सहकारिता

सहकारिता एक समान या निकट-समान तत्वों को शामिल करने वाली प्रणालियों द्वारा प्रदर्शित एक घटना है, जो एक काल्पनिक मानक गैर-अंतःक्रियात्मक प्रणाली के सापेक्ष एक दूसरे पर निर्भर रूप से कार्य करती है जिसमें व्यक्तिगत तत्व स्वतंत्र रूप से कार्य कर रहे हैं। इसकी एक अभिव्यक्ति एंजाइम या रिसेप्टर (जैव रसायन) है जिसमें कई बाध्यकारी साइटें होती हैं जहां लिगैंड के लिए बाध्यकारी साइटों की आत्मीयता स्पष्ट रूप से बढ़ जाती है, 'सकारात्मक सहकारिता', या कमी, 'नकारात्मक सहकारिता', लिगैंड के बंधन पर एक बाध्यकारी साइट के लिए। उदाहरण के लिए, जब एक ऑक्सीजन परमाणु हीमोग्लोबिन की चार बाध्यकारी साइटों में से एक से जुड़ता है, तो तीन शेष उपलब्ध बाध्यकारी साइटों की ऑक्सीजन के प्रति आत्मीयता बढ़ जाती है; यानी ऑक्सीजन एक अनबाउंड हीमोग्लोबिन की तुलना में एक ऑक्सीजन से बंधे हीमोग्लोबिन से जुड़ने की अधिक संभावना है। इसे सहकारी बंधन के रूप में जाना जाता है।

हम कई समान (या लगभग समान) सबयूनिट्स (जैसे डीएनए, प्रोटीन और फास्फोलिपिड ्स) से बनी बड़ी श्रृंखला के अणुओं में भी सहकारिता देखते हैं, जब ऐसे अणु पिघलने, खुलने या खुलने जैसे चरण संक्रमण से गुजरते हैं। इसे सबयूनिट कोआपरेटिविटी कहा जाता है। हालांकि, सहकारिता की परिभाषा क्रमिक लिगैंड बाइंडिंग चरणों के संबंध में स्पष्ट वृद्धि या कमी के आधार पर समस्याग्रस्त है, क्योंकि ऊर्जा की अवधारणा को हमेशा एक मानक स्थिति के सापेक्ष परिभाषित किया जाना चाहिए। जब हम कहते हैं कि एक लिगैंड के बंधन पर आत्मीयता बढ़ जाती है, तो यह अनुभवजन्य रूप से स्पष्ट नहीं है कि हमारा क्या मतलब है क्योंकि बाध्यकारी ऊर्जा को सख्ती से परिभाषित करने के लिए एक गैर-सहकारी बाध्यकारी वक्र की आवश्यकता होती है और इसलिए आत्मीयता भी। सकारात्मक सहकारिता की एक बहुत अधिक सामान्य और उपयोगी परिभाषा है: एक प्रक्रिया जिसमें कई समान वृद्धिशील कदम शामिल हैं, जिसमें मध्यवर्ती राज्यों को एक काल्पनिक मानक प्रणाली (शून्य परिकल्पना) के सापेक्ष सांख्यिकीय रूप से कम प्रतिनिधित्व किया जाता है, जहां चरण एक दूसरे से स्वतंत्र रूप से होते हैं।

इसी तरह, नकारात्मक सहकारिता की परिभाषा एक ऐसी प्रक्रिया होगी जिसमें कई समान वृद्धिशील कदम शामिल होंगे, जिसमें मध्यवर्ती राज्यों को एक काल्पनिक मानक राज्य के सापेक्ष अधिक प्रतिनिधित्व किया जाता है जिसमें व्यक्तिगत कदम स्वतंत्र रूप से होते हैं। रेफरी>{{cite journal | vauthors = Abeliovich H | title = नकारात्मक सहकारिता दिखाने वाले लिगैंड-प्रोटीन इंटरैक्शन में पहाड़ी गुणांक के लिए एक अनुभवजन्य चरम सिद्धांत| journal = Biophysical Journal | volume = 89 | issue = 1 | pages = 76–9 | date = July 2005 | pmid = 15834004 | pmc = 1366580 | doi = 10.1529/biophysj.105.060194 | bibcode = 2005BpJ....89...76A }</ref> सकारात्मक और नकारात्मक सहकारिता के लिए ये बाद की परिभाषाएँ आसानी से उन सभी प्रक्रियाओं को शामिल करती हैं जिन्हें हम सहकारी कहते हैं, जिसमें बड़े अणुओं (जैसे प्रोटीन) और यहां तक ​​कि बड़ी संख्या में लोगों की मनोवैज्ञानिक घटनाएं शामिल हैं (जो एक दूसरे से स्वतंत्र रूप से कार्य कर सकते हैं) , या सहकारी फैशन में)।

सहकारी बंधन

जब एक सब्सट्रेट एक एंजाइमेटिक सबयूनिट से जुड़ता है, तो बाकी सबयूनिट उत्तेजित हो जाते हैं और सक्रिय हो जाते हैं। लाइगैंडों में या तो सकारात्मक सहयोगात्मकता, नकारात्मक सहयोगात्मकता या असहयोगात्मकता हो सकती है।

हीमोग्लोबिन के ऑक्सीजन-पृथक्करण वक्र का सिग्मोइडल आकार ऑक्सीजन के हीमोग्लोबिन के सहकारी बंधन से परिणामित होता है।

सकारात्मक सहकारिता का एक उदाहरण हीमोग्लोबिन के लिए ऑक्सीजन का बंधन है। एक ऑक्सीजन अणु हीमोग्लोबिन अणु की चार श्रृंखलाओं में से प्रत्येक में एक हीम अणु के लौह लौह से बंध सकता है। डीऑक्सी-हीमोग्लोबिन में ऑक्सीजन के लिए अपेक्षाकृत कम आत्मीयता होती है, लेकिन जब एक अणु एक हीम से जुड़ता है, तो ऑक्सीजन की आत्मीयता बढ़ जाती है, जिससे दूसरा अणु अधिक आसानी से जुड़ जाता है, और तीसरा और चौथा और भी आसानी से जुड़ जाता है। 3-ऑक्सी-हीमोग्लोबिन की ऑक्सीजन आत्मीयता डीऑक्सी-हीमोग्लोबिन की तुलना में ~300 गुना अधिक है। यह व्यवहार मोनोमेरिक Myoglobin की तरह अतिशयोक्तिपूर्ण समारोह के बजाय हीमोग्लोबिन के आत्मीयता वक्र को सिग्मॉइड फ़ंक्शन होने की ओर ले जाता है। उसी प्रक्रिया से, हीमोग्लोबिन की ऑक्सीजन खोने की क्षमता बढ़ जाती है क्योंकि कम ऑक्सीजन अणु बंधे होते हैं।ऑक्सीजन-हीमोग्लोबिन पृथक्करण वक्र भी देखें।

नकारात्मक सहकारिता का अर्थ है कि विपरीत सत्य होगा; चूंकि लिगेंड प्रोटीन से बंधते हैं, लिगैंड के लिए प्रोटीन की आत्मीयता कम हो जाएगी, यानी लिगैंड के प्रोटीन से बंधने की संभावना कम हो जाती है। ऐसा होने का एक उदाहरण ग्लिसराल्डिहाइड-3-फॉस्फेट और एंजाइम ग्लिसराल्डिहाइड-3-फॉस्फेट डिहाइड्रोजनेज के बीच संबंध है।

एलोस्टेरिक नियमन # एलोस्टेरिक विनियमन सहकारिता के प्रकार इस तथ्य को संदर्भित करते हैं कि सहकारिता पैदा करने वाला अणु वह है जो इससे प्रभावित होगा। एलोस्टेरिक विनियमन # एलोस्टेरिक विनियमन सहकारिता के प्रकार वह है जहां एक तृतीय पक्ष पदार्थ आत्मीयता में परिवर्तन का कारण बनता है। होमोट्रोपिक या हेटरोट्रोपिक सहकारीता सकारात्मक और नकारात्मक दोनों प्रकार की हो सकती है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि यह लिगैंड अणुओं को एंजाइमों के आगे बंधन का समर्थन या विरोध करती है या नहीं।

सबयूनिट सहकारिता

सहकारिता न केवल लिगैंड बाइंडिंग की एक घटना है, बल्कि कभी भी लागू होती है, ऊर्जावान बातचीत एकल इकाइयों के विपरीत कई इकाइयों को शामिल करने के लिए कुछ आसान या अधिक कठिन बना देती है। (अर्थात्, जब केवल कई इकाइयों को जोड़ने के लिए लेखांकन किया जाता है, तो अपेक्षा की तुलना में आसान या अधिक कठिन)। उदाहरण के लिए, डीएनए की अनइंडिंग में सहकारिता शामिल है: डीएनए प्रतिकृति, प्रतिलेखन (आनुवांशिकी)आनुवांशिकी) और जेनेटिक पुनर्संयोजन करने के लिए डीएनए के कुछ हिस्सों को खोलना चाहिए। आसन्न डीएनए न्यूक्लियोटाइड्स के बीच सकारात्मक सहयोग से डीएनए श्रृंखला के साथ फैले न्यूक्लियोटाइड्स की समान संख्या को खोलने की तुलना में आसन्न न्यूक्लियोटाइड्स के पूरे समूह को खोलना आसान हो जाता है। सहकारी इकाई का आकार निकटवर्ती आधारों की संख्या है जो सकारात्मक सहकारिता के प्रभाव के कारण एकल इकाई के रूप में खुलते हैं। यह घटना अन्य प्रकार के श्रृंखला अणुओं पर भी लागू होती है, जैसे कि प्रोटीन की तह और खोलना और फास्फोलिपिड श्रृंखलाओं के पिघलने में जो कोशिका झिल्ली बनाते हैं। सबयूनिट सहकारिता को हिल कॉन्स्टेंट के रूप में ज्ञात सापेक्ष पैमाने पर मापा जाता है।

पहाड़ी समीकरण

आणविक अंतःक्रियाओं के लिए एक सरल और व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला मॉडल हिल समीकरण (जैव रसायन) है, जो लिगैंड एकाग्रता के कार्य के रूप में संतृप्त लिगैंड बाध्यकारी साइटों के अंश का वर्णन करके सहकारी बंधन को मापने का एक तरीका प्रदान करता है।

हिल गुणांक

हिल गुणांक अति-संवेदनशीलता का माप है (अर्थात प्रतिक्रिया वक्र कितना तीव्र है)।

परिचालन के दृष्टिकोण से हिल गुणांक की गणना इस प्रकार की जा सकती है:

$n_{H}={\frac {\log(81)}{\ce {\log(EC90/EC10)}}}$.

कहाँ ${\ce {EC90}}$ और ${\ce {EC10}}$ क्रमशः अधिकतम प्रतिक्रिया के 10% और 90% का उत्पादन करने के लिए आवश्यक इनपुट मान हैं।

प्रतिक्रिया गुणांक

वैश्विक संवेदनशीलता माप जैसे कि हिल गुणांक एस-आकार के वक्रों के स्थानीय व्यवहारों की विशेषता नहीं है। इसके बजाय, इन सुविधाओं को प्रतिक्रिया गुणांक माप द्वारा अच्छी तरह से पकड़ लिया जाता है के रूप में परिभाषित:

$R(x)={\frac {x}{y}}{\frac {dy}{dx}}$

हिल गुणांक और प्रतिक्रिया गुणांक के बीच लिंक

अल्ट्ज़ाइलर एट अल। (2017) ने दिखाया है कि इन अतिसंवेदनशीलता उपायों को निम्नलिखित समीकरण से जोड़ा जा सकता है:

$n_{H}=2{\frac {\int _{\ce {\log(EC10)}}^{\ce {\log(EC90)}}R_{f}(I)d(\log I)}{\ce {\log(EC90)-\log(EC10)}}}=2\langle R_{f}\rangle _{\ce {EC10,EC90}}$

कहाँ $\langle X\rangle _{a,b}$ रेंज [ए, बी] पर चर एक्स के औसत मूल्य को निरूपित किया।

फ़ंक्शन संरचना में अति संवेदनशीलता

परतों के बीच आणविक घटकों के पृथक्करण के प्रभावों की उपेक्षा करते हुए, दो युग्मित अल्ट्रासेंसिटिव मॉड्यूल पर विचार करें। इस स्थिति में, सिस्टम के खुराक-प्रतिक्रिया वक्र के लिए व्यंजक, F, कार्यों की गणितीय संरचना से परिणाम, $f_{i}$, जो पृथक मॉड्यूल के इनपुट/आउटपुट संबंध का वर्णन करता है $i=1,2$:

$F(I_{1})=f_{2}{\big (}f_{1}(I_{1}){\big )}$

ब्राउन एट अल। (1997) ने दिखाया है कि विभिन्न परतों की स्थानीय अतिसंवेदनशीलता गुणात्मक रूप से जोड़ती है:

$R(x)=R_{2}(f_{1}(x)).R_{1}(x)$.

इस परिणाम के संबंध में, फेरेल एट अल। (1997) हिल-प्रकार के मॉड्यूल के लिए, दिखाया गया है कि समग्र कैस्केड वैश्विक अल्ट्रासेंसिटिविटी को प्रत्येक कैस्केड परत के वैश्विक अल्ट्रासेंसिटिविटी अनुमानों के उत्पाद से कम या उसके बराबर होना चाहिए,

$n\leq n_{1}.n_{2}$,

कहाँ $n_{1}$ और $n_{2}$ क्रमशः मॉड्यूल 1 और 2 के पहाड़ी गुणांक हैं।

अल्ट्ज़ाइलर एट अल। (2017) दिखाया है कि कैस्केड की वैश्विक संवेदनशीलता की विश्लेषणात्मक रूप से गणना की जा सकती है:

$n=2\overbrace {\langle R_{2}\rangle _{X10_{2},X90_{2}}} ^{\nu _{2}}\overbrace {\langle R_{1}\rangle _{X10_{1},X90_{1}}} ^{\nu _{1}}=2\,\nu _{2}\,\nu _{1}$

कहाँ $X10_{i}$ और $X90_{i}$ कंपोजिट सिस्टम की हिल इनपुट की वर्किंग रेंज को सीमांकित किया, यानी आई-लेयर के लिए इनपुट मान ताकि अंतिम परत (इसी के अनुरूप) $i=2$ इस मामले में) अधिकतम उत्पादन स्तर के 10% और 90% तक पहुंच गया। इसने इस समीकरण का पालन किया कि सिस्टम का हिल गुणांक n को दो कारकों के उत्पाद के रूप में लिखा जा सकता है, $\nu _{1}$ और $\nu _{2}$, जिसमें प्रत्येक परत के लिए प्रासंगिक इनपुट क्षेत्र पर स्थानीय औसत संवेदनशीलता की विशेषता है: $[X10_{i},X90_{i}]$, साथ $i=1,2$ इस मामले में।

के कैस्केड के अधिक सामान्य मामले के लिए N मॉड्यूल, हिल गुणांक के रूप में व्यक्त किया जा सकता है:

$n=\nu _{N}\,\nu _{N-1}...\nu _{1}$,

अतिगुणात्मकता

कई लेखकों ने सिग्नलिंग कैस्केड में सुपरमल्टिप्लिकेटिव व्यवहार के अस्तित्व की सूचना दी है (अर्थात् परतों के संयोजन की अतिसंवेदनशीलता अलग-अलग अतिसंवेदनशीलताओं के उत्पाद की तुलना में अधिक है), लेकिन कई मामलों में अतिगुणात्मकता की अंतिम उत्पत्ति मायावी रही। अल्ट्ज़ाइलर एट अल। (2017)ढांचे ने स्वाभाविक रूप से एक सामान्य परिदृश्य का सुझाव दिया जहां अतिगुणात्मक व्यवहार हो सकता है। यह तब हो सकता है, जब किसी दिए गए मॉड्यूल के लिए, संबंधित हिल की इनपुट वर्किंग रेंज संबंधित खुराक-प्रतिक्रिया वक्र की वैश्विक अल्ट्रासेंसिटिविटी से अधिक स्थानीय अल्ट्रासेंसिटिविटी वाले इनपुट क्षेत्र में स्थित थी।