माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स
| Cell biology | |
|---|---|
| mitochondrion | |
 Components of a typical mitochondrion
3 Lamella
4 Mitochondrial DNA |
माइटोकांड्रिया में, मैट्रिक्स आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली के भीतर का स्थान है। मैट्रिक्स शब्द की उत्पत्ति इस तथ्य से हुई है कि अपेक्षाकृत जलीय साइटोप्लाज्म की तुलना में यह स्थान चिपचिपा होता है। माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए, राइबोसोम, घुलनशील एंजाइम, छोटे कार्बनिक अणु, न्यूक्लियोटाइड सहकारक और अकार्बनिक आयन होते हैं।[1] मैट्रिक्स में एंजाइम एडेनोसाइन ट्रायफ़ोस्फेट के उत्पादन के लिए जिम्मेदार प्रतिक्रियाओं को सुविधाजनक बनाते हैं, जैसे कि साइट्रिक एसिड चक्र, ऑक्सीडेटिव फाृॉस्फॉरिलेशन, पाइरूवेट का ऑक्सीकरण और बीटा ऑक्सीकरण।[1] इसकी संरचनाओं और सामग्रियों के आधार पर मैट्रिक्स की संरचना एक ऐसा वातावरण तैयार करती है जो उपचय और अपचय मार्गों को अनुकूल रूप से आगे बढ़ने की अनुमति देती है। मैट्रिक्स में इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला और एंजाइम साइट्रिक एसिड चक्र और ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन में एक बड़ी भूमिका निभाते हैं। साइट्रिक एसिड चक्र ऑक्सीकरण के माध्यम से निकोटिनामाइड एडेनाइन डाईन्यूक्लियोटाइड और फ्लेविन एडेनिन डाइन्यूक्लियोटाइड का उत्पादन करता है जो एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट का उत्पादन करने के लिए ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन में कम हो जाएगा।[2][3] साइटोसोलिक, इनतेरमेम्ब्रेन स्पेस, डिब्बे में माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में होने वाली तुलना में लगभग 3.8 μL/mg प्रोटीन की उच्च जलीय: प्रोटीन सामग्री होती है, जहां ऐसे स्तर आमतौर पर 0.8 μL/mg प्रोटीन के करीब होते हैं।[4] यह ज्ञात नहीं है कि माइटोकॉन्ड्रिया आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली में असमस संतुलन कैसे बनाए रखता है, हालांकि झिल्ली में एक्वापोरिन होते हैं जिन्हें विनियमित जल परिवहन के लिए नाली माना जाता है। माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स का पीएच लगभग 7.8 है, जो माइटोकॉन्ड्रिया के इंटरमेम्ब्रेन स्पेस के पीएच से अधिक है, जो लगभग 7.0-7.4 है।[5] माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए की खोज 1963 में नैश और मार्गिट द्वारा की गई थी। माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में एक से कई डबल स्ट्रैंडेड मुख्य रूप से गोलाकार डीएनए मौजूद होता है। माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए कोशिका के कुल डीएनए का 1% होता है। यह गुआनिन और साइटोसिन सामग्री से समृद्ध है, और मनुष्यों में मातृ रूप से प्राप्त होता है। स्तनधारियों के माइटोकॉन्ड्रिया में 55s राइबोसोम होते हैं।
रचना
मेटाबोलाइट्स
मैट्रिक्स मैट्रिक्स के भीतर प्रक्रियाओं में शामिल विभिन्न प्रकार के मेटाबोलाइट्स का मेजबान है। साइट्रिक एसिड चक्र में एसाइल सीओए , पाइरूवेट, एसिटाइल कोआ , साइट्रेट, आइसोसाइट्रेट, α-कीटोग्लूटारेट, succinyl सीओए, fumarate , सफल होना, मैलेट शामिल हैं।L-मैलेट, और oxaloacetate[2]यूरिया चक्र ऑर्निथिन का उपयोग करता हैL-ऑर्निथिन, कार्बामॉयल फॉस्फेट सिंथेटेज़ I, और L-सिट्रीलाइन|L-सिट्रीलाइन.[4]इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला कोएंजाइम NADH और FADH2 को ऑक्सीकृत करती है। प्रोटीन संश्लेषण माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए, आरएनए और आरएनए स्थानांतरण का उपयोग करता है।[5]प्रक्रियाओं का विनियमन आयनों (Ca2+|Ca.) का उपयोग करता है2+/पोटेशियम|K+/मैग्नीशियम|एमजी+).[6]मैट्रिक्स में मौजूद अतिरिक्त मेटाबोलाइट्स CO2|CO हैं2, H2O|H2ओ, ऑक्सीजन|ओ2, एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट, एडेनोसिन डाइफॉस्फेट, और अकार्बनिक फॉस्फेट|पीi.[1]
एंजाइम
मैट्रिक्स में होने वाली प्रक्रियाओं से एंजाइम। साइट्रिक एसिड चक्र को पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज, साइट्रेट सिंथेज़, एकोनिटेज़, आइसोसिट्रेट डिहाइड्रोजनेज, α-कीटोग्लूटारेट डिहाइड्रोजनेज, स्यूसिनिल कोएंजाइम ए सिंथेटेज़|स्यूसिनिल-सीओए सिंथेटेज़, फ्यूमरेज़ और मैलेट डिहाइड्रोजनेज द्वारा सुगम बनाया जाता है।[2]यूरिया चक्र कार्बामॉयल फॉस्फेट सिंथेटेज़ I और ऑर्निथिन ट्रांसकार्बामाइलेज़ द्वारा सुगम होता है।[4]β-ऑक्सीकरण में पाइरूवेट कार्बोक्सिलेज़ , एसाइल सीओए डिहाइड्रोजनेज|एसाइल-सीओए डिहाइड्रोजनेज और β-कीटोथियोलेज का उपयोग किया जाता है।[1]अमीनो एसिड का उत्पादन ट्रांज़ैमिनेज़ द्वारा सुगम होता है।[7]अमीनो एसिड चयापचय की मध्यस्थता PITRM1 जैसे प्रोटीज़ द्वारा की जाती है।[8]
आंतरिक झिल्ली घटक
आंतरिक झिल्ली एक फ़ॉस्फ़ोलिपिड बाइलेयर है जिसमें ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन के कॉम्प्लेक्स होते हैं। जिसमें इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला होती है जो आंतरिक झिल्ली के क्राइस्टे पर पाई जाती है और इसमें चार प्रोटीन कॉम्प्लेक्स और एटीपी सिंथेज़ होते हैं। ये कॉम्प्लेक्स हैं जटिल I (NADH:कोएंजाइम Q ऑक्सीडोरडक्टेज़), जटिल चतुर्थI (सक्सिनेट:कोएंजाइम Q ऑक्सीडोरडक्टेज़), जटिल तृतीयII (कोएंजाइम Q: साइटोक्रोम सी ऑक्सीडोरडक्टेज़), और जटिल द्वितीयV (साइटोक्रोम सी ऑक्सीडेज)।[6]
मैट्रिक्स संरचना पर आंतरिक झिल्ली का नियंत्रण
इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला पीएच और इलेक्ट्रोकेमिकल ग्रेडिएंट स्थापित करने के लिए जिम्मेदार है जो प्रोटॉन के पंपिंग के माध्यम से एटीपी के उत्पादन की सुविधा प्रदान करती है। ग्रेडिएंट Ca2|Ca जैसे आयनों की सांद्रता का नियंत्रण भी प्रदान करता है2+माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली क्षमता द्वारा संचालित।[1]झिल्ली केवल गैर-ध्रुवीय अणुओं जैसे कार्बन डाइऑक्साइड | CO को अनुमति देती है2और ऑक्सीजन|ओ2और छोटे गैर आवेशित ध्रुवीय अणु जैसे H2O|H2O मैट्रिक्स में प्रवेश करने के लिए. अणु परिवहन प्रोटीन और आयन ट्रांसपोर्टरों के माध्यम से माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में प्रवेश करते हैं और बाहर निकलते हैं। अणु फिर पोरिन (प्रोटीन) के माध्यम से माइटोकॉन्ड्रिया छोड़ने में सक्षम होते हैं।[9] ये जिम्मेदार विशेषताएं विनियमन के लिए आवश्यक आयनों और मेटाबोलाइट्स की सांद्रता पर नियंत्रण की अनुमति देती हैं और एटीपी उत्पादन की दर निर्धारित करती हैं।[10][11]
प्रक्रियाएँ
साइट्रिक एसिड चक्र
ग्लाइकोलाइसिस के बाद, एसिटाइल-सीओए के उत्पादन से साइट्रिक एसिड चक्र सक्रिय होता है। मैट्रिक्स में पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज द्वारा पाइरुविक तेजाब के ऑक्सीकरण से CO उत्पन्न होता है2, एसिटाइल-सीओए, और एनएडीएच। फैटी एसिड का बीटा ऑक्सीकरण एक वैकल्पिक अपचय मार्ग के रूप में कार्य करता है जो एसिटाइल-सीओए, एनएडीएच और फ्लेविन एडेनिन डाइन्यूक्लियोटाइड|एफएडीएच का उत्पादन करता है।2.[1]एसिटाइल-सीओए का उत्पादन साइट्रिक एसिड चक्र शुरू करता है जबकि उत्पादित कोफ़ेक्टर (जैव रसायन) | सह-एंजाइमों का उपयोग इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में किया जाता है।[11]फ़ाइल:माइटोकॉन्ड्रियल इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला-Etc4.svg|thumb|एटीपी संश्लेषण जैसा कि मैट्रिक्स के परिप्रेक्ष्य से देखा जाता है। कैटोबोलिक पथों (साइट्रिक एसिड चक्र और ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन) और मैट्रिक्स के संरचनात्मक मेकअप (लिपिड बाईलेयर और इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला) के बीच संबंधों से उत्पन्न स्थितियां एटीपी संश्लेषण की सुविधा प्रदान करती हैं। साइट्रिक एसिड चक्र के लिए सभी एंजाइम मैट्रिक्स में हैं (जैसे साइट्रेट, आइसोसिट्रेट डिहाइड्रोजनेज, अल्फा-केटोग्लुटेरिक एसिड | α-कीटोग्लूटारेट डिहाइड्रोजनेज, फ्यूमरेट और मैलेट डिहाइड्रोजनेज) सक्सेनेट डिहाइड्रोजनेज को छोड़कर जो आंतरिक झिल्ली पर होता है और इसका हिस्सा है इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में प्रोटीन कॉम्प्लेक्स II। चक्र कोएंजाइम NADH और FADH का उत्पादन करता है2 दो चक्रों में कार्बन के ऑक्सीकरण के माध्यम से। NADH और FADH का ऑक्सीकरण2 succinyl-CoA सिंथेटेज़ से GTP का उत्पादन करता है।[2]
ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण
एनएडीएच और फ्लेविन एडेनिन डाइन्यूक्लियोटाइड|एफएडीएच2मैट्रिक्स में उत्पादित होते हैं या पोरिन के माध्यम से परिवहन किए जाते हैं और ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण के माध्यम से ऑक्सीकरण से गुजरने के लिए प्रोटीन का परिवहन करते हैं।[1]एनएडीएच और एफएडीएच2 NAD+|NAD को पुनर्जीवित करने के लिए इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित करके इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में ऑक्सीकरण से गुजरना+और फ्लेविन एडेनिन डाइन्यूक्लियोटाइड। इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला से गुजरने वाले इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा द्वारा प्रोटॉन को इंटरमेम्ब्रेन स्पेस में खींच लिया जाता है। इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला को पूरा करने के लिए अंततः चार इलेक्ट्रॉनों को मैट्रिक्स में ऑक्सीजन द्वारा स्वीकार किया जाता है। प्रोटॉन प्रोटीन एटीपी सिंथेज़ के माध्यम से माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में लौट आते हैं। ऊर्जा का उपयोग एटीपी सिंथेज़ को घुमाने के लिए किया जाता है जो प्रोटॉन के पारित होने की सुविधा प्रदान करता है, जिससे एटीपी का उत्पादन होता है। मैट्रिक्स और इंटरमेम्ब्रेन स्पेस के बीच पीएच अंतर एक इलेक्ट्रोकेमिकल ग्रेडिएंट बनाता है जिसके द्वारा एटीपी सिंथेज़ एक प्रोटॉन को मैट्रिक्स में अनुकूल रूप से पारित कर सकता है।[6]
यूरिया चक्र
यूरिया चक्र के पहले दो चरण यकृत और गुर्दे की कोशिकाओं के माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स के भीतर होते हैं। पहले चरण में दो एटीपी अणुओं के निवेश के माध्यम से अमोनिया को कार्बामॉयल फॉस्फेट में परिवर्तित किया जाता है। इस चरण को कार्बामॉयल फॉस्फेट सिंथेटेज़ I द्वारा सुगम बनाया गया है। ओर्निथिन ट्रांसकार्बामाइलेज़ द्वारा सुगम दूसरा चरण कार्बामॉयल फॉस्फेट और ऑर्निथिन को citrulline में परिवर्तित करता है। इन प्रारंभिक चरणों के बाद यूरिया चक्र आंतरिक झिल्ली स्थान में तब तक जारी रहता है जब तक कि ऑर्निथिन एक बार फिर मैट्रिक्स के भीतर पहले चरणों को जारी रखने के लिए एक परिवहन चैनल के माध्यम से मैट्रिक्स में प्रवेश नहीं करता है।[12]
संक्रमण
अल्फा-केटोग्लूटेरिक एसिड|α-केटोग्लूटारेट और ऑक्सालोएसीटेट को ट्रांसएमिनेशन की प्रक्रिया के माध्यम से मैट्रिक्स के भीतर अमीनो एसिड में परिवर्तित किया जा सकता है। ऑक्सालोएसीटेट से aspartate और asparagine का उत्पादन करने के लिए इन प्रतिक्रियाओं को ट्रांसएमिनेस द्वारा सुगम बनाया जाता है। α-कीटोग्लूटारेट के संक्रमण से ग्लूटामेट, PROLINE और arginine का उत्पादन होता है। फिर इन अमीनो एसिड का उपयोग या तो मैट्रिक्स के भीतर किया जाता है या प्रोटीन का उत्पादन करने के लिए साइटोसोल में ले जाया जाता है।[7][13]
विनियमन
मैट्रिक्स के भीतर विनियमन मुख्य रूप से आयन एकाग्रता, मेटाबोलाइट एकाग्रता और ऊर्जा चार्ज द्वारा नियंत्रित होता है। कैल्शियम सिग्नलिंग|सीए जैसे आयनों की उपलब्धता2+साइट्रिक एसिड चक्र के विभिन्न कार्यों को नियंत्रित करता है। मैट्रिक्स में पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज, आइसोसिट्रेट डिहाइड्रोजनेज और α-कीटोग्लूटारेट डिहाइड्रोजनेज सक्रिय होता है जो चक्र में प्रतिक्रिया दर को बढ़ाता है।[14] मैट्रिक्स में मध्यवर्ती और कोएंजाइम की सांद्रता भी एनाप्लेरोटिक प्रतिक्रियाओं और कैटाप्लेरोटिक प्रभावों के कारण एटीपी उत्पादन की दर को बढ़ाती या घटाती है। NADH अल्फा-केटोग्लुटेरिक एसिड|α-कीटोग्लूटारेट, आइसोसिट्रेट डिहाइड्रोजनेज, साइट्रेट सिंथेज़ और पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज कॉम्प्लेक्स|पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज के लिए एक एंजाइम अवरोधक के रूप में कार्य कर सकता है। विशेष रूप से ऑक्सालोएसीटेट की सांद्रता कम रखी जाती है, इसलिए इस सांद्रता में कोई भी उतार-चढ़ाव साइट्रिक एसिड चक्र को आगे बढ़ाने का काम करता है।[2] एटीपी का उत्पादन आइसोसाइट्रेट डिहाइड्रोजनेज, पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज, इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला प्रोटीन कॉम्प्लेक्स और एटीपी सिंथेज़ के लिए अवरोधक के रूप में कार्य करके विनियमन के साधन के रूप में भी कार्य करता है। ADP एक एंजाइम उत्प्रेरक के रूप में कार्य करता है।[1]
प्रोटीन संश्लेषण
माइटोकॉन्ड्रिया में डीएनए का अपना सेट होता है जिसका उपयोग इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में पाए जाने वाले प्रोटीन का उत्पादन करने के लिए किया जाता है। माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए केवल लगभग तेरह प्रोटीनों के लिए कोड करता है जिनका उपयोग माइटोकॉन्ड्रियल ट्रांसक्रिप्ट, राइबोसोमल प्रोटीन, राइबोसोमल आरएनए, ट्रांसफर आरएनए और इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के मल्टीप्रोटीन कॉम्प्लेक्स में पाए जाने वाले प्रोटीन सबयूनिट के प्रसंस्करण में किया जाता है।[15][16]
यह भी देखें
- मैट्रिक्स (जीव विज्ञान)
- माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए
- माइटोकॉन्ड्रियन
संदर्भ
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