Gorm meitiléine agus miteacoindrí: iompar leictreon agus an fhianaise

Samhlaigh dhá ullmhúchán taobh le taobh. Tá miteacoindrí inchinne sa dá cheann, nimhithe le rotenone, ceimiceán a bhlocálann Coimpléasc I den slabhra riospráide. Cuireann an turgnamhaí dáileog de ghorm meitiléine ag tiúchan micromolar isteach i gceann acu le pípéad. Tagann úsáid ocsaigine ar ais go páirteach. Tagann voltas an scannáin ar ais go páirteach. Tosaíonn méid beag de shintéis ATP arís. Sa chiúivéid in aice leis, insíonn braiteoir sárocsaíde an leath eile den scéal: tá méadú faoi roinnt iolraí tagtha ar aschur sárocsaíd hidrigine, ag gach dáileog a tástáladh agus le gach foshraith a triaileadh.

Tá an dá léamh ceart. Is iompróir leictreon é gorm meitiléine ar féidir leis sruth a choinneáil ag dul timpeall ar chuid dhamáistithe den slabhra riospráide, agus íoctar costas sárocsaíde as an iompar céanna. Má choinnítear an dá fhíric san áireamh ag an am céanna, is féidir ciall a bhaint as an litríocht faoi éifeacht ghorm meitiléine ar fheidhm na miteacoindrí. Mura gcoinnítear ach ceann amháin díobh san áireamh, is cosúil gur míorúilt nó bagairt atá ann, ag brath ar an bpáipéar a osclaíodh ar dtús.

An t-iompróir, mínithe go simplí

Is líne sealaíochta é an slabhra riospráide. Téann leictreoin isteach ag Coimpléasc I (ó NADH) nó ag Coimpléasc II agus ag einsímí fláivine gaolmhara (ó shúcaináit agus ó dheontóirí comhchosúla), téann siad trí Choimpléasc III chuig an iompróir soghluaiste cíteacróm c, agus ansin trí Choimpléasc IV chuig ocsaigin. Déantar prótóin a phumpáil trasna an scannáin inmheánaigh ag gach aistriú, agus is é an grádán a chruthaítear dá bharr a thiomáineann sintéis ATP. Má bhlocáiltear aon stáisiún, éiríonn an líne ar an taobh roimhe neamhghníomhach.

Feidhmíonn gorm meitiléine mar chúiréir comhthreomhar. Glacann a fhoirm ocsaídithe leictreoin ó iompróirí ar an taobh roimhe, agus déantar an fhoirm laghdaithe gan dath de, leocaghorm meitiléine. Ansin tugann an fhoirm sin na leictreoin ar aghaidh chuig an taobh ina dhiaidh agus éiríonn sí gorm arís. Déantar cur síos ar an dá fhoirm sa chuntas ar an lánúin ocsaídiúcháin-laghdúcháin, agus pléitear an t-iompar sealaíochta níos leithne sa mhíniú ginearálta ar an meicníocht. Is í an cheist atá fós oscailte ná cén áit a dtéann an cúiréir isteach sa líne arís: póca ceangailteach cuineoil Choimpléasc III, ar a dtugtar an suíomh Qo, nó cíteacróm c go díreach. Braitheann an slí amach is mó a úsáidtear ar na coinníollacha, mar a mhínítear go mion san anailís ar sheachbhóthar Choimpléasc III.

Cad a thomhais trí staidéar ar chreimirí i ndáiríre

Bhain na trí staidéar úsáid as miteacoindrí inchinne scoite, is é sin orgánaidí a baineadh den chill agus a cuireadh ar fionraí i maolán sainithe. Ní raibh cealla slána, ainmhithe ar tugadh dáileoga dóibh, ná daoine mar ábhair staidéir i gceist. Tagraíonn na tiúchana don fholcadán timpeall ar na horgánaidí, ní do dháileog bhéil do dhuine. Má choinnítear an comhthéacs sin seasta, labhraíonn na huimhreacha go soiléir.

Sa chéad staidéar, ar mhiteacoindrí inchinne scoite muc ghuine ag 100 nanomolar go 2 micromolar, mapáladh an tairbhe agus an costas in aon ullmhúchán amháin. I miteacoindrí sláintiúla, mhéadaigh an ruaim úsáid ocsaigine sa staid scíthe ach níor athraigh sí an riospráid a spreag ADP, agus mar sin níor tháinig feabhas ar aschur ATP cúpláilte. Nuair a bhí Coimpléasc I blocáilte, d'ardaigh 2 micromolar sintéis ATP ó 46 go 93 nanomoles sa nóiméad in aghaidh an mhilleagraim, i gcomparáid le gnáthráta gar do 1109. Nuair a bhí Coimpléasc III blocáilte, d'ardaigh an dáileog chéanna ATP ó thart ar 46 go 63, i gcomparáid le gnáthráta gar do 910. Tháinig voltas agus iontógáil cailciam ar ais go páirteach. Níorbh fhéidir blocáil Choimpléasc IV le ciainíd a sheachaint, rud a chuireann an slí amach úsáideach do leictreoin roimh Choimpléasc IV atá ag feidhmiú. Bhí gach tarrtháil fíor ó thaobh staitistice de ach beag: céatadáin aon digite den ghnáthaschur ATP.

Sa dara staidéar, ar mhiteacoindrí choirtéis inchinne lucha ag thart ar 1 micromolar, dearbhaíodh seachbhóthar Choimpléasc I agus leagadh teorainn ag Coimpléasc III. Laghdaigh rotenone an riospráid ó thart ar 121 go níos lú ná 2 nanomoles ocsaigine sa nóiméad in aghaidh an mhilleagraim, agus d'ardaigh an ruaim í go thart ar 21, tuairim is an séú cuid den ghnáthráta, agus tháinig voltas an scannáin ar ais beagnach go hiomlán. Ach tar éis blocáil Choimpléasc III, níor tháinig an riospráid ná an voltas ar ais idir 1 agus 5 micromolar, agus chuir an bhlocáil an comhartha sárocsaíde a thiomáin an ruaim faoi chois. Mhol na húdair go dtugann an ruaim laghdaithe a cuid leictreon chuig suíomh Qo Choimpléasc III: nuair atá an suíomh sin gafa, níl aon áit ag an gcúiréir lena sheachadadh a dhéanamh.

Sa tríú staidéar, ar mhiteacoindrí inchinne lucha, francach agus muc ghuine ag 2 micromolar den chuid is mó, tástáladh an t-easaontas go díreach agus fuarthas amach gur féidir blocáil Choimpléasc III a thrasnú. Nuair a laghdaigh myxothiazol, coscaire ar an suíomh Qo, an riospráid bhunúsach faoi 88 faoin gcéad, thug an ruaim úsáid ocsaigine ar ais go thart ar 62 faoin gcéad den ráta gan bhlocáil. I dtástáil dhíreach, laghdaigh leath micromolar cíteacróm c eisigineach fiú nuair a bhí Coimpléasc III blocáilte, rud a thacaíonn le bealach ó NADH tríd an ruaim chuig cíteacróm c agus ar aghaidh chuig Coimpléasc IV. Ach bhí iompar mínormálta ag an riospráid a tarrtháladh: laghdaigh ADP breise úsáid ocsaigine seachas í a mhéadú, agus spreag blocáil shintéis ATP an riospráid. Níor athpholaraíodh an voltas ach go páirteach. Ní gnáththáirgeadh fuinnimh í úsáid ard ocsaigine le cúpláil inbhéartaithe.

Cén fáth a bhfuil na saotharlanna in easaontas, agus cad a réitíonn é

Teipeann ar an míniú bunaithe ar speiceas ar dtús. Rinne an tríú grúpa an obair arís i dtrí chreimire agus fuair siad an seachbhóthar cáilíochtúil céanna i ngach ceann acu, lena n-áirítear an tréithchineál lucha inar tuairiscíodh roimhe sin nach raibh an seachbhóthar ann. Is iad na difríochtaí eile ná tiúchan (1 i gcomparáid le 2 micromolar), dáileoga coscairí, maoláin, modhanna scoite agus, thar aon rud eile, an staid fuinnimh a cuireadh i gcomparáid: is soiléire an seachbhóthar sula gcuirtear ADP leis, go díreach san áit a bhfeictear an fhreagairt pharadacsúil ar ADP. Dá bhrí sin, léiríonn léaráid ionraic dhá shlí amach atá ag brath ar na coinníollacha, ceann ag an suíomh Qo agus ceann ag cíteacróm c. Déanann an cúiréir a sheachadadh san áit a gceadaíonn an cheimic áitiúil dó é a dhéanamh.

An costas sárocsaíde

Tá taobh an chostais chomh comhsheasmhach le taobh na tarrthála. San obair ar mhuca guine, mhéadaigh an ruaim scaoileadh sárocsaíde faoi gach coinníoll a tástáladh: sa staid scíthe, le linn sintéis ATP agus nuair a bhí feidhm lagaithe go ceimiceach, leis na trí fhoshraith go léir. Le linn sintéis ATP, d'ardaigh an t-aschur ó thart ar 148 go breis agus 1500 picomoles sa nóiméad in aghaidh an mhilleagraim ag 1 micromolar, agus mhéadaigh fiú 100 nanomolar an comhartha go breis agus ceithre oiread. Mhoilligh an ruaim diúscairt sárocsaíde faoi fhachtóir de thart ar 2.6 freisin, mar sin léiríonn an comhartha foirmiú níos tapúla agus imréiteach níos moille araon. Is é an mheicníocht cheimiceach atá molta ná laghdú díreach ocsaigine ag an ruaim laghdaithe gan sár-ocsaíd inbhraite, cé gur léirmhíniú é sin fós seachas céim chruthaithe.

Cuireann an obair ar lucha castacht úsáideach leis an bpictiúr. D'ardaigh sárocsaíd go géar leis an dáileog, ó bhonnlíne gar do 76 go beagnach 2000 picomoles sa nóiméad in aghaidh an mhilleagraim ag 2 micromolar, ach chuir blocáil Choimpléasc III an chomhpháirt a thiomáin an ruaim faoi chois. Dá dtiocfadh sárocsaíd ón ruaim laghdaithe ag imoibriú le hocsaigin amháin, níor cheart go mbeadh an oiread sin tionchair ag blocáil an tslabhra. Tá an tionchar sin aici, mar sin tá an slabhra páirteach ann. Cuireann an t-athbhreithniú ar ghníomhaíocht fhrithocsaídiúcháin agus phró-ocsaídiúcháin an déacht seo i gcomhthéacs níos leithne, agus míníonn an anailís ar ocsaigin i gcomparáid le ATP cén fáth nach leor uimhreacha ocsaigine leo féin riamh chun éileamh faoi fhuinneamh a dheimhniú.

Ní hionann tarrtháil agus deisiú

Is í an abairt ba cheart a chur ar leataobh ná "an ndeisíonn gorm meitiléine miteacoindrí". Bheadh ceartú marthanach i gceist le deisiú: coimpléisc atógtha, cúpláil a mhaireann tar éis don druga imeacht, téarnamh i gcealla slána, agus ansin feidhm fheabhsaithe in orgánach beo. Ní léiríonn aon cheann de na trí pháipéar é sin. Léiríonn siad athródú géar in orgánaidí atá scoite as an nua le linn blocáil cheimiceach shaorga, le haschur ATP nach bhfuil ann ach codáin bheaga den ghnáthaschur agus le cúpláil atá fíor-aisteach uaireanta. Is uirlisí saotharlainne iad rotenone agus antimycin, ní múnlaí den aosú ná de ghalar miteacoindreach i ndaoine, agus ní thugann aon rud anseo le fios go mbeadh níos mó fuinnimh ag duine sláintiúil. Is ceist ar leith faoin bhfianaise í sin, a bhfuil a litríocht féin ar dhaoine aici.

Coinníonn trí theorainn aon chonclúid faoin mbith-hacáil ionraic. Ar an gcéad dul síos, ní dáileog é tiúchan sa fholcadán: ní insíonn 0.1 go 2 micromolar timpeall ar orgánaidí scoite aon rud faoin méid a thógtar ó bhéal a chruthódh an tiúchan saor sin ag miteacoindre in inchinn duine, go háirithe ós rud é go gcarnann an ruaim nó go scaoiltear í ag brath ar voltas an scannáin féin. Ar an dara dul síos, ní fuinneamh í ocsaigin: is féidir leis an ruaim úsáid ocsaigine a mhéadú trí thimthriallú agus sceitheadh chomh maith le fosfarú táirgiúil, mar sin ní féidir le riospiriméadracht gan léamha ATP agus voltais údar a thabhairt d'éileamh faoi fhuinneamh. Ar an tríú dul síos, ní mór an tairbhe agus an t-ualach a lua san abairt chéanna: aon ráiteas faoi voltas nó ATP a tarrtháladh a fhágann an méadú comhuaineach ar shárocsaíd ar lár, tugann sé tuairisc mhícheart ar an turgnamh. I measc na gcáilíochtaí gaolmhara tá cothromaíocht ocsaídiúcháin-laghdúcháin NAD, cruth na freagartha ar dháileog agus an treoir maidir le measúnachtaí.

Fonóta praiticiúil amháin: is airí de chuid an mhóilín bheacht seo é iompar na leictreon. Tá comhdhúile gaolmhara dímheitilithe ar nós Azure B gníomhach ó thaobh ocsaídiúcháin-laghdúcháin de freisin, ach tá iompar difriúil acu, mar sin is turgnamh difriúil é tuaslagán atá díghrádaithe go páirteach seachas ruaim shlán. Sin cúis amháin le sonraíocht iomlán na cógaschóipe agus doiciméad baisce foilsithe a éileamh, seachas scagthástáil do mhiotail amháin. Cuireann ceimic a thiomáintear le solas foláireamh comhthreomhar leis seo i gcás úsáidí faoi shoilsiú, a phléitear faoi chomhcheangail le solas dearg.

Seasann an t-éileamh cúng in ainneoin an méid sin go léir agus is fiú é a choinneáil: is féidir le gorm meitiléine feidhmiú mar chúiréir leictreon faoi choinníollacha áirithe i miteacoindrí scoite damáistithe, ag caomhnú an tsreafa go páirteach ar chostas sárocsaíde. Tá gach rud thairis sin, fuinneamh, fad saoil, deisiú, fós ag fanacht ar fhianaise nár ceapadh na staidéir seo riamh lena soláthar.