Respiratory burst
શ્વસન વિસ્ફોટ (અથવા ઓક્સિડેટીવ વિસ્ફોટ) એ વિવિધ કોષ પ્રકારોમાંથી પ્રતિક્રિયાશીલ ઓક્સિજન પ્રજાતિઓ (આરઓએસ), સુપરઓક્સાઇડ આયન () અને હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ () નું ઝડપી પ્રકાશન છે. આનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે સસ્તન પ્રાણીઓના રોગપ્રતિકારક સંરક્ષણ માટે થાય છે, પરંતુ સેલ સિગ્નલિંગમાં પણ ભૂમિકા ભજવે છે. ગર્ભાધાન પછી પ્રાણીઓના અંડાશયમાં શ્વસન વિસ્ફોટ પણ સંકળાયેલો છે. તે છોડના કોષોમાં પણ થઈ શકે છે. રોગપ્રતિકારક શક્તિ રોગપ્રતિકારક કોષોને માયલોઇડ કોષો અને લિમ્ફોઇડ કોષોમાં વિભાજિત કરી શકાય છે. મેક્રોફેજ અને ન્યુટ્રોફિલ્સ સહિતના માયલોઇડ કોષો, ખાસ કરીને શ્વસન વિસ્ફોટમાં સંકળાયેલા છે. તેઓ ફેગોસાયટીક છે, અને શ્વસન વિસ્ફોટ આંતરિક બેક્ટેરિયા અથવા અન્ય પેથોજેન્સના અનુગામી અધઃપતન માટે મહત્વપૂર્ણ છે. આ જન્મજાત રોગપ્રતિકારક શક્તિનું એક મહત્વપૂર્ણ પાસું છે. શ્વસન વિસ્ફોટ માટે એન. એ. ડી. પી. એચ. ઓક્સિડેઝ (મનુષ્યમાં એન. ઓ. એક્સ. 2) પ્રવૃત્તિ દ્વારા ઓક્સિજનના વપરાશમાં 10 થી 20 ગણો વધારો કરવાની જરૂર પડે છે. એન. એ. ડી. પી. એચ. એ એન. ઓ. એક્સ. 2 નો મુખ્ય સબસ્ટ્રેટ છે, અને શક્તિ ઘટાડે છે. એન. એ. ડી. પી. એચ. ઉત્પન્ન કરવા માટે ગ્લાયકોજનનું વિઘટન મહત્વપૂર્ણ છે. આ પેન્ટોઝ ફોસ્ફેટ માર્ગ દ્વારા થાય છે. NOX2 ઉત્સેચક ફેગોલિસોસોમ પટલમાં બંધાયેલું છે. બેક્ટેરિયલ ફેગોસાયટોસિસ પછી, તે સક્રિય થાય છે, તેના રેડૉક્સ કેન્દ્ર દ્વારા સુપરઓક્સાઇડ ઉત્પન્ન કરે છે, જે ફેગોસોમમાં સાયટોસોલિક એન. એ. ડી. પી. એચ. થી O2માં ઇલેક્ટ્રોનને સ્થાનાંતરિત કરે છે. 2O2 + NADPH-> 2O2 •-+ NADP + + H + સુપરઓક્સાઇડ પછી અન્ય આર. ઓ. એસ. ને જન્મ આપવા માટે અન્ય અણુઓ સાથે સ્વયંભૂ અથવા ઉત્સેચકીય રીતે પ્રતિક્રિયા આપી શકે છે. ફેગોસાઇટિક પટલ પેદા થયેલા પ્રતિક્રિયાશીલ મુક્ત રેડિકલ માટે બાહ્યકોષીય વાતાવરણના સંપર્કને મર્યાદિત કરવા માટે સંશોધન કરે છે. પ્રતિક્રિયાશીલ પ્રજાતિઓની પેઢી માટેના માર્ગો અસરકારક કોષોમાં પ્રતિક્રિયાશીલ ઓક્સિજન પ્રજાતિઓ અથવા પ્રતિક્રિયાશીલ નાઇટ્રોજન પ્રજાતિઓ (આર. એન. એસ.) ની પેઢી માટે 3 મુખ્ય માર્ગો છેઃ સુપરઓક્સાઇડ ડિસમ્યુટેઝ (અથવા વૈકલ્પિક રીતે, માયેલોપેરોક્સિડેઝ) સુપરઓક્સાઇડમાંથી હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ ઉત્પન્ન કરે છે. હાઇડ્રોક્સિલ રેડિકલ પછી હેબર-વેઇસ પ્રતિક્રિયા અથવા ફેન્ટન પ્રતિક્રિયા દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે, જેમાંથી બંને Fe2 + દ્વારા ઉત્પ્રેરિત થાય છે. O2 •-+ H2O2-> OH + OH-+ O2 હેલાઇડ આયનોની હાજરીમાં, મુખ્યત્વે ક્લોરાઇડ આયનો, માયેલોપેરોક્સિડેઝ હાયપોક્લોરસ એસિડ ઉત્પન્ન કરવા માટે હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડનો ઉપયોગ કરે છે. H2O2 + Cl−-> ClO− + H2O નાઈટ્રિક ઓક્સાઇડ સિન્થેઝ (રોગપ્રતિકારક શક્તિમાં ઇન્ડ્યુસિબલ આઇસોફોર્મ, iNOS) એલ-આર્જિનિનમાંથી નાઈટ્રિક ઓક્સાઇડના ઉત્પાદનને ઉત્પ્રેરિત કરે છે. 2L-આર્જિનિન + 3NADPH + 3H + + 4O2-> 2સિટ્રુલિન + 2NO • + 4H2O + 3NADP + નાઇટ્રિક ઓક્સાઇડ સુપરઓક્સાઇડ આયન સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને પેરોક્સિનાઇટ્રાઇટ આયન ઉત્પન્ન કરી શકે છે. O2-− + NO-→ ONO2-પેથોજેન્સ સામે રક્ષણ શ્વસન વિસ્ફોટમાં આ પ્રતિક્રિયાશીલ પ્રજાતિઓના સંપર્કમાં પેથોલોજીમાં પરિણમે છે. આ ઘેરાયેલા બેક્ટેરિયાને ઓક્સિડેટીવ નુકસાનને કારણે છે. નોંધપાત્ર રીતે, પેરોક્સિનાઇટ્રાઇટ એક ખૂબ જ મજબૂત ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ છે જે લિપિડ પેરોક્સિડેશન, પ્રોટીન ઓક્સિડેશન, પ્રોટીન નાઇટ્રેશન તરફ દોરી શકે છે, જે તેની જીવાણુનાશક અસરો માટે જવાબદાર છે. તે સંક્રમણ ધાતુ કેન્દ્રો ધરાવતા પ્રોટીન સાથે સીધી પ્રતિક્રિયા કરી શકે છે, જેમ કે ફેન્ટોન પ્રતિક્રિયા માટે ફે 2 + મુક્ત કરે છે. પેરોક્સિનાઇટ્રાઇટ પેપ્ટાઇડ સાંકળમાં વિવિધ એમિનો એસિડ સાથે પણ પ્રતિક્રિયા આપી શકે છે, જેનાથી પ્રોટીન માળખું અને ત્યારબાદ, પ્રોટીન કાર્યમાં ફેરફાર થાય છે. તે સામાન્ય રીતે સિસ્ટીનનું ઓક્સિડાઇઝેશન કરે છે, અને પરોક્ષ રીતે અન્ય પેદા થયેલ આર. એન. એસ. દ્વારા ટાયરોસિન નાઇટ્રેશનને પ્રેરિત કરી શકે છે. બદલાયેલ પ્રોટીન કાર્યમાં એન્ઝાઇમ ઉત્પ્રેરક પ્રવૃત્તિ, સાયટોસ્કેલેટલ સંસ્થા અને સેલ સિગ્નલ ટ્રાન્સડક્શનમાં ફેરફારનો સમાવેશ થાય છે. હાયપોક્લોરસ એસિડ ડીએનએ, લિપિડ્સ અને પ્રોટીન સહિત બાયોમોલેક્યુલ્સની શ્રેણી સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે. એચસીએલઓ અનુક્રમે તેમના સલ્ફહાઇડ્રિલ જૂથો અને સલ્ફર જૂથો દ્વારા સિસ્ટીન અને મેથિઓનાઇનને ઓક્સિડાઇઝ કરી શકે છે. પહેલું ડાયસલ્ફાઇડ બોન્ડ્સની રચના તરફ દોરી જાય છે, જે પ્રોટીન ક્રોસલિંકિંગને પ્રેરિત કરે છે. બંને ઓક્સિડેશન પ્રોટીન એકત્રીકરણમાં પરિણમે છે, અને છેવટે, કોષ મૃત્યુ પામે છે. સલ્ફહાઇડ્રિલ જૂથોને ત્રણ HClO અણુઓ દ્વારા ત્રણ ગણા સુધી ઓક્સિડાઇઝ કરી શકાય છે, જે સલ્ફેનિક એસિડ, સલ્ફિનિક એસિડ અને R-SO3H બનાવે છે, જે વધુને વધુ અપરિવર્તનીય અને જીવાણુનાશક છે. દરમિયાન, મેથિઓનાઇન ઓક્સિડેશન ઉલટાવી શકાય તેવું છે. એચ. ઓ. સી. એલ. પ્રાથમિક અથવા ગૌણ એમાઇન્સ સાથે પણ પ્રતિક્રિયા કરી શકે છે, જે ક્લોરોએમાઇન્સ ઉત્પન્ન કરે છે જે બેક્ટેરિયા માટે ઝેરી હોય છે. પ્રોટીન ક્રોસ લિંકિંગ અને એકત્રીકરણ પણ થઈ શકે છે, તેમજ એફઇએસ જૂથોમાં વિક્ષેપ પણ આવી શકે છે. હાયપોક્લોરસ એસિડની રચનાનું અભિન્ન અંગ માયેલોપેરોક્સિડેઝ છે. માયેલોપેરોક્સિડેઝ ન્યુટ્રોફિલ્સમાં સૌથી વધુ વિપુલ પ્રમાણમાં હોય છે, જેમાં ફેગોસાયટોસિસ અધોગતિ સાથે હોય છે. આ ફેગોલિસોસોમ સાથે ગ્રાન્યુલ્સનું મિશ્રણ છે, જે માયેલોપેરોક્સિડેઝ સહિત તેમની સામગ્રીને મુક્ત કરે છે. શ્વસન વિસ્ફોટ દરમિયાન ઘણા માઇક્રોબિસાઈડલ ઉત્પાદનો રચાય છે, આક્રમણકારી પેથોજેન્સને મારવામાં વ્યક્તિગત અણુઓનું મહત્વ સંપૂર્ણપણે સમજી શકાયું નથી. આરઓએસ સહિત પેદા થયેલા એન્ટિમાઇક્રોબાયલ ઉત્પાદનોની ઉચ્ચ ઝેરીકરણને કારણે, ન્યુટ્રોફિલ્સમાં બળતરા દરમિયાન યજમાન પેશીઓના નુકસાનને મર્યાદિત કરવા માટે ટૂંકા જીવનકાળ હોય છે. ક્રોનિક ગ્રેન્યુલોમેટસ ડિસીઝ એ માનવ ન્યુટ્રોફિલ્સનો વારસાગત રોગ છે, જેમાં NOX2 ખામીયુક્ત છે. ફેગોસાઇટોસિસ હજી પણ થઈ શકે છે, પરંતુ યોગ્ય રીતે કાર્યરત NOX2 વિના, કોઈ સુપરઓક્સાઇડનું ઉત્પાદન થતું નથી, અને તેથી કોઈ શ્વસન વિસ્ફોટ થતો નથી. બેક્ટેરિયાનો ચેપ સાફ થતો નથી. સેલ્યુલર સિગ્નલિંગ નોન-ફેગોસાઇટિક કોષો નોન-ફેગોસાઇટિક કોષોમાં, ઓક્સિડેટીવ બર્સ્ટ ઉત્પાદનોનો ઉપયોગ ઇન્ટ્રાસેલ્યુલર સિગ્નલિંગ માર્ગોમાં થાય છે. ઉત્પન્ન થયેલ આરઓએસ સેલ રેડોક્સ સ્થિતિને ખસેડીને આ હાંસલ કરે છે. આનું નિરીક્ષણ એન્ટીઑકિસડન્ટ એન્ઝાઇમ ગ્લુટાથિઓન અને તેના ઓક્સિડાઇઝ્ડ ઉત્પાદન, ગ્લુટાથિઓન ડિસલ્ફાઇડ (જી. એસ. એચ.: જી. એસ. એસ. જી.) ના ગુણોત્તર દ્વારા કરી શકાય છે. એન્ટીઑકિસડન્ટ ઉત્સેચકો સંકળાયેલા અણુઓ, ખાસ કરીને સુપરઓક્સાઇડ આયન અને નાઇટ્રિક ઓક્સાઇડને દૂર કરીને રિડોક્સ સિગ્નલિંગને સંતુલિત કરે છે. પ્રસાર, તફાવત, તેમજ વાહિની કાર્ય અને ચેતાપ્રેષણુ જેવી સામાન્ય પ્રક્રિયાઓ માટે રેડૉક્સ સિગ્નલિંગ મહત્વપૂર્ણ છે. તે કેન્સર જેવા રોગોમાં પણ સામેલ છે. એન. એ. ડી. પી. એચ. ઓક્સિડેઝ આઇસોફોર્મ એન. ઓ. એક્સ. 1 વૃદ્ધિ પરિબળના પ્રતિભાવમાં ક્ષણિક રીતે સુપરઓક્સાઇડનો વિસ્ફોટ પેદા કરે છે (દા. ત. ઇ. જી. એફ.) સંબંધિત રીસેપ્ટર્સનું ઉત્તેજન. સુપરઓક્સાઇડને હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડમાં પ્રસરણ-મર્યાદિત દરની નજીકના દરે વિસર્જિત કરવામાં આવે છે. સુપરઓક્સાઇડના ડિસમ્યુટેશન માટે આ અવકાશી પ્રતિબંધ રેડૉક્સ સિગ્નલિંગની વિશિષ્ટતા માટે પરવાનગી આપે છે. કોષના પ્લાઝ્મા પટલમાં ચોક્કસ માઇક્રોડોમેન્સમાં NOX1 સ્થાનિકીકરણ દ્વારા પણ ચોક્કસતાની ખાતરી કરવામાં આવે છે. એક્વાપોરિન અથવા પ્રસરણ જેવી ચેનલો દ્વારા, હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ સાયટોસોલમાં પ્રવેશ કરે છે. ત્યાં, તે રેડૉક્સ-સંવેદનશીલ પ્રોટીનના સિસ્ટીન જૂથોને ઓક્સિડાઇઝ કરે છે, જે પછી સંકેતોને ટ્રાન્સડ્યુસ કરી શકે છે. ફેગોસાઇટ્સમાં મેક્રોફેજ ઓક્સિડેટીવ વિસ્ફોટ સામાન્ય રીતે બેક્ટેરિયાની હત્યા સાથે સંકળાયેલો છે. જો કે, મેક્રોફેજ, ખાસ કરીને એલ્વિઓલર મેક્રોફેજ, સામાન્ય રીતે ન્યુટ્રોફિલ્સ કરતાં આરઓએસનું ઘણું નીચું સ્તર ઉત્પન્ન કરે છે, અને તેમના જીવાણુનાશક ગુણધર્મો માટે સક્રિયકરણની જરૂર પડી શકે છે. તેના બદલે, તેમનો ક્ષણિક ઓક્સિડેટીવ વિસ્ફોટ રેડૉક્સ સિગ્નલિંગ માટે સાયટોકીન સંશ્લેષણને પ્રેરિત કરીને બળતરા પ્રતિક્રિયાને નિયંત્રિત કરે છે, પરિણામે ન્યુટ્રોફિલ્સ અને સક્રિય મેક્રોફેજનો પ્રવાહ થાય છે. કેન્સર કોષો કેન્સર કોષો આરઓએસના વધારાના સ્તરનું ઉત્પાદન કરીને સેલ સિગ્નલિંગમાં હેરફેર કરી શકે છે, જેનાથી તેમના સેલ્યુલર વૃદ્ધિ અને પ્રસારને પ્રોત્સાહન આપવા માટે રચનાત્મક રીતે માર્ગો સક્રિય થાય છે. સૂચિત માર્ગોમાં NF-κB, PI3K, HIF અને MAPK નો સમાવેશ થાય છે. મનુષ્યોમાં, ઓન્કોજેનિક કે. આર. એ. એસ. કોષોમાં મિટોજેનિક માર્ગ ઉત્તેજના માટે ઓક્સિડેટીવ વિસ્ફોટમાં મુક્ત થનારાઓની સાથે મિટોકોન્ડ્રીયલ આર. ઓ. એસ. જરૂરી છે. જો કે, ઓન્કોજેનિક ક્રાસ ઉંદરના ફાઇબ્રોબ્લાસ્ટ્સમાં, એનએડીપીએચ ઓક્સિડેઝ અવરોધકો આ વૃદ્ધિ પરિબળ માર્ગોને અવરોધિત કરવા માટે પૂરતા હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું છે. ટ્યુમોરિજેનિક કોષો કેન્સરના કોષના મૃત્યુ સામે રક્ષણ આપવા માટે એક સાથે ઉચ્ચ સ્તરના એન્ટીઑકિસડન્ટો પણ જાળવી રાખે છે. ફળદ્રુપતા સૌથી નોંધપાત્ર રીતે, ફળદ્રુપતા પછી ઓક્સિડેટીવ વિસ્ફોટ દરિયાઈ અર્ચિન ઇંડામાં જોઈ શકાય છે. આ ન્યુટ્રોફિલ્સમાં ઉત્ક્રાંતિથી અલગ હોવાનું માનવામાં આવે છે. ઓક્સિજનના વપરાશમાં વધારો થયા પછી ઇંડા ઓક્સિડેઝ પ્રવૃત્તિ દ્વારા હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ ઉત્પન્ન થાય છે. ઘાતક પોલિસ્પર્મીને રોકવા માટે અંડાશયના પ્રોટીનના ક્રોસ-લિંકિંગ માટે આ જરૂરી છે. હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ પોતે પણ શુક્રાણુનાશક છે. જો કે, ઉત્પાદિત પ્રતિક્રિયાશીલ પ્રજાતિઓ રોગપ્રતિકારક શક્તિ કરતાં નીચા સ્તરે જાળવવામાં આવે છે જેથી ફળદ્રુપ ઇંડાને ઓક્સિડેટીવ નુકસાનથી બચાવી શકાય. આ હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડના નાબૂદી દ્વારા મુખ્યત્વે સમાન ઇંડાના ઓક્સિડેઝના બેવડા કાર્ય દ્વારા અને બીજું કેટાલેઝ અને ગ્લુટાથિઓન જેવા કોષરસાત્મક આરઓએસ સફાઈ કામદારો દ્વારા પ્રાપ્ત થાય છે. છોડમાં ઓક્સિડેટીવ વિસ્ફોટ છોડમાં રોગકારક ચેપ માટે સંરક્ષણ પદ્ધતિ તરીકે કામ કરે છે. સેલ-સપાટી પર સ્થિત રીસેપ્ટર્સ (દા. ત.) દ્વારા પી. એ. એમ. પી. ની શોધ પછી આ જોવા મળે છે. FLS2 અથવા EFR). પ્રાણીઓની જેમ, છોડમાં પ્રતિક્રિયાશીલ ઓક્સિજન પ્રજાતિઓનું ઉત્પાદન એન. એ. ડી. પી. એચ. ઓક્સિડેઝ દ્વારા કરવામાં આવે છે. છોડની રોગપ્રતિકારક શક્તિમાં, એન. એ. ડી. પી. એચ. ઓક્સિડેઝ પેટા એકમો આર. બી. ઓ. એચ. ડી. અને આર. બી. ઓ. એચ. એફ. ઓવરલેપિંગ કાર્યો ધરાવે છે જે વિવિધ પેશીઓમાં અને વિવિધ સ્તરે વ્યક્ત થાય છે. જો કે, પ્રાણીઓના ફેગોસાઇટ્સથી વિપરીત, જેમાં ઉત્પન્ન થયેલ આરઓએસ સીલબંધ ફેગોલિસોસોમમાં સમાયેલ હોય છે, છોડમાં ઓક્સિડેટીવ વિસ્ફોટ સમાયેલ નથી. પરિણામે, પેદા થયેલ આરઓએસ રોગકારક ઝેરી સાથે વધારાની અસરો સહન કરે છે. હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ છોડની કોષ દિવાલ ગ્લાયકોપ્રોટીનના ઓક્સિડેટીવ ક્રોસ-લિંકિંગને પ્રેરિત કરે છે. આ પેથોજેન્સ દ્વારા એન્ઝાઇમેટિક ડિગ્રેડેશનની સંભાવના ઘટાડે છે. પ્રણાલીગત હસ્તગત પ્રતિકાર, જે પ્રાણીઓમાં જન્મજાત રોગપ્રતિકારક શક્તિ જેવું જ છે, તે ખુલ્લા છોડના કોષોમાં પણ પ્રેરિત થાય છે. હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડના સંપર્કમાં આવવાથી અતિસંવેદનશીલ પ્રતિક્રિયા પણ થઈ શકે છે, જે રોગકારક ચેપને મર્યાદિત કરવાના હેતુથી ચેપના સ્થળે નાની સંખ્યામાં યજમાન કોષોનું મૃત્યુ છે. છોડમાં આરઓએસ ઉત્પાદનનો ઉપયોગ લ્યુમિનોલ-પેરોક્સિડેઝ આધારિત પરીક્ષણ દ્વારા સફળ રોગકારક ઓળખ માટે રીડઆઉટ તરીકે થઈ શકે છે. સંદર્ભો બાહ્ય કડીઓ રોગપ્રતિકારક તંત્ર લ્યુકોસાઇટ્સ