Artikulua
Metileno-urdina antioxidatzaile eta prooxidatzaile gisa: zerk aldatzen du emaitza?
Demagun bi laborategik koloratzaile urdin bera probatzen dutela eta kontrako emaitzak jakinarazten dituztela. Lehenengoan, garuneko mitokondria isolatuek arnasketa hobea dute eta ATP gehiago sortzen dute. Bigarrenean, prestakin berak askoz hidrogeno peroxido gehiago askatzen du. Bi txostenak zuzenak dira. Ziklo bera bi muturretatik ikusita deskribatzen dute, eta nahasmena irakurleek mutur bat historia osotzat hartzen dutenean hasten da.
Akatsa molekulari zein etiketa dagokion galdetzea da. Metileno-urdina elektroien bitartekaria da, zelula-biologian dituen itu biologikoen mapak testuinguru zabalago batean erakusten duenez. Koloratzaile oxidatuak elektroiak hartzen ditu eta leucoMB koloregabe bihurtzen da. LeucoMB-k elektroi horiek beste hartzaile bati ematen dizkio eta berriro urdin bihurtzen da. Ikusten duzuna elektroiak nork ematen dituen, nork hartzen dituen eta sistemak bidean sortutako hidrogeno peroxidoa ezabatzeko duen gaitasunaren araberakoa da. Egin beharreko galdera ez da inoiz koloratzailea antioxidatzailea ote den. Galdera da baldintzek bitartekari horri zer egiten uzten dioten.
Bi aurpegiak sortzen dituen zikloa
Ilunpean, oinarrizko zikloa laburra da. NADH-k, NADPH-k edo arnas kateko garraiatzaileek koloratzailea erreduzitzen dute. Ondoren, koloratzaile erreduzituak elkarren lehian dauden irteerak ditu. Elektroiak c zitokromoari pasa diezazkioke, eta hondatutako konplexu bat saihestuz fluxua mantentzen lagundu; horregatik, arnasketa eta mintz-potentziala neurri batean leheneratzen dira I edo III konplexua blokeatuta dagoenean. Edo elektroiak zuzenean oxigenoari pasa diezazkioke, forma urdina birsortuz eta hidrogeno peroxidoa sortuz. Koloratzailea birsortzen denez, kantitate txiki batek ziklo hori askotan errepika dezake, baliokide erreduzitzaileak etengabe kontsumituz eta peroxidoa etengabe sortuz.
Beste bi adarrek erabat aldatzen dute kimika. Kobre edo burdina askeak hedatu daitekeen peroxido hori tokiko oxidatzaile askoz suntsitzaileago bihurtzen du, Fenton motako erreakzioen bidez. Argi gorriak beste adar fotokimiko bat irekitzen du: koloratzaile kitzikatuak energia oxigenoari transferitzen dio eta oxigeno singletea sortzen du; espezie hori xehe aztertzen da I eta II motako fotokimikaren azalpenean. Ilunpeko redox zikloa, metalek areagotutako kaltea eta kalte fotodinamikoa hiru mekanismo desberdin dira, abiapuntuko molekula bera partekatzen dutenak.
Baldintzen eta emaitzen matrizea
Beheko taula da gordetzeko baliabidea. Errenkada bakoitzak aldagai bat, emaitza zer norabidetan bultzatzen duen eta horren atzean dagoen esperimentua jasotzen ditu. Positiboak babesaren edo hobekuntzaren adierazle den neurketa-emaitza esan nahi du. Kaltegarriak oxidatzaile gehiago, erreserben agortze handiagoa edo kalte gehiago esan nahi du.
| Baldintza | Emaitzaren norabidea | Esperimentuak erakutsi zuena |
|---|---|---|
| Kontzentrazio baxua, 0.1 eta 1 uM artean, mitokondria isolatuak | Bioenergetika positiboa eta peroxido gehiago | 0.1 uM-k oxigeno-kontsumoa hobetu zuen arratoi osasuntsuen eta diabetikoen bihotzeko mitokondrietan; 100 nM eta 1 uM arteko kontzentrazioek ATP, mintz-potentziala eta kaltzioaren hartzea neurri batean leheneratu zituzten garuneko mitokondria blokeatuetan, eta peroxido-askapena baldintza guztietan igo zen |
| Kontzentrazio handiagoa, 5 uM-tik gora, glukosarik gabeko zelulak | Seinale oxidatzaile kaltegarria | Glukosarik ez zegoenean, zelula endotelialek ROS zunda orokor bat oxidatu zuten eta glutation erreduzitua galdu zuten 5 uM-tik gora; glukosa gehitzeak biak eragotzi zituen |
| I konplexuaren substratuak (glutamatoa eta malatoa) | Peroxido gehiago | Garuneko eta bihotzeko mitokondriei buruzko lanek peroxido-askapen handiagoa aurkitu zuten NADH-ri lotutako substratuekin |
| Sukzinatoa eta rotenona, bihotzeko mitokondriak, 0.1 uM | Peroxido gutxiago protokolo horretan | Multzoko peroxido-neurketen artean emaitza argi eta garbi antioxidatzailea izan zuen bakarra; kontuan izan protokoloak rotenona barne hartzen zuela eta beste ehun bat erabiltzen zuela, beraz substratuak bakarrik ez du azaltzen |
| Argi gorria, 20 uM eta 630 nm | DNAren kalte kaltegarria | 20 uM-rekin ilunpean ez zen DNA mitokondrialaren lesio esanguratsurik egon; kontzentrazio berak argi gorriarekin probatutako zati guztiak kaltetu zituen |
| Oso kontzentrazio handia ilunpean, 100 uM | DNAren kalte selektibo kaltegarria | DNA mitokondrialaren lesio selektiboak purina ugariko sekuentzietan; jauzi nabarmena peroxidoaren seinale nanomolarrarekiko |
| Kobrea edo burdina eta NADH, zelularik gabeko DNA | Lesio oxidatibo kaltegarriak | Kobreak kaltea p53-ren puntu bero bateko sekuentziara bideratu zuen; burdina-EDTAk kalte zabala eragin zuen; katalasak eta metal-kelatzaileek dagozkien bideak blokeatu zituzten; guanina oxidatua handitu zen |
| Glukosa presente, zelula osoak | Moteltze babeslea, zikloa azkarragoa izan arren | Glukosak koloratzailearen erredukzioa handitu zuen, baina estres garbia jaitsi zuen; hori bat dator pentosa fosfatoen bideak birziklatze antioxidatzailerako NADPH hornitzearekin |
| Askorbatoz kargatutako zelulak | Mistoa: askorbatoa kontsumitu zen, zundaren seinalea moteldu zen | Koloratzaileak zelula barneko askorbatoa pixkanaka oxidatu zuen, glukosa presente egonda ere, zundaren oxidazioa neurri batean murrizten zuen bitartean; defentsa-erreserbek ordaindu zuten kostua |
| Rotenonarekin aurrez tratatutako animaliak, koloratzailea lehenago emanda | Ehunaren emaitza positiboa | Koloratzailearekin aurretiko tratamenduak rotenonak eragindako DNA mitokondrialaren lesioak murriztu zituen saguen mesentzefaloan, mitokondria isolatuetan peroxidoa handitu arren |
Errenkaden arteko eredua da gakoa. Peroxido-ekoizpena eta babes biologikoa ardatz bereiziak dira. Tratamendu batek emaitza kaltegarria izan dezake lehenengoan eta positiboa bigarrenean, aldi berean.
Zergatik ematen dituen dosi berak erantzun desberdinak
Kontzentrazioak elektroien garraio-ahalmena ezartzen du, ez azken emaitza. Garuneko mitokondrien peroxido-askapena modu detektagarrian igo zen 50 nM-tik gora garuneko mitokondria osoei buruzko lanean; DNA mitokondrialaren kalte nabarmenak, aldiz, 100 uM behar izan zituen ilunpean. Lehen seinalearen eta genotoxikotasunaren artean gutxi gorabehera bi mila aldizko aldea dago, baina hori ez da segurtasun-marjina. Neurtutako parametroak, konpartimentuak eta esposizio-denborak desberdinak dira; beraz, zenbakiek fenomeno desberdinak adierazten dituzte, ez kurba bakarreko puntuak. Dosi-erantzunaren eztabaidak seinale baxuaren eta kalte handiaren arteko halako aldea hormesiaren testuinguru zabalagoan kokatzen du.
Substratuak erabakitzen du elektroiak nondik sartzen diren. NADH-ri lotutako erregaiek baliokide erreduzitzaile ugari ematen dizkiote koloratzaileari, bai saihesbide erabilgarrirako, bai oxigenoarekiko erreakzio xahutzailerako. Maiz aipatzen den laburpenak —sukzinatoak koloratzailea antioxidatzaile bihurtzen duela eta glutamatoak prooxidatzaile— datuek diotena baino gehiago ondorioztatzen du. Izan ere, bihotzari buruzko azterlanean sukzinatoarekin peroxidoa neurtzeko baldintzak rotenona ere barne hartzen zuen, eta beste ehun eta dosi bat erabiltzen zituen, substratu eta arnasketa-egoera guztietan peroxido handiagoa aurkitu zuen garunari buruzko lanarekin alderatuta.
Argiak mekanismoa aldatzen du, ez soilik magnitudea. Multzoko kontrasterik argiena hau da: 20 uM-k ilunpean ez zien DNA mitokondrialaren zatiei kalte detektagarririk eragin, baina 20 uM-k argi gorripean guztiak kaltetu zituen. Argiztatutako esperimentu bat ilunpeko batekin alderatzen duenak fotokimika eta redox zikloa alderatzen ditu.
Metalek oxidatzailea eraldatzen dute. Metalik gabe, koloratzailearen ilunpeko zikloak peroxidoa sortzen du, hedatu daitekeen molekula bat, zelulek seinale gisa ere erabiltzen dutena. Kobre edo burdina eskuragarria dagoenean, NADH-k erreduzitutako koloratzaileak metalaren erredukzioa elikatzen du, eta metal erreduzituak peroxidoa aktibatzen du, DNAren ondoan hidroxilo motako edo kobre-peroxido espezieak sortuz. Horrela sortu zituen NADH-rekin eta metal-ioiekin egindako zelularik gabeko lanak bai puntu beroetako DNAren kalte selektiboak, bai kalte zabalak, abiapuntuko koloratzaile beretik. Konpartimentuak metalak nola kudeatzen dituen, eta ez koloratzaileak bakarrik, erabakitzen du adar horrek garrantzirik duen.
Erregaiaren eskuragarritasunak erabakitzen du zelulak kostua ordaindu dezakeen. 2 eta 20 uM arteko koloratzaile-kontzentrazioen eraginpean jarritako zelula endotelialetan, glukosa kentzeak kostu oxidatzailea agerian utzi zuen, eta glukosa hornitzeak ezabatu egin zuen, nahiz eta glukosak koloratzailearen erredukzioa ere bizkortu. Baliabidez hornitutako defentsekin ziklo azkarragoa izatea hobea da defentsa agortuekin ziklo motelagoa izatea baino. Glukosaren edo NADPH-ren egoera aipatzen ez duen edozein baieztapen oxidatzaile osatugabetzat hartu.
Ehunak erabakitzen du zer baliabide biologiko dauden. Zelula endotelialek NADPH birsortzen dute glukosaren metabolismoaren bidez, eta antioxidatzaile-erreserba zitosolikoak dituzte. Mitokondria isolatuek ez dute horrelakorik. DNA araztuak konponketa-mekanismorik ere ez du. Prestakin bateko emaitza batek gutxi iragartzen du besteei buruz; horregatik, ehun bakoitzaren erantzun espezifikoei buruz aurreikusitako artikuluak sistema horiek bereizita mantendu beharko ditu.
Zuzeneko neurketa ez da ondorengo defentsa-erantzuna
Idazki askok bateratu egiten dituzte esperimentuek bereizita mantentzen dituzten bi maila. Maila batek zenbat oxidatzaile agertu den galdetzen du. Besteak, zelulak nola erantzun duen.
Amplex motako peroxido-saiakuntzak lehen mailatik hurbilen daude, eta horiek ere fluxu garbia neurtzen dute: ekoizpena ken suntsipena ken esportazioa. Garuneko mitokondrien azterlanak bi aldeetan aldaketak aurkitu zituen: peroxido gehiago sortu zen, eta gehitutako peroxido-bolus bat motelago ezabatu zen. Aurrerago daude glutationaren oxidazioa, askorbatoaren kontsumoa, guanina oxidatua eta polimerasa blokeatzen duten DNAren lesioak. Urrats bakoitzak biologia gehiago tartekatzen du oxidatzailearen eta neurketa-emaitzaren artean.
Nrf2-k bultzatutako entzima antioxidatzaileak eta biogenesi mitokondriala bigarren mailan daude. Peroxido-pultsu arin batek abiaraz ditzakeen egokitzapen-programak dira, eta garuneko mitokondrien babesari buruzko azterlanaren egileek estres arin hori bera proposatzen dute eragile gisa. Hala ere, ohartarazten dute Nrf2-ren bidezko kausa-katea aurreko lanetan oinarritzen dela, ez beren frogapen osoan. Proteina berrien bidez ordu batzuk geroago iristen den babesak ez du esan nahi hasierako kimika antioxidatzailea zenik. Esan nahi du gertaera prooxidatzaile txiki batek defentsa handiagoa ahalbidetu zuela. Halako baieztapenak irakurtzeko zuhurtzia-irizpideak, saiakuntzen mugak eta prestakinen arteko aldeak barne, metileno-urdinari buruzko ikerketa irakurtzeko gidaren gaia dira.
Zergatik ez datozen saiakuntzak bat
Dihidrofluoreszeina bezalako zunda orokor batek zundaren oxidazio orokorra adierazten du, ez peroxido-kontzentrazioa. Peroxidasa- eta hemo-kimikaren araberakoa da, eta Amplex saiakuntza kalibratu batek detektatzen duen peroxido-igoera bat ez detektatzea gerta daiteke. Garuneko mitokondrien azterlanak peroxido askoz handiagoa ikusi zuen, superoxidoaren seinalean pareko igoerarik gabe; hori ohartarazpena da koloratzaile bakarrean oinarritutako edozein baieztapen antioxidatzaile aipatzean. Gainjartze optikoa kontrolatu beharreko alderdi legitimoa da, koloratzaileak argi ikusgaia xurgatzen baitu ohiko kitzikapen- eta igorpen-banden inguruan. Baina azterlan arduratsuak peroxido-kantitate ezagunekin kalibratu zuen, kitzikapenarekiko esposizioa murriztu zuen seinalea apenas aldatuta, eta beste elektrodo baten bidez baieztatu zuen peroxidoa motelago ezabatzen zela. Interferentzia egiaztatu beharreko kontrola da, ez emaitzak automatikoki baztertzeko arrazoia.
Kaltzioaren emaitzak zehaztasun-behar bera erakusten du. Koloratzailearen erabilera akutuak ez zuen iragazkortasun-trantsizioaren aurreko kaltzio-karga osoa aldatu bihotzari buruzko azterlanean; hala ere, kaltzioaren hartze-tasa hobetu zuen garuneko mitokondria blokeatuetan, diabetesa ardatz zuen bihotzeko mitokondrien azterlanean. Neurtutako parametro desberdinak, sistema desberdinak, kontraesanik ez.
Ondorio batez fidatu aurreko egiaztapen-zerrenda
Hartu antioxidatzaile edo prooxidatzaile izaerari buruzko ondorio bakoitza sistema bati buruzko txosten gisa, eta egin bost galdera. Zer kontzentraziotan eta zer konpartimentutan. Zer elektroi-emailerekin eta zer hartzaile lehiakiderekin. Argitan edo ilunpean, eta zer uhin-luzera eta dosirekin. Zer metal eskuragarri daudela, eta zer erregai- eta antioxidatzaile-erreserba hornituta. Eta zer saiakuntzarekin, oxidatzaile-fluxua, kaltea edo egokitzapen-erantzuna neurtuz. Aldatu erantzun bakar bat, eta molekula bera matrizean babesle izatetik kaltegarri izatera pasa daiteke, inolako paradoxarik gabe.