Èske plis konsomasyon oksijèn vle di plis ATP? Leson nan etid sou ble metilèn

Yon mitokondri izole chita nan yon chanm eksperimantal ki gen konbistib men ki pa gen ADP. Li konsome oksijèn dousman. Ajoute ADP, epi konsomasyon oksijèn ogmante plizyè fwa. Tann jiskaske ADP a fini, epi konsomasyon oksijèn bese ankò. Konbistib la pa janm chanje. Se sèlman demann pou ATP a ki chanje.

Ti sekans sa a gen tout diferans atik sa a ap esplike a. Konsomasyon oksijèn mezire vitès elektwon yo sikile atravè chèn respiratwa a pou rive nan oksijèn. Pwodiksyon ATP mezire ki kantite nan sikilasyon sa a ki kapte kòm enèji ki ka sèvi. Toude gen yon etap entèmedyè an komen: gradyan pwoton atravè manbràn entèn mitokondri a. Nenpòt bagay ki chanje jan gradyan an byen kouple ak sentèz ATP ka fè de paramèt sa yo pran direksyon diferan. Ble metilèn se yon bon egzanp pou konprann sa, paske yo obsève li fè toude: ogmante itilizasyon oksijèn ansanm ak ATP nan kèk preparasyon, epi ogmante itilizasyon oksijèn pandan ATP rete menm jan oswa bese nan lòt yo.

Lektè ki vle konprann sistèm relè a pi laj anvan yo kontinye ka kòmanse ak fason ble metilèn transpòte elektwon atravè chèn respiratwa a. Lektè ki vle konprann vokabilè premye eksperyans sou oksijèn yo ka li sa premye mezi respirasyon yo te montre toutbon.

Respirasyon, ATP, ak gradyan ki ant yo a

Elektwon ki soti nan NADH ak FADH2 antre nan chèn nan nan konplèks I ak II, pase nan konplèks III pou rive nan sitokwòm c, epi pase nan konplèks IV pou rive nan oksijèn. Enèji ki libere nan konplèks I, III ak IV ponpe pwoton soti nan matris la pou voye yo nan espas ant manbràn yo. Separasyon sa a nan chaj elektrik ak asidite se fòs motris pwoton an, epi pati elektrik li a, potansyèl manbràn nan, se anjeneral pati ki domine a.

ATP sentaz pèmèt pwoton yo tounen antre nan matris la epi sèvi ak enèji ki libere a pou mete ADP ak fosfat ansanm pou fòme ATP. Kidonk chèn nan se:

konsomasyon oksijèn, apre sa ponpaj pwoton, apre sa gradyan, apre sa sentèz ATP.

Pwoblèm nan se ke pwoton yo ka retounen pa lòt wout. Nenpòt retou ki pa pase nan ATP sentaz se yon fuit pwoton. Fuit la fòse chèn nan ponpe menm pwoton yo ankò pou kenbe potansyèl manbràn nan estab, sa ki konsome plis oksijèn san li pa pwodui plis ATP. Lè fuit la ase fò, gen dekouplaj: itilizasyon oksijèn ogmante pandan ATP rete menm jan oswa bese, epi enèji ki gaspiye a soti kòm chalè.

Eta 3, eta 4, ak rapò kontwòl respiratwa a

Vokabilè klasik sa a soti nan travay sou mitokondri izole. Eta 3 se respirasyon lè gen yon sibstra ansanm ak ADP: ATP sentaz diminye gradyan an, potansyèl manbràn nan bese, chèn nan akselere pou rebati li, epi itilizasyon oksijèn wo paske ATP ap pwodui. Eta 4 se respirasyon apre ADP a fini: ATP sentaz prèske pa travay, gradyan an monte, gwo potansyèl manbràn nan opoze ak plis ponpaj, epi itilizasyon oksijèn bese pou rive nan nivo ki nesesè pou konpanse fuit la.

Se poutèt sa rapò kontwòl respiratwa a, eta 3 divize pa eta 4, montre nan ki degre preparasyon an byen kouple. Yon rapò wo vle di ADP kontwole respirasyon an anpil. Yon rapò k ap bese pandan eta 4 ap monte vle di fuit la ap pran plis plas. Se nan pèspektiv sa a rezilta sou ble metilèn ki anba yo vin konprann.

Gen yon modèl mantal ki itil pou kenbe nan tèt ou. Yon gwo potansyèl manbràn ralanti chèn nan. Lè potansyèl la gaye, chèn nan akselere. Chèn nan reyaji selon jan ponpaj la vin difisil, pa dirèkteman selon si ATP ap pwodui oswa non.

Lè paramèt yo mezire yo chanje ansanm

Egzanp kouplaj ki pi klè a soti nan mitokondri izole nan sèvo kochon Gine ki gen konplèks respiratwa bloke. Nan konsantrasyon ble metilèn ant 100 nanomolar ak 1 micromolar, konsomasyon oksijèn nan repo te ogmante lè yo te itilize glitamat ansanm ak malat, siksinat, oswa gliserofosfat kòm konbistib, pandan respirasyon ADP te estimile a pa t chanje. Nan mitokondri kote yon pwazon te bloke konplèks I oswa konplèks III, koloran an te ogmante pwodiksyon ATP yon ti jan, retabli potansyèl manbràn nan, epi amelyore absòpsyon kalsyòm. Wout yo pwopoze a se yon chemen kout: koloran an aksepte elektwon anvan pwen blokaj la epi bay sitokwòm c yo, san li pa pase nan konplèks ki domaje a.

Yon dezyèm ka kouplaj sèvi ak yon sous ATP ki konplètman diferan. Nan mitokondri izole nan sèvo kote ATP sentaz te inibe, ble metilèn te toujou estimile respirasyon sou chak sibstra yo te teste. Men sentèz ATP te ogmante sèlman sou alfa-ketoglitarat ak glitamat, de sibstra ki fòme siksinil CoA yo. Avèk oligomisin ki t ap bloke ATP sentaz, ATP anplis la te soti nan fosforilasyon nan nivo sibstra pa siksinil CoA ligaz nan sik asid sitrik la, pa nan fosforilasyon oksidatif. Koloran an te retabli potansyèl manbràn nan tou lè yo te inibe konplèks I ak ATP sentaz ansanm. Nan ka sa a, itilizasyon oksijèn ak ATP te ogmante ansanm, men sèlman kote sibstra a te pèmèt dezyèm wout pwodiksyon ATP a. Sou siksinat oswa malat, respirasyon te ogmante san ATP anplis. Menm koloran, menm chanm eksperimantal, konbistib diferan, repons diferan.

Lè paramèt yo mezire yo pran direksyon diferan

Ka kote paramèt yo pran direksyon diferan yo pibliye tou, epi yo bay menm kantite leson. Nan yon etid sou mitokondri izole nan fwa rat ki soti nan 1997, ble metilèn te akselere respirasyon eta 4 nan mitokondri ki te byen kouple epi ki t ap respire avèk siksinat, sa ki te fè rapò kontwòl respiratwa a bese. Efè a te vizib depi 0.5 micromolar epi li te fò nan 5 micromolar, yon konsantrasyon ki pwòch nivo nan plasma apre yon sèl piki rapid 100 milligram nan venn. Nan 5 micromolar, mitokondri yo te gonfle tou, men pwoblèm kouplaj la te parèt anvan sa, nan konsantrasyon ki pi ba. Sa sijere fuit la te vini anvan domaj estriktirèl la, olye li te soti nan domaj sa a. Nan mitokondri ki te dekouple, koloran an te estimile respirasyon nan yon fason ki te depann de konsantrasyon an epi ki te rive nan yon pwen saturasyon. Itilizasyon oksijèn te ogmante nan toude preparasyon yo. Sentèz ATP pou chak kantite oksijèn konsome pa t ogmante. Sa se yon egzanp klasik dekouplaj ansanm ak transpò elektwon, nan menm molekil la.

Diferans ki pi frapan an soti nan retin nan. Nan sourit ki te gen yon defisyans AIF ak selil fotoreseptè yo te trete ak rotenòn, ble metilèn te prezève epesè retin nan, makè fotoreseptè yo, ak estrikti mitokondri yo. Li te bese rapò NADH ak NAD tou epi diminye aktivite wout repons estrès yo, tankou repons a pwoteyin ki pa pliye yo ak mitofaji. Li te fè sa san li pa korije mank ATP a. Pwoteksyon san retablisman enèji vle di benefis la te pase pa balans redoks ak entegrite mitokondri yo, pa pa ATP anplis. Nenpòt moun ki ta konsidere siviv tisi a kòm prèv pwodiksyon enèji a te retabli ta mal entèprete eksperyans sa a nèt.

Travay sou mitokondri nan sèvo a ajoute yon depans nan menm bilan an. Menm ti konsantrasyon ki te amelyore fonksyònman byoenerjetik la te ogmante pwodiksyon pewoksid idwojèn nan chak kondisyon yo te teste, epi yo te ralanti eliminasyon li. Yo te mezire sa ak yon tès Amplex kalibre olye de yon koloran ki pa espesifik. Plis ATP ak plis oksidan te vini ansanm.

Yon lis pratik pou verifye lè w ap li

Kat kesyon pèmèt distenge yon rezilta kouple ak yon rezilta dekouple.

Premyèman, ki paramèt yo te mezire toutbon. Konsomasyon oksijèn poukont li pa ka bay enfòmasyon sou ATP. Sentèz ATP, potansyèl manbràn, ak rapò kontwòl respiratwa a chak ajoute yon enfòmasyon elektwòd oksijèn nan pa ka wè. Gid pou li reklamasyon ki soti nan rechèch sou ble metilèn nan esplike an detay kijan pou rete egzak sou paramèt yo mezire yo.

Dezyèmman, ki sibstra ki te alimante mitokondri yo. Rezilta siksinil CoA a montre chwa konbistib la ka detèmine si respirasyon anplis la ka menm tounen ATP anplis.

Twazyèmman, ki konsantrasyon yo te itilize. Ble metilèn nan konsantrasyon nan nivo nanomolar rive nan nivo micromolar ki ba te bay ti amelyorasyon byoenerjetik nan mitokondri sèvo, men avèk yon ogmantasyon oksidan; demi micromolar ak plis nan mitokondri fwa te febli kouplaj la; 5 micromolar te ajoute gonfleman. Konsantrasyon se yon pati nan mekanis la, pa yon detay segondè.

Katriyèmman, nan ki modèl yo te jwenn rezilta a. Mitokondri izole revele fason sistèm nan konekte, men selil ak tisi ki rete entak ajoute transpò, rediksyon pou rive nan fòm san koulè a, ak lòt wout k ap fè konpetisyon pou kapte elektwon. Travay sou dòz nan laboratwa, tankou fason konsantrasyon ak pwotokòl detèmine efè ble metilèn, se pon ant chif ki soti nan chanm eksperimantal la ak nenpòt reklamasyon sou yon moun.

Konsomasyon oksijèn montre sikilasyon elektwon. ATP montre ki kantite nan sikilasyon sa a ki te kapte. Ble metilèn ka chanje youn oswa lòt, epi eksperyans ki anwo yo montre tout kat konbinezon sa yo: toude ogmante, respirasyon ogmante sèlman kote sibstra a pèmèt li, respirasyon ogmante pandan kouplaj bese, epi tisi prezève pandan ATP rete menm jan. Chif ki sou elektwòd oksijèn nan se kòmansman entèpretasyon an, pa fen li.