Metýlenblátt og hvatberar: rafeindaflutningur og rannsóknagögnin

Ímyndaðu þér tvö sýni hlið við hlið. Bæði innihalda hvatbera úr heila sem hafa verið eitraðir með rótenóni, efni sem hindrar flóka I í öndunarkeðjunni. Í annað sýnið bætir rannsakandinn metýlenbláu með pípettu þannig að styrkurinn sé á míkrómólarbili. Súrefnisnotkun tekur sig upp að hluta. Himnuspennan endurheimtist að hluta. ATP-myndun hefst aftur í litlum mæli. Í mælikerinu við hliðina segir peroxíðnemi hinn helming sögunnar: myndun vetnisperoxíðs hefur margfaldast við alla styrki sem voru prófaðir og með öllum hvarfefnum sem voru notuð.

Báðar mælingarnar eru réttar. Metýlenblátt er rafeindaferja sem getur haldið straumi gangandi fram hjá skemmdum hluta öndunarkeðjunnar, en sama ferja krefst tolls í formi peroxíðs. Hafðu báðar staðreyndir í huga í einu og rannsóknarit um áhrif metýlenblás á starfsemi hvatbera verða skiljanleg. Hafðu aðeins aðra í huga og þau virðast lýsa kraftaverki eða ógn, eftir því hvaða grein þú opnaðir fyrst.

Ferjan, útskýrð á einfaldan hátt

Öndunarkeðjan er boðleið. Rafeindir koma inn í flóka I (frá NADH) eða flóka II og skyld flavínensím (frá súksínati og svipuðum rafeindagjöfum), fara í gegnum flóka III til hreyfanlega burðarpróteinsins cýtókróms c og síðan í gegnum flóka IV til súrefnis. Við hverja afhendingu er róteindum dælt yfir innri himnuna og stigullinn sem myndast knýr ATP-myndun. Ef einhver stöð er hindruð stöðvast keðjan ofan hennar.

Metýlenblátt skýtur sér inn sem sendill á samhliða leið. Oxað form þess tekur við rafeindum frá burðarefnum ofar í keðjunni og verður að litlausa, afoxaða forminu, leúkómetýlenbláu. Það afhendir síðan rafeindirnar neðar í keðjunni og verður aftur blátt. Formunum tveimur er lýst í umfjölluninni um oxunar- og afoxunarparið, en víðari umfjöllun um þessa boðleið er að finna í almennu skýringunni á verkunarhættinum. Ósvaraða spurningin er hvar sendillinn kemur aftur inn í keðjuna: í kínólbindivasa flóka III, sem nefnist Qo-set, eða beint við cýtókróm c. Hvaða útleið er ráðandi fer eftir aðstæðum, eins og rakið er ítarlega í greiningunni á framhjáhlaupi við flóka III.

Hvað þrjár rannsóknir á nagdýrum mældu í raun

Allar þrjár rannsóknirnar notuðu einangraða hvatbera úr heila, það er frumulíffæri sem voru fjarlægð úr frumunni og svifu í skilgreindri jafnalausn. Engar heilar frumur, engin dýr sem fengu efnið og engir þátttakendur úr hópi manna. Styrkurinn vísar til lausnarinnar umhverfis frumulíffærin, ekki til skammts sem maður tekur um munn. Haltu þeim ramma föstum og tölurnar tala skýru máli.

Fyrsta rannsóknin, á einangruðum hvatberum úr heila naggrísa við styrk frá 100 nanómólar upp í 2 míkrómólar, kortlagði bæði ávinning og kostnað í einu sýni. Í heilbrigðum hvatberum jók litarefnið súrefnisnotkun í hvíld en breytti ekki öndun sem ADP örvaði, svo ATP-myndun sem var tengd önduninni batnaði ekki. Við hindrun flóka I endurheimti styrkurinn 2 míkrómólar ATP-myndun úr 46 í 93 nanómól á mínútu á milligramm, samanborið við eðlilegan hraða nálægt 1109. Við hindrun flóka III endurheimti sami styrkur ATP-myndun úr um 46 í 63, samanborið við eðlilegan hraða nálægt 910. Spenna og kalsíumupptaka endurheimtust að hluta. Ekki var hægt að fara fram hjá hindrun flóka IV með sýaníði, sem staðsetur gagnlega útleið rafeindanna ofan við starfandi flóka IV. Sérhver endurheimt virkni var tölfræðilega raunveruleg en lítil: eins stafs prósentuhlutfall af eðlilegri ATP-myndun.

Önnur rannsóknin, á hvatberum úr heilaberki músa við styrk um 1 míkrómólar, staðfesti framhjáhlaupið við flóka I og dró mörk við flóka III. Rótenón minnkaði öndun úr um 121 niður fyrir 2 nanómól af súrefni á mínútu á milligramm og litarefnið jók hana í um 21, um það bil einn sjötta af eðlilegu gildi, á meðan himnuspennan endurheimtist nær alveg. En eftir hindrun flóka III endurheimtist hvorki öndun né spenna við styrk frá 1 til 5 míkrómólar og hindrunin bældi peroxíðmerkið sem litarefnið framkallaði. Höfundarnir lögðu til að afoxað litarefni afhendi rafeindir sínar við Qo-set flóka III: þegar það set er upptekið hefur sendillinn engan afhendingarstað.

Þriðja rannsóknin, á hvatberum úr heila músa, rotta og naggrísa, aðallega við styrkinn 2 míkrómólar, prófaði ágreininginn beint og komst að því að hægt er að brúa hindrun flóka III. Þegar Qo-setshindrinn mýxótíasól minnkaði grunnöndun um 88 prósent endurheimti litarefnið súrefnisnotkun í um 62 prósent af hraðanum án hindrunar. Í beinni prófun afoxaði litarefnið við styrkinn hálft míkrómólar cýtókróm c sem hafði verið bætt við utan frá, jafnvel þótt flóki III væri hindraður. Það styður leið frá NADH í gegnum litarefnið til cýtókróms c og áfram til flóka IV. En endurheimta öndunin hegðaði sér óeðlilega: viðbætt ADP minnkaði súrefnisnotkun í stað þess að auka hana og hindrun ATP-myndunar örvaði öndun. Himnuspennan endurheimtist aðeins að hluta. Mikil súrefnisnotkun með öfugri tengingu er ekki eðlileg orkuframleiðsla.

Hvers vegna rannsóknarstofurnar eru ósammála og hvað sker úr um það

Skýringin sem byggist á tegundamun fellur fyrst. Þriðji hópurinn endurtók vinnuna í þremur nagdýrategundum og fékk sama framhjáhlaup í meginatriðum í þeim öllum, þar á meðal í músastofninum þar sem áður hafði verið greint frá því að ekkert framhjáhlaup væri til staðar. Það sem er ólíkt er hins vegar styrkurinn (1 á móti 2 míkrómólar), magn hindrunarefna, jafnalausnir, einangrunaraðferðir og umfram allt orkuástandið sem er borið saman: framhjáhlaupið er skýrast áður en ADP er bætt við, einmitt þar sem þversagnakennda svörunin við ADP kemur fram. Heiðarleg skýringarmynd sýnir því tvær útleiðir sem eru háðar aðstæðum, aðra við Qo-setið og hina við cýtókróm c. Sendillinn afhendir þar sem staðbundin efnafræði leyfir.

Peroxíðtollurinn

Kostnaðarhliðin er jafn samkvæm og endurheimt virkni. Í rannsókninni á naggrísum jók litarefnið losun peroxíðs við allar prófaðar aðstæður, í hvíld, við ATP-myndun og við efnafræðilega skerta virkni, með öllum þremur hvarfefnunum. Við ATP-myndun jókst losunin úr um 148 í yfir 1500 píkómól á mínútu á milligramm við styrkinn 1 míkrómólar og jafnvel 100 nanómólar meira en fjórfaldaði merkið. Litarefnið dró einnig úr hraða eyðingar peroxíðs um það bil 2.6-falt, svo merkið endurspeglar bæði hraðari myndun og hægari hreinsun. Efnafræðilega skýringin sem hefur verið lögð til er bein afoxun súrefnis af hálfu afoxaðs litarefnis án greinanlegs súperoxíðs, þótt það sé enn túlkun fremur en sannað skref.

Rannsóknin á músum gerir myndina flóknari á gagnlegan hátt. Peroxíð jókst hratt með styrk, úr grunngildi nálægt 76 í næstum 2000 píkómól á mínútu á milligramm við styrkinn 2 míkrómólar, en hindrun flóka III bældi þann hluta sem litarefnið framkallaði. Ef peroxíð kæmi aðeins frá hvarfi afoxaðs litarefnis við súrefni ætti hindrun keðjunnar ekki að skipta svo miklu máli. Hún gerir það, svo keðjan tekur þátt. Yfirlitið um andoxandi og oxunarhvetjandi áhrif setur þetta tvíeðli í víðara samhengi og greiningin á súrefni á móti ATP útskýrir hvers vegna tölur um súrefni einar og sér skera aldrei úr um fullyrðingu um orku.

Endurheimt virkni er ekki viðgerð

Orðalagið sem þarf að leggja til hliðar er „gerir metýlenblátt við hvatbera“. Viðgerð myndi þýða varanlega leiðréttingu: endurbyggða flóka, tengingu sem helst eftir að lyfið er farið, endurheimt í heilum frumum og síðan bætta starfsemi í lifandi lífveru. Engin greinanna þriggja sýnir það. Þær sýna bráða endurbeiningu í nýeinangruðum frumulíffærum við tilbúna efnafræðilega hindrun, með ATP-myndun sem nemur litlum hluta af eðlilegu gildi og stundum beinlínis undarlegri tengingu. Rótenón og antímýsín eru rannsóknarstofuverkfæri, ekki líkön af öldrun eða hvatberasjúkdómum í mönnum. Ekkert hér má yfirfæra á meiri orku fyrir heilbrigða manneskju; það er sérstök spurning um rannsóknagögn með eigin rannsóknaritum um menn.

Þrenn mörk halda ályktunum um lífhökkun heiðarlegum. Í fyrsta lagi er styrkur í lausn ekki skammtur: 0.1 til 2 míkrómólar umhverfis einangruð frumulíffæri segir ekkert um hvaða magn tekið um munn myndar þann styrk óbundins efnis við hvatbera í mannsheila, sérstaklega þar sem litarefnið safnast upp eða losnar eftir himnuspennunni sjálfri. Í öðru lagi er súrefni ekki orka: litarefnið getur aukið súrefnisnotkun með hringrás og leka jafnt sem fosfórun sem skilar ATP, svo öndunarmælingar án mælinga á ATP og spennu réttlæta ekki fullyrðingu um orku. Í þriðja lagi eiga ávinningur og álag heima í sömu setningu: sérhver fullyrðing um endurheimta spennu eða ATP sem sleppir samhliða aukningu peroxíðs gefur ranga mynd af tilrauninni. Tengdir fyrirvarar varða oxunar- og afoxunarjafnvægi NAD, lögun skammtasvörunar og leiðarvísinn um mæliaðferðir.

Ein hagnýt athugasemd: ferjuvirknin er eiginleiki þessarar tilteknu sameindar. Afmetýleruð skyld efni á borð við Azure B eru líka virk í oxunar- og afoxunarhvörfum, en hegða sér öðruvísi. Lausn sem hefur brotnað niður að hluta er því önnur tilraun en óskert litarefni. Það er ein ástæða til að krefjast fullrar gæðakröfulýsingar lyfjaskrár og birts skírteinis fyrir framleiðslulotuna fremur en prófunar sem nær aðeins til málma. Ljósdrifin efnafræði bætir við hliðstæðum fyrirvara þegar efnið er notað undir lýsingu, eins og fjallað er um í samsetningum með rauðu ljósi.

Þrönga fullyrðingin stendur þrátt fyrir allt þetta og er þess virði að halda til haga: metýlenblátt getur við ákveðnar aðstæður virkað sem rafeindasendill í skemmdum, einangruðum hvatberum og varðveitt flæði að hluta gegn aukinni peroxíðmyndun. Allt umfram það, orka, langlífi og viðgerð, bíður gagna sem þessar rannsóknir voru aldrei hannaðar til að veita.