુ. એસ.) સિસ્ટમ દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે જેમાં ટ્રાન્સક્રિપ્શનલ રેગ્યુલેટર એમ. વી. એફ. આર. (જેને પી. ક્યુ. એસ. આર. તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે) નો સમાવેશ થાય છે. પીસીએનું પિયોસાયનિનમાં રૂપાંતર પછી પીએચઝેડએસ અને પીએચઝેડએસના ઉત્પાદનો દ્વારા પ્રાપ્ત થાય છે, જે રંગસૂત્રમાં અનન્ય જનીનો છે. શીકીમેટમાંથી કોરિઝમિક એસિડના સંશ્લેષણ માટે જરૂરી એરો માર્ગને વિક્ષેપિત કરીને જૈવસંશ્લેષણને ક્ષતિગ્રસ્ત કરી શકાય છે. રેડોક્સ વોરફેર પિયોસાયનિન તેના જનીનનું અનુલેખન ઘટાડીને તેમજ એન્ઝાઇમને જ સીધું લક્ષ્ય બનાવીને કેટાલેઝને નિષ્ક્રિય કરે છે. ગ્લુટાથિઓન એ પાયોસાયનિન દ્વારા નિયંત્રિત એક મહત્વપૂર્ણ એન્ટીઑકિસડન્ટ છે. ખાસ કરીને ઘટાડેલા સ્વરૂપનો પૂલ ક્ષીણ થાય છે જ્યારે ઓક્સિડાઇઝ્ડ સ્વરૂપને હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ દ્વારા પ્રોત્સાહન આપવામાં આવે છે જે કેટાલેઝ દ્વારા વિસર્જિત થતું નથી. સિસ્ટીક ફાઇબ્રોસિસ ફેફસામાં, ઇન્ટ્રાસેલ્યુલર પિયોસાયનિન એન. એ. ડી. પી. એચ. ને એન. એ. ડી. પી. + માં ઓક્સિડાઇઝ કરીને મોલેક્યુલર ઓક્સિજનને સુપરઓક્સાઇડ ફ્રી રેડિકલમાં રૂપાંતરિત કરે છે. ફેફસાં પર આની બમણી નકારાત્મક અસર પડે છે. સૌપ્રથમ, પાયોસાયનિન દ્વારા ઉપયોગમાં લેવાતા એન. એ. ડી. પી. એચ., એન. એ. ડી. પી. એચ. ઓક્સિડેઝ એન્ઝાઇમ દ્વારા ઉત્પ્રેરિત પ્રતિક્રિયા માટે ઉપલબ્ધ સબસ્ટ્રેટને ઘટાડે છે. બીજું, ઉત્પન્ન થયેલ સુપરઓક્સાઇડ રેડિકલ આઈએલ-4, આઈએલ-13 અને આઈએફએન-γ જેવા સાયટોકીન્સને અટકાવી શકે છે, જે સામાન્ય રીતે એનએડીપીએચ ઓક્સિડેઝનું નિયમન કરે છે. જ્યારે ફેફસાંને પિયોસાયનિનનો સામનો કરવો પડે છે, ત્યારે ઉત્પન્ન થતા રેડિકલના અવરોધનો સામનો કરવા માટે કેટાલેઝ અને સુપરઓક્સાઇડ ડિસમ્યુટેઝની સાંદ્રતામાં વધારો જોવા મળે છે. લક્ષ્યાંકો પિયોસાયનિન સેલ્યુલર ઘટકો અને માર્ગોની વિશાળ શ્રેણીને લક્ષ્ય બનાવવામાં સક્ષમ છે. પિયોસાયનિનથી અસરગ્રસ્ત માર્ગોમાં ઇલેક્ટ્રોન પરિવહન સાંકળ, વેસિક્યુલર પરિવહન અને કોષની વૃદ્ધિનો સમાવેશ થાય છે. ચોક્કસ મ્યુટન્ટ પ્રોટીન અથવા કોમ્પ્લેક્સ ધરાવતા કોષોમાં પિયોસાયનિનની વધેલી સંવેદનશીલતા જોવા મળે છે. વી-એટીપીએઝ સંશ્લેષણ અને એસેમ્બલી, વેસિકલ ટ્રાન્સપોર્ટ મશીનરી અને પ્રોટીન સોર્ટિંગ મશીનરીને અસર કરતા જનીનોમાં પરિવર્તન એ બધા પિયોસાયનિન પ્રત્યે વધુ સંવેદનશીલતા પ્રદાન કરે છે જે દર્દી પર સિસ્ટિક ફાઇબ્રોસિસ પરની અસરોને વધુ વધારે છે. યીસ્ટના કોષોમાં વેક્યુલર-એટીપીએઝ એ ખાસ કરીને શક્તિશાળી લક્ષ્ય છે કારણ કે તે એટીપીનું મુખ્ય બિન-માઇટોકૉન્ડ્રિયલ ઉત્પાદક છે પરંતુ તેમાં કેલ્શિયમ હોમિયોસ્ટેટિક નિયંત્રણ, રીસેપ્ટર-મધ્યસ્થી એન્ડોસાયટોસિસની સુવિધા અને પ્રોટીનનું અધઃપતન જેવા અન્ય અસંખ્ય કાર્યો પણ છે. તેથી, પિયોસાયનિન દ્વારા ઉત્પાદિત હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ દ્વારા વેક્યૂલર-એટીપીએઝને નિષ્ક્રિય કરવાથી ફેફસાં માટે ભારે પરિણામો આવે છે. આ અસરો ઉપરાંત, પિયોસાયનિનનું બીજું લક્ષ્ય કેસ્પેઝ 3-જેવા પ્રોટીએઝિસ છે જે પછી એપોપ્ટોસિસ અને નેક્રોસિસ શરૂ કરી શકે છે. મિટોકોન્ડ્રીયલ ઇલેક્ટ્રોન વાહક યુબીક્વિનોન અને નિકોટિનિક એસિડ પણ પિયોસાયનિન માટે સંવેદનશીલ હોય છે. કોષ ચક્રને પિયોસાયનિનની ક્રિયા દ્વારા ખલેલ પહોંચાડી શકાય છે, અને તે લિમ્ફોસાઇટ્સના પ્રસારને અવરોધી શકે છે. આ હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ અને સુપરઓક્સાઇડ જેવા પ્રતિક્રિયાશીલ ઓક્સિજન મધ્યસ્થીઓના ઉત્પાદન દ્વારા કરવામાં આવે છે, જે ડીએનએને સીધું નુકસાન પહોંચાડીને અથવા ડીએનએ પુનઃસંયોજન અને સમારકામ મશીનરી જેવા કોષ ચક્રના અન્ય ઘટકોને લક્ષ્ય બનાવીને ઓક્સિડેટીવ તણાવનું કારણ બને છે. પિયોસાયનિન α1-પ્રોટીઝ અવરોધકને નિષ્ક્રિય કરીને પ્રોટીઝ અને એન્ટીપ્રોટીઝ પ્રવૃત્તિના અસંતુલનમાં ફાળો આપે છે. સિસ્ટિક ફાઇબ્રોસિસ ઘણા અભ્યાસોએ તારણ કાઢ્યું છે કે પાયોસાયનિન સિસ્ટિક ફાઇબ્રોસિસમાં અપમાનજનક અસર કરે છે જે પી. એરુગિનોસાને સિસ્ટિક ફાઇબ્રોસિસ ફેફસામાં ટકી રહેવા માટે સક્ષમ બનાવે છે; તે ઘણીવાર સિસ્ટિક ફાઇબ્રોસિસના દર્દીઓના થૂંકમાં જોવા મળે છે. પિયોસાયનિન ઇન વિટ્રોમાં સિલિઅરી ધબકારા જેવા કાર્યોમાં દખલ કરવાની ક્ષમતા હોય છે અને તેથી ઉપકલા નિષ્ક્રિયતાનું કારણ બને છે કારણ કે ગળામાં લાળને સાફ કરવા માટે સિલિઅરીની જરૂર પડે છે. વધુમાં, ન્યુટ્રોફિલ એપોપ્ટોસિસ, બી-લિમ્ફોસાઇટ્સમાંથી ઇમ્યુનોગ્લોબ્યુલિનનું પ્રકાશન, અને ઇન્ટરલ્યુકિનનું પ્રકાશન (દા. ત. આઈએલ-8 અને સી. સી. એલ. 5) ફેફસાની રોગપ્રતિકારક શક્તિને નબળી પાડીને પાયોસાયનિન દ્વારા ક્ષતિગ્રસ્ત થાય છે. વિવો અભ્યાસોમાં દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે પિયોસાયનિનની હાજરીમાં ફૂગની વૃદ્ધિ અટકાવવામાં આવે છે. ફૂગનાશક પદ્ધતિ એ એન. એ. ડી. (પી.) એચ. નું સક્રિયકરણ છે જે પ્રતિક્રિયાશીલ ઓક્સિજન મધ્યવર્તી ઉત્પન્ન કરતા રેડૉક્સ-સક્રિય કાસ્કેડને પ્રેરિત કરે છે. આ પી. એરુગિનોસાને સ્પર્ધાત્મક લાભ મેળવવાની મંજૂરી આપે છે કારણ કે તે સિસ્ટિક ફાઇબ્રોસિસ ફેફસામાં અન્ય સુક્ષ્મસજીવો પર પ્રભુત્વ ધરાવે છે. એટીપીની અંતઃકોશિક સાંદ્રતા પણ પિયોસાયનિન દ્વારા ઘટાડવામાં આવે છે જે સી. એફ. ટી. આર. ને વધુ નુકસાન પહોંચાડે છે જે સિસ્ટિક ફાઇબ્રોસિસમાં પહેલેથી જ ક્ષતિગ્રસ્ત છે. સીએફટીઆર ચેનલો બે મુખ્ય હેતુઓ માટે એટીપી પર આધાર રાખે છે. પ્રથમ, એ. ટી. પી. નું બંધન અને હાઇડ્રોલિસિસ બે ન્યુક્લિયોટાઇડ બંધનકર્તા ક્ષેત્રો પર થવું પડે છે જેથી ચેનલ તેની ખુલ્લી અને બંધ રચના વચ્ચે આગળ વધી શકે. બીજું, ચેનલ કાર્યરત થાય તે માટે પ્રોટીન કિનેઝ એ II દ્વારા સી. એફ. ટી. આર. નું ફોસ્ફોરાયલેશન થવું જોઈએ. પી. કે. એ. II સીએએમપી દ્વારા સક્રિય થાય છે જે એટીપીમાંથી ઉત્પન્ન થાય છે. જ્યારે એ. ટી. પી. પિયોસાયનિન દ્વારા ક્ષીણ થાય છે ત્યારે આ બંને પ્રક્રિયાઓ ક્ષતિગ્રસ્ત થાય છે. પિયોસાયનિન કેનોરહૅબિડાઇટિસ એલિગન્સ સામેના સંરક્ષણમાં પી. જી. પી.-1 અને પી. જી. પી.-2 નામના બે ચોક્કસ એ. બી. સી. ટ્રાન્સપોર્ટર હોય છે, જે ઊર્જા આધારિત રીતે ઇન્ટ્રાસેલ્યુલર પિયોસાયનિનને અસરકારક રીતે બહાર કાઢવામાં સક્ષમ હોય છે. આ પણ જુઓ સ્યુડોમોનાસ એરુગિનોસા પિયોવર્ડિન સિસ્ટીક ફાઇબ્રોસિસ સંદર્ભો બાહ્ય કડીઓ પિયોસાયનિન પ્રોફાઇલ એન્ટિબાયોટિક્સ જૈવિક રંગદ્રવ્યો ફેનાઝીન એનોન્સ બેક્ટેરિયલ ઝેર