An gciallaíonn tomhaltas níos mó ocsaigine níos mó ATP? Ceachtanna ó staidéir ar ghorm meitiléine

Tá miteacoindre leithlisithe i seomra ina bhfuil breosla ach gan ADP. Ídíonn sí ocsaigin go mall. Cuir ADP isteach agus méadaíonn tomhaltas ocsaigine faoi roinnt oiread. Fan go mbeidh an ADP ídithe agus titeann tomhaltas ocsaigine arís. Níor athraigh an breosla riamh. Níor athraigh ach an t-éileamh ar ATP.

Tá an t-idirdhealú iomlán atá faoi chaibidil san alt seo le feiceáil sa seicheamh beag sin. Tomhaiseann tomhaltas ocsaigine cé chomh tapa agus a shreabhann leictreoin tríd an slabhra riospráide chuig ocsaigin. Tomhaiseann táirgeadh ATP cé mhéad den sreabhadh sin a ghabhtar mar fhuinneamh inúsáidte. Tá céim idirmheánach i bpáirt acu: an grádán prótón trasna scannán inmheánach na miteacoindre. Is féidir le haon rud a athraíonn cé chomh dlúth agus atá an grádán cúpláilte le sintéis ATP an dá chríochphointe a bhogadh i dtreonna difriúla. Is áis mhaith teagaisc é gorm meitiléine anseo toisc gur breathnaíodh an dá phatrún leis: méadú ar úsáid ocsaigine agus ar ATP le chéile i roinnt ullmhóidí, agus méadú ar úsáid ocsaigine agus ATP gan athrú nó ag titim i gcinn eile.

Is féidir le léitheoirí ar mian leo an pictiúr níos leithne den aistriú leictreon a fháil ar dtús tosú leis an gcaoi a n-iompraíonn gorm meitiléine leictreoin tríd an slabhra riospráide. Is féidir le léitheoirí ar mian leo téarmaíocht na dturgnamh luath ocsaigine a thuiscint léamh faoin méid a léirigh na chéad tomhais riospráide i ndáiríre.

Riospráid, ATP, agus an grádán eatarthu

Téann leictreoin ó NADH agus FADH2 isteach sa slabhra ag coimpléisc I agus II, téann siad trí choimpléasc III chuig cíteacróm c, agus ansin trí choimpléasc IV chuig ocsaigin. Déanann an fuinneamh a scaoiltear ag coimpléisc I, III, agus IV prótóin a phumpáil amach as an maitrís isteach sa spás idirscannánach. Is é an scaradh sin ó thaobh luchta agus aigéadachta de fórsa tiomána na bprótón, agus is í an chuid leictreach de, poitéinseal an scannáin, an chuid is mó de de ghnáth.

Ligeann siontáis ATP do phrótóin sreabhadh ar ais isteach sa maitrís agus úsáideann sí an fuinneamh a scaoiltear chun ADP agus fosfáit a cheangal le chéile ina ATP. Mar sin, seo é an slabhra:

tomhaltas ocsaigine, ansin pumpáil prótón, ansin grádán, ansin sintéis ATP.

Is é an deacracht ná gur féidir le prótóin filleadh ar bhealaí eile. Is sceitheadh prótón é aon fhilleadh a sheachnaíonn siontáis ATP. Cuireann sceitheadh iallach ar an slabhra na prótóin chéanna a phumpáil arís chun poitéinseal an scannáin a choinneáil seasmhach, rud a ídíonn níos mó ocsaigine gan níos mó ATP a dhéanamh. Is díchúpláil é sceitheadh atá láidir go leor: méadaíonn úsáid ocsaigine agus fanann ATP gan athrú nó titeann sé, agus scaoiltear an fuinneamh amú mar theas.

Staid 3, staid 4, agus an cóimheas rialaithe riospráide

Tagann an téarmaíocht chlasaiceach seo ó mhiteacoindrí leithlisithe. Is é staid 3 riospráid agus foshraith agus ADP i láthair: laghdaíonn siontáis ATP an grádán, íslíonn poitéinseal an scannáin, luasann an slabhra chun é a atógáil, agus bíonn úsáid ocsaigine ard toisc go bhfuil ATP á dhéanamh. Is é staid 4 riospráid tar éis don ADP a bheith ídithe: bíonn siontáis ATP díomhaoin, méadaíonn an grádán, cuireann an poitéinseal ard scannáin in aghaidh tuilleadh pumpála, agus titeann úsáid ocsaigine go dtí an leibhéal atá ag teastáil chun an sceitheadh a chúiteamh.

Dá bhrí sin, léiríonn an cóimheas rialaithe riospráide, staid 3 roinnte ar staid 4, cé chomh dlúth agus atá an ullmhóid cúpláilte. Ciallaíonn cóimheas ard go rialaíonn ADP an riospráid go láidir. Má thiteann an cóimheas agus staid 4 ag ardú, tá an sceitheadh ag teacht i gceannas. Is tríd an léargas seo a thagann ciall as torthaí an ghorm meitiléine thíos.

Is fiú samhail mheabhrach amháin a choinneáil i gcuimhne. Moillíonn poitéinseal ard scannáin an slabhra. Luasaíonn ídiú an phoitéinsil é. Freagraíonn an slabhra don deacracht a bhaineann leis an bpumpáil, ní go díreach don cheist an bhfuil ATP á dhéanamh.

Nuair a athraíonn na críochphointí le chéile

Tagann an sampla cúpláilte is soiléire ó mhiteacoindrí leithlisithe ó inchinn mhuice guine agus coimpléisc riospráide blocáilte iontu. Ag 100 nanomolar go 1 micromolar de ghorm meitiléine, mhéadaigh tomhaltas ocsaigine ag fos le glutamáit agus maláit le chéile, sucaináit, nó gliocrófhosfáit mar bhreosla, agus níor athraigh an riospráid a spreag ADP. I miteacoindrí a bhí nimhithe ag coimpléasc I nó coimpléasc III, mhéadaigh an ruaim táirgeadh ATP go measartha, d'athbhunaigh sí poitéinseal an scannáin, agus d'fheabhsaigh sí glacadh cailciam. Is aicearra é an bealach atá molta: glacann an ruaim le leictreoin roimh an mbac agus tugann sí do chíteacróm c iad, ag seachaint an choimpléisc dhamáistithe.

Úsáideann an dara cás cúpláilte foinse ATP atá go hiomlán difriúil. I miteacoindrí leithlisithe ón inchinn agus siontáis ATP coiscthe iontu, spreag gorm meitiléine riospráid fós ar gach foshraith a tástáladh. Ach níor mhéadaigh sintéis ATP ach ar alfa-céataglutaráit agus glutamáit, an dá fhoshraith a fhoirmíonn suicinil-CoA. Agus olaigimícin ag blocáil siontáis ATP, tháinig an ATP breise ó fhosfarú ar leibhéal na foshraithe ag liogáis suicinil-CoA i dtimthriall an aigéid citrigh, ní ó fhosfarú ocsaídiúcháin. D'athbhunaigh an ruaim poitéinseal an scannáin freisin nuair a coisceadh coimpléasc I agus siontáis ATP le chéile. Anseo, d'athraigh úsáid ocsaigine agus ATP le chéile, ach amháin nuair a cheadaigh an fhoshraith an dara bealach táirgthe ATP. Ar shucaináit nó maláit, mhéadaigh riospráid gan ATP breise. An ruaim chéanna, an seomra céanna, breosla difriúil, freagra difriúil.

Nuair a scarann na críochphointí óna chéile

Tá na cásanna ina scarann siad óna chéile chomh foilsithe céanna agus chomh teagascach céanna. I staidéar ó 1997 ar mhiteacoindrí leithlisithe ó ae francaigh, luathaigh gorm meitiléine riospráid staid 4 i miteacoindrí a bhí cúpláilte go dlúth agus a bhí ag riospráid ar shucaináit, rud a d'ísligh an cóimheas rialaithe riospráide. Bhí an éifeacht le feiceáil ó 0.5 micromolar agus bhí sí láidir ag 5 micromolar, tiúchan gar do leibhéil plasma tar éis bólais infhéitheach 100 milligram. Ag 5 micromolar, d'at na miteacoindrí freisin, cé gur tháinig an locht cúplála chun cinn ar dtús ag tiúchain níos ísle. Tugann sé sin le fios gur tháinig an sceitheadh roimh an damáiste struchtúrach seachas mar thoradh air. I miteacoindrí díchúpláilte, spreag an ruaim riospráid ar bhealach a bhí spleách ar an tiúchan agus a raibh teorainn sáithiúcháin leis. Mhéadaigh úsáid ocsaigine sa dá ullmhóid. Níor mhéadaigh sintéis ATP in aghaidh an mhéid ocsaigine a ídíodh. Is sampla téacsleabhair é sin de dhíchúpláil agus iompar leictreon le chéile, sa mhóilín céanna.

Tagann an scaradh is suntasaí ón reitine. I lucha a raibh easnamh AIF orthu agus cealla fótaighabhdóra a cóireáladh le róitéanón, chaomhnaigh gorm meitiléine tiús na reitine, marcóirí fótaighabhdóirí, agus struchtúr na miteacoindrí. D'ísligh sé an cóimheas NADH le NAD freisin agus mhaolaigh sé conairí struis, lena n-áirítear freagairt na bpróitéiní neamhfhillte agus miteafagaíocht. Rinne sé amhlaidh gan an t-easnamh ATP a cheartú. Ciallaíonn cosaint gan athbhunú fuinnimh gur tháinig an tairbhe trí chothromaíocht ocsaídiúcháin-laghdúcháin agus sláine na miteacoindrí, ní trí ATP breise. Bheadh an turgnamh sin á mhíléamh go hiomlán ag aon duine a mheasfadh gurb ionann maireachtáil an fhíocháin agus aschur fuinnimh athbhunaithe.

Cuireann an obair ar mhiteacoindrí na hinchinne colún costais leis an gcuntas céanna. Mhéadaigh na tiúchain ísle chéanna a d'fheabhsaigh an bhithfhuinneamaíocht giniúint sárocsaíde hidrigine freisin faoi gach coinníoll a tástáladh agus mhoilligh siad a díothú. Tomhaiseadh é sin le measúnacht Amplex chalabraithe seachas le ruaim neamhshonrach. Tháinig níos mó ATP agus níos mó ocsaídeora mar phéire.

Seicliosta praiticiúil don léitheoireacht

Déanann ceithre cheist idirdhealú idir toradh cúpláilte agus toradh díchúpláilte.

Ar an gcéad dul síos, cén críochphointe a tomhaiseadh i ndáiríre? Ní féidir le tomhaltas ocsaigine amháin eolas a thabhairt faoi ATP. Tugann sintéis ATP, poitéinseal an scannáin, agus an cóimheas rialaithe riospráide píosa eolais an ceann nach féidir leis an leictreoid ocsaigine a fheiceáil. Míníonn an treoir maidir le maímh taighde ar ghorm meitiléine a léamh an cur chuige seo i leith críochphointí go mion.

Ar an dara dul síos, cén fhoshraith a chothaigh na miteacoindrí? Léiríonn toradh suicinil-CoA gur féidir le rogha an bhreosla a chinneadh an féidir le riospráid bhreise ATP breise a tháirgeadh ar chor ar bith.

Ar an tríú dul síos, cén tiúchan a úsáideadh? Thug gorm meitiléine sa raon nanomolar go micromolar íseal i miteacoindrí na hinchinne gnóthachain mheasartha bhithfhuinneamacha agus costas ocsaídeora ag gabháil leo; lagaigh leath micromolar agus os a chionn an chúpláil i miteacoindrí an ae; chuir 5 micromolar at leis. Is cuid den mheicníocht é an tiúchan, ní mionsonra cúlra.

Ar an gceathrú dul síos, cén tsamhail inar léiríodh an toradh? Léiríonn miteacoindrí leithlisithe an leagan amach inmheánach, ach cuireann cealla agus fíocháin shlána iompar, laghdú chuig an bhfoirm gan dath, agus bealaí iomaíocha glactha leictreon leis. Is í obair shaotharlainne ar dháileoga, lena n-áirítear an chaoi a múnlaíonn tiúchan agus prótacal éifeachtaí an ghorm meitiléine, an droichead idir na huimhreacha sa seomra agus aon mhaíomh faoi dhuine.

Léiríonn tomhaltas ocsaigine sreabhadh leictreon. Léiríonn ATP cé mhéad den sreabhadh sin a gabhadh. Is féidir le gorm meitiléine ceachtar acu a athrú, agus léiríonn na turgnaimh thuas na ceithre theaglaim a leanann: méadaíonn an dá cheann, méadaíonn riospráid ach amháin nuair a cheadaíonn an fhoshraith é, méadaíonn riospráid agus laghdaíonn cúpláil, agus caomhnaítear fíochán agus fanann ATP gan athrú. Is é an uimhir ar an leictreoid ocsaigine tús an léirmhínithe, ní a dheireadh.