Futile cycle
ایک بے کار چکر، جسے سبسٹریٹ سائیکل بھی کہا جاتا ہے، اس وقت ہوتا ہے جب دو میٹابولک راستے بیک وقت مخالف سمتوں میں چلتے ہیں اور گرمی کی شکل میں توانائی کو ختم کرنے کے علاوہ اس کا کوئی مجموعی اثر نہیں ہوتا ہے۔ اس سائیکل کو "بے سود" سائیکل کہلانے کی وجہ یہ تھی کہ ایسا ظاہر ہوا کہ یہ سائیکل حیاتیات کے لیے کوئی خالص افادیت کے بغیر کام کرتا ہے۔ اس طرح، اسے میٹابولزم کا ایک چکر سمجھا جاتا تھا اور اس طرح اسے ایک بے سود چکر کا نام دیا گیا۔ مزید تفتیش کے بعد یہ دیکھا گیا کہ میٹابولائٹس کے ارتکاز کو منظم کرنے کے لیے بے سود چکر بہت اہم ہیں۔ مثال کے طور پر، اگر گلائکولیسس اور گلوکونیوجینیسیس ایک ہی وقت میں فعال ہوتے ہیں، تو گلوکوز کو گلائکولیسس کے ذریعے پائروویٹ میں تبدیل کیا جائے گا اور پھر اے ٹی پی کی مجموعی کھپت کے ساتھ گلوکونیوجینیسیس کے ذریعے گلوکوز میں واپس تبدیل کیا جائے گا۔ بے کار چکروں کا میٹابولک ریگولیشن میں ایک کردار ہو سکتا ہے، جہاں ایک بے کار چکر دو حالتوں کے درمیان ارتعاش کرنے والا ایک نظام ہوگا اور اس میں شامل کسی بھی انزائم کی سرگرمی میں چھوٹی تبدیلیوں کے لیے بہت حساس ہوگا۔ سائیکل گرمی پیدا کرتا ہے، اور تھرمل ہومیوسٹاسس کو برقرار رکھنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، مثال کے طور پر نوجوان ممالیہ جانوروں کے بھوری رنگ کے ایڈیپوز ٹشو میں، یا تیزی سے گرمی پیدا کرنے کے لیے، مثال کے طور پر کیڑوں کی پرواز کے پٹھوں میں اور ٹورپور سے وقتا فوقتا اشتعال کے دوران ہائبرنیٹنگ جانوروں میں۔ یہ اطلاع دی گئی ہے کہ گلوکوز میٹابولزم سبسٹریٹ سائیکل ایک بے سود سائیکل نہیں بلکہ ایک ریگولیٹری عمل ہے۔ مثال کے طور پر، جب اچانک توانائی کی ضرورت ہوتی ہے، تو اے ٹی پی کی جگہ اے ایم پی لے لیتا ہے، جو کہ بہت زیادہ رد عمل والا اڈینائن ہے۔ مثال گلائکولیسس اور گلوکونیوجینیسیس کو بیک وقت انجام دینا ایک بے سود چکر کی ایک مثال ہے، جس کی نمائندگی مندرجہ ذیل مساوات سے ہوتی ہے: مثال کے طور پر، گلائکولیسس کے دوران، فرکٹوز-6-فاسفیٹ کو فاسفوفریکٹوکینس 1 (پی ایف کے-1) انزائم کے ذریعے اتپریرک ہونے والے رد عمل میں فرکٹوز-1,6-باسفاسفیٹ میں تبدیل کیا جاتا ہے۔ لیکن گلوکونیوجینیسیس کے دوران (یعنی۔ پائروویٹ اور دیگر مرکبات سے گلوکوز کی ترکیب) الٹا رد عمل ہوتا ہے، جسے فرکٹوز-1,6-بیسفاسفیٹیس (ایف بی پیز-1) کے ذریعے اتپریرک کیا جاتا ہے۔ اس کا مجموعی رد عمل دینا: یعنی بغیر کسی مفید میٹابولک کام کے اے ٹی پی کا ہائیڈرولائسس۔ واضح طور پر، اگر ان دونوں تعاملات کو ایک ہی خلیے میں اونچی شرح سے بیک وقت آگے بڑھنے دیا جائے تو کیمیائی توانائی کی ایک بڑی مقدار حرارت کے طور پر ختم ہو جائے گی۔ اس لیے اس غیر معاشی عمل کو بے سود سلسلہ کہا گیا ہے۔ موٹاپے اور ہومیوسٹاسس میں فیوٹائل سائیکل کا کردار بہت سی ایسی دوائیں نہیں ہیں جو موٹاپے کا مؤثر طریقے سے علاج کر سکیں یا اسے پلٹ سکیں۔ موٹاپا بنیادی طور پر صحت کے مسائل جیسے ذیابیطس، ہائی بلڈ پریشر، قلبی امراض اور یہاں تک کہ بعض قسم کے کینسر سے منسلک بیماریوں کے خطرے کو بڑھا سکتا ہے۔ ایک مطالعہ جو ٹرانسجینک چوہوں کا استعمال کرتے ہوئے موٹاپے کے علاج اور روک تھام کے گرد گھوم رہا ہے، رپورٹوں کے مثبت تاثرات پر تجربہ کرنے کے لیے جو تجویز کرتا ہے کہ ایم آئی آر-378 یقینی طور پر انسانوں میں موٹاپے کی روک تھام اور علاج کے لیے ایک امید افزا ایجنٹ ہو سکتا ہے۔ مطالعہ کے نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ ایم آئی آر-378 کے ذریعے کنکال کے پٹھوں میں پائروویٹ-پی ای پی بے کار سائیکل کی سرگرمی ایم آئی آر-378 ٹرانسجینک چوہوں کے ایڈیپوز ٹشوز میں بلند لیپولیسس کی بنیادی وجہ ہے، اور یہ چوہوں میں توانائی کے ہومیوسٹاسس کو کنٹرول کرنے کے لیے پٹھوں اور چربی کے درمیان کراس اسٹاک کو منظم کرنے میں مدد کرتا ہے۔ بے سود سائیکل کے بارے میں ہماری عمومی تفہیم ایک سبسٹریٹ سائیکل ہے، جو اس وقت ہوتی ہے جب دو اوور لیپنگ میٹابولک راستے مخالف سمتوں میں چلتے ہیں، کہ جب ریگولیشن کے بغیر چھوڑ دیا جائے تو یہ بغیر کسی حقیقی پیداوار کے بے قابو رہتا رہے گا جب تک کہ تمام خلیوں کی توانائی ختم نہ ہو جائے۔ تاہم، مطالعہ کے پیچھے کا خیال اس بات کی نشاندہی کرتا ہے کہ ایم آئی آر-378-ایکٹیویٹڈ پائروویٹ-فاسفینولپیروویٹ فیوٹائل سائیکل ایک ریگولیٹری فائدہ ادا کرتا ہے۔ ایم آئی آر-378 کے نتیجے میں نہ صرف بہتر لیپولیسس کی وجہ سے جسم کی چربی کم ہوتی ہے بلکہ یہ بھی قیاس کیا جاتا ہے کہ بے سود سائیکل توانائی ہومیوسٹاسس کو برقرار رکھنے کے لیے میٹابولزم کو منظم کرتے ہیں۔ پورے جسم کی سطح پر توانائی کے ہومیوسٹاسس کو کنٹرول کرنے کے لیے پٹھوں اور ایڈیپوز ٹشوز کے درمیان میٹابولک مواصلات کو منظم کرنے میں ایم آئی آر-378 کا ایک منفرد کام ہے۔ مختلف انواع میں کام کرنے والے بے سود چکر کی مثالیں یہ سمجھنے کے لیے کہ کس طرح ایک بے سود چکر کی موجودگی کچھ انواع میں اے ٹی پی کی کم سطح کو برقرار رکھنے اور حرارت پیدا کرنے میں مدد کرتی ہے، ہم میٹابولک راستوں کو دیکھتے ہیں جو گلائکولیسس اور گلوکونیوجینیسیس کے باہمی ضابطے سے نمٹتے ہیں۔ بہت سی مچھلیوں کا تیراکی کا مثانہ ؛ مثال کے طور پر زیبرا فش-اندرونی طور پر گیس سے بھرا ہوا ایک اعضاء ہے جو ان کے بہاؤ میں حصہ ڈالنے میں مدد کرتا ہے۔ یہ گیس گلینڈ سیل اس جگہ پر پائے جاتے ہیں جہاں کیپلیریز اور اعصاب پائے جاتے ہیں۔ میٹابولک انزائموں کے تجزیے سے پتہ چلتا ہے کہ گیس گلینڈ کے خلیوں میں گلوکونیوجینیسیس انزائم فرکٹوز-1,6-بسفاسفیٹیس (ایف بی پی 1) اور گلائکولیٹک انزائم گلائسرالڈیہائیڈ-3-فاسفیٹ ڈی ہائیڈروجنیز (جی اے پی ڈی ایچ) کا بہت زیادہ اظہار ہوتا ہے۔ مطالعہ سے پتہ چلتا ہے کہ زیبرا فش تیراکی کے مثانے کی خصوصیت میں کوئی اظہار فروکٹوز-1,6-بسفاسفیٹیس جین نہیں ہونا چاہیے۔ تیراکی کے مثانے کے ٹشو کو گلائکوجینک سرگرمی میں بہت زیادہ اور گلوکونیوجینیسیس میں کمی کے طور پر جانا جاتا ہے، پھر بھی ایف بی پی کی ایک اہم مقدار کا اظہار پایا گیا۔ اس دریافت سے پتہ چلتا ہے کہ گیس گلینڈ سیل میں، ایف بی پی اے ٹی پی پر منحصر میٹابولک فیوٹائل سائیکل بناتا ہے۔ گیس غدود کے خلیوں کے لیے لیکٹک ایسڈ کی ترکیب کے لیے حرارت پیدا کرنا انتہائی اہم ہے کیونکہ اگر اے ٹی پی جمع ہو جائے تو اس عمل کو سختی سے روکا جاتا ہے۔ ایک اور مثال سے پتہ چلتا ہے کہ فوگو تیراکی کے مثانے میں گرمی کی پیداوار کو نسل کی جگہ سے باہر منتقل کیا جائے گا، تاہم یہ اب بھی ریٹے میرابائل کے ذریعے مسلسل بازیافت کیا جا سکتا ہے تاکہ گیس غدود کا درجہ حرارت جسم کے دیگر حصوں سے زیادہ برقرار رہے۔ بے کار چکر کے مجموعی خالص رد عمل میں اے ٹی پی کی کھپت اور حرارت کی پیداوار شامل ہے جو مندرجہ ذیل ہے: بے کار چکر کی ایک اور مثال جو گرمی کی پیداوار میں فائدہ اٹھاتی ہے وہ مکھیوں میں پائی جاتی ہے۔ ایف بی پی اور پی ایف کے پر مشتمل بے سود چکر بمبل مکھیوں کے ذریعہ پرواز کے پٹھوں میں گرمی پیدا کرنے اور کم ماحول کے درجہ حرارت پر اپنے جسم کو کافی حد تک گرم کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ حوالہ جات بیرونی روابط میٹابولزم گلائکولیسس