ATP biru metilena: apa panggunaan oksigen luwih akeh ateges energi luwih akeh?

Sawijining mitokondrion sing diisolasi dilebokake ing ruang uji kanthi bahan bakar nanging tanpa ADP. Mitokondrion iku nggunakake oksigen kanthi alon. Sawise ADP ditambahake, konsumsi oksigen mundhak nganti ping pirang-pirang. Nalika ADP wis entek, konsumsi oksigen mudhun maneh. Bahan bakare ora tau owah. Sing owah mung kabutuhan ATP.

Urutan cilik iku ngemot sakabehe prabédan sing dirembug ing artikel iki. Konsumsi oksigen ngukur sepira cepete elektron mili liwat rantai respirasi menyang oksigen. Produksi ATP ngukur sepira akehe aliran kasebut sing kasimpen dadi energi sing bisa digunakake. Loro-lorone duwe tahap penghubung sing padha, yaiku gradien proton ing antarane loro sisih membran njero mitokondria. Apa wae sing ngowahi sepira rakete gradien kasebut digandhengake karo sintesis ATP bisa ndadekake rong asil ukur kasebut owah menyang arah sing beda. Biru metilena migunani minangka sarana sinau ing kene amarga wis kabukten nindakake loro-lorone: nambah panggunaan oksigen bebarengan karo ATP ing sawetara preparat, lan nambah panggunaan oksigen nalika ATP tetep utawa mudhun ing preparat liyane.

Pamaca sing luwih dhisik kepengin ngerti gambaran umum babagan penerusan elektron bisa miwiti saka carane biru metilena mindhah elektron liwat rantai respirasi. Pamaca sing kepengin ngerti istilah ing eksperimen oksigen awal bisa maca apa sing sejatine dituduhake dening pangukuran respirasi pisanan.

Respirasi, ATP, lan gradien ing antarane loro-lorone

Elektron saka NADH lan FADH2 mlebu ing rantai liwat kompleks I lan II, ngliwati kompleks III menyang sitokrom c, banjur liwat kompleks IV menyang oksigen. Energi sing dibebasake ing kompleks I, III, lan IV mompa proton metu saka matriks menyang ruang antarmembran. Pamisahan muatan lan kaasaman kasebut minangka gaya penggerak proton, lan bagean listrike, yaiku potensial membran, biasane dadi bagean sing paling dominan.

ATP sintase ngidini proton mili bali menyang matriks lan nggunakake energi sing dibebasake kanggo nggabungake ADP lan fosfat dadi ATP. Dadi urutane yaiku:

konsumsi oksigen, banjur pamompaan proton, banjur gradien, banjur sintesis ATP.

Nanging, proton bisa bali liwat jalur liyane. Saben aliran bali sing ora ngliwati ATP sintase diarani bocore proton. Bocor iki meksa rantai kanggo mompa proton sing padha maneh supaya potensial membran tetep ajeg, mula nggunakake oksigen luwih akeh tanpa nggawe ATP luwih akeh. Bocor sing cukup kuwat njalari pedhote gandhengan: panggunaan oksigen mundhak nalika ATP tetep utawa mudhun, lan energi sing ora dimanfaatake metu minangka panas.

Kahanan 3, kahanan 4, lan rasio kontrol respirasi

Istilah klasik kanggo nerangake iki asale saka mitokondria sing diisolasi. Kahanan 3 yaiku respirasi nalika ana substrat lan ADP: ATP sintase nyuda gradien, potensial membran mudhun, rantai nyepetake alirane kanggo mbangun gradien maneh, lan panggunaan oksigen dhuwur amarga ATP lagi digawe. Kahanan 4 yaiku respirasi sawise ADP entek: ATP sintase ora aktif, gradien mundhak, potensial membran sing dhuwur nglawan pamompaan sabanjure, lan panggunaan oksigen mudhun nganti mung cukup kanggo ngimbangi bocor.

Mula, rasio kontrol respirasi, yaiku kahanan 3 dibagi kahanan 4, nuduhake sepira rakete gandhengan ing preparat kasebut. Rasio sing dhuwur ateges ADP ngontrol respirasi kanthi kuwat. Rasio sing mudhun nalika kahanan 4 mundhak ateges bocor wiwit dadi faktor utama. Iki minangka cara kanggo mangerteni asil panaliten biru metilena ing ngisor iki.

Ana siji model pamikiran sing perlu dieling-eling. Potensial membran sing dhuwur ngalonake rantai. Ngurangi potensial kasebut nyepetake rantai. Rantai nanggapi sepira abote pamompaan, dudu langsung nanggapi apa ATP lagi digawe utawa ora.

Nalika asil ukur owah bebarengan

Tuladha gandhengan sing paling cetha asale saka mitokondria otak marmut sing diisolasi kanthi kompleks respirasi sing diblokir. Ing konsentrasi biru metilena 100 nanomolar nganti 1 micromolar, konsumsi oksigen nalika ngaso mundhak kanthi glutamat lan malat, suksinat, utawa gliserofosfat minangka bahan bakar, dene respirasi sing dirangsang ADP ora owah. Ing mitokondria sing diracuni ing kompleks I utawa kompleks III, zat pewarna iki nambah produksi ATP kanthi sithik, mulihake potensial membran, lan ningkatake panyerepan kalsium. Jalur sing diajokake yaiku trabasan: zat pewarna nampa elektron sadurunge titik sing diblokir lan masrahake menyang sitokrom c, saengga ngliwati kompleks sing rusak.

Kasus gandhengan kapindho nggunakake sumber ATP sing beda babar pisan. Ing mitokondria otak sing diisolasi kanthi ATP sintase sing dihambat, biru metilena isih ngrangsang respirasi ing saben substrat sing diuji. Nanging sintesis ATP mung mundhak ing alfa ketoglutarat lan glutamat, loro substrat sing mbentuk suksinil CoA. Nalika oligomisin ngalangi ATP sintase, ATP tambahan asale saka fosforilasi tingkat substrat dening suksinil CoA ligase ing siklus asam sitrat, dudu saka fosforilasi oksidatif. Zat pewarna iki uga mulihake potensial membran nalika kompleks I lan ATP sintase dihambat bebarengan. Ing kene panggunaan oksigen lan ATP owah bebarengan, nanging mung nalika substrate ngidini jalur ATP kapindho. Ing suksinat utawa malat, respirasi mundhak tanpa ATP tambahan. Zat pewarna padha, ruang uji padha, bahan bakar beda, asile beda.

Nalika asil ukur owah kanthi beda

Kasus kanthi asil ukur sing beda uga wis diterbitake lan padha-padha menehi piwulang. Ing panaliten mitokondria ati tikus sing diisolasi saka taun 1997, biru metilena nyepetake respirasi kahanan 4 ing mitokondria sing gandhengane raket lan nggunakake suksinat kanggo respirasi, saengga rasio kontrol respirasi mudhun. Efek kasebut katon wiwit 0.5 micromolar lan kuwat ing 5 micromolar, konsentrasi sing cedhak karo kadar plasma sawise bolus intravena 100 milligram. Ing 5 micromolar, mitokondria uga abuh, sanajan gangguan gandhengan luwih dhisik katon ing konsentrasi sing luwih endhek. Iki ndhukung panemu yen bocor kedadeyan sadurunge karusakan struktural, dudu amarga karusakan kasebut. Ing mitokondria sing gandhengane pedhot, zat pewarna ngrangsang respirasi kanthi cara sing bisa tekan titik jenuh lan gumantung marang konsentrasi. Panggunaan oksigen mundhak ing loro preparat kasebut. Sintesis ATP saben oksigen sing digunakake ora mundhak. Iki minangka tuladha khas pedhote gandhengan lan pamindhahan elektron ing molekul sing padha.

Prabédan sing paling cetha asale saka retina. Ing mencit sing kekurangan AIF lan sel fotoreseptor sing diwenehi rotenon, biru metilena njaga kekandelan retina, panandha fotoreseptor, lan struktur mitokondria, uga nyuda rasio NADH marang NAD lan nyuda aktivitas jalur stres, kalebu respons protein sing ora nglipat kanthi bener lan mitofagi. Iki kedadeyan tanpa ndandani kekurangan ATP. Perlindungan tanpa energi sing pulih ateges mupangate lumantar keseimbangan redoks lan kautuhan mitokondria, dudu liwat ATP tambahan. Sapa wae sing nganggep kaslametan jaringan padha karo pulihing produksi energi bakal kliru babar pisan nalika mangerteni eksperimen kasebut.

Panaliten mitokondria otak nambah cathetan babagan konsekuensi ing gambaran sing padha. Konsentrasi endhek sing padha, sing ningkatake bioenergetika, uga nambah produksi hidrogen peroksida ing saben kahanan sing diuji lan ngalonake pangilangane. Pangukuran ditindakake nganggo uji Amplex sing dikalibrasi, dudu zat pewarna sing ora spesifik. ATP sing luwih akeh teka bebarengan karo oksidan sing luwih akeh.

Dhaptar priksa praktis nalika maca

Patang pitakon bisa mbedakake asil kanthi gandhengan saka asil tanpa gandhengan.

Kapisan, asil ukur apa sing sejatine diukur. Konsumsi oksigen wae ora bisa nuduhake ATP. Sintesis ATP, potensial membran, lan rasio kontrol respirasi saben-saben nambah siji bagean informasi sing ora bisa dideleng dening elektrode oksigen. Pandhuan maca pratelan panaliten biru metilena ngrembug kanthi rinci babagan disiplin nggunakake asil ukur iki.

Kapindho, substrat apa sing dadi bahan bakar mitokondria. Asil suksinil CoA nuduhake yen pilihan bahan bakar bisa nemtokake apa respirasi tambahan bisa dadi ATP tambahan utawa ora.

Katelu, konsentrasi apa sing digunakake. Biru metilena ing konsentrasi nanomolar nganti micromolar endhek ing mitokondria otak menehi peningkatan bioenergetika sing sithik kanthi konsekuensi tambahing oksidan; setengah micromolar lan luwih dhuwur ing mitokondria ati nyuda gandhengan; 5 micromolar uga njalari abuh. Konsentrasi minangka bagean saka mekanisme, dudu mung katrangan latar.

Kaping papat, model apa sing ngasilake asil kasebut. Mitokondria sing diisolasi nuduhake susunan jalure, nanging sel lan jaringan sing utuh nambah faktor transportasi, reduksi dadi wujud tanpa warna, lan papan panampung elektron liyane sing saingan. Panaliten babagan takeran ing laboratorium, kalebu carane konsentrasi lan protokol mbentuk efek biru metilena, dadi jembatan antarane angka ing ruang uji lan pratelan apa wae babagan manungsa.

Konsumsi oksigen nuduhake aliran elektron. ATP nuduhake sepira akehe aliran kasebut sing kasimpen. Biru metilena bisa ngowahi salah sijine, lan eksperimen ing ndhuwur nuduhake kabeh patang pola sing muncul: loro-lorone mundhak, respirasi mundhak kanthi ATP tambahan mung nalika substrate ngidini, respirasi mundhak nalika gandhengan mudhun, lan jaringan dijaga nalika ATP tetep. Angka ing elektrode oksigen minangka wiwitan kanggo napsirake, dudu pungkasane.