অক্সিজেনৰ অধিক ব্যৱহাৰ মানেই অধিক ATP নেকি? মিথিলিন ব্লু অধ্যয়নৰ পৰা পোৱা শিক্ষা

এটা পৃথক কৰা মাইটোকণ্ড্ৰিয়ন ইন্ধন থকা কিন্তু ADP নথকা এটা চেম্বাৰত আছে। ই লাহে লাহে অক্সিজেন ব্যৱহাৰ কৰে। ADP যোগ কৰিলে অক্সিজেনৰ ব্যৱহাৰ কেইবাগুণো বাঢ়ে। ADP শেষ হোৱালৈ অপেক্ষা কৰিলে অক্সিজেনৰ ব্যৱহাৰ পুনৰ কমি যায়। ইন্ধন কেতিয়াও সলনি হোৱা নাছিল। কেৱল ATPৰ চাহিদাহে সলনি হৈছিল।

এই সৰু ঘটনাক্ৰমতেই এই প্ৰবন্ধৰ মূল পাৰ্থক্যটো নিহিত আছে। অক্সিজেনৰ ব্যৱহাৰে শ্বসন শৃংখলৰ মাজেৰে অক্সিজেনলৈ ইলেক্ট্ৰন কিমান দ্ৰুতগতিত প্ৰবাহিত হয় সেয়া জোখে। ATP উৎপাদনে সেই প্ৰবাহৰ কিমানখিনি ব্যৱহাৰযোগ্য শক্তি হিচাপে আহৰণ হয় সেয়া জোখে। দুয়োটাৰ মাজত এটা উমৈহতীয়া ধাপ আছে—মাইটোকণ্ড্ৰিয়াৰ ভিতৰৰ আৱৰণৰ দুই ফালৰ মাজত থকা প্ৰোটন গ্ৰেডিয়েণ্ট। এই গ্ৰেডিয়েণ্ট ATP সংশ্লেষণৰ সৈতে কিমান ঘনিষ্ঠভাৱে সংযুগ্ম হৈ আছে, সেয়া সলনি কৰা যিকোনো কাৰকে এই দুটা ফলসূচকক বেলেগ বেলেগ দিশে লৈ যাব পাৰে। ইয়াত মিথিলিন ব্লু এটা উপযোগী শিক্ষণীয় উদাহৰণ, কাৰণ ইয়াৰ দুয়োটা আচৰণেই দেখা গৈছে: কিছুমান পৰীক্ষামূলক প্ৰস্তুতিত ATPৰ সৈতে অক্সিজেনৰ ব্যৱহাৰ বৃদ্ধি কৰা, আৰু আন কিছুমানত ATP অপৰিৱৰ্তিত থকা বা কমি যোৱাৰ সময়তো অক্সিজেনৰ ব্যৱহাৰ বৃদ্ধি কৰা।

প্ৰথমে ইলেক্ট্ৰন হস্তান্তৰৰ বহল চিত্ৰখন বুজিব বিচৰা পাঠকে মিথিলিন ব্লুৱে কেনেকৈ শ্বসন শৃংখলৰ মাজেৰে ইলেক্ট্ৰন বহন কৰে, তাৰ পৰা আৰম্ভ কৰিব পাৰে। আৰু অক্সিজেন সম্পৰ্কীয় প্ৰাৰম্ভিক পৰীক্ষাবোৰৰ পৰিভাষা বুজিব বিচৰা পাঠকে প্ৰথম শ্বসন জোখবোৰে প্ৰকৃততে কি দেখুৱাইছিল সেয়া পঢ়িব পাৰে।

শ্বসন, ATP আৰু দুয়োটাৰ মাজৰ গ্ৰেডিয়েণ্ট

NADH আৰু FADH2ৰ পৰা অহা ইলেক্ট্ৰন কমপ্লেক্স I আৰু IIত শৃংখলটোত প্ৰৱেশ কৰে, কমপ্লেক্স IIIৰ মাজেৰে ছাইটোক্ৰোম cলৈ যায়, তাৰ পিছত কমপ্লেক্স IVৰ মাজেৰে অক্সিজেনলৈ যায়। কমপ্লেক্স I, III আৰু IVত মুক্ত হোৱা শক্তিয়ে মেট্ৰিক্সৰ পৰা প্ৰোটন পাম্প কৰি আৱৰণ দুটাৰ মাজৰ স্থানলৈ পঠিয়ায়। আধান আৰু অম্লতাৰ এই পৃথকীকৰণেই প্ৰোটন চালিকা বল, আৰু ইয়াৰ বৈদ্যুতিক অংশ, অৰ্থাৎ আৱৰণ বিভৱ, সাধাৰণতে প্ৰধান অংশ।

ATP ছিন্থেজে প্ৰোটনক পুনৰ মেট্ৰিক্সলৈ প্ৰবাহিত হ’বলৈ দিয়ে আৰু মুক্ত হোৱা শক্তি ব্যৱহাৰ কৰি ADP আৰু ফছফেট সংযুক্ত কৰি ATP গঠন কৰে। গতিকে শৃংখলটো হ’ল:

অক্সিজেনৰ ব্যৱহাৰ, তাৰ পিছত প্ৰোটন পাম্পিং, তাৰ পিছত গ্ৰেডিয়েণ্ট, তাৰ পিছত ATP সংশ্লেষণ।

কিন্তু সমস্যা হ’ল, প্ৰোটন আন পথেৰেও ঘূৰি আহিব পাৰে। ATP ছিন্থেজক এৰাই ঘূৰি অহা যিকোনো প্ৰোটন প্ৰবাহেই প্ৰোটন ক্ষৰণ। এই ক্ষৰণৰ বাবে আৱৰণ বিভৱ স্থিৰ ৰাখিবলৈ শৃংখলটোৱে একেবোৰ প্ৰোটন পুনৰ পাম্প কৰিবলগীয়া হয়, যাৰ ফলত অধিক ATP উৎপন্ন নকৰাকৈ অধিক অক্সিজেন ব্যৱহাৰ হয়। যথেষ্ট শক্তিশালী ক্ষৰণেই অসংযুগ্মন: অক্সিজেনৰ ব্যৱহাৰ বাঢ়ে, অথচ ATP অপৰিৱৰ্তিত থাকে বা কমে, আৰু অপচয় হোৱা শক্তি তাপ হিচাপে ওলাই যায়।

অৱস্থা 3, অৱস্থা 4 আৰু শ্বসন নিয়ন্ত্ৰণ অনুপাত

ইয়াৰ ধ্ৰুপদী পৰিভাষা পৃথক কৰা মাইটোকণ্ড্ৰিয়াৰ অধ্যয়নৰ পৰা আহিছে। অৱস্থা 3 হ’ল ছাবষ্ট্ৰেট আৰু ADP উপস্থিত থকা সময়ৰ শ্বসন: ATP ছিন্থেজে গ্ৰেডিয়েণ্ট হ্ৰাস কৰে, আৱৰণ বিভৱ কমে, ইয়াক পুনৰ গঢ়ি তুলিবলৈ শৃংখলটোৰ গতি বাঢ়ে, আৰু ATP উৎপন্ন হৈ থকাৰ বাবে অক্সিজেনৰ ব্যৱহাৰ বেছি হয়। অৱস্থা 4 হ’ল ADP শেষ হোৱাৰ পিছৰ শ্বসন: ATP ছিন্থেজ নিষ্ক্ৰিয় হৈ থাকে, গ্ৰেডিয়েণ্ট বাঢ়ে, উচ্চ আৱৰণ বিভৱে অধিক পাম্পিঙত বাধা দিয়ে, আৰু অক্সিজেনৰ ব্যৱহাৰ ক্ষৰণৰ ক্ষতিপূৰণ কৰিবলৈ প্ৰয়োজন হোৱা স্তৰলৈ নামি আহে।

সেয়েহে অৱস্থা 3ক অৱস্থা 4ৰে ভাগ কৰি পোৱা শ্বসন নিয়ন্ত্ৰণ অনুপাতে পৰীক্ষামূলক প্ৰস্তুতিটো কিমান ঘনিষ্ঠভাৱে সংযুগ্ম হৈ আছে সেয়া সূচায়। উচ্চ অনুপাতৰ অৰ্থ হ’ল ADPয়ে শ্বসনক শক্তিশালীভাৱে নিয়ন্ত্ৰণ কৰে। অৱস্থা 4 বাঢ়ি থকাৰ লগতে অনুপাত কমি গ’লে তাৰ অৰ্থ হ’ল ক্ষৰণৰ প্ৰভাৱ প্ৰধান হৈ উঠিছে। এই দৃষ্টিভংগীৰে তলৰ মিথিলিন ব্লু সম্পৰ্কীয় ফলাফলবোৰ বুজিব পাৰি।

এটা ধাৰণাগত আৰ্হি মনত ৰখা ভাল। উচ্চ আৱৰণ বিভৱে শৃংখলটোৰ গতি মন্থৰ কৰে। বিভৱ ক্ষয় কৰিলে ইয়াৰ গতি বাঢ়ে। পাম্পিং কিমান কঠিন হৈ পৰিছে, শৃংখলটোৱে তাৰ প্ৰতি সঁহাৰি দিয়ে; ATP উৎপন্ন হৈছে নে নাই, তাৰ প্ৰতি পোনপটীয়াকৈ নহয়।

যেতিয়া ফলসূচক দুটা একেলগে সলনি হয়

সংযুগ্ম ফলাফলৰ আটাইতকৈ স্পষ্ট উদাহৰণটো আহিছে শ্বসন কমপ্লেক্স অৱৰোধ কৰা, পৃথক কৰা গিনিপিগৰ মগজুৰ মাইটোকণ্ড্ৰিয়াৰ পৰা। 100 nanomolarৰ পৰা 1 micromolar মিথিলিন ব্লুত, গ্লুটামেটৰ সৈতে মেলেট, ছাক্সিনেট অথবা গ্লিচাৰোফছফেট ইন্ধন হিচাপে ব্যৱহাৰ কৰিলে বিশ্ৰাম অৱস্থাৰ অক্সিজেনৰ ব্যৱহাৰ বাঢ়িছিল, অথচ ADPৰ দ্বাৰা উদ্দীপিত শ্বসন অপৰিৱৰ্তিত আছিল। কমপ্লেক্স I বা কমপ্লেক্স IIIত বিষক্ৰিয়াৰে বাধা দিয়া মাইটোকণ্ড্ৰিয়াত ৰঞ্জকটোৱে ATP উৎপাদন সামান্য বঢ়াইছিল, আৱৰণ বিভৱ পুনৰুদ্ধাৰ কৰিছিল আৰু কেলচিয়াম গ্ৰহণ উন্নত কৰিছিল। প্ৰস্তাৱিত পথটো এটা চমু বিকল্প পথ: ৰঞ্জকটোৱে অৱৰোধৰ আগৰ অংশৰ পৰা ইলেক্ট্ৰন গ্ৰহণ কৰি ছাইটোক্ৰোম cক দিয়ে, ফলত ক্ষতিগ্ৰস্ত কমপ্লেক্সটো এৰাই যায়।

সংযুগ্ম ফলাফলৰ দ্বিতীয় উদাহৰণটোৱে ATPৰ সম্পূৰ্ণ বেলেগ এটা উৎস ব্যৱহাৰ কৰে। ATP ছিন্থেজ বাধাগ্ৰস্ত কৰা, পৃথক কৰা মগজুৰ মাইটোকণ্ড্ৰিয়াত, মিথিলিন ব্লুৱে পৰীক্ষা কৰা প্ৰতিটো ছাবষ্ট্ৰেটতে শ্বসন উদ্দীপিত কৰিছিল। কিন্তু ATP সংশ্লেষণ কেৱল আলফা-কেটোগ্লুটাৰেট আৰু গ্লুটামেটতহে বাঢ়িছিল—এই দুটা ছাবষ্ট্ৰেটে ছাক্সিনাইল CoA গঠন কৰে। অলিগোমাইচিনে ATP ছিন্থেজ অৱৰোধ কৰি ৰখা অৱস্থাত অতিৰিক্ত ATP ছাইট্ৰিক এছিড চক্ৰত ছাক্সিনাইল CoA লাইগেজৰ দ্বাৰা হোৱা ছাবষ্ট্ৰেট-স্তৰীয় ফছফৰাইলেচনৰ পৰা আহিছিল, অক্সিডেটিভ ফছফৰাইলেচনৰ পৰা নহয়। কমপ্লেক্স I আৰু ATP ছিন্থেজ একেলগে বাধাগ্ৰস্ত কৰা অৱস্থাত ৰঞ্জকটোৱে আৱৰণ বিভৱো পুনৰুদ্ধাৰ কৰিছিল। ইয়াত অক্সিজেনৰ ব্যৱহাৰ আৰু ATP একেলগে বাঢ়িছিল, কিন্তু কেৱল য’ত ছাবষ্ট্ৰেটে দ্বিতীয় ATP পথটোৰ সুযোগ দিছিল। ছাক্সিনেট বা মেলেটত অতিৰিক্ত ATP অবিহনেই শ্বসন বাঢ়িছিল। একে ৰঞ্জক, একে চেম্বাৰ, বেলেগ ইন্ধন, বেলেগ উত্তৰ।

যেতিয়া ফলসূচক দুটা পৃথক হৈ পৰে

পৃথক ফলাফলৰ উদাহৰণবোৰো একেদৰেই প্ৰকাশিত আৰু একেদৰেই শিক্ষণীয়। 1997 চনৰ পৃথক কৰা নিগনিৰ যকৃতৰ মাইটোকণ্ড্ৰিয়াৰ এক অধ্যয়নত, মিথিলিন ব্লুৱে ঘনিষ্ঠভাৱে সংযুগ্ম, ছাক্সিনেট ব্যৱহাৰ কৰি শ্বসন কৰা মাইটোকণ্ড্ৰিয়াত অৱস্থা 4ৰ শ্বসন ত্বৰান্বিত কৰিছিল, যাৰ ফলত শ্বসন নিয়ন্ত্ৰণ অনুপাত কমিছিল। এই প্ৰভাৱ 0.5 micromolarৰ পৰাই দেখা গৈছিল আৰু 5 micromolarত শক্তিশালী আছিল। এই ঘনত্ব 100 milligramৰ এটা অন্তঃশিৰা ব’লাছৰ পিছৰ প্লাজমাৰ মাত্ৰাৰ ওচৰা-ওচৰি। 5 micromolarত মাইটোকণ্ড্ৰিয়াবোৰো ফুলি উঠিছিল, যদিও সংযুগ্মনৰ ত্ৰুটি প্ৰথমে কম ঘনত্বতে দেখা দিছিল। ইয়াৰ পৰা বুজা যায় যে ক্ষৰণ গাঁথনিগত ক্ষতিৰ আগতেই হৈছিল, তাৰ ফলত নহয়। অসংযুগ্ম মাইটোকণ্ড্ৰিয়াত ৰঞ্জকটোৱে ঘনত্বৰ ওপৰত নিৰ্ভৰশীল আৰু এটা পৰিপৃক্ত সীমালৈকে বৃদ্ধি পোৱা ধৰণে শ্বসন উদ্দীপিত কৰিছিল। দুয়োটা পৰীক্ষামূলক প্ৰস্তুতিতে অক্সিজেনৰ ব্যৱহাৰ বাঢ়িছিল। কিন্তু ব্যৱহৃত প্ৰতি একক অক্সিজেনৰ বিপৰীতে ATP সংশ্লেষণ বঢ়া নাছিল। এইটো একেটা অণুতেই অসংযুগ্মন আৰু ইলেক্ট্ৰন বহনৰ পাঠ্যপুথিসুলভ উদাহৰণ।

আটাইতকৈ উল্লেখযোগ্য বিভাজনটো ৰেটিনাৰ পৰা আহিছে। AIFৰ অভাৱ থকা এন্দুৰ আৰু ৰোটেননেৰে প্ৰক্ৰিয়াকৃত আলোকগ্ৰাহী কোষত, মিথিলিন ব্লুৱে ৰেটিনাৰ পুরুত্ব, আলোকগ্ৰাহীৰ চিহ্নক আৰু মাইটোকণ্ড্ৰিয়াৰ গঠন অক্ষুণ্ণ ৰাখিছিল। লগতে ই NADH আৰু NADৰ অনুপাত কমাইছিল আৰু উন্মোচিত প্ৰ’টিনৰ প্ৰতি সঁহাৰি আৰু মাইটোফেজিকে ধৰি চাপ-সঁহাৰিৰ পথসমূহৰ সক্ৰিয়তা হ্ৰাস কৰিছিল। ATPৰ ঘাটি শুধৰাই নিদিয়াকৈয়ে ই এইবোৰ কৰিছিল। শক্তি পুনৰুদ্ধাৰ নকৰাকৈ সুৰক্ষা দিয়াৰ অৰ্থ হ’ল লাভটো অতিৰিক্ত ATPৰ জৰিয়তে নহয়, ৰেডক্স ভাৰসাম্য আৰু মাইটোকণ্ড্ৰিয়াৰ অখণ্ডতাৰ জৰিয়তে আহিছিল। কলা জীয়াই থকাক শক্তি উৎপাদন পুনৰুদ্ধাৰৰ সমান বুলি ধৰিলে সেই পৰীক্ষাটোৰ সম্পূৰ্ণ ভুল ব্যাখ্যা কৰা হ’ব।

মগজুৰ মাইটোকণ্ড্ৰিয়াৰ অধ্যয়নে এই একেখন হিচাপত এটা মূল্যৰ স্তম্ভও যোগ কৰে। যিবোৰ কম ঘনত্বই জৈৱশক্তিগত অৱস্থা উন্নত কৰিছিল, সেই একেবোৰ ঘনত্বই পৰীক্ষা কৰা প্ৰতিটো অৱস্থাতে হাইড্ৰ’জেন পেৰক্সাইড উৎপাদনো বঢ়াইছিল আৰু ইয়াৰ অপসাৰণ মন্থৰ কৰিছিল। এইটো অনিৰ্দিষ্ট ৰঞ্জকৰ সলনি কেলিব্ৰেট কৰা Amplex পৰীক্ষাৰে জোখা হৈছিল। অধিক ATPৰ সৈতে অধিক অক্সিডেণ্টো একেলগে আহিছিল।

পঢ়াৰ বাবে এখন ব্যৱহাৰিক পৰীক্ষা-তালিকা

চাৰিটা প্ৰশ্নই সংযুগ্ম ফলাফলক অসংযুগ্ম ফলাফলৰ পৰা পৃথক কৰে।

প্ৰথমতে, প্ৰকৃততে কোনটো ফলসূচক জোখা হৈছিল। কেৱল অক্সিজেনৰ ব্যৱহাৰে ATPৰ বিষয়ে জনাব নোৱাৰে। ATP সংশ্লেষণ, আৱৰণ বিভৱ আৰু শ্বসন নিয়ন্ত্ৰণ অনুপাতে প্ৰত্যেকে অক্সিজেন ইলেক্ট্ৰ’ডে ধৰিব নোৱাৰা এটা এটা দিশ যোগ কৰে। মিথিলিন ব্লু গৱেষণাৰ দাবী পঢ়াৰ নিৰ্দেশিকাই ফলসূচক বাছনিৰ এই শৃংখলাবদ্ধ পদ্ধতি বিশদভাৱে ব্যাখ্যা কৰে।

দ্বিতীয়তে, কোনটো ছাবষ্ট্ৰেটে মাইটোকণ্ড্ৰিয়াক ইন্ধন যোগাইছিল। ছাক্সিনাইল CoAৰ ফলাফলে দেখুৱায় যে ইন্ধনৰ বাছনিয়ে অতিৰিক্ত শ্বসন আদৌ অতিৰিক্ত ATPলৈ ৰূপান্তৰিত হ’ব পাৰিব নে নোৱাৰে, সেয়া নিৰ্ধাৰণ কৰিব পাৰে।

তৃতীয়তে, কোন ঘনত্ব ব্যৱহাৰ কৰা হৈছিল। মগজুৰ মাইটোকণ্ড্ৰিয়াত nanomolarৰ পৰা কম micromolar ঘনত্বৰ মিথিলিন ব্লুৱে অক্সিডেণ্ট বৃদ্ধিৰ মূল্যৰ বিনিময়ত সামান্য জৈৱশক্তিগত লাভ দিছিল; যকৃতৰ মাইটোকণ্ড্ৰিয়াত আধা micromolar আৰু তাতকৈ বেছি ঘনত্বই সংযুগ্মন দুৰ্বল কৰিছিল; 5 micromolarত ফুলি উঠাৰ প্ৰভাৱো যোগ হৈছিল। ঘনত্ব কাৰ্যপ্ৰণালীৰ এটা অংশ, কেৱল পটভূমিৰ বিৱৰণ নহয়।

চতুৰ্থতে, কোনটো আৰ্হিত ফলাফলটো পোৱা গৈছিল। পৃথক কৰা মাইটোকণ্ড্ৰিয়াই ভিতৰৰ সংযোগব্যৱস্থা উন্মোচন কৰে, কিন্তু অক্ষত কোষ আৰু কলাত পৰিবহণ, বিজাৰণৰ জৰিয়তে বৰ্ণহীন ৰূপলৈ পৰিৱৰ্তন আৰু ইলেক্ট্ৰন গ্ৰহণৰ বাবে প্ৰতিযোগী পথসমূহো যোগ হয়। ঘনত্ব আৰু পৰীক্ষা-পদ্ধতিয়ে মিথিলিন ব্লুৰ প্ৰভাৱ কেনেকৈ নিৰ্ধাৰণ কৰে, সেই বিষয়কে ধৰি পৰীক্ষাগাৰৰ মাত্ৰা-নিৰ্ধাৰণ সম্পৰ্কীয় কামেই চেম্বাৰত পোৱা সংখ্যাবোৰ আৰু এজন ব্যক্তিৰ বিষয়ে কৰা যিকোনো দাবীৰ মাজৰ সেতু।

অক্সিজেনৰ ব্যৱহাৰে ইলেক্ট্ৰনৰ প্ৰবাহ সূচায়। ATPয়ে সেই প্ৰবাহৰ কিমানখিনি আহৰণ কৰা হৈছিল সেয়া সূচায়। মিথিলিন ব্লুৱে ইয়াৰ যিকোনো এটাক সলনি কৰিব পাৰে, আৰু ওপৰৰ পৰীক্ষাবোৰে ফলত দেখা দিয়া চাৰিওটা সমন্বয় দেখুৱায়: দুয়োটা বাঢ়ে, ছাবষ্ট্ৰেটে অনুমতি দিয়া ক্ষেত্ৰতহে শ্বসন বাঢ়ে, সংযুগ্মন কমি থকাৰ সময়তো শ্বসন বাঢ়ে, আৰু ATP অপৰিৱৰ্তিত হৈ থাকিলেও কলা অক্ষুণ্ণ থাকে। অক্সিজেন ইলেক্ট্ৰ’ডত দেখা সংখ্যাটো ব্যাখ্যাৰ আৰম্ভণিহে, শেষ নহয়।