Maƙala
Shuɗin methylene a matsayin mai hana oksidasyon da mai ƙarfafa shi: me ke sauya sakamakon?
A ce dakunan gwaje-gwaje biyu sun gwada rinin shuɗi ɗaya kuma suka bayar da sakamako masu saɓawa. A na farko, mitochondria da aka ware daga kwakwalwa suna gudanar da numfashin ƙwayoyin halitta da kyau kuma suna samar da ƙarin ATP. A na biyu, wannan samfurin yana sakin hydrogen peroxide mai yawa fiye da da. Rahotannin biyu duk daidai ne. Suna bayyana zagaye ɗaya da aka duba daga ɓangarori biyu, kuma ruɗanin yana farawa ne lokacin da masu karatu suka ɗauki ɓangare ɗaya a matsayin cikakken labarin.
Kuskuren shi ne tambayar wane suna ya dace da kwayar sinadarin. Shuɗin methylene mai miƙa electron ne, kamar yadda taswirar abubuwan da yake shafa a ilimin ƙwayoyin halitta ta nuna a mahalli mai faɗi. Rinin da ya yi oksidasyon yana karɓar electron ya zama leucoMB marar launi. LeucoMB yana miƙa waɗannan electron zuwa wani wuri ya sake zama shuɗi. Abin da za ka gani ya dogara da wanda ke bayar da electron, wanda ke karɓarsu, da ko tsarin zai iya kawar da hydrogen peroxide da ake samarwa a yayin haka. Tambayar da ta dace ba ita ce ko rinin yana hana oksidasyon ba. Ita ce abin da yanayin ke ba wannan tsarin miƙa electron damar yi.
Zagayen da ke samar da fuskokin biyu
A duhu, babban zagayen gajere ne. NADH, NADPH, ko masu ɗaukar electron a sarkar numfashin ƙwayoyin halitta suna rage rinin ta hanyar ba shi electron. Rinin da aka rage yana da hanyoyi daban-daban masu gogayya da juna. Zai iya miƙa electron zuwa cytochrome c ya taimaka wa gudanarsu su kewaye wani rukunin da ya lalace; wannan ne ya sa numfashin ƙwayoyin halitta da ƙarfin lantarki a rufin mitochondria suke farfaɗowa a wani ɓangare lokacin da aka toshe rukunin I ko III. Ko kuma zai iya miƙa electron kai tsaye zuwa oxygen, wanda ke dawo da siffar shuɗi kuma ya samar da hydrogen peroxide. Domin ana sabunta rinin, ɗan ƙaramin adadi zai iya maimaita wannan zagayen sau da yawa, yana ci gaba da cinye sinadaran masu bayar da electron kuma yana ci gaba da samar da peroxide.
Wasu rassa biyu suna sauya tsarin halayen sinadaran gaba ɗaya. Copper ko iron da ba a ɗaure ba suna juya wannan peroxide mai iya yaɗuwa zuwa sinadaran oksidasyon masu haifar da lalacewa sosai a wurin da suke, ta hanyar halayen sinadarai irin na Fenton. Hasken ja yana buɗe wani reshen halayen sinadarai da haske ke haifarwa, inda rinin da haske ya tayar da shi ke miƙa makamashi zuwa oxygen ya samar da oxygen na singlet, wani nau'in sinadari da aka yi bayani dalla-dalla a bayanin halayen sinadarai na nau'in I da nau'in II da haske ke haifarwa. Zagayen redox a duhu, lalacewar da ƙarafa ke tsanantawa, da lalacewar da haɗuwar haske da rini ke haifarwa, hanyoyi ne guda uku daban-daban waɗanda kawai suke farawa da kwayar sinadari ɗaya.
Jadawalin yanayi da sakamako
Jadawalin da ke ƙasa shi ne muhimmin abin da za a riƙe. Kowane layi yana nuna abu ɗaya da ke sauyawa, inda yake karkatar da sakamako, da gwajin da ya tabbatar da hakan. Mai kyau yana nufin ƙimar aunawa ta nuna kariya ko ingantawa. Mai illa yana nufin ƙarin sinadarin oksidasyon, ƙarin ƙarewar ma'ajiya, ko ƙarin lalacewa.
| Yanayi | Alkiblar sakamako | Abin da gwajin ya nuna |
|---|---|---|
| Ƙarancin tattaruwa, 0.1 zuwa 1 uM, mitochondria da aka ware | Ingantaccen samar da makamashin halittu tare da ƙarin peroxide | 0.1 uM ya inganta amfani da oxygen a mitochondria na zuciyar beraye masu lafiya da masu ciwon sukari; 100 nM zuwa 1 uM sun dawo da wani ɓangare na ATP, ƙarfin lantarki a rufi, da ɗaukar calcium a mitochondria na kwakwalwa da aka toshe, yayin da sakin peroxide ya ƙaru a kowane yanayi |
| Tattaruwa mafi girma, sama da 5 uM, ƙwayoyin halitta da aka hana glucose | Alamar sinadarin oksidasyon mai illa | Ƙwayoyin halitta masu lulluɓe jijiyoyin jini sun haifar da oksidasyon na wani sinadarin gano ROS na gaba ɗaya kuma sun rasa glutathione da aka rage a sama da 5 uM lokacin da babu glucose; ƙara glucose ya hana duka biyun |
| Substrates na rukunin I (glutamate tare da malate) | Ƙarin peroxide | Binciken mitochondria na kwakwalwa da na zuciya duk sun gano ƙarin sakin peroxide tare da substrates masu alaƙa da NADH |
| Succinate tare da rotenone, mitochondria na zuciya, 0.1 uM | Ƙarancin peroxide a wannan tsarin gwajin | Wannan ne sakamakon aunawar peroxide guda ɗaya a cikin rukunin da ya nuna hana oksidasyon a sarari; a lura cewa tsarin gwajin ya haɗa da rotenone da wani nau'in nama daban, don haka substrate kaɗai ba ya bayyana hakan |
| Hasken ja, 20 uM tare da 630 nm | Lalacewar DNA mai illa | Babu manyan raunukan DNA na mitochondria a duhu a 20 uM; wannan tattaruwa tare da hasken ja ta lalata kowane gutsuren da aka gwada |
| Tattaruwa mai tsananin yawa a duhu, 100 uM | Lalacewar DNA mai illa da ta zaɓi wasu wurare | Raunukan DNA na mitochondria a jerin da suka ƙunshi purine da yawa, wani babban sauyi daga alamar peroxide a matakin nanomolar |
| Copper ko iron tare da NADH, DNA a tsarin da babu ƙwayoyin halitta | Raunukan oksidasyon masu illa | Copper ya karkatar da lalacewa zuwa wani jerin p53 mai saurin samun canji; iron EDTA ya haifar da lalacewa mai faɗi; catalase da sinadaran ɗaure ƙarafa sun toshe hanyoyin da suka dace da su; guanine da ya yi oksidasyon ya ƙaru |
| Glucose yana nan, ƙwayoyin halitta cikakku | Rage illa domin kariya duk da saurin zagaye | Glucose ya ƙara rage rinin amma ya rage jimillar damuwa, abin da ya yi daidai da samar da NADPH ta hanyar pentose phosphate don sake sabunta masu hana oksidasyon |
| Ƙwayoyin halitta da aka cika da ascorbate | Sakamako gauraye: an cinye ascorbate, an rage alamar sinadarin gwaji | Rinin ya ci gaba da haifar da oksidasyon na ascorbate a cikin ƙwayoyin halitta ko da glucose yana nan, yayin da ya danne oksidasyon na sinadarin gwaji a wani ɓangare; ma'ajiyar kariya ce ta biya kuɗin hakan |
| Dabbobin gwajin rotenone da aka ba rinin da farko | Sakamako mai kyau ga nama | Ba da rinin tun farko ya rage raunukan DNA na mitochondria da rotenone ya haifar a tsakiyar kwakwalwar ɓeraye duk da cewa ya ƙara peroxide a mitochondria da aka ware |
Tsarin da ke bayyana a layukan shi ne muhimmin abu. Samar da peroxide da kariyar halittu abubuwa ne daban-daban. Wani mataki na iya nuna illa a na farko da sakamako mai kyau a na biyu a lokaci guda.
Dalilin da adadi ɗaya ke ba da amsoshi daban-daban
Tattaruwa tana ƙayyade ƙarfin jigilar electron, ba makomarsu ba. Sakin peroxide daga mitochondria na kwakwalwa ya ƙaru har aka iya gano shi daga 50 nM zuwa sama a binciken mitochondria na kwakwalwa cikakku, yayin da lalacewar DNA na mitochondria a sarari ta buƙaci 100 uM a duhu. Wannan kusan bambanci ne na ninki dubu biyu tsakanin alamar farko da lalacewar kwayoyin gado, amma ba tazarar tabbatar da aminci ba ce. Abubuwan da aka auna, sassan ƙwayoyin halitta, da lokutan fallasa sun bambanta, don haka lambobin suna nuna abubuwa daban-daban maimakon maki a kan layin sauyi ɗaya. Tattaunawar dangantakar adadi da amsa ta sanya irin wannan tazara tsakanin ƙaramar alama da babbar lalacewa cikin faɗaɗɗen mahallin hormesis.
Substrate yana ƙayyade inda electron ke shiga. Sinadaran samar da makamashi masu alaƙa da NADH suna ba rinin wadatattun electron don hanyar kauce wa cikas mai amfani da kuma halayen sinadarai da oxygen masu ɓata albarkatu. Taƙaitaccen bayanin da ake yawan ambato cewa succinate yana sa rinin ya hana oksidasyon yayin da glutamate ke sa shi ya ƙarfafa oksidasyon yana fassara bayanan fiye da abin da suke nuna, domin yanayin aunawar peroxide da succinate a binciken zuciya ya kuma ƙunshi rotenone, kuma ya yi amfani da wani nama da adadi daban da na binciken kwakwalwa da ya gano ƙarin peroxide a kowane substrate da yanayin numfashin ƙwayoyin halitta.
Haske yana sauya hanyar aikin, ba girman tasirin kawai ba. Bambanci mafi bayyani a rukunin shi ne cewa 20 uM a duhu bai yi wani abu da za a iya ganowa ga gutsuren DNA na mitochondria ba, amma 20 uM a ƙarƙashin hasken ja ya lalata dukansu. Duk wanda ke kwatanta gwajin da aka yi da haske da wanda aka yi a duhu yana kwatanta halayen sinadarai da haske ke haifarwa da zagayen redox.
Ƙarafa suna sauya nau'in sinadarin oksidasyon. Ba tare da ƙarafa ba, zagayen rinin a duhu yana samar da peroxide, kwayar sinadari mai iya yaɗuwa wadda ƙwayoyin halitta suke kuma amfani da ita a matsayin saƙo. Idan akwai copper ko iron da za a iya hulɗa da su, rinin da NADH ya rage yana ciyar da ragewar ƙarfen, kuma ƙarfen da aka rage yana kunna peroxide ya koma nau'o'in hydroxyl ko copper peroxide kusa da DNA. Ta haka ne binciken NADH da ions na ƙarafa a tsarin da babu ƙwayoyin halitta ya haifar da lalacewar DNA da ta zaɓi wurare masu saurin samun canji da kuma lalacewa mai faɗi daga rinin farko ɗaya. Yadda sashen ƙwayar halitta ke sarrafa ƙarafa, ba rinin kaɗai ba, shi ke ƙayyade ko wannan reshe yana da muhimmanci.
Yanayin wadatar makamashi yana ƙayyade ko ƙwayar halitta za ta iya biyan buƙatar kariya. A ƙwayoyin halitta masu lulluɓe jijiyoyin jini da aka fallasa wa rini na 2 zuwa 20 uM, cire glucose ya bayyana nauyin sinadaran oksidasyon, yayin da samar da glucose ya kawar da shi, duk da cewa glucose ya kuma hanzarta rage rinin. Zagaye mai sauri tare da wadatattun hanyoyin kariya ya fi zagaye mai jinkiri tare da hanyoyin kariya da ba su da albarkatu. A ɗauki duk wani iƙirari game da sinadaran oksidasyon da bai ambaci yanayin glucose ko NADPH ba a matsayin marar cikakken bayani.
Nama yana ƙayyade kayan aikin da ake da su. Ƙwayoyin halitta masu lulluɓe jijiyoyin jini suna sake samar da NADPH ta hanyar sarrafa glucose kuma suna da ma'ajiyar masu hana oksidasyon a cytosol. Mitochondria da aka ware ba su da waɗannan. DNA da aka tsarkake ba ya da ko hanyar gyara. Sakamako a wani samfurin gwaji ba ya ba da hasashe mai yawa game da sauran, shi ya sa labarin da aka shirya kan amsoshin da suka keɓanta ga kowane nama zai buƙaci ware waɗannan tsare-tsaren daga juna.
Aunawa kai tsaye ba kariyar da ke biyo baya ba ce
Rubuce-rubuce da yawa suna haɗa matakai biyu da gwaje-gwajen suke warewa. Mataki ɗaya yana tambayar adadin sinadarin oksidasyon da ya bayyana. Ɗayan yana tambayar yadda ƙwayar halitta ta amsa.
Gwaje-gwajen peroxide irin na Amplex sun fi kusa da matakin farko, kuma ko su ma suna bayar da jimillar gudana ce bayan an cire abin da aka kawar, wato abin da aka samar a rage abin da aka lalata a rage abin da aka fitar. Binciken mitochondria na kwakwalwa ya gano sauyi a ɓangarorin biyu: an samar da ƙarin peroxide kuma kawar da wani adadin peroxide da aka ƙara lokaci ɗaya ya ragu a sauri. Abubuwan da ke faruwa daga baya sun haɗa da oksidasyon na glutathione, cinye ascorbate, guanine da ya yi oksidasyon, da raunukan DNA da ke toshe polymerase. Kowane mataki yana ƙara wasu ayyukan halittu tsakanin sinadarin oksidasyon da abin da aunawa ta nuna.
Enzymes masu hana oksidasyon da Nrf2 ke kunna da samar da sabbin mitochondria suna cikin mataki na biyu. Tsare-tsaren sabawa da yanayi ne waɗanda ɗan ƙaramin tashin peroxide zai iya kunna, kuma marubutan binciken kariyar mitochondria na kwakwalwa sun gabatar da wannan ɗan matsin a matsayin abin da ke kunna kariya, tare da lura cewa sarkar sanadi ta hanyar Nrf2 ta dogara da binciken da ya gabata maimakon cikakkiyar hujjar da suka tabbatar da kansu. Kariyar da ke bayyana bayan sa'o'i ta hanyar sabbin furotin ba tana nufin cewa halayen sinadaran da suka fara lamarin sun hana oksidasyon ba. Tana nufin cewa wani ƙaramin abu da ya ƙarfafa oksidasyon ya samar da kariya mafi girma. Ka'idojin karanta irin waɗannan iƙirari cikin taka-tsantsan, ciki har da iyakokin gwaji da bambance-bambancen samfuran gwaji, su ne batun jagorar karanta binciken shuɗin methylene.
Dalilin da gwaje-gwajen aunawa ke saɓawa da juna
Sinadarin gwaji na gaba ɗaya kamar dihydrofluorescein yana nuna oksidasyon na sinadarin gwajin a faɗaɗɗen ma'ana, ba tattaruwar peroxide ba. Ya dogara da halayen sinadaran peroxidase da heme, kuma yana iya kasa gano ƙaruwar peroxide da gwajin Amplex da aka daidaita zai gano. Binciken mitochondria na kwakwalwa ya ga peroxide ya ƙaru sosai ba tare da alamar superoxide mai dacewa da hakan ba, abin da ke gargadi game da ambaton kowane iƙirarin hana oksidasyon da ya dogara da rini ɗaya kawai. Cakuɗewar siginonin haske batu ne da ya dace a bincika a gwajin sarrafawa, domin rinin yana shan hasken da ake iya gani kusa da yankunan tsawon raƙuman haske da ake yawan amfani da su wajen tayarwa da fitar da haske. Amma binciken da aka yi cikin kulawa ya daidaita aunawarsa da adadin peroxide da aka sani, ya rage fallasawa ga hasken tayarwa ba tare da babban sauyi a sigina ba, kuma ya tabbatar da jinkirin kawar da peroxide ta amfani da wata electrode dabam. Tsangwama abu ne da za a gwada a gwajin sarrafawa, ba dalilin ƙin sakamako kai tsaye ba.
Sakamakon calcium yana nuna wannan buƙatar daidaito. Rinin da aka ba na ɗan gajeren lokaci bai sauya jimillar calcium kafin sauyin shigar abubuwa ta rufi a binciken zuciya ba, amma ya inganta saurin ɗaukar calcium a mitochondria na kwakwalwa da aka toshe a cikin binciken mitochondria na zuciya da ya mayar da hankali kan ciwon sukari. Abubuwan da aka auna sun bambanta, tsare-tsaren sun bambanta, babu saɓani.
Jerin abubuwan dubawa kafin a yarda da hukunci
A ɗauki kowane hukunci na hana oksidasyon ko ƙarfafa shi a matsayin rahoto game da wani tsari, sannan a yi tambayoyi biyar. A wace tattaruwa, kuma a wane sashe na ƙwayar halitta? Da wane mai bayar da electron da wane mai karɓa mai gogayya? Da haske ko a duhu, kuma a wane tsawon raƙuman haske da adadinsa? Da waɗanne ƙarafa ake da su, kuma menene wadatar sinadaran samar da makamashi da ma'ajiyar masu hana oksidasyon? Kuma da wane gwajin aunawa, mai auna gudanar sinadarin oksidasyon, ko lalacewa, ko amsar sabawa da yanayi? Sauya amsa guda ɗaya, kuma kwayar sinadari ɗaya za ta iya ƙaura a cikin jadawalin daga mai kariya zuwa mai lalata ba tare da wani abin al'ajabi ko saɓani ba.