ሜቲሊን ብሉ እና ማይቶኮንድሪያ፦ የኤሌክትሮን ሽግግር እና ማስረጃው

ጎን ለጎን የተቀመጡ ሁለት የሙከራ ዝግጅቶችን ያስቡ። ሁለቱም የመተንፈሻ ሰንሰለቱን ኮምፕሌክስ I በሚያግደው ሮቴኖን በተባለ ኬሚካል የተመረዙ የአንጎል ማይቶኮንድሪያዎችን ይይዛሉ። ሙከራውን የሚያካሂደው ሰው በአንዱ ውስጥ በmicromolar ደረጃ ያለ የሜቲሊን ብሉ መጠን በፒፔት ይጨምራል። የኦክስጅን አጠቃቀም በከፊል ይመለሳል። የሽፋኑ ቮልቴጅ በከፊል ይመለሳል። አነስተኛ የATP ምርት እንደገና ይጀምራል። አጠገቡ ባለው ኩቬት ውስጥ ያለው የፔሮክሳይድ ዳሳሽ ደግሞ የታሪኩን ሌላኛውን ግማሽ ያሳያል፦ በተሞከረው እያንዳንዱ መጠን እና በተፈተነው እያንዳንዱ ሰብስትሬት ሥር የሃይድሮጅን ፔሮክሳይድ ምርት በብዙ እጥፍ ጨምሯል።

ሁለቱም ንባቦች ትክክል ናቸው። ሜቲሊን ብሉ የመተንፈሻ ሰንሰለቱን የተጎዳ ክፍል በማለፍ የኤሌክትሮን ፍሰት እንዲቀጥል የሚያደርግ አጓጓዥ ነው፤ ይህን ሲያደርግም ያው አጓጓዥ በፔሮክሳይድ ጭማሪ መልክ ዋጋ ያስከፍላል። ሁለቱንም እውነታዎች በአንድ ጊዜ ከተመለከቱ፣ ሜቲሊን ብሉ በማይቶኮንድሪያ ተግባር ላይ ስላለው ተፅዕኖ የሚያወሳው የምርምር ሥነ ጽሑፍ ግልጽ ይሆናል። አንዱን ብቻ ከያዙ ግን፣ መጀመሪያ ባነበቡት ወረቀት መሠረት ወይ እንደ ተአምር ወይ እንደ አደጋ ይታያል።

የኤሌክትሮን ማጓጓዣው፣ በቀላሉ ሲገለጽ

የመተንፈሻ ሰንሰለቱ ከአንዱ ወደ ሌላው የሚያስተላልፍ ተከታታይ መስመር ነው። ኤሌክትሮኖች በኮምፕሌክስ I በኩል ከNADH፣ ወይም በኮምፕሌክስ II እና በተዛማጅ የፍላቪን ኢንዛይሞች በኩል ከሱክሲኔትና ከመሳሰሉ ኤሌክትሮን ለጋሾች ይገባሉ፤ በኮምፕሌክስ III በኩል ወደ ተንቀሳቃሹ አጓጓዥ ሳይቶክሮም c፣ ከዚያም በኮምፕሌክስ IV በኩል ወደ ኦክስጅን ያልፋሉ። በእያንዳንዱ ርክክብ ፕሮቶኖች በውስጠኛው ሽፋን በኩል ይገፋሉ፣ በዚህም የሚፈጠረው ግራዲየንት የATP ውህደትን ያንቀሳቅሳል። ማንኛውም ጣቢያ ሲታገድ፣ ከእሱ በፊት ያለው መስመር ይቆማል።

ሜቲሊን ብሉ ትይዩ አጓጓዥ ሆኖ ወደዚህ ሂደት ይገባል። ኦክሲዳይዝ የተደረገው ቅርጹ በመስመሩ መጀመሪያ በኩል ካሉ አጓጓዦች ኤሌክትሮኖችን በመቀበል፣ ቀለም አልባውና ሪዱስ የተደረገው ቅርጽ፣ ሉኮሜቲሊን ብሉ፣ ይሆናል። ይህም ኤሌክትሮኖቹን በመስመሩ ቀጣይ ክፍል ላሉት በማስረከብ እንደገና ሰማያዊ ይሆናል። ሁለቱ ቅርጾች በሬዶክስ ጥንዱ ማብራሪያ ተገልጸዋል፤ ሰፊው የርክክብ ባህሪ ደግሞ በአጠቃላይ የአሠራር ዘዴ ማብራሪያ ተዳስሷል። እስካሁን ያልተዘጋው ጥያቄ፣ አጓጓዡ ወደ መስመሩ የሚመለሰው የት እንደሆነ ነው፦ Qo ቦታ በመባል በሚታወቀው የኮምፕሌክስ III ኩዊኖል ማሰሪያ ኪስ ውስጥ፣ ወይስ በቀጥታ ወደ ሳይቶክሮም c? የኮምፕሌክስ III ማለፊያ ትንታኔ በዝርዝር እንደሚያስረዳው፣ የትኛው መውጫ እንደሚበልጥ በሁኔታዎቹ ይወሰናል።

ሦስቱ የአይጥ ዝርያዎች ጥናቶች በእርግጥ ምን ለኩ?

ሦስቱም ጥናቶች ከሴል የተለዩ የአንጎል ማይቶኮንድሪያዎችን ተጠቅመዋል፤ ይህም ኦርጋኔሎቹ ከሴሉ ወጥተው ቅንብሩ በተወሰነ ባፈር ፈሳሽ ውስጥ ተንሳፈው ነበር ማለት ነው። ሙሉ ሴሎች፣ ንጥረ ነገሩ የተሰጣቸው እንስሳት ወይም የሰው ተሳታፊዎች አልነበሩም። የተጠቀሱት ክምችቶች በኦርጋኔሎቹ ዙሪያ ያለውን ፈሳሽ ይመለከታሉ፤ ሰው በአፍ የሚወስደውን መጠን አይደለም። ይህን አውድ ሳይቀይሩ ከያዙ፣ ቁጥሮቹ ግልጽ ትርጉም ይሰጣሉ።

የመጀመሪያው ጥናት፣ በ100 nanomolar እስከ 2 micromolar ክምችት ከሴል በተለዩ የጊኒ አሳማ አንጎል ማይቶኮንድሪያዎች ላይ، ጥቅምንና ወጪን በአንድ የሙከራ ዝግጅት ውስጥ ለክቷል። ጤናማ በሆኑ ማይቶኮንድሪያዎች ውስጥ ማቅለሚያው በእረፍት ጊዜ የኦክስጅን አጠቃቀምን ጨምሯል፣ ነገር ግን በADP የሚነቃቃውን መተንፈስ አልቀየረም፤ ስለዚህ ከመተንፈስ ጋር የተሳሰረው የATP ምርት አልተሻሻለም። ኮምፕሌክስ I በታገደበት ጊዜ፣ 2 micromolar የATP ውህደትን ከ46 ወደ 93 nanomoles per minute per milligram አስመልሷል፤ መደበኛው ፍጥነት ግን ወደ 1109 ይጠጋ ነበር። ኮምፕሌክስ III በታገደበት ጊዜ፣ ያው መጠን ATPን ከ46 ገደማ ወደ 63 አስመልሷል፤ መደበኛው ፍጥነት ግን ወደ 910 ይጠጋ ነበር። ቮልቴጅና የካልሲየም መውሰድ በከፊል ተመልሰዋል። በሳይናይድ የተፈጠረውን የኮምፕሌክስ IV እገዳ ማለፍ አልተቻለም፤ ይህም ጠቃሚው የኤሌክትሮን መውጫ ከሚሠራ ኮምፕሌክስ IV በፊት እንዳለ ያሳያል። እያንዳንዱ የተግባር መመለስ በስታቲስቲክስ የተረጋገጠ ቢሆንም አነስተኛ ነበር፤ ከመደበኛው የATP ምርት በአንድ አሃዝ መቶኛ የሚገለጽ ክፍል ብቻ ነበር።

ሁለተኛው ጥናት፣ በ1 micromolar ገደማ ክምችት በአይጥ የአንጎል ኮርቴክስ ማይቶኮንድሪያዎች ላይ፣ ኮምፕሌክስ Iን ማለፍ እንደሚቻል አረጋግጦ፣ በኮምፕሌክስ III ላይ ገደብ አሳይቷል። ሮቴኖን መተንፈስን ከ121 ገደማ ወደ 2 nanomoles per minute per milligram የኦክስጅን በታች አወረደው፤ ማቅለሚያውም ወደ 21 ገደማ፣ ማለትም ወደ መደበኛው አንድ ስድስተኛ ያህል፣ አሳደገው። የሽፋኑ ቮልቴጅ ግን ከሞላ ጎደል ሙሉ በሙሉ ተመለሰ። ነገር ግን ኮምፕሌክስ III ከታገደ በኋላ፣ ከ1 እስከ 5 micromolar ባለው ክልል መተንፈስም ሆነ ቮልቴጅ አልተመለሱም፤ እገዳውም በማቅለሚያው የሚፈጠረውን የፔሮክሳይድ ምልክት ቀንሷል። ደራሲዎቹ ሪዱስ የተደረገው ማቅለሚያ ኤሌክትሮኖቹን በኮምፕሌክስ III የQo ቦታ ላይ እንደሚያስረክብ ሐሳብ አቀረቡ፤ ያ ቦታ ሲያዝ፣ አጓጓዡ የሚያስረክብበት ቦታ አይኖረውም።

ሦስተኛው ጥናት፣ በዋናነት በ2 micromolar ክምችት በአይጥ፣ በትልቅ አይጥ እና በጊኒ አሳማ የአንጎል ማይቶኮንድሪያዎች ላይ፣ አለመጣጣሙን በቀጥታ ፈትኖ፣ የኮምፕሌክስ III እገዳን በአማራጭ መንገድ ማለፍ እንደሚቻል አገኘ። የQo ቦታ አጋጁ ሚክሶቲያዞል መሠረታዊ መተንፈስን በ88 percent ሲቀንስ፣ ማቅለሚያው የኦክስጅን አጠቃቀምን እገዳ ከሌለበት ፍጥነት ወደ 62 percent ገደማ አስመለሰው። በቀጥታ በተደረገ ፈተና፣ ግማሽ micromolar መጠን ኮምፕሌክስ III ተዘግቶ እያለም ከውጭ የተጨመረውን ሳይቶክሮም c ሪዱስ አደረገው። ይህም ከNADH በማቅለሚያው በኩል ወደ ሳይቶክሮም c፣ ከዚያም ወደ ኮምፕሌክስ IV የሚሄድ መንገድ እንዳለ ይደግፋል። ነገር ግን የተመለሰው መተንፈስ መደበኛ ያልሆነ ባህሪ አሳየ፦ የተጨመረው ADP የኦክስጅን አጠቃቀምን ከማሳደግ ይልቅ ቀነሰው፣ የATP ውህደትን ማገድ ደግሞ መተንፈስን አነቃቃ። የቮልቴጅ ፖላራይዜሽን በከፊል ብቻ ተመለሰ። ከተገለበጠ ትስስር ጋር የሚታይ ከፍተኛ የኦክስጅን አጠቃቀም መደበኛ የኃይል ምርት አይደለም።

የላቦራቶሪዎቹ ውጤቶች ለምን ይለያያሉ፣ ጉዳዩንስ ምን ያብራራዋል?

የዝርያ ልዩነት ማብራሪያው ከመጀመሪያው አይሠራም። ሦስተኛው ቡድን ጥናቱን በሦስት የአይጥ ዝርያዎች ላይ ደግሞ፣ በሁሉም ውስጥ በባህሪው ተመሳሳይ የሆነ ማለፊያ አገኘ፤ ይህም ማለፊያው እንደሌለ ቀደም ሲል የተዘገበበትን የአይጥ ዘር ያካትታል። በምትኩ የሚለያዩት ክምችት፣ ማለትም 1 እና 2 micromolar፣ የአጋጆች መጠን፣ ባፈሮች፣ የመለየት ዘዴዎች እና ከሁሉ በላይ ለንጽጽር የተወሰደው የኃይል ሁኔታ ናቸው። ማለፊያው በጣም ግልጽ የሚሆነው ADP ከመጨመሩ በፊት ነው፤ ተቃራኒው የADP ምላሽ የሚታየውም በዚያው ሁኔታ ነው። ስለዚህ ማስረጃውን በትክክል የሚያንጸባርቅ ስዕል፣ በሁኔታዎች የሚወሰኑ ሁለት መውጫዎችን ያሳያል፤ አንዱ በQo ቦታ፣ ሌላው በሳይቶክሮም c ላይ። አጓጓዡ ኤሌክትሮኖቹን የሚያስረክበው የአካባቢው ኬሚስትሪ በሚፈቅድለት ቦታ ነው።

የፔሮክሳይድ ዋጋ

የወጪው ገጽታ ልክ እንደ ተግባሩ መመለስ ገጽታ ወጥ ነው። በጊኒ አሳማው ጥናት፣ ማቅለሚያው በሦስቱም ሰብስትሬቶች እና በተፈተነው እያንዳንዱ ሁኔታ፣ በእረፍት ጊዜ፣ ATP በሚመረትበት ጊዜ እና በኬሚካል ጉዳት በደረሰበት ጊዜ፣ የፔሮክሳይድ ልቀትን ጨምሯል። ATP በሚመረትበት ጊዜ፣ በ1 micromolar ክምችት ምርቱ ከ148 ገደማ ወደ 1500 picomoles per minute per milligram በላይ ከፍ ብሏል፤ 100 nanomolar እንኳን ምልክቱን ከአራት እጥፍ በላይ አሳድጓል። ማቅለሚያው የፔሮክሳይድ ማስወገድንም በ2.6 እጥፍ ገደማ አዘግይቷል፤ ስለዚህ ምልክቱ ፈጣን ምስረታንና ዝግ ያለ ማስወገድን በአንድ ላይ ያንጸባርቃል። የቀረበው የኬሚስትሪ ማብራሪያ፣ ሪዱስ የተደረገው ማቅለሚያ ሊለካ የሚችል ሱፐርኦክሳይድ ሳይፈጠር ኦክስጅንን በቀጥታ ሪዱስ እንደሚያደርግ ነው፤ ይሁንና ይህ የተረጋገጠ የሂደት ደረጃ ሳይሆን አሁንም ትርጓሜ ነው።

የአይጡ ጥናት ጠቃሚ በሆነ መንገድ ሥዕሉን የበለጠ ውስብስብ ያደርገዋል። መጠኑ ሲጨምር ፔሮክሳይድ በከፍተኛ ፍጥነት ጨምሯል፤ ከ76 ገደማ መነሻ ወደ 2000 picomoles per minute per milligram የሚጠጋ ደረጃ በ2 micromolar ክምችት ደርሷል። ሆኖም የኮምፕሌክስ III እገዳ በማቅለሚያው የሚፈጠረውን ክፍል ቀንሷል። ፔሮክሳይድ የሚመጣው ሪዱስ የተደረገው ማቅለሚያ ከኦክስጅን ጋር ከሚያደርገው ምላሽ ብቻ ቢሆን ኖሮ፣ ሰንሰለቱን ማገድ ይህን ያህል ተፅዕኖ ሊኖረው አይገባም ነበር። ተፅዕኖ ስላለው፣ ሰንሰለቱ በሂደቱ ውስጥ ይሳተፋል። የፀረ-ኦክሲዴሽን እና የኦክሲዴሽን አበረታች ባህሪ ግምገማ ይህን ድርብ ባህሪ በሰፊ አውድ ያስቀምጠዋል፤ የኦክስጅን እና ATP ንጽጽር ትንታኔ ደግሞ የኦክስጅን ቁጥሮች ብቻ ስለ ኃይል የሚቀርብን አባባል ለምን ማረጋገጥ እንደማይችሉ ያብራራል።

ተግባርን ማስመለስ ጥገና አይደለም

ከአጠቃቀም መውጣት ያለበት ሐረግ፣ "ሜቲሊን ብሉ ማይቶኮንድሪያን ይጠግናል?" የሚለው ነው። ጥገና ማለት ዘላቂ እርማት ማለት ነው፦ እንደገና የተገነቡ ኮምፕሌክሶች፣ መድኃኒቱ ከወጣ በኋላም የሚቀጥል ትስስር፣ በሙሉ ሴሎች ውስጥ የሚታይ መመለስ፣ ከዚያም በሕያው ፍጡር ውስጥ የተሻሻለ ተግባር። ከሦስቱ ወረቀቶች አንዱም ይህን አያሳይም። የሚያሳዩት፣ በሰው ሠራሽ የኬሚካል እገዳ ጊዜ አዲስ በተለዩ ኦርጋኔሎች ውስጥ የሚከሰት አፋጣኝ የመንገድ ለውጥ ነው፤ የATP ምርት ከመደበኛው አነስተኛ ክፍል ብቻ ሲሆን፣ ትስስሩም አንዳንድ ጊዜ በግልጽ ያልተለመደ ነው። ሮቴኖንና አንቲማይሲን የላቦራቶሪ መሣሪያዎች ናቸው፤ የእርጅና ወይም የሰው ማይቶኮንድሪያ በሽታ ሞዴሎች አይደሉም። እዚህ ከተገኘው ማንኛውም ውጤት ጤናማ ሰው የበለጠ ኃይል እንደሚኖረው ማለት አይቻልም፤ ያ የራሱ የሰው ጥናት ሥነ ጽሑፍ ያለው የተለየ የማስረጃ ጥያቄ ነው።

ሦስት ገደቦች ማንኛውንም የባዮሃኪንግ መደምደሚያ ለማስረጃው ታማኝ እንዲሆን ያደርጋሉ። አንደኛ፣ በሙከራ ፈሳሽ ውስጥ ያለ ክምችት የመውሰጃ መጠን አይደለም፤ ከሴል በተለዩ ኦርጋኔሎች ዙሪያ ያለ 0.1 እስከ 2 micromolar ክምችት፣ ሰው በአፍ የሚወስደው ምን ያህል መጠን በሰው አንጎል ማይቶኮንድሪያ አካባቢ ያንን ነፃ ክምችት እንደሚፈጥር ምንም አይነግርም። በተለይም ማቅለሚያው መከማቸቱ ወይም መለቀቁ በሽፋኑ ቮልቴጅ በራሱ ስለሚወሰን ይህ ጠቃሚ ነው። ሁለተኛ፣ ኦክስጅን ኃይል አይደለም፤ ማቅለሚያው የኦክስጅን አጠቃቀምን ውጤታማ በሆነ ፎስፎሪሌሽን ብቻ ሳይሆን፣ በተደጋጋሚ ዑደትና በፍሳሽም ሊጨምር ይችላል። ስለዚህ የATP እና የቮልቴጅ ንባቦች የሌሉት የመተንፈስ ልኬት ስለ ኃይል አባባል ለማቅረብ መሠረት አይሆንም። ሦስተኛ፣ ጥቅምና ሸክም በአንድ ዓረፍተ ነገር መጠቀስ አለባቸው፤ የተመለሰ ቮልቴጅ ወይም ATP መኖሩን እየገለጸ፣ አብሮት ያለውን የፔሮክሳይድ ጭማሪ የሚተው ማንኛውም አባባል ሙከራውን በትክክል አይዘግብም። ተዛማጅ ማብራሪያዎች የNAD ሬዶክስ ሚዛን፣ የመጠን–ምላሽ ቅርጽ እና የልኬት ሙከራ መመሪያ ያካትታሉ።

አንድ ተግባራዊ ተጨማሪ ማስታወሻ፦ የማጓጓዝ ባህሪው የዚያ ትክክለኛ ሞለኪውል ባህሪ ነው። እንደ Azure B ያሉ፣ የሜቲል ቡድኖች የተወገዱባቸው ተዛማጅ ሞለኪውሎችም በሬዶክስ ምላሽ ይሳተፋሉ፣ ነገር ግን ባህሪያቸው የተለየ ነው። ስለዚህ በከፊል የተበላሸ ውህድ ካልተበላሸ ማቅለሚያ የተለየ ሙከራ ነው። ይህ፣ ብረቶችን ብቻ ከሚፈትን ምርመራ ይልቅ ሙሉ የፋርማኮፒያ መስፈርትና ይፋ የተደረገ የምርት እትም ሰነድ እንዲኖር አጥብቆ ለመጠየቅ አንዱ ምክንያት ነው። በብርሃን የሚነሳ ኬሚስትሪ፣ ብርሃን በሚበራባቸው አጠቃቀሞች ላይ ተጨማሪ ተመሳሳይ ጥንቃቄ ይጨምራል፤ ይህም ከቀይ ብርሃን ጋር በማጣመር ሥር ተዳስሷል።

ጠባቡ አባባል እነዚህን ሁሉ አልፎ ጸንቶ ይቆያል፣ መያዙም ጠቃሚ ነው፦ ሜቲሊን ብሉ ከሴል ተለይተው በወጡና በተጎዱ ማይቶኮንድሪያዎች ውስጥ፣ በሁኔታዎች የሚወሰን የኤሌክትሮን አጓጓዥ ሆኖ ሊሠራ ይችላል፤ ፍሰቱን በከፊል ይጠብቃል፣ ዋጋውም የፔሮክሳይድ ጭማሪ ነው። ከዚህ ያለፈው ሁሉ፣ ኃይል፣ ረጅም ዕድሜ እና ጥገና፣ እነዚህ ጥናቶች ለመስጠት ያልተነደፉትን ማስረጃ ይጠብቃል።