एंटीपोर्टर

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ट्रांसपोर्ट प्रोटीनों की तुलना

एक एंटीपोर्टर (जिसे एक्सचेंजर या काउंटर-ट्रांसपोर्टर भी कहा जाता है) एक इंटीग्रल मेम्ब्रेन प्रोटीन है जो फॉस्फोलिपिड झिल्ली के आर-पार दो या दो से अधिक अणुओं को विपरीत दिशाओं में ले जाने के लिए द्वितीयक सक्रिय परिवहन का उपयोग करता है। यह को-ट्रांसपोर्टर का एक प्रकार है, जिसका अर्थ है कि यह एक अणु की उसके विद्युत रासायनिक प्रवणता के साथ ऊर्जावान रूप से अनुकूल गति का उपयोग दूसरे अणु को उसकी विद्युत रासायनिक प्रवणता के विरुद्ध ऊर्जावान रूप से प्रतिकूल गति प्रदान करने के लिए करता है। यह सिमपोर्टर के विपरीत है, जो को-ट्रांसपोर्टर का एक अन्य प्रकार है जो दो या दो से अधिक आयनों को एक ही दिशा में ले जाता है, और प्राथमिक सक्रिय परिवहन के विपरीत है, जो सीधे एटीपी द्वारा संचालित होता है।[1]

एक एंटीपोर्टर और उसके परिवहन पदार्थों की सांद्रता प्रवणता का चित्रण

परिवहन में प्रत्येक प्रकार के विलेय (solute) का एक या अधिक अणु शामिल हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, कई कोशिकाओं की प्लाज्मा झिल्ली में पाया जाने वाला Na+/Ca2+ एक्सचेंजर, तीन सोडियम आयनों को एक दिशा में और एक कैल्शियम आयन को दूसरी दिशा में ले जाता है। इस उदाहरण में सोडियम की तरह, एंटीपोर्टर एक स्थापित प्रवणता पर निर्भर करते हैं जो एक आयन के प्रवेश को ऊर्जावान रूप से अनुकूल बनाती है ताकि दूसरे अणु की विपरीत दिशा में प्रतिकूल गति को बलपूर्वक किया जा सके। अपने विविध कार्यों के माध्यम से, एंटीपोर्टर विभिन्न महत्वपूर्ण शारीरिक प्रक्रियाओं में शामिल होते हैं, जैसे कि हृदय की मांसपेशियों के संकुचन की शक्ति का विनियमन, एरिथ्रोसाइट्स द्वारा कार्बन डाइऑक्साइड का परिवहन, साइटोसोलिक पीएच का विनियमन, और पादप रिक्तिकाओं में सुक्रोज का संचय।

पृष्ठभूमि

को-ट्रांसपोर्टर सभी जीवों में पाए जाते हैं[1] और ट्रांसपोर्ट प्रोटीन की व्यापक श्रेणी के अंतर्गत आते हैं, जो ट्रांसमेम्ब्रेन प्रोटीनों का एक विविध समूह है जिसमें यूनिपोर्टर, सिमपोर्टर और एंटीपोर्टर शामिल हैं। इनमें से प्रत्येक जल-घुलनशील अणुओं के लिए गति का साधन प्रदान करने के लिए जिम्मेदार है जो अन्यथा लिपिड-आधारित प्लाज्मा झिल्ली से नहीं गुजर पाते। इनमें सबसे सरल यूनिपोर्टर हैं, जो एक प्रकार के अणु की गति को उस दिशा में सुगम बनाते हैं जो उसकी सांद्रता प्रवणता का अनुसरण करती है। स्तनधारियों में, वे सबसे अधिक कोशिकाओं में ग्लूकोज और अमीनो एसिड लाने के लिए जिम्मेदार होते हैं।

सिमपोर्टर और एंटीपोर्टर अधिक जटिल होते हैं क्योंकि वे एक से अधिक आयन को ले जाते हैं और उन आयनों में से एक की गति ऊर्जावान रूप से प्रतिकूल दिशा में होती है। चूंकि इसमें कई अणु शामिल होते हैं, इसलिए कई बाइंडिंग प्रक्रियाएं होनी चाहिए क्योंकि ट्रांसपोर्टर उन्हें झिल्ली के एक तरफ से दूसरी तरफ ले जाने के लिए संरचनात्मक परिवर्तनों के एक चक्र से गुजरता है।[2] इन ट्रांसपोर्टरों द्वारा उपयोग की जाने वाली क्रियाविधि उन्हें एक समय में केवल कुछ ही अणुओं को ले जाने तक सीमित करती है। परिणामस्वरूप, सिमपोर्टर और एंटीपोर्टर धीमी परिवहन गति की विशेषता रखते हैं, जो 102 से 104 अणु प्रति सेकंड के बीच ले जाते हैं। इसकी तुलना आयन चैनलों से करें जो सुगम विसरण (facilitated diffusion) के लिए साधन प्रदान करते हैं और 107 से 108 आयनों को प्रति सेकंड प्लाज्मा झिल्ली से गुजरने देते हैं।

हालांकि एटीपी-संचालित पंप भी अणुओं को ऊर्जावान रूप से प्रतिकूल दिशा में ले जाते हैं और ऐसा करने के लिए संरचनात्मक परिवर्तनों से गुजरते हैं, वे झिल्ली प्रोटीनों की एक अलग श्रेणी में आते हैं क्योंकि वे अपने संबंधित आयनों के परिवहन के लिए एटीपी हाइड्रोलिसिस से प्राप्त ऊर्जा को जोड़ते हैं। ये आयन पंप बहुत चयनात्मक होते हैं, जो एक दोहरे गेटिंग सिस्टम से बने होते हैं जहां कम से कम एक गेट हमेशा बंद रहता है। आयन को झिल्ली के एक तरफ से प्रवेश करने की अनुमति दी जाती है जबकि एक गेट खुला होता है, जिसके बाद वह बंद हो जाता है। केवल तभी दूसरा गेट खुलता है ताकि आयन को झिल्ली के विपरीत तरफ से बाहर निकलने की अनुमति मिल सके। वैकल्पिक गेट खुलने के बीच के समय को ऑक्लूडेड (occluded) अवस्था कहा जाता है, जहां आयन बंधे होते हैं और दोनों गेट बंद होते हैं।[3] ये गेटिंग प्रतिक्रियाएं इन पंपों की गति को सीमित करती हैं, जिससे वे ट्रांसपोर्ट प्रोटीनों की तुलना में और भी धीमी गति से कार्य करते हैं, जो 100 से 103 आयन प्रति सेकंड ले जाते हैं।

संरचना और कार्य

सक्रिय परिवहन में कार्य करने के लिए, एक झिल्ली प्रोटीन को कुछ आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए। पहली यह है कि प्रोटीन के आंतरिक भाग में एक गुहा (cavity) होनी चाहिए जो अपने संबंधित अणु या आयन को समाहित करने में सक्षम हो। इसके बाद, प्रोटीन को कम से कम दो अलग-अलग संरचनाओं को ग्रहण करने में सक्षम होना चाहिए, एक जिसकी गुहा बाह्य कोशिकीय स्थान की ओर खुली हो और दूसरी जिसकी गुहा साइटोसोल की ओर खुली हो। यह झिल्ली के एक तरफ से दूसरी तरफ अणुओं की गति के लिए महत्वपूर्ण है। अंत में, प्रोटीन की गुहा में इसके लिगेंड के लिए बाइंडिंग साइटें होनी चाहिए, और इन बाइंडिंग साइटों की प्रोटीन की प्रत्येक संरचना में लिगेंड के लिए अलग-अलग आत्मीयता (affinity) होनी चाहिए। इसके बिना, लिगेंड प्लाज्मा झिल्ली के एक तरफ ट्रांसपोर्टर से बंधने और दूसरी तरफ उससे मुक्त होने में सक्षम नहीं होगा।[4] ट्रांसपोर्टर के रूप में, एंटीपोर्टर में ये सभी विशेषताएं होती हैं।

चूंकि एंटीपोर्टर अत्यधिक विविध होते हैं, इसलिए उनकी संरचना परिवहन किए जा रहे अणुओं के प्रकार और कोशिका में उनके स्थान के आधार पर व्यापक रूप से भिन्न हो सकती है। हालांकि, कुछ सामान्य विशेषताएं हैं जो सभी एंटीपोर्टर साझा करते हैं। इनमें से एक कई ट्रांसमेम्ब्रेन क्षेत्र हैं जो प्लाज्मा झिल्ली की लिपिड बाइलेयर में फैले होते हैं और एक चैनल बनाते हैं जिसके माध्यम से हाइड्रोफिलिक अणु गुजर सकते हैं। ये ट्रांसमेम्ब्रेन क्षेत्र आमतौर पर अल्फा हेलिक्स से बने होते हैं और बाह्य कोशिकीय स्थान और साइटोसोल दोनों में लूप द्वारा जुड़े होते हैं। इन लूपों में ही एंटीपोर्टर से जुड़े अणुओं के लिए बाइंडिंग साइटें होती हैं।[2]

एंटीपोर्टर की ये विशेषताएं उन्हें कोशिकीय होमोस्टैसिस बनाए रखने में अपना कार्य करने की अनुमति देती हैं। वे एक ऐसी जगह प्रदान करते हैं जहां एक हाइड्रोफिलिक अणु हाइड्रोफोबिक लिपिड बाइलेयर से गुजर सकता है, जिससे उन्हें प्लाज्मा झिल्ली की हाइड्रोफोबिक अंतःक्रियाओं को बायपास करने की अनुमति मिलती है। यह कोशिका के वातावरण के लिए आवश्यक अणुओं की कुशल गति को सक्षम बनाता है, जैसे कि ऑर्गेनेल के अम्लीकरण में।[1] प्लाज्मा झिल्ली के दोनों ओर प्रत्येक आयन या अणु के लिए एंटीपोर्टर की अलग-अलग आत्मीयता इसे अपनी ऊर्जावान रूप से अनुकूल सांद्रता के लिए उपयोग किए जा रहे आयन की विद्युत रासायनिक प्रवणता के अनुसार झिल्ली के उपयुक्त पक्ष पर अपने लिगेंड को बांधने और मुक्त करने की अनुमति देती है।

क्रियाविधि

एंटीपोर्टर की क्रियाविधि का एक सरलीकृत चित्रण

एंटीपोर्टर परिवहन की क्रियाविधि में कई प्रमुख चरण और संरचनात्मक परिवर्तनों की एक श्रृंखला शामिल है जो ऊपर वर्णित संरचनात्मक तत्वों द्वारा निर्धारित होती है:[2]

  1. सब्सट्रेट प्लाज्मा झिल्ली के बाह्य कोशिकीय पक्ष पर अपनी विशिष्ट बाइंडिंग साइट से जुड़ता है, जिससे एंटीपोर्टर का एक अस्थायी सब्सट्रेट-बाउंड खुला रूप बनता है।
  2. यह एक ऑक्लूडेड, सब्सट्रेट-बाउंड अवस्था बन जाता है जो अभी भी बाह्य कोशिकीय स्थान की ओर है।
  3. एंटीपोर्टर एक ऑक्लूडेड, सब्सट्रेट-बाउंड प्रोटीन बनने के लिए संरचनात्मक परिवर्तन से गुजरता है जो अब साइटोसोल की ओर है। ऐसा करते समय, यह एक अस्थायी पूर्ण-ऑक्लूडेड मध्यवर्ती चरण से गुजरता है।
  4. जैसे ही एंटीपोर्टर एक खुली, अंदर की ओर मुख वाली संरचना लेता है, सब्सट्रेट उससे मुक्त हो जाता है।
  5. एंटीपोर्टर अब अपने दूसरे सब्सट्रेट से जुड़ सकता है और अपनी क्षणिक सब्सट्रेट-बाउंड खुली अवस्था को अपनाकर इसे विपरीत दिशा में ले जा सकता है।
  6. इसके बाद एक ऑक्लूडेड, सब्सट्रेट-बाउंड अवस्था आती है जो अभी भी साइटोसोल की ओर है, एक अस्थायी पूर्ण-ऑक्लूडेड मध्यवर्ती चरण के साथ संरचना परिवर्तन, और एंटीपोर्टर की खुली, बाहर की ओर मुख वाली संरचना में वापसी होती है।
  7. दूसरा सब्सट्रेट मुक्त हो जाता है और एंटीपोर्टर अपनी मूल संरचनात्मक अवस्था में लौट सकता है, जहां यह नए अणुओं या आयनों को बांधने और अपनी परिवहन प्रक्रिया को दोहराने के लिए तैयार होता है।[2]

इतिहास

एंटीपोर्टर्स की खोज तब हुई जब वैज्ञानिक जैविक झिल्लियों (biological membranes) के पार आयन परिवहन तंत्र का पता लगा रहे थे। प्रारंभिक अध्ययन 20वीं सदी के मध्य में हुए और ये उन तंत्रों पर केंद्रित थे जो प्लाज्मा झिल्ली के पार सोडियम, पोटेशियम और कैल्शियम जैसे आयनों का परिवहन करते थे। शोधकर्ताओं ने यह अवलोकन किया कि ये आयन विपरीत दिशाओं में गति करते हैं और उन्होंने ऐसे झिल्ली प्रोटीन के अस्तित्व की परिकल्पना की जो इस प्रकार के परिवहन को सुगम बना सकें।[5]

1960 के दशक में, जैव रसायनज्ञ एफ्राइम रैकर ने एंटीपोर्टर्स की खोज में एक बड़ी सफलता हासिल की। गोजातीय हृदय के माइटोकॉन्ड्रिया से शुद्धिकरण के माध्यम से, रैकर और उनके सहयोगियों ने एक माइटोकॉन्ड्रियल प्रोटीन पाया जो अकार्बनिक फॉस्फेट को हाइड्रॉक्साइड आयनों के बदले विनिमय कर सकता था। यह प्रोटीन आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली में स्थित होता है और ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन में उपयोग के लिए फॉस्फेट आयनों का परिवहन करता है। इसे फॉस्फेट-हाइड्रॉक्साइड एंटीपोर्टर, या माइटोकॉन्ड्रियल फॉस्फेट वाहक प्रोटीन के रूप में जाना जाने लगा, और यह जीवित कोशिकाओं में पहचाना गया एंटीपोर्टर का पहला उदाहरण था।[6]

जैसे-जैसे समय बीतता गया, शोधकर्ताओं ने विभिन्न झिल्लियों और विभिन्न जीवों में अन्य एंटीपोर्टर्स की खोज की। इसमें सोडियम-कैल्शियम एक्सचेंजर (NCX) शामिल है, जो एक और महत्वपूर्ण एंटीपोर्टर है जो प्लाज्मा झिल्ली के पार सोडियम आयनों के बदले कैल्शियम आयनों के विनिमय के माध्यम से इंट्रासेल्युलर कैल्शियम के स्तर को नियंत्रित करता है। इसकी खोज 1970 के दशक में हुई थी और अब यह एक अच्छी तरह से पहचाना जाने वाला एंटीपोर्टर है जो कई अलग-अलग प्रकार की कोशिकाओं में पाया जाता है।[7]

जैव रसायन (biochemistry) और आणविक जीव विज्ञान (molecular biology) के क्षेत्रों में प्रगति ने एंटीपोर्टर्स की एक विस्तृत श्रृंखला की पहचान और लक्षण वर्णन को सक्षम बनाया है। विभिन्न अणुओं और आयनों की परिवहन प्रक्रियाओं को समझने से सेलुलर परिवहन तंत्र के साथ-साथ विभिन्न शारीरिक कार्यों और होमोस्टैसिस (homeostasis) के रखरखाव में एंटीपोर्टर्स की भूमिका के बारे में अंतर्दृष्टि प्राप्त हुई है।

होमोस्टैसिस में भूमिका

सोडियम-कैल्शियम एक्सचेंजर

सोडियम-कैल्शियम एक्सचेंजर, जिसे Na+/Ca2+ एक्सचेंजर या NCX के रूप में भी जाना जाता है, एक एंटीपोर्टर है जो कोशिकाओं से कैल्शियम को हटाने के लिए जिम्मेदार है। यह शीर्षक आयन ट्रांसपोर्टरों के एक वर्ग को शामिल करता है जो आमतौर पर हृदय, गुर्दे और मस्तिष्क में पाए जाते हैं। वे सोडियम के इलेक्ट्रोकेमिकल ग्रेडिएंट में संग्रहीत ऊर्जा का उपयोग एक कैल्शियम आयन के निर्यात के लिए कोशिका में तीन सोडियम आयनों के प्रवाह का आदान-प्रदान करने के लिए करते हैं।[8] हालांकि यह एक्सचेंजर माइटोकॉन्ड्रिया और उत्तेजनीय कोशिकाओं (excitable cells) के एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम की झिल्लियों में सबसे आम है, लेकिन यह विभिन्न प्रजातियों में कई अलग-अलग कोशिका प्रकारों में पाया जा सकता है।

यद्यपि सोडियम-कैल्शियम एक्सचेंजर की कैल्शियम आयनों के लिए कम आत्मीयता (affinity) होती है, लेकिन यह कम समय में आयन की एक बड़ी मात्रा का परिवहन कर सकता है। इन गुणों के कारण, यह उन स्थितियों में उपयोगी है जहां कैल्शियम की बड़ी मात्रा को निर्यात करने की तत्काल आवश्यकता होती है, जैसे कि एक्शन पोटेंशियल होने के बाद।[9] इसकी विशेषताएं NCX को उन अन्य प्रोटीनों के साथ काम करने में भी सक्षम बनाती हैं जिनकी कैल्शियम आयनों के लिए अधिक आत्मीयता होती है, बिना उनके कार्यों में हस्तक्षेप किए। NCX हृदय की मांसपेशियों के विश्राम, एक्साइटेशन-कॉन्ट्रैक्शन कपलिंग, और फोटोरेसेप्टर गतिविधि जैसे कार्यों को पूरा करने के लिए इन प्रोटीनों के साथ काम करता है। वे हृदय कोशिकाओं के सार्कोप्लाज्मिक रेटिकुलम, उत्तेजनीय और गैर-उत्तेजनीय कोशिकाओं के एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम और माइटोकॉन्ड्रिया में कैल्शियम आयनों की सांद्रता को भी बनाए रखते हैं।

इस एंटीपोर्टर की एक और प्रमुख विशेषता इसकी प्रतिवर्तीता (reversibility) है। इसका मतलब यह है कि यदि कोशिका पर्याप्त रूप से विध्रुवित (depolarized) हो जाती है, एक्स्ट्रासेल्युलर सोडियम का स्तर पर्याप्त कम हो जाता है, या इंट्रासेल्युलर सोडियम का स्तर पर्याप्त उच्च हो जाता है, तो NCX विपरीत दिशा में काम करेगा और कोशिका में कैल्शियम लाना शुरू कर देगा।[8] उदाहरण के लिए, जब NCX एक्साइटोटॉक्सिसिटी के दौरान कार्य करता है, तो यह विशेषता इसे एक सुरक्षात्मक प्रभाव डालने की अनुमति देती है क्योंकि इंट्रासेल्युलर कैल्शियम के स्तर में संबंधित वृद्धि एक्सचेंजर को सोडियम सांद्रता की परवाह किए बिना अपनी सामान्य दिशा में काम करने में सक्षम बनाती है। एक अन्य उदाहरण हृदय की मांसपेशियों की कोशिकाओं का विध्रुवण है, जो इंट्रासेल्युलर सोडियम सांद्रता में बड़ी वृद्धि के साथ होता है, जिससे NCX विपरीत दिशा में काम करने लगता है। चूंकि हृदय के एक्शन पोटेंशियल के दौरान कैल्शियम की सांद्रता को सावधानीपूर्वक नियंत्रित किया जाता है, इसलिए यह केवल एक अस्थायी प्रभाव है क्योंकि कैल्शियम को कोशिका से बाहर पंप कर दिया जाता है।

हृदय की मांसपेशियों की कोशिकाओं में कैल्शियम होमोस्टैसिस को बनाए रखने में सोडियम-कैल्शियम एक्सचेंजर की भूमिका इसे हृदय की मांसपेशियों को आराम देने में मदद करने की अनुमति देती है क्योंकि यह डायस्टोल के दौरान कैल्शियम का निर्यात करता है। इसलिए, इसकी शिथिलता के परिणामस्वरूप असामान्य कैल्शियम संचलन और विभिन्न हृदय रोगों का विकास हो सकता है। असामान्य रूप से उच्च इंट्रासेल्युलर कैल्शियम स्तर डायस्टोल में बाधा डाल सकते हैं और असामान्य सिस्टोल और अतालता (arrhythmias) का कारण बन सकते हैं।[10] अतालता तब हो सकती है जब NCX द्वारा कैल्शियम को ठीक से निर्यात नहीं किया जाता है, जिससे विलंबित आफ्टर-डिपोलराइजेशन होता है और असामान्य गतिविधि शुरू हो जाती है जो संभवतः एट्रियल फाइब्रिलेशन और वेंट्रिकुलर टैचीकार्डिया का कारण बन सकती है।

यदि हृदय इस्किमिया का अनुभव करता है, तो अपर्याप्त ऑक्सीजन आपूर्ति आयन होमोस्टैसिस को बाधित कर सकती है। जब शरीर क्षेत्र में रक्त लौटाकर इसे स्थिर करने का प्रयास करता है, तो इस्किमिया-रीपरफ्यूजन इंजरी, जो ऑक्सीडेटिव तनाव का एक प्रकार है, होती है। यदि NCX शिथिल है, तो यह रीपरफ्यूजन के साथ होने वाली कैल्शियम की वृद्धि को बढ़ा सकता है, जिससे कोशिका मृत्यु और ऊतक क्षति हो सकती है।[11] इसी तरह, NCX शिथिलता को इस्केमिक स्ट्रोक में शामिल पाया गया है। इसकी गतिविधि बढ़ जाती है, जिससे साइटोसोलिक कैल्शियम का स्तर बढ़ जाता है, जो न्यूरोनल कोशिका मृत्यु का कारण बन सकता है।

Na+/Ca2+ एक्सचेंजर को अल्जाइमर रोग और पार्किंसंस रोग जैसे न्यूरोलॉजिकल विकारों में भी शामिल किया गया है। इसकी शिथिलता के परिणामस्वरूप ऑक्सीडेटिव तनाव और न्यूरोनल कोशिका मृत्यु हो सकती है, जो अल्जाइमर रोग की विशेषता वाले संज्ञानात्मक गिरावट में योगदान करती है। कैल्शियम होमोस्टैसिस के कुप्रबंधन को न्यूरॉन मृत्यु और अल्जाइमर के पैथोजेनेसिस का एक प्रमुख हिस्सा पाया गया है। उदाहरण के लिए, जिन न्यूरॉन्स में न्यूरोफाइब्रिलरी टेंगल्स होते हैं, उनमें कैल्शियम का उच्च स्तर होता है और वे कैल्शियम-निर्भर प्रोटीनों की अति-सक्रियता दिखाते हैं।[12] असामान्य NCX कार्य का असामान्य कैल्शियम प्रबंधन माइटोकॉन्ड्रियल शिथिलता, ऑक्सीडेटिव तनाव और न्यूरोनल कोशिका मृत्यु का कारण भी बन सकता है जो पार्किंसंस की विशेषता है। इस मामले में, यदि सब्सटेंशिया नाइग्रा के डोपामिनर्जिक न्यूरॉन्स प्रभावित होते हैं, तो यह पार्किंसंस रोग की शुरुआत और विकास में योगदान कर सकता है। हालांकि तंत्र को पूरी तरह से समझा नहीं गया है, लेकिन रोग मॉडल ने NCX और पार्किंसंस के बीच एक कड़ी दिखाई है और यह कि NCX अवरोधक डोपामिनर्जिक न्यूरॉन्स की मृत्यु को रोक सकते हैं।

सोडियम-हाइड्रोजन एंटीपोर्टर

सोडियम-हाइड्रोजन एंटीपोर्टर, जिसे सोडियम-प्रोटॉन एक्सचेंजर, Na+/H+ एक्सचेंजर, या NHE के रूप में भी जाना जाता है, एक एंटीपोर्टर है जो कोशिका के अंदर सोडियम और कोशिका के बाहर हाइड्रोजन के परिवहन के लिए जिम्मेदार है। इस प्रकार, यह कोशिकीय pH और सोडियम के स्तर को विनियमित करने में महत्वपूर्ण है।[13] यूकेरियोट्स और प्रोकैरियोट्स में मौजूद NHE एंटीपोर्टर परिवारों के प्रकारों में अंतर होता है। मानव जीनोम में पाए जाने वाले इस ट्रांसपोर्टर के 9 आइसोफॉर्म कई परिवारों के अंतर्गत आते हैं, जिनमें धनायन-प्रोटॉन एंटीपोर्टर (CPA 1, CPA 2, और CPA 3) और सोडियम-परिवहन कार्बोक्सिलिक एसिड डिकार्बोक्सिलेज (NaT-DC) शामिल हैं। प्रोकैरियोटिक जीवों में Na+/H+ एंटीपोर्टर परिवार NhaA, NhaB, NhaC, NhaD, और NhaE शामिल होते हैं।

चूंकि एंजाइम केवल कुछ निश्चित pH सीमाओं पर ही कार्य कर सकते हैं, इसलिए कोशिकाओं के लिए साइटोसोलिक pH को सख्ती से विनियमित करना महत्वपूर्ण है। जब किसी कोशिका का pH इष्टतम सीमा से बाहर होता है, तो सोडियम-हाइड्रोजन एंटीपोर्टर इसका पता लगाता है और pH संतुलन बहाल करने के लिए होमियोस्टैटिक तंत्र के रूप में आयनों के परिवहन के लिए सक्रिय हो जाता है।[14] चूंकि स्तनधारी कोशिकाओं में आयन प्रवाह को उल्टा किया जा सकता है, इसलिए NHE का उपयोग कोशिका से सोडियम को बाहर निकालने के लिए भी किया जा सकता है ताकि अतिरिक्त सोडियम को जमा होने और विषाक्तता पैदा करने से रोका जा सके।

जैसा कि इसके कार्यों से पता चलता है, यह एंटीपोर्टर सोडियम पुनरावशोषण विनियमन के लिए गुर्दे में और इंट्रासेल्युलर pH तथा संकुचनशीलता विनियमन के लिए हृदय में स्थित होता है। NHE गुर्दे के नेफ्रॉन में, विशेष रूप से समीपस्थ संवलित नलिका और संग्रह वाहिनी की कोशिकाओं में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। जब शरीर को सोडियम को पुनरावशोषित करने और हाइड्रोजन को उत्सर्जित करने की आवश्यकता होती है, तो समीपस्थ संवलित नलिका में एंजियोटेंसिन II द्वारा सोडियम-हाइड्रोजन एंटीपोर्टर के कार्य को अपग्रेड किया जाता है।[15]

पौधे नमक की उच्च मात्रा के प्रति संवेदनशील होते हैं, जो यूकेरियोटिक जीव के कुछ आवश्यक कार्यों, जैसे प्रकाश संश्लेषण, को रोक सकते हैं।[16] जीवों के लिए होमियोस्टैसिस बनाए रखने और महत्वपूर्ण कार्यों को पूरा करने के लिए, Na+/H+ एंटीपोर्टर का उपयोग Na+ को कोशिका से बाहर पंप करके कोशिका द्रव्य से अतिरिक्त सोडियम को हटाने के लिए किया जाता है। ये एंटीपोर्टर कोशिका में सोडियम के प्रवेश को रोकने के लिए अपने चैनल को बंद भी कर सकते हैं, साथ ही कोशिका के भीतर मौजूद अतिरिक्त सोडियम को रिक्तिका में जाने की अनुमति भी दे सकते हैं।

सोडियम-हाइड्रोजन एंटीपोर्टर की गतिविधि के कुविनियमन (dysregulation) को हृदय रोगों, गुर्दे के विकारों और तंत्रिका संबंधी स्थितियों से जोड़ा गया है।[13] इन समस्याओं के इलाज के लिए NHE अवरोधक विकसित किए जा रहे हैं। एंटीपोर्टर के आइसोफॉर्म में से एक, NHE1, स्तनधारी मायोकार्डियम के कार्य के लिए आवश्यक है। NHE हाइपरट्रॉफी के मामले में और जब हृदय की मांसपेशियों को नुकसान होता है, जैसे कि इस्किमिया और रीपरफ्यूजन के दौरान, शामिल होता है। अध्ययनों से पता चला है कि NHE1 उन पशु मॉडलों में अधिक सक्रिय होता है जो मायोकार्डियल इन्फार्क्शन और बाएं वेंट्रिकुलर हाइपरट्रॉफी का अनुभव कर रहे होते हैं। इन हृदय संबंधी घटनाओं के दौरान, सोडियम-हाइड्रोजन एंटीपोर्टर का कार्य हृदय की मांसपेशियों की कोशिकाओं के सोडियम स्तर में वृद्धि का कारण बनता है। बदले में, सोडियम-कैल्शियम एंटीपोर्टर का कार्य कोशिका में अधिक कैल्शियम लाने का कारण बनता है, जो मायोकार्डियम को नुकसान पहुँचाता है।

गुर्दे की उपकला कोशिकाओं में NHE के पांच आइसोफॉर्म पाए जाते हैं। सबसे अधिक अध्ययन किया गया आइसोफॉर्म NHE3 है, जो मुख्य रूप से गुर्दे की समीपस्थ नलिकाओं में स्थित होता है और एसिड-बेस होमियोस्टैसिस में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। NHE3 के साथ समस्याएं सोडियम के पुनरावशोषण और हाइड्रोजन के स्राव को बाधित करती हैं।[15] NHE3 के कुविनियमन से होने वाली मुख्य स्थितियां उच्च रक्तचाप और रीनल ट्यूबलर एसिडोसिस (RTA) हैं। उच्च रक्तचाप तब हो सकता है जब गुर्दे में अधिक सोडियम पुनरावशोषित होता है क्योंकि पानी सोडियम आयनों का अनुसरण करेगा और रक्त की मात्रा बढ़ा देगा। यह, बदले में, उच्च रक्तचाप की ओर ले जाता है। RTA की विशेषता कम सक्रिय NHE3 और हाइड्रोजन आयनों के कम स्राव के कारण गुर्दे द्वारा मूत्र को अम्लीय बनाने में असमर्थता है, जिसके परिणामस्वरूप मेटाबोलिक एसिडोसिस होता है। दूसरी ओर, अतिसक्रिय NHE3 हाइड्रोजन आयनों के अत्यधिक स्राव और मेटाबोलिक एल्केलोसिस का कारण बन सकता है, जहां रक्त बहुत अधिक क्षारीय हो जाता है।

NHE को न्यूरोडीजेनेरेशन से भी जोड़ा जा सकता है। आइसोफॉर्म NHE6 का कुविनियमन या हानि मानव न्यूरॉन्स के टाऊ प्रोटीन में रोग संबंधी परिवर्तनों का कारण बन सकती है, जिसके गंभीर परिणाम हो सकते हैं।[17] उदाहरण के लिए, क्रिश्चियनसन सिंड्रोम (CS) एक X-लिंक्ड विकार है जो NHE6 में लॉस-ऑफ-फंक्शन म्यूटेशन के कारण होता है, जो एंडोसोम के अत्यधिक अम्लीकरण की ओर ले जाता है। CS वाले व्यक्तियों के मरणोपरांत मस्तिष्क पर किए गए अध्ययनों में, कम NHE6 कार्य को टाऊ जमाव के उच्च स्तर से जोड़ा गया था। टाऊ फॉस्फोराइलेशन का स्तर भी बढ़ा हुआ पाया गया, जो अघुलनशील उलझनों (tangles) के गठन की ओर ले जाता है जो न्यूरोनल क्षति और मृत्यु का कारण बन सकते हैं। टाऊ प्रोटीन अन्य न्यूरोडीजेनेरेटिव रोगों, जैसे अल्जाइमर और पार्किंसंस रोग में भी शामिल हैं।

क्लोराइड-बाइकार्बोनेट एंटीपोर्टर

क्लोराइड-बाइकार्बोनेट एंटीपोर्टर कोशिका झिल्लियों के माध्यम से बाइकार्बोनेट और क्लोराइड आयनों के आदान-प्रदान के अपने कार्य के माध्यम से pH और तरल संतुलन बनाए रखने के लिए महत्वपूर्ण है। यह आदान-प्रदान शरीर की कई अलग-अलग प्रकार की कोशिकाओं में होता है।[18] हृदय के पुरकिंजे फाइबर और मूत्रवाहिनी की चिकनी मांसपेशियों की कोशिकाओं में, यह एंटीपोर्टर कोशिकाओं में क्लोराइड परिवहन का मुख्य तंत्र है। उपकला कोशिकाएं जैसे कि गुर्दे की कोशिकाएं, अपने आयतन, इंट्रासेल्युलर pH और एक्स्ट्रासेल्युलर pH को विनियमित करने के लिए क्लोराइड-बाइकार्बोनेट विनिमय का उपयोग करती हैं। गैस्ट्रिक पैरिएटल कोशिकाएं, ऑस्टियोक्लास्ट, और अन्य एसिड-स्रावित कोशिकाओं में क्लोराइड-बाइकार्बोनेट एंटीपोर्टर होते हैं जो कार्बोनिक एनहाइड्रेज और एपिकल प्रोटॉन पंपों के कार्य द्वारा छोड़े गए अतिरिक्त बाइकार्बोनेट को निपटाने के लिए बेसोलैटरल झिल्ली में कार्य करते हैं। हालांकि, बेस-स्रावित कोशिकाएं एपिकल क्लोराइड-बाइकार्बोनेट विनिमय और बेसोलैटरल प्रोटॉन पंप प्रदर्शित करती हैं।

क्लोराइड-बाइकार्बोनेट एंटीपोर्टर का एक उदाहरण क्लोराइड आयन एक्सचेंजर है, जिसे एडेनोमा में डाउन-रेगुलेटेड (प्रोटीन DRA) के रूप में भी जाना जाता है। यह आंतों के म्यूकोसा में पाया जाता है, विशेष रूप से झिल्ली की एपिकल सतह के स्तंभाकार उपकला और गोब्लेट कोशिकाओं में, जहां यह क्लोराइड और बाइकार्बोनेट विनिमय का कार्य करता है।[19] प्रोटीन DRA का क्लोराइड का पुनरावशोषण एक ऑस्मोटिक ग्रेडिएंट बनाने के लिए महत्वपूर्ण है जो आंत को पानी को पुनरावशोषित करने की अनुमति देता है।

एक और अच्छी तरह से अध्ययन किया गया क्लोराइड-बाइकार्बोनेट एंटीपोर्टर आयन एक्सचेंजर 1 (AE1) है, जिसे बैंड 3 आयन परिवहन प्रोटीन या सॉल्यूट कैरियर परिवार 4 सदस्य 1 (SLC4A1) के रूप में भी जाना जाता है। यह एक्सचेंजर लाल रक्त कोशिकाओं में पाया जाता है, जहां यह एसिड-बेस होमियोस्टैसिस बनाए रखने के लिए फेफड़ों और ऊतकों के बीच बाइकार्बोनेट और कार्बन डाइऑक्साइड के परिवहन में मदद करता है।[18] AE1 गुर्दे की नलिकाओं की कोशिकाओं के बेसोलैटरल पक्ष में भी व्यक्त होता है। यह नेफ्रॉन की संग्रह वाहिनी में महत्वपूर्ण है, जहां इसकी एसिड-स्रावित α-इंटरकेलेटेड कोशिकाएं स्थित होती हैं। ये कोशिकाएं हाइड्रोजन और बाइकार्बोनेट आयनों को उत्पन्न करने के लिए कार्बन डाइऑक्साइड और पानी का उपयोग करती हैं, जो कार्बोनिक एनहाइड्रेज द्वारा उत्प्रेरित होता है। हाइड्रोजन को झिल्ली के पार संग्रह वाहिनी के लुमेन में आदान-प्रदान किया जाता है, और इस प्रकार एसिड को मूत्र में उत्सर्जित किया जाता है।

आंत में पानी के पुनरावशोषण (reabsorption) में इसके महत्व के कारण, प्रोटीन DRA में उत्परिवर्तन (mutations) एक स्थिति पैदा करते हैं जिसे congenital chloride diarrhea (CCD) कहा जाता है।[20] यह विकार गुणसूत्र 7 पर स्थित DRA जीन में ऑटोसोमल रिसेसिव उत्परिवर्तन के कारण होता है। नवजात शिशुओं में CCD के लक्षण क्रोनिक डायरिया के साथ विकास में विफलता (failure to thrive) हैं, और यह विकार ऐसे डायरिया द्वारा पहचाना जाता है जो metabolic alkalosis का कारण बनता है।

किडनी AE1 के उत्परिवर्तन distal renal tubular acidosis का कारण बन सकते हैं, जो एक ऐसा विकार है जिसमें मूत्र में एसिड का स्राव करने में असमर्थता होती है। यह metabolic acidosis का कारण बनता है, जहाँ रक्त अत्यधिक अम्लीय हो जाता है। मेटाबॉलिक एसिडोसिस की पुरानी स्थिति हड्डियों, किडनी, मांसपेशियों और हृदय प्रणाली के स्वास्थ्य को प्रभावित कर सकती है।[21] erythrocyte AE1 में उत्परिवर्तन इसके कार्य में परिवर्तन का कारण बनते हैं, जिससे लाल रक्त कोशिकाओं की आकृति विज्ञान (morphology) और कार्य में बदलाव आता है। इसके गंभीर परिणाम हो सकते हैं क्योंकि लाल रक्त कोशिकाओं का आकार फेफड़ों और ऊतकों में गैस विनिमय के उनके कार्य से निकटता से जुड़ा होता है। ऐसी ही एक स्थिति hereditary spherocytosis है, जो एक आनुवंशिक विकार है जिसमें लाल रक्त कोशिकाएं गोलाकार होती हैं। एक अन्य Southeast Asian ovalocytosis है, जहाँ AE1 जीन में विलोपन (deletion) अंडाकार आकार के एरिथ्रोसाइट्स उत्पन्न करता है। अंत में, overhydrated hereditary stomatocytosis एक दुर्लभ आनुवंशिक विकार है जहाँ लाल रक्त कोशिकाओं का आयतन असामान्य रूप से अधिक होता है, जिससे जलयोजन स्थिति (hydration status) में परिवर्तन होता है।

AE2, जो AE1 का एक आइसोफॉर्म है, का उचित कार्य गैस्ट्रिक स्राव, ऑस्टियोक्लास्ट विभेदन और कार्य, तथा इनेमल के संश्लेषण में महत्वपूर्ण है। गैस्ट्रिक पार्श्विका कोशिकाओं (gastric parietal cells) और ऑस्टियोक्लास्ट दोनों की एपिकल सतह पर हाइड्रोक्लोरिक एसिड का स्राव बेसोलैटरल सतह पर क्लोराइड-बाइकार्बोनेट विनिमय पर निर्भर करता है।[22] अध्ययनों में पाया गया कि गैर-कार्यात्मक AE2 वाले चूहे hydrochloric acid का स्राव नहीं करते थे, और यह निष्कर्ष निकाला गया कि पार्श्विका कोशिकाओं में हाइड्रोक्लोरिक एसिड लोडिंग के लिए यह एक्सचेंजर्स आवश्यक है। जब एक पशु मॉडल में AE2 अभिव्यक्ति को दबा दिया गया, तो कोशिका रेखाएं ऑस्टियोक्लास्ट में विभेदित होने और अपने कार्यों को करने में असमर्थ थीं। इसके अतिरिक्त, जिन कोशिकाओं में ऑस्टियोक्लास्ट मार्कर थे लेकिन AE2 की कमी थी, वे वाइल्ड-टाइप कोशिकाओं की तुलना में असामान्य थीं और खनिजयुक्त ऊतकों को अवशोषित (resorb) करने में असमर्थ थीं। यह ऑस्टियोक्लास्ट कार्य में AE2 के महत्व को प्रदर्शित करता है। अंत में, जैसे-जैसे इनेमल के हाइड्रॉक्सीपैटाइट क्रिस्टल बनते हैं, बहुत अधिक हाइड्रोजन उत्पन्न होता है, जिसे बेअसर करना आवश्यक है ताकि खनिजीकरण (mineralization) आगे बढ़ सके। निष्क्रिय AE2 वाले चूहे दांतों से रहित थे और इनेमल के अपूर्ण परिपक्वता से पीड़ित थे।

क्लोराइड-हाइड्रोजन एंटीपोर्टर

क्लोराइड-हाइड्रोजन एंटीपोर्टर प्लाज्मा झिल्ली के पार क्लोराइड आयनों के लिए हाइड्रोजन आयनों के विनिमय की सुविधा प्रदान करता है, इस प्रकार एसिड-बेस संतुलन और क्लोराइड होमोस्टैसिस को बनाए रखने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। यह जठरांत्र संबंधी मार्ग, किडनी और pancreas सहित विभिन्न ऊतकों में पाया जाता है।[23] प्रसिद्ध क्लोराइड-हाइड्रोजन एंटीपोर्टर CLC परिवार से संबंधित हैं, जिनमें CLC-1 से CLC-7 तक के आइसोफॉर्म होते हैं, जिनमें से प्रत्येक का ऊतक वितरण अलग होता है। उनकी संरचना में दो CLC प्रोटीन एक साथ मिलकर एक होमोडाइमर या हेटेरोडाइमर बनाते हैं जहाँ दोनों मोनोमर्स में एक आयन ट्रांसलोकेशन मार्ग होता है। CLC प्रोटीन या तो आयन चैनल हो सकते हैं या आयन-प्रोटॉन एक्सचेंजर्स, इसलिए CLC-1 और CLC-2 झिल्ली क्लोराइड चैनल हैं, जबकि CLC-3 से CLC-7 क्लोराइड-हाइड्रोजन एक्सचेंजर्स हैं।

CLC-4, CLC परिवार का एक सदस्य है जो मस्तिष्क में प्रमुख है, लेकिन यह यकृत, किडनी, हृदय, कंकाल की मांसपेशियों और आंत में भी स्थित है। यह संभवतः endosomes में रहता है और उनके अम्लीकरण (acidification) में भाग लेता है, लेकिन इसे एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम और प्लाज्मा झिल्ली में भी व्यक्त किया जा सकता है। इसकी भूमिकाएं पूरी तरह से स्पष्ट नहीं हैं, लेकिन CLC-4 को संभवतः एंडोसोमल अम्लीकरण, transferrin ट्रैफिकिंग, रीनल endocytosis, और हेपेटिक secretory pathway में भाग लेते हुए पाया गया है।[23]

CLC-5 इस प्रोटीन परिवार के सबसे अच्छी तरह से अध्ययन किए गए सदस्यों में से एक है। यह अपने अमीनो एसिड अनुक्रम का 80% CLC-3 और CLC-4 के साथ साझा करता है, लेकिन यह मुख्य रूप से किडनी में पाया जाता है, विशेष रूप से proximal tubule, कलेक्टिंग डक्ट, और लूप ऑफ हेनले की आरोही शाखा में। यह एंडोसोमल झिल्ली के माध्यम से पदार्थों को ले जाने का कार्य करता है, इसलिए यह pinocytosis, receptor-mediated endocytosis, और एपिकल सतह से प्लाज्मा झिल्ली प्रोटीन के एंडोसाइटोसिस के लिए महत्वपूर्ण है।[23]

CLC-7, CLC परिवार के प्रोटीन का एक और उदाहरण है। यह lysosomes में और ऑस्टियोक्लास्ट के रफल्ड बॉर्डर में क्लोराइड-हाइड्रोजन एंटीपोर्टर के रूप में सर्वव्यापी रूप से व्यक्त किया जाता है। CLC-7 लाइसोसोम में क्लोराइड की सांद्रता को विनियमित करने के लिए महत्वपूर्ण हो सकता है। यह Ostm1 नामक एक प्रोटीन के साथ जुड़ा हुआ है, जो एक कॉम्प्लेक्स बनाता है जो CLC-7 को अपने कार्यों को करने की अनुमति देता है। उदाहरण के लिए, ये प्रोटीन रिसॉर्प्शन लैकुना (resorption lacuna) को अम्लीकृत करने की प्रक्रिया के लिए महत्वपूर्ण हैं, जो bone remodeling को होने में सक्षम बनाता है।[23]

CLC-4 को seizure disorders, चेहरे की असामान्यताओं और व्यवहार विकारों से जुड़े बौद्धिक विकलांगता के साथ जोड़ा गया है। अध्ययनों में इन लक्षणों का प्रदर्शन करने वाले रोगियों में फ्रेमशिफ्ट और missense mutation पाए गए। चूंकि ये लक्षण ज्यादातर पुरुषों में प्रदर्शित होते थे, और महिलाओं में कम गंभीर विकृति थी, इसलिए यह संभवतः X-linked है। पशु मॉडलों पर किए गए अध्ययनों ने गैर-कार्यात्मक CLC-4 और हिप्पोकैम्पस न्यूरॉन्स की बिगड़ा हुआ तंत्रिका शाखाओं (neural branching) के बीच संबंध की संभावना भी दिखाई है।[23]

CLC-5 जीन में दोष Dent's disease के 60% मामलों का कारण साबित हुए, जो tubular proteinuria, kidney stones का निर्माण, मूत्र में अतिरिक्त कैल्शियम, nephrocalcinosis, और chronic kidney failure द्वारा पहचाना जाता है। यह उन असामान्यताओं के कारण होता है जो एंडोसाइटोसिस प्रक्रिया में होती हैं जब CLC-5 उत्परिवर्तित होता है।[23] डेंट की बीमारी स्वयं Fanconi syndrome के कारणों में से एक है, जो तब होता है जब किडनी के proximal convoluted tubules पुनरावशोषण का पर्याप्त स्तर नहीं करते हैं। यह मेटाबॉलिक मार्गों द्वारा उत्पादित अणुओं, जैसे कि अमीनो एसिड, ग्लूकोज और uric acid को पुनरावशोषित होने के बजाय मूत्र में उत्सर्जित करने का कारण बनता है। परिणाम polyuria, dehydration, बच्चों में rickets, वयस्कों में osteomalacia, acidosis, और hypokalemia है।

ऑस्टियोक्लास्ट कार्य में CLC-7 की भूमिका नॉकआउट चूहों पर किए गए अध्ययनों से पता चली थी जो गंभीर osteopetrosis विकसित कर चुके थे। ये चूहे छोटे थे, उनकी लंबी हड्डियां छोटी थीं, trabecular संरचना अव्यवस्थित थी, एक गायब medullary cavity थी, और उनके दांत नहीं निकले थे। यह deletion mutations, मिसेंस म्यूटेशन, और gain-of-function mutations के कारण पाया गया था जिसने CLC-7 की गेटिंग को तेज कर दिया था।[23] CLC-7 लगभग हर न्यूरोनल कोशिका प्रकार में व्यक्त किया जाता है, और इसके नुकसान से चूहों में व्यापक न्यूरोडीजेनेरेशन हुआ, विशेष रूप से हिप्पोकैम्पस में। लंबे समय तक जीवित रहने वाले मॉडलों में, 1.5 वर्षों के बाद कोर्टेक्स और hippocampus लगभग पूरी तरह से गायब हो गए थे। अंत में, लाइसोसोम में इसके महत्व के कारण, CLC-7 की परिवर्तित अभिव्यक्ति lysosomal storage disorders का कारण बन सकती है। CLC-7 जीन में उत्परिवर्तन वाले चूहों में लाइसोसोमल स्टोरेज रोग और रेटिनल डिजनरेशन विकसित हुआ।

रिड्यूस्ड फोलेट कैरियर प्रोटीन

रिड्यूस्ड फोलेट कैरियर प्रोटीन (RFC) एक ट्रांसमेम्ब्रेन प्रोटीन है जो कोशिकाओं में folate, या vitamin B9 के परिवहन के लिए जिम्मेदार है। यह फोलेट को उसकी सांद्रता प्रवणता (concentration gradient) के विरुद्ध कोशिका में ले जाने के लिए कार्बनिक फॉस्फेट की बड़ी प्रवणता का उपयोग करता है। RFC प्रोटीन फोलेट, रिड्यूस्ड फोलेट, रिड्यूस्ड फोलेट के डेरिवेटिव और दवा methotrexate का परिवहन कर सकता है। ट्रांसपोर्टर SLC19A1 जीन द्वारा एन्कोड किया गया है और मानव कोशिकाओं में सर्वव्यापी रूप से व्यक्त किया जाता है। इसकी चरम गतिविधि pH 7.4 पर होती है, जिसमें pH 6.4 से नीचे कोई गतिविधि नहीं होती है।[24] RFC प्रोटीन महत्वपूर्ण है क्योंकि फोलेट शारीरिक pH पर हाइड्रोफिलिक आयनों का रूप लेते हैं, इसलिए वे जैविक झिल्लियों के पार स्वाभाविक रूप से विसरित (diffuse) नहीं होते हैं। फोलेट DNA synthesis, मरम्मत, और methylation जैसी प्रक्रियाओं के लिए आवश्यक है, और कोशिकाओं में प्रवेश के बिना, ये नहीं हो सकते थे।

चूंकि फोलेट जीवन-निर्वाह की विभिन्न प्रक्रियाओं के लिए आवश्यक हैं, इसलिए इस अणु की कमी से भ्रूण संबंधी असामान्यताएं, तंत्रिका संबंधी विकार, हृदय रोग और कैंसर हो सकते हैं। फोलेट का संश्लेषण शरीर में नहीं हो सकता है, इसलिए इसे आहार के माध्यम से लेना होता है और कोशिकाओं में पहुँचाना होता है। इस संचलन को सुगम बनाने वाले RFC प्रोटीन के बिना, भ्रूण के विकास और DNA मरम्मत जैसी प्रक्रियाएं नहीं हो सकती हैं।[25]

भ्रूण में न्यूरल ट्यूब (neural tube) के विकास के लिए फोलेट का पर्याप्त स्तर आवश्यक है। गर्भावस्था के दौरान फोलेट की कमी से स्पाइना बिफिडा (spina bifida) और एनसेफली (anencephaly) जैसे दोषों का खतरा बढ़ जाता है।[26] माउस मॉडल में, FRC प्रोटीन जीन के दोनों एलील को निष्क्रिय करने से भ्रूण की मृत्यु हो जाती है। यदि गर्भकाल के दौरान फोलेट का पूरक भी दिया जाए, तो भी चूहे जन्म के दो सप्ताह के भीतर हेमेटोपोएटिक ऊतकों (hematopoietic tissues) की विफलता के कारण मर गए।

RFC प्रोटीन के परिवर्तित कार्य से फोलेट की कमी बढ़ सकती है, जिससे हृदय रोग, न्यूरोडीजेनेरेटिव रोग और कैंसर को बढ़ावा मिलता है। हृदय संबंधी समस्याओं के संदर्भ में, फोलेट होमोसिस्टीन (homocysteine) चयापचय में योगदान देता है। फोलेट का निम्न स्तर होमोसिस्टीन के उच्च स्तर का कारण बनता है, जो हृदय रोगों के लिए एक जोखिम कारक है।[25] कैंसर के संदर्भ में, फोलेट की कमी एक बढ़े हुए जोखिम से संबंधित है, विशेष रूप से कोलोरेक्टल कैंसर के मामले में। परिवर्तित RFC प्रोटीन अभिव्यक्ति वाले माउस मॉडल में कोलन कैंसर से संबंधित जीन के ट्रांसक्रिप्ट में वृद्धि और कोलोनोसाइट्स के प्रसार में वृद्धि देखी गई। कैंसर का जोखिम संभवतः DNA संश्लेषण में FRC प्रोटीन की भूमिका से संबंधित है क्योंकि फोलेट का अपर्याप्त स्तर DNA क्षति और असामान्य DNA मिथाइलेशन का कारण बन सकता है।

वेसिकल न्यूरोट्रांसमीटर एंटीपोर्टर्स

वेसिकल न्यूरोट्रांसमीटर एंटीपोर्टर (Vesicle neurotransmitter antiporter) न्यूरॉन्स में न्यूरोट्रांसमीटर को वेसिकल में पैक करने के लिए जिम्मेदार होते हैं। वे न्यूरोट्रांसमीटर को सिनैप्टिक वेसिकल (synaptic vesicle) की झिल्लियों के पार हाइड्रोजन प्रोटॉन के इलेक्ट्रोकेमिकल ग्रेडिएंट का उपयोग करके उनमें स्थानांतरित करते हैं। यह सिनैप्टिक ट्रांसमिशन (synaptic transmission) की प्रक्रिया के लिए आवश्यक है, जिसके लिए न्यूरोट्रांसमीटर को सिनैप्स (synapse) में छोड़ा जाना आवश्यक होता है ताकि वे अगले न्यूरॉन पर रिसेप्टर्स से जुड़ सकें।[27]

इन एंटीपोर्टर्स में से सबसे अच्छी तरह से पहचाने जाने वाले एंटीपोर्टर्स में से एक वेसिकुलर मोनोमाइन ट्रांसपोर्टर (VMAT) है। यह न्यूरोट्रांसमीटर के भंडारण, छंटाई और रिलीज के साथ-साथ उन्हें ऑटो-ऑक्सीडेशन से बचाने के लिए जिम्मेदार है। VMAT के परिवहन कार्य एक वेसिकुलर हाइड्रोजन प्रोटॉन-ATPase द्वारा निर्मित इलेक्ट्रोकेमिकल ग्रेडिएंट पर निर्भर होते हैं।[27] VMAT1 और VMAT2 दो आइसोफॉर्म हैं जो सेरोटोनिन, नॉरपेनेफ्रिन और डोपामाइन जैसे मोनोमाइन (monoamines) को प्रोटॉन-निर्भर तरीके से परिवहन कर सकते हैं। VMAT1 को न्यूरोएंडोक्राइन सेल (neuroendocrine cell) में पाया जा सकता है, जबकि VMAT2 को केंद्रीय और परिधीय तंत्रिका तंत्र के न्यूरॉन्स के साथ-साथ एड्रिनल क्रोमाफिन सेल (chromaffin cell) में पाया जा सकता है।

एक अन्य महत्वपूर्ण वेसिकल न्यूरोट्रांसमीटर एंटीपोर्टर वेसिकुलर ग्लूटामेट ट्रांसपोर्टर (VGLUT) है। प्रोटीन के इस परिवार में तीन आइसोफॉर्म शामिल हैं: VGLUT1, VGLUT2, और VGLUT3, जो ग्लूटामेट (मस्तिष्क में सबसे प्रचुर मात्रा में उत्तेजक न्यूरोट्रांसमीटर) को सिनैप्टिक वेसिकल में पैक करने के लिए जिम्मेदार हैं।[28] ये एंटीपोर्टर स्थान के अनुसार भिन्न होते हैं। VGLUT1 मस्तिष्क के उन क्षेत्रों में पाया जाता है जो उच्च संज्ञानात्मक कार्यों से संबंधित हैं, जैसे कि नियोकोर्टेक्स (neocortex)। VGLUT2 बुनियादी शारीरिक कार्यों को विनियमित करने का कार्य करता है और मस्तिष्क के उप-कॉर्टिकल क्षेत्रों जैसे ब्रेनस्टेम (brainstem) और हाइपोथैलेमस (hypothalamus) में व्यक्त होता है। अंत में, VGLUT3 उन न्यूरॉन्स में देखा जा सकता है जो अन्य न्यूरोट्रांसमीटर भी व्यक्त करते हैं।

VMAT2 को मूड डिसऑर्डर (mood disorder) और पार्किंसंस रोग जैसी न्यूरोलॉजिकल स्थितियों में योगदान देने वाला पाया गया है। क्लीनिकल डिप्रेशन (clinical depression) के एक पशु मॉडल पर किए गए अध्ययनों से पता चला है कि VMAT2 के कार्यात्मक परिवर्तन अवसाद से जुड़े थे। न्यूक्लियस एकम्बेंस (nucleus accumbens), सबस्टेंशिया नाइग्रा (substantia nigra) का पार्स कॉम्पैक्टा (pars compacta), और वेंट्रल टेगमेंटल एरिया (ventral tegmental area) - मस्तिष्क के ये सभी उप-क्षेत्र जो क्लीनिकल डिप्रेशन में शामिल हैं - में VMAT2 का स्तर कम पाया गया।[29] इसका संभावित कारण VMAT का सेरोटोनिन और नॉरपेनेफ्रिन के साथ संबंध है, जो न्यूरोट्रांसमीटर अवसाद से संबंधित हैं। VMAT की शिथिलता इन न्यूरोट्रांसमीटरों के परिवर्तित स्तर में योगदान दे सकती है जो मूड डिसऑर्डर में होते हैं।

VMAT2 की कम अभिव्यक्ति पार्किंसंस रोग के प्रति उच्च संवेदनशीलता के साथ सहसंबद्ध पाई गई और एंटीपोर्टर का mRNA पार्किंसंस द्वारा क्षतिग्रस्त सभी कोशिका समूहों में पाया गया।[30] यह संभवतः इसलिए है क्योंकि VMAT2 की शिथिलता वेसिकल में डोपामाइन की पैकेजिंग में कमी का कारण बन सकती है, जो इस बीमारी की विशेषता डोपामाइन की कमी के लिए जिम्मेदार है। इस कारण से, एंटीपोर्टर को एक सुरक्षात्मक कारक के रूप में पहचाना गया है जिसे पार्किंसंस की रोकथाम के लिए लक्षित किया जा सकता है।

चूंकि ग्लूटामेट रिलीज में परिवर्तन मिर्गी (epilepsy) में दौरे (seizures) उत्पन्न करने से जुड़े हैं, इसलिए VGLUT के कार्य में परिवर्तन भी इसमें शामिल हो सकते हैं।[31] एक अध्ययन किया गया था जिसमें एक पशु मॉडल के एस्ट्रोसाइट (astrocyte) और न्यूरॉन्स में VGLUT1 जीन को निष्क्रिय कर दिया गया था। जब एस्ट्रोसाइट्स में जीन को निष्क्रिय किया गया, तो एंटीपोर्टर प्रोटीन में 80% की कमी आई और परिणामस्वरूप, ग्लूटामेट के अवशोषण में कमी आई। इस स्थिति में चूहों को दौरे पड़े, उनका शारीरिक वजन कम हुआ और मृत्यु दर अधिक रही। शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला कि एस्ट्रोसाइट्स में VGLUT1 का कार्य मिर्गी प्रतिरोध और सामान्य वजन वृद्धि के लिए महत्वपूर्ण है।

इस बात के बहुत सारे प्रमाण हैं कि ग्लूटामेट प्रणाली दीर्घकालिक कोशिका वृद्धि और सिनैप्टिक प्लास्टिसिटी (synaptic plasticity) में भूमिका निभाती है। इन प्रक्रियाओं में गड़बड़ी मूड डिसऑर्डर के विकृति विज्ञान से जुड़ी हुई है। ग्लूटामर्जिक न्यूरोट्रांसमीटर प्रणाली के कार्य और मूड डिसऑर्डर के बीच का संबंध VGLUT को उपचार के लक्ष्यों में से एक के रूप में स्थापित करता है।[32]

संदर्भ

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स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया के “Antiporter” लेख का अनुवाद। मूल लेख: https://en.wikipedia.org/wiki/Antiporter यह अनुवाद स्वचालित रूप से तैयार किया गया है।

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