Şîna metîlenê û mîtokondrî: nirxandina veguhastina elektronan û delîlan

Du amadekariyên ceribandinê li kêleka hev bînin ber çavên xwe. Di her duyan de mîtokondriyên mejî hene ku bi rotenonê hatine jehrkirin; rotenon madeyeke kîmyewî ye ku Kompleksa I ya zincîra respirasyonê asteng dike. Ceribandkar bi pîpetê dozeke mîkromolar a şîna metîlenê dixe yekê. Bikaranîna oksîjenê hinekî vedigere. Voltaja perdeyê hinekî vedigere. Mîqdareke biçûk a senteza ATP dîsa dest pê dike. Di kuweta li kêleka wê de, sensorekî peroksîdê nîvê din ê çîrokê dibêje: derketina peroksîda hîdrojenê çend qat zêde bûye, di her doza ceribandî de û bi her substrata ku hatiye ceribandin.

Her du xwendin rast in. Şîna metîlenê veguhêzkerekî elektronan e ku dikare herikînê li dora beşeke zirardîtî ya zincîra respirasyonê bidomîne, û heman veguhêzker dema vê dike bihayekî peroksîdê jî distîne. Her du rastiyan bi hev re di hişê xwe de bigirin û wêjeya zanistî ya li ser fonksiyona mîtokondrî ya şîna metîlenê tê famkirin. Tenê yekê di hişê xwe de bigirin û, li gorî kîjan gotara zanistî we pêşî vekiriye, wek mucîze an xeteriyê tê xwendin.

Veguhêzker, bi zimanekî zelal

Zincîra respirasyonê rêzeke radestkirinê ye. Elektron di Kompleksa I de (ji NADH) an di Kompleksa II û enzîmên flavînê yên têkildar de (ji suksînatê û bexşkerên wek wê) dikevin zincîrê, di Kompleksa III re derbas dibin û digihîjin hilgirê hereketkar sîtokroma c, paşê di Kompleksa IV re digihîjin oksîjenê. Her radestkirin protonan di perdeya hundirîn re pomp dike, û gradiyenta ku çêdibe senteza ATP dimeşîne. Her stasyonekê asteng bikin û beşa rêzê ya berî wê bêdeng dibe.

Şîna metîlenê xwe wek qasidekî paralel dixe nav vê rêzê. Forma wê ya oksîdkirî ji hilgirên berî wê elektronan distîne û dibe forma bê reng a redûkkirî, leukoşîna metîlenê; ev jî paşê wan elektronan dide beşa piştî xwe û dîsa şîn dibe. Her du form di ravekirina cotê redoksê de tên şîrovekirin, û tevgera giştî ya vê radestkirinê di ravekera mekanîzmaya giştî de cih digire. Pirsa vekirî ew e ku qasid li ku dîsa dikeve rêzê: li kîsika girêdana kînolê ya Kompleksa III ku wek cihê Qo tê zanîn, an rasterast li sîtokroma c. Kîjan derketin serdest e bi şertan ve girêdayî ye, wekî analîza rêya derbasbûna li dora Kompleksa III bi hûrgulî rave dike.

Sê lêkolînên li ser ajalên gazîner bi rastî çi pîvan

Her sê lêkolînan mîtokondriyên mejî yên veqetandî bi kar anîn; ango organelên ku ji şaneyê hatine derxistin û di şaneyeke tamponê ya diyarkirî de hatine ragirtin. Ne şaneyên tam, ne ajalên ku doz ji wan re hatibe dayîn, ne beşdarên mirov. Konsantrasyon behsa şaneyê dike ku organelan dorpêç dike, ne dozeke devkî ya mirovan. Vê çarçoveyê sabît bigirin û hejmar bi zelalî diaxivin.

Lêkolîna yekem, li ser mîtokondriyên veqetandî yên mejiyê berazê hindî bi 100 nanomolar heta 2 mîkromolar, feyde û biha di heman amadekariyê de pîvan. Di mîtokondriyên saxlem de rengker bikaranîna oksîjenê di rewşa bêçalakiyê de zêde kir, lê respirasyona ku bi ADP tê hanîn neguherand; ji ber vê yekê, hilberîna ATP ya girêdayî respirasyonê baştir nebû. Di dema astengkirina Kompleksa I de, 2 mîkromolar senteza ATP ji 46 ber bi 93 nanomol di deqeyekê de ji bo her mîlîgramê ve vegerand, li hember rêjeyeke normal a nêzî 1109. Di dema astengkirina Kompleksa III de, heman doz ATP ji nêzî 46 ber bi 63 ve vegerand, li hember rêjeyeke normal a nêzî 910. Voltaj û girtina kalsiyûmê hinekî vegeriyan. Astengkirina Kompleksa IV bi siyanîdê nedihat derbaskirin; ev jî cihê derketina sûdmend a elektronan berî Kompleksa IV ya kar dike destnîşan dike. Her vegerandina fonksiyonê ji aliyê statîstîkî ve rast û biçûk bû: rêjeyên ji sedî yên yekreqemî ji hilberîna normal a ATP.

Lêkolîna duyem, li ser mîtokondriyên korteksa mişkan bi nêzî 1 mîkromolar, derbasbûna li dora Kompleksa I piştrast kir û li Kompleksa III sînorek danî. Rotenon respirasyon ji nêzî 121 ber bi binê 2 nanomol oksîjenê di deqeyekê de ji bo her mîlîgramê ve daxist, û rengker wê ber bi nêzî 21 ve bilind kir, ango nêzî yek ji şeşê ya rêjeya normal, dema ku voltaja perdeyê hema hema bi tevahî vegeriya. Lê piştî astengkirina Kompleksa III, ne respirasyon ne jî voltaj di navbera 1 û 5 mîkromolar de vegeriya, û astengkirinê sînyala peroksîdê ya ku ji rengkerê çêdibû tepisand. Nivîskaran pêşniyar kir ku rengkera redûkkirî elektronên xwe li cihê Qo yê Kompleksa III radest dike: dema ev cih dagirtî be, tu cihê radestkirinê ji qasid re namîne.

Lêkolîna sêyem, li ser mîtokondriyên mejiyê mişkan, mişkên mezin û berazên hindî, bi piranî bi 2 mîkromolar, vê nakokiyê rasterast ceriband û dît ku astengkirina Kompleksa III dikare were derbaskirin. Dema myxothiazol, astengkerê cihê Qo, respirasyona bingehîn bi 88 ji sedî kêm kir, rengker bikaranîna oksîjenê ber bi nêzî 62 ji sedî ya rêjeya neastengkirî ve vegerand. Di ceribandineke rasterast de, nîv mîkromolar sîtokroma c ya ji derve redûk kir, heta dema ku Kompleksa III astengkirî bû jî; ev piştgirî da rêyeke ji NADH di rengkerê re ber bi sîtokroma c û ji wir ber bi Kompleksa IV ve. Lê respirasyona ku vegeriyabû ne wek normal tevdigeriya: ADP ya ku lê hat zêdekirin, li şûna ku bikaranîna oksîjenê zêde bike, wê kêm kir, û astengkirina senteza ATP respirasyon han da. Voltaj tenê hinekî dîsa polarîze bû. Bikaranîna zêde ya oksîjenê bi girêdana berevajî ne hilberîna normal a enerjiyê ye.

Çima laboratuvar nakok in û çi vê zelal dike

Ravekirina ku cûreyê ajal sebeb e, ya yekem e ku tê redkirin. Koma sêyem xebat li ser sê ajalên gazîner dubare kir û di hemûyan de heman derbasbûna ji aliyê kalîteyî ve dît, di wan de ew nijada mişkan jî hebû ku berê hatibû ragihandin ku ev derbasbûn lê tune ye. Tiştên ku li şûna cûreyê ajal diguherin konsantrasyon (1 li hember 2 mîkromolar), dozên astengkeran, şaneyên tamponê, rêbazên veqetandinê û, ji hemûyan girîngtir, rewşa enerjiyê ya ku tê berawirdkirin in: derbasbûn berî zêdekirina ADP herî zelal e, tam li wê rewşê ku bersiva paradoksal a ADP xuya dibe. Ji ber vê yekê, diyagrama rast du derketinên bi şertan ve girêdayî nîşan dide, yek li cihê Qo û yek li sîtokroma c. Qasid li wir radest dike ku kîmyaya herêmî destûrê dide.

Bihayê peroksîdê

Aliyê bihayê bi qasî aliyê vegerandina fonksiyonê domdar e. Di xebata li ser berazê hindî de, rengker di her şerta ceribandî de berdana peroksîdê zêde kir: di bêçalakiyê de, di dema sentezkirina ATP de û di rewşên bi kîmyewî zirardîtî de, bi her sê substratan. Di dema senteza ATP de, bi 1 mîkromolar hilberîn ji nêzî 148 ber bi zêdetirî 1500 pîkomol di deqeyekê de ji bo her mîlîgramê ve bilind bû, û heta 100 nanomolar jî sînyal zêdetirî çar qat kir. Rengkerê herwiha rakirina peroksîdê nêzî 2.6 qat hêdî kir, lewra sînyal hem çêbûna zûtir hem jî paqijkirina hêdîtir nîşan dide. Kîmyaya pêşniyarkirî redûkkirina rasterast a oksîjenê ji aliyê rengkera redûkkirî ve ye, bêyî superoksîdeke ku were tesbîtkirin; lê ev hîn jî şîroveyek e, ne gaveke îspatkirî.

Xebata li ser mişkan wêneyê bi awayekî sûdmend tevlihevtir dike. Peroksîd bi zêdebûna dozê bi lez bilind bû, ji asta bingehîn a nêzî 76 ber bi hema hema 2000 pîkomol di deqeyekê de ji bo her mîlîgramê ve bi 2 mîkromolar, lê astengkirina Kompleksa III beşa ku ji rengkerê çêdibû tepisand. Heke peroksîd tenê ji reaksiyona rengkera redûkkirî bi oksîjenê re çêbibûya, astengkirina zincîrê nediviyabû ewqas bandor bikira. Lê bandor dike, lewra zincîr jî beşdar e. Nirxandina antîoksîdant û prooksîdantê vê dualîtiyê di çarçoveyeke berfirehtir de datîne, û analîza oksîjenê li hember ATP rave dike ku çima hejmarên oksîjenê bi tenê tu carî îdiayeke enerjiyê bi dawî nakin.

Vegerandina fonksiyonê ne tamîr e

Îfadeya ku divê dev jê were berdan ev e: "ma şîna metîlenê mîtokondriyan tamîr dike." Tamîr wê tê wateya sererastkirineke mayînde: kompleksên ji nû ve ava bûyî, girêdana ku piştî derketina dermanê jî didome, vegerandina fonksiyonê di şaneyên tam de, û paşê fonksiyona baştir di organîzmayeke zindî de. Tu yek ji van sê gotaran vê nîşan nade. Ew tenê guherandina bilez a rêya elektronan di organelên nûveqetandî de, di dema astengkirina kîmyewî ya çêkirî de, nîşan didin; bi hilberîna ATP ya ku beşên biçûk ên normal e û bi girêdaneke ku carinan bi eşkere xerîb e. Rotenon û antîmîsîn amûrên laboratuvarê ne, ne modelên pîrbûnê an nexweşiya mîtokondrî ya mirovan, û tu tişt li vir nayê wateya enerjiya zêdetir ji bo kesekî saxlem. Ev pirsekeke cuda ya delîlan e ku wêjeya xwe ya lêkolînên mirovan heye.

Sê sînor encamên biohackingê rast digirin. Yekem, konsantrasyona şaneya dorpêçker ne doz e: 0.1 heta 2 mîkromolar li dora organelên veqetandî tu agahiyê nade ka kîjan mîqdara devkî wê konsantrasyona azad li mîtokondriyeke mejiyê mirov çêdike, bi taybetî ji ber ku rengker li gorî voltaja perdeyê bi xwe kom dibe an tê berdan. Duyem, oksîjen ne enerjî ye: rengker dikare hem bi çerxbûn û derçûna elektronan hem jî bi fosforîlasyona hilberîner bikaranîna oksîjenê zêde bike; lewra pîvandina respirasyonê bêyî xwendinên ATP û voltajê nikare îdiayeke enerjiyê rastdar bike. Sêyem, feyde û bar divê di heman hevokê de bin: her îfadeya li ser vegerandina voltajê an ATP ku zêdebûna peroksîdê ya hevdem jê derdixe, ceribandinê şaş radigihîne. Şert û sînorên têkildar hevsengiya redoksê ya NAD, şiklê bersiva dozê û rêbera ceribandinên pîvandinê dihewînin.

Nîşeweke pratîkî: ev veguhastin taybetmendiyeke heman molekula taybet e. Molekulên xizm ên demetîlkirî wek Azure B jî ji aliyê redoksê ve çalak in, lê tevgera wan cuda ye; lewra şaneyeke ku hinekî hilweşiyaye ceribandineke cuda ye ji rengkera saxlem. Ev yek ji sedeman e ku meriv li ser taybetmendiyên tam ên farmakopeyê û belgeyeke weşandî ya partiya hilberînê bisekine, li şûna kontrola ku tenê metalan dipîve. Kîmyaya ku bi ronahiyê tê meşandin ji bo bikaranînên di bin ronahiyê de hişyariyeke paralel zêde dike; ev di hevberkirinên bi ronahiya sor re de tê vegotin.

Îdiaya teng piştî hemû van tiştan jî derbasdar dimîne û hêjayî parastinê ye: şîna metîlenê dikare di mîtokondriyên veqetandî yên zirardîtî de wek qasidekî elektronan ê bi şert bixebite û herikînê hinekî biparêze, bi bihayekî peroksîdê. Her tiştê ji vê wêdetir, enerjî, dirêjahiya jiyanê, tamîr, li benda delîlên ku ev lêkolîn qet ji bo peydakirina wan nehatibûn sêwirandin dimîne.