ሜቲሊን ብሉ ወደ ሕዋሶች እንዴት ይገባል፦ ሪዳክሽን፣ ዳግም ኦክሲዴሽን እና በሽፋን ውስጥ መከፋፈል

በማሳደጊያ ሳህን ውስጥ ያሉ ኢንዶቴሊያል ሕዋሶች ሜቲሊን ብሉን ሲወስዱ ሲመለከቱ፣ ግልጽ የሚመስለው ትርጓሜ የተሳሳተም ነው። የማሳደጊያው ፈሳሽ ሰማያዊ ቀለሙን ያጣል፣ ሕዋሶቹ ደግሞ ሰማያዊ ቅንጣቶችን ያገኛሉ፤ ስለዚህ ቀለም ንጥረ ነገሩ በሰማያዊው ሞለኪውል ቅርጹ ሽፋኑን አልፎ መግባት አለበት የሚል ግምት ይፈጠራል። ሙከራዎቹ ግን ሌላ ነገር ያሳያሉ። ሰማያዊው ቅርጽ ሽፋኑን የሚያልፈው በጣም በትንሹ ነው። የሚያልፈው ቀለም የሌለው ቅርጽ ነው፤ ውስጥ የሚታየው ሰማያዊ ቀለምም ከገባ በኋላ እዚያው ውስጥ ይፈጠራል።

ይህ የግንዛቤ መገለባበጥ አስፈላጊ ነው፤ ምክንያቱም ቀለም መያዝ ምን ሊነግርዎት እንደሚችልና ምን ሊነግርዎት እንደማይችል ይወስናል። ሰማያዊ ቅንጣቶች ዳግም ኦክሲዴሽን ተደርጎበት በሕዋስ አካላት ውስጥ የታሰረውን፣ ኦክሲዴሽን የተደረገበትን ቀለም ንጥረ ነገር ያመለክታሉ። በሕዋሱ ውስጥ ያለውን ጠቅላላ ቀለም ንጥረ ነገር አያመለክቱም፣ ሪዳክሽን የተደረገበትን ድርሻም አያሳዩም፣ ባዮሎጂያዊ ተጽዕኖንም አይለኩም። ለምን እንደሆነ ለመረዳት ሦስቱን ደረጃዎች ይከተሉ፦ በላይኛው ገጽ ላይ ሪዳክሽን፣ ሪዳክሽን የተደረገበት ቅርጽ በስርጭት ማለፍ፣ እና በውስጥ ዳግም ኦክሲዴሽን ተደርጎበት መታሰር።

ሁለቱ ቅርጾች እንደ ተለያዩ ሞለኪውሎች ይሠራሉ

ኦክሲዴሽን የተደረገበት ሜቲሊን ብሉ ጠፍጣፋ፣ አዎንታዊ የኤሌክትሪክ ክፍያ ያለው የቀለበት መዋቅር ነው። በውሃ ይሟሟል፣ ከ600 እስከ 700 nanometers አካባቢ ያለውን ብርሃን በከፍተኛ መጠን ይመጣል፣ ሰማያዊም ይመስላል። ዋናው ነጥብ የኤሌክትሪክ ክፍያው ነው። የኤሌክትሪክ ክፍያ ያለውና ውሃን የሚወድ ሞለኪውል በሊፒድ ሽፋን በኩል በቀላሉ አይሾልክም። ስለዚህ በሳይንሳዊ ጽሑፎች ውስጥ በጥንቃቄ የሚጠቀሙት አገላለጽ፣ ሽፋኑን ፈጽሞ የማያልፍ ሳይሆን በአንጻራዊነት ሽፋኑን የማያልፍ የሚል ነው።

ሉኮሜቲሊን ብሉ ተብሎ የሚጠራው፣ ሪዳክሽን የተደረገበት ሜቲሊን ብሉ ቀለም የለውም፣ የኤሌክትሪክ ክፍያ የለውም፣ በስብም ይሟሟል። የኤሌክትሪክ ክፍያው ሲወገድ ሽፋኑ እንደ ግድግዳ መሆኑ ይቀራል። ሪዳክሽን የተደረገበት ሞለኪውል በስርጭት በቀላሉ ያልፋል፤ ይበልጥ ኦክሲዴሽን በሚያበረታታ ክፍል ውስጥ ከገባ በኋላም እንደገና ኤሌክትሮኖችን በማጣት ወደ ሰማያዊው፣ የኤሌክትሪክ ክፍያ ያለውና የታሰረው ቅርጽ ሊመለስ ይችላል። ስለዚህ የቀለም ንጥረ ነገሩ የሬዶክስ ኬሚስትሪ የመጓጓዣ ዘዴውም ነው። የኤሌክትሮኖችን ቁጥር ሲቀይሩ፣ ሽፋንን የማለፍ ችሎታውንም ይቀይራሉ።

ለመጀመሪያው ደረጃ የሚያስፈልጉት ኤሌክትሮኖች ከሕዋሱ ራሱ ይመጣሉ። የአጥቢ እንስሳት ሕዋሶች በፕላዝማ ሽፋን በኩል የኤሌክትሮን ማጓጓዝ ሂደትን ያከናውናሉ፤ በሕዋስ ውስጥ ካሉ ለጋሾች የሪዳክሽን አቅም ያላቸውን አቻዎች ወደ ውጭ፣ በላይኛው ገጽ ወዳሉ ተቀባዮች ያስተላልፋሉ። ይህ በፕላዝማ ሽፋን በኩል የሚከናወን እንቅስቃሴ በአብዛኛዎቹ የሕዋስ ዓይነቶች የሚገኝ መደበኛ የሕዋስ ተግባር ነው። የታያዚን ቀለም ንጥረ ነገሮችን የሚያስተናግደው፣ በኢንዶቴሊያል ሕዋስ ላይኛው ገጽ ያለው ሪዳክቴዝ ኤንዛይምም በአንድ ወሳኝ ገጽታ እንደ ሌሎቹ ይሠራል፦ ቀጣዮቹን ደረጃዎች በሚያቆሙ መጠኖች ሳይያናይድና አዛይድ ቢኖሩም ሥራውን ይቀጥላል። ይህ መለያየት የመላው ማብራሪያ መሠረት ነው።

መከፋፈል በመጀመሪያ ተጠና፣ ወደ ሕዋስ መግባትንም ከሞላ ጎደል አብራራ

በ1929 በሮክፌለር ኢንስቲትዩት የነበረችው ማሪያን ኢርዊን ቀለል ያለ ጥያቄ አቀረበች። ምናልባት ቀለም ንጥረ ነገሩ የሚገባው በውሃና በሕዋሱ የስብ ንብርብሮች መካከል በመከፋፈል ብቻ ይሆናል፤ በቤተ ሙከራም የክሎሮፎርም ንብርብር እነዚያን የስብ ንብርብሮች ሊወክል ይችላል። በእሷ ስፔክትሮፎቶሜትሪያዊ የዘልቆ መግባት ጥናቶች ውስጥ የቀለም ንጥረ ነገር የውሃ ሟሟዎችን ከክሎሮፎርም ጋር በመነቅነቅ፣ ወደ ኦርጋኒኩ ፌዝ የተዛወረውን ከሕያው የአልጌ ሕዋሶች ውስጥ ከገባው ጋር አነጻጽራለች።

ከዚያ ሥራ የተገኙ ሁለት ውጤቶች አሁንም ትኩረት ይገባቸዋል። በመጀመሪያ፣ ለገበያ የሚቀርቡ የሜቲሊን ብሉ ሟሟዎች አሁን Azure B ተብሎ የሚጠራውን ትራይሜቲል ታዮኒን ይይዙ ነበር። ይህ ብክለት ከሜቲሊን ብሉ ራሱ ይልቅ በፍጥነት ዘልቆ ይገባ ነበር፤ በተለይም በሊፒድ የሚሟሟው ነጻ ቤዝ ቅርጽ አብላጫ በሚሆንበት አልካላይን pH ላይ። ሜቲሊን ብሉ ወደ ሕዋስ የገባ የመሰለው አንዳንድ ክፍል፣ በእርግጥ Azure B በተመረጠ መልኩ የገባበት ሂደት ነበር። በሁለተኛ ደረጃ፣ pH የአዮንነት ሁኔታውን በመወሰን ውጤቱን ወስኖ ነበር፤ የተጎዱ ሕዋሶችም ካልተጎዱት በጣም የበለጠ ቀለም ንጥረ ነገር አስገብተዋል። የመከፋፈል ኮኤፊሺየንቶችና የኤሌክትሪክ ክፍያ ሁኔታ ሰው ሠራሹ ሥርዓትና ሕያው ሕዋሱ እያንዳንዳቸው ምን እንደሚወስዱ ወስነዋል። በሁለቱ መካከል ያለው መመሳሰልም በሕዋስ ድንበር ውስጥ ውሃዊ ያልሆኑ ንብርብሮች አሉ የሚለውን ሐሳብ ደግፏል።

ይህ ሞዴል ስለ ሊፒዶችና አዮንነት ከዘመኑ ቀድሞ የተረዳ ነበር። ሆኖም በራሱ ቅርጽ የሚከፋፈልን ቀለም ንጥረ ነገር፣ በላይኛው ገጽ ላይ በኬሚካላዊ ለውጥ ተቀይሮ፣ በሌላ ቅርጽ አልፎ ገብቶ፣ ውስጥ እንደገና ወደ መጀመሪያው ከሚመለስ ቀለም ንጥረ ነገር መለየት አልቻለም። ይህን ልዩነት ለማወቅ ሌላ ሙከራ ያስፈልግ ነበር፤ ያም ከሰባ ዓመታት በኋላ በሳንባ ኢንዶቴሊየም ላይ ተካሄደ።

ሪዳክሽን በውጭ፣ መታሰር በውስጥ

መርከርና ባልደረቦቹ በቤተ ሙከራ የተሳደጉ፣ ከከብት የሳንባ ደም ወሳጅ ቧንቧ የተወሰዱ ኢንዶቴሊያል ሕዋሶችን በመጠቀም የሦስት ደረጃ ቅደም ተከተል አቀረቡ፦ ኦክሲዴሽን የተደረገበት ቀለም ንጥረ ነገር በሕዋሱ ላይኛው ገጽ ላይ ሪዳክሽን ተደርጎበት ቀለም ወደሌለው፣ ስብን ወደሚወድ ቅርጹ ይቀየራል፤ ይህ ቅርጽ በስርጭት ወደ ውስጥ ይገባል፤ በሕዋስ ውስጥ የሚከናወነው ዳግም ኦክሲዴሽንም ሽፋኑን የማያልፈውን፣ ኦክሲዴሽን የተደረገበትን ቅርጽ እንደገና ይፈጥራል፣ ከዚያም ይከማቻል። የእነሱ የታያዚን ወደ ኢንዶቴሊያል ሕዋስ መግባት ጥናት ይህን ቅደም ተከተል በተወሰኑ ቦታዎች ለማቋረጥ በመሞከር ፈተነው።

የመጀመሪያው መሣሪያ ፌሪሳይያናይድ ነበር፤ ይህም ወደ ሕዋስ መግባት የማይችል የኤሌክትሮን ተቀባይ ነው። በላይኛው ገጽ ላይ ያሉ ኤንዛይሞች ከሕዋሱ ውጭ ሰማያዊውን ቀለም ንጥረ ነገር ሪዳክሽን በማድረግ ቀለም ወደሌለው ቅርጽ ሲቀይሩት፣ ፌሪሳይያናይድ እነዚያን ኤሌክትሮኖች መልሶ ሊወስድ ይችላል። በዚህም ቀለም ንጥረ ነገሩ ሽፋኑን ከማለፉ በፊት እንደገና በማሳደጊያው ፈሳሽ ውስጥ ሰማያዊ ይሆናል። ፌሪሳይያናይድ በትርፍ መጠን እስካለ ድረስ፣ ማለትም 10 micromolar ቀለም ንጥረ ነገር ከ50 እስከ 500 micromolar ፌሪሳይያናይድ ጋር ሲኖር፣ ቀለም ንጥረ ነገሩ ወደ ሕዋስ መግባቱ ከሞላ ጎደል ቆመ። ፌሪሳይያናይዱ ከተሟጠጠ በኋላ ብቻ ወደ ሕዋስ መግባቱ በመደበኛ ፍጥነቱ ቀጠለ። የሂደቱ የፍጥነት ባህሪም ተመሳሳይ ነገር በሌላ መንገድ አሳየ። ፌሪሳይያናይድ በግምት በቋሚ ፍጥነት ይጠፋ ነበር፤ ይህም እንደገና በዑደት ሊጠቀሙበት ለሚችሉ አስተላላፊ በላይኛው ገጽ ላይ ቀጣይ የሪዳክሽን ፍሰት እየተሰጠው መሆኑን ይደግፋል። በአንጻሩ፣ ከሕዋስ ውጭ ያለው ቀለም ንጥረ ነገር ክምችቱ እየተሟጠጠ ሲሄድ በኤክስፖነንሺያል መልኩ ይቀንስ ነበር። ቋሚ ፍሰትና እየተሟጠጠ የሚሄድ ክምችት አብረው መታየታቸው፣ የፌሪሳይያናይድ ምልክት ቀጣይ ሪዳክሽንን እንጂ የቀለም ንጥረ ነገር ሞለኪውሎች ከሟሟው መውጣትን እንደማያመለክት ያሳያል።

ሁለተኛው መሣሪያ ሽፋኑን የማለፍ ደረጃን ሙሉ በሙሉ አስወገደ። ቡድኑ የታያዚን ቅርብ ዘመድ የሆነውን ቶሉዲን ብሉ O ከትልቅ የፖሊአክሪላማይድ ሰንሰለት ጋር አያያዘው። ይህ ሰንሰለት በሁለቱም የኦክሲዴሽን ሁኔታዎች ወደ ሕዋሱ ለመግባት ከሚችለው በላይ ትልቅ ነበር። ሆኖም ሕዋሶቹ ከሰንሰለቱ ጋር በታሰረው ቀለም ንጥረ ነገር ላይ ሪዳክሽን አከናወኑ። ስለዚህ ሪዳክሽን ወደ ሕዋስ ውስጥ መግባትን አይፈልግም። ይህን የሚያከናውነው ሥርዓት በላይኛው ገጽ ላይ ይገኛል፣ ወይም በኤሌክትሪካዊ መንገድ ከዚያ ገጽ ጋር የተገናኘ ነው።

ከዚያ በኋላ ለጥናቱ ርዕስ መሠረት የሆነው መለያየት ታየ። በ2 millimolar መጠን ያሉ ሳይያናይድና አዛይድ የቀለም ንጥረ ነገሩን መከማቸት በከፍተኛ ደረጃ ገቱት። በማይክሮስኮፕ ሲታይም፣ በመደበኛ ሁኔታ ኒውክሊየሱን የሚከብቡት ጥቁር ሰማያዊና ሐምራዊ ክምችቶች ከሞላ ጎደል ጠፉ። ሆኖም ከሁለቱ ገቺዎች አንዳቸውም ከሕዋስ ውጭ የሚከናወነውን ሪዳክሽን አላዘገዩም፦ የፌሪሳይያናይድ ዑደት ሳይቀንስ ቀጠለ፣ ሽፋኑን በማያልፈው ፖሊመር ላይም ሪዳክሽን አሁንም ተከናወነ። መከልከሉ በቀጣዩ ደረጃ ላይ ነበር። ሳይያናይድና አዛይድ እያቆሙ የነበሩት በላይኛው ገጽ ላይ የሚከናወነውን ሪዳክሽን ሳይሆን፣ በሕዋስ ውስጥ የሚከናወነውን ዳግም ኦክሲዴሽንና በተለየ ክፍል መያዝ ነበር። ሕዋሶቹ በሕይወት መቆየታቸውን የሚያረጋግጡ የቁጥጥር ሙከራዎችም ይህን ትርጓሜ ደገፉ። ምክንያቱም ሕዋሶቹ በእነዚህ ሙከራዎች ወቅት የሳይቶሶል አመልካች ኤንዛይማቸውን፣ ላክቴት ዲሃይድሮጂኔዝን፣ በውስጣቸው ጠብቀው ነበር። ስለዚህ ወደ ሕዋስ መግባቱ መቀነሱ በመመረዝ ወይም በሽፋኑ መቀደድ ብቻ የተከሰተ አልነበረም።

ከጥናቱ የሚወሰድ አንድ የጥንቃቄ ነጥብ አሁንም ይሠራል። ሰማያዊዎቹ ክምችቶች በኒውክሊየሱ ዙሪያ እንጂ በውስጡ አልነበሩም፤ ይህም ኦክሲዴሽን በሕዋስ አካላት ውስጥ ከመከናወኑ ጋር ይስማማል። ነገር ግን ጥናቱ የትኞቹ የሕዋስ አካላት እንደሆኑ አልለየም። በሌሎች የሕዋስ ዓይነቶች የታዩ ተመሳሳይ አቀማመጦች፣ ደካማ ማስረጃን መሠረት በማድረግ በላይሶሶሞች ውስጥ እንዳሉ ተገልጸው ነበር። መታሰሩን እንደ ተረጋገጠ፣ የሚታሰርበትን ቦታ ግን እንደ ጊዜያዊ ግምት ይውሰዱት። ኤሌክትሮኖቹ ቀጥለው ወዴት እንደሚሄዱ የሚከታተሉ አንባቢዎች፣ ስለ ሚቶኮንድሪያዊ የኤሌክትሮን ማጓጓዝና የሬዶክስ አያያዝ እና ስለ እንደ መግቢያ መንገዱ የሚለያዩ መወሰድና ስርጭት ሰፊው ማብራሪያ ማንበባቸውን ሊቀጥሉ ይችላሉ።

ቀለም መያዝ የተጋላጭነት መጠን አይደለም

ሦስተኛ ጥናት ይህ ወደ ሕዋስ የመግባት አሠራር ከባዮሎጂያዊ መለኪያ ጋር ሲገናኝ ምን እንደሚከሰት ያሳያል። ስኮትና ባልደረቦቹ ሜቲል ቤታ ሳይክሎዴክስትሪን፣ ቀለበት የሚመስል መዋቅር ያለው ስኳር፣ ከሜቲሊን ብሉ ጋር በቀጥታ እንደሚያያዝ አገኙ። በውስጡ የሚይዘው ኮምፕሌክስ የመያያዝ ቋሚ ወደ 310 per molar ሲሆን፣ የቀለም ንጥረ ነገሩ ሞለኪውሎች ጥንድ ለመፍጠር ያላቸው ቋሚ ግን ወደ 5846 per molar ነው። በL929 ፋይብሮብላስቶች ውስጥ ይህ መያያዝ ሕዋሶች ቀለም መያዛቸውንና የግሉኮስ መወሰድ መነቃቃቱን ሁለቱንም አግዷል። ሕዋሶቹን አስቀድሞ ከሳይክሎዴክስትሪኑ ጋር ማቆየት ሰማያዊ ቀለም እንዳይይዙ አደረገ፤ በኋላ መጨመሩ ደግሞ ቀለሙን የማጣት ሂደት አፋጠነ። በብርሃን የሚለካው ሰማያዊ ምልክት ከሕዋሶቹ ሲወጣ፣ የተነቃቃው የግሉኮስ ማጓጓዝም ከእሱ ጋር በጥብቅ ትይዩ እየተዳከመ ሄደ።

ደራሲዎቹ ይህን አብሮ መለወጥ፣ ከረጅም ጊዜ የኦክሲዴሽን ጫና ዘዴ ይልቅ፣ በቀለም ንጥረ ነገሩና የግሉኮስ አጓጓዡን በሚያነቃቃው መንገድ ውስጥ ባለ ፕሮቲን መካከል የሚኖር ቀጥተኛ መስተጋብርን የሚደግፍ እንደሆነ ተረጎሙት። ይህ ድምዳሜ ምክንያታዊ ነው፣ ግን ወሰን አለው። ሙከራው ፕሮቲኑ የትኛው እንደሆነ አይገልጽም፣ ከአጓጓዡ ራሱ ጋር መያያዝን አያሳይም፤ ቀለም ማጣትና ተጽዕኖው መጥፋት አብረው መከሰታቸውም በሬዶክስ የሚመራ እያንዳንዱን መንገድ ሊያስቀር አይችልም።

ዘላቂው ትምህርት ስለ መለካት ነው። በብርሃን የሚታየው ቀለም መያዝ፣ የሚታየውን፣ ኦክሲዴሽን የተደረገበትንና ከሕዋስ ጋር የተያያዘውን ቀለም ንጥረ ነገር ያመለክታል። ቀለም የሌለውን፣ ሪዳክሽን የተደረገበትን ድርሻ ሙሉ በሙሉ አያይም። ስለዚህ ፈዛዛ ሕዋስ እንኳን የቀለም ንጥረ ነገሩን አቻ መጠኖች ሊይዝ ይችላል፤ ከፍተኛ ቀለም የያዘ ሕዋስ ደግሞ የሚያሳየው የታሰረውን፣ ኦክሲዴሽን የተደረገበትን ቀለም ንጥረ ነገር እንጂ፣ ሕብረ ሕዋሱ ለንጥረ ነገሩ የተጋለጠበትን ጠቅላላ መጠን ወይም የተጽዕኖውን መጠን አይደለም። ይህ ጥንቃቄ በሰፊ ደረጃም ይሠራል፦ በተለያዩ የሕዋስ ዓይነቶች መካከል ቀለም መያዝን ማነጻጸር፣ ወይም ጥቁር የሕብረ ሕዋስ ቁራጭን ከፍተኛ ተጋላጭነት እንደነበረ ማስረጃ አድርጎ መውሰድ፣ በማሳደጊያው ሳህን ላይ የተፈጠረውን የመጀመሪያ ስህተት መድገም ነው። ወደ ሕዋስ መግባት የሪዳክሽን፣ የስርጭት እና የዳግም ኦክሲዴሽን ዑደት ነው፤ ሰማያዊውን ቅርጽ በአንድ ቅጽበት ብቻ መመልከት ከዚህ ዑደት አንድ ገጽታ ብቻ ያሳያል። ለቤተ ሙከራ ቀለም ማስያዝና አያያዝ እንዲሁም ስለ መጠንና ተጋላጭነት የሚቀርቡ አባባሎችን ለመተርጎም ያለው ተግባራዊ አንድምታ በቀጥታ ከዚህ ይመነጫል።