Макала
Метилен көгү жана митохондриялар: электрондордун ташылышы жана далилдер
Жанаша турган эки препаратты элестетиңиз. Экөөндө тең дем алуу чынжырынын Комплекс I бөлүгүн бөгөттөгөн ротенон аттуу химиялык зат менен ууландырылган мээ митохондриялары бар. Эксперимент жүргүзгөн адис алардын бирине пипетка менен метилен көгүнүн микромолярдык дозасын кошот. Кычкылтек керектөө жарым-жартылай калыбына келет. Мембрананын электр чыңалуусу жарым-жартылай кайтып келет. ATP синтези аз өлчөмдө кайра башталат. Жанындагы кюветада пероксид сенсору көрүнүштүн экинчи тарабын көрсөтөт: сыналган ар бир дозада, колдонулган ар бир субстратта суутек пероксидинин бөлүнүп чыгышы бир нече эсеге көбөйгөн.
Эки көрсөткүч тең туура. Метилен көгү — дем алуу чынжырынын жабыркаган бөлүгүн айланып, электрон агымын уланта алган ташуучу; ошол эле ташуу учурунда пероксиддин көбөйүшү анын кошумча кесепети болот. Ушул эки фактыны бирдей эске алганда, метилен көгүнүн митохондриялык функцияга таасири жөнүндө илимий адабиятты түшүнүүгө болот. Бирөөнү гана эске алсаңыз, алгач кайсы макаланы ачканыңызга жараша, бул зат керемет же коркунуч болуп көрүнөт.
Электрон ташуунун жөнөкөй түшүндүрмөсү
Дем алуу чынжыры — электрондорду кезеги менен өткөрүп берүүчү катар. Электрондор Комплекс I аркылуу (NADHтан) же Комплекс II жана ага байланыштуу флавин ферменттери аркылуу (сукцинаттан жана ага окшош донорлордон) кирип, Комплекс III аркылуу кыймылдуу ташуучу цитохром cге, андан Комплекс IV аркылуу кычкылтекке өтөт. Ар бир өткөрүп берүү протондорду ички мембрананын аркы бетине айдайт, ал эми пайда болгон градиент ATP синтезин кыймылга келтирет. Кайсы бир бекет бөгөттөлсө, ага чейинки агым токтойт.
Метилен көгү бул процесске параллелдүү ташуучу катары кошулат. Анын кычкылданган формасы чынжырдын жогорку бөлүгүндөгү ташуучулардан электрондорду кабыл алып, түссүз калыбына келген формага — лейкометилен көгүнө — айланат. Ал бул электрондорду чынжырдын төмөнкү бөлүгүнө өткөрүп берип, кайра көк түскө келет. Эки форма кычкылдануу-калыбына келүү жубу тууралуу баяндамада, ал эми электрондорду өткөрүүнүн жалпы жүрүшү жалпы механизмдин түшүндүрмөсүндө сүрөттөлгөн. Ташуучу чынжырга кайсы жерден кайра кошулат деген суроо ачык бойдон калууда: Комплекс IIIтүн Qo участогу деп аталган хинол байланыштыруучу чөнтөгүнөнбү же түздөн-түз цитохром cденби? Кайсы чыгуу жолу үстөмдүк кылары шарттарга жараша болот; бул Комплекс IIIтү айланып өтүү талдоосунда кеңири баяндалган.
Кемирүүчүлөрдөгү үч изилдөө чындыгында эмнени өлчөгөн
Үч изилдөөнүн баарында бөлүп алынган мээ митохондриялары колдонулган: органеллалар клеткадан чыгарылып, курамы аныкталган буферде суспензия түрүндө кармалган. Бүтүн клеткалар да, зат берилген жаныбарлар да, адам катышуучулар да болгон эмес. Концентрациялар адамдын ооз аркылуу кабыл алган дозасына эмес, органеллаларды курчаган эритмеге тиешелүү. Ушул чекти эсте кармасаңыз, сандар эмнени билдирери айкын болот.
Биринчи изилдөөдө 100 наномолярдан 2 микромолярга чейинки концентрациялардагы деңиз чочкосунун бөлүп алынган мээ митохондрияларында бир эле препараттын ичинде пайдасы да, кошумча кесепети да аныкталган. Дени сак митохондрияларда боёк тынч абалдагы кычкылтек керектөөнү көбөйткөн, бирок ADP түрткү берген дем алууну өзгөрткөн эмес; демек, дем алуу менен тутумдашкан ATP өндүрүү жакшырган эмес. Комплекс I бөгөттөлгөндө, 2 микромолярдык концентрация ATP синтезин мүнөтүнө ар бир миллиграммга 46 наномолдон 93 наномолго чейин калыбына келтирген, ал эми кадимки ылдамдык болжол менен 1109 болгон. Комплекс III бөгөттөлгөндө, ошол эле доза ATP өндүрүүнү болжол менен 46дан 63кө чейин калыбына келтирген, ал эми кадимки ылдамдык болжол менен 910 болгон. Электр чыңалуусу жана кальцийди кабыл алуу жарым-жартылай калыбына келген. Комплекс IVтүн цианид менен бөгөттөлүшүн айланып өтүү мүмкүн болгон эмес; бул пайдалуу электрон чыгуу жолу иштеп турган Комплекс IVкө чейин жайгашканын көрсөтөт. Ар бир калыбына келүү статистикалык жактан ишенимдүү, бирок аз болгон: кадимки ATP өндүрүүнүн бир орундуу пайыздары гана.
Экинчи изилдөө болжол менен 1 микромолярдык концентрацияда чычкандын мээ кыртышынын митохондрияларында Комплекс Iди айланып өтүүнү ырастап, Комплекс IIIтө чек бар экенин көрсөткөн. Ротенон дем алууну мүнөтүнө ар бир миллиграммга болжол менен 121 наномоль кычкылтектен 2 наномолдон төмөн деңгээлге түшүргөн. Боёк аны болжол менен 21ге, башкача айтканда, кадимки деңгээлдин алтыдан бирине жакын көтөргөн, ал эми мембрананын электр чыңалуусу дээрлик толук калыбына келген. Бирок Комплекс III бөгөттөлгөндөн кийин 1ден 5 микромолярга чейинки концентрацияларда дем алуу да, электр чыңалуусу да калыбына келген эмес. Мындан тышкары, бөгөт боёк жараткан пероксид сигналын басаңдаткан. Авторлор калыбына келген боёк электрондорун Комплекс IIIтүн Qo участогуна өткөрөт деп сунушташкан: ал участок ээленип калганда, ташуучунун электрондорду жеткирчү жери калбайт.
Үчүнчү изилдөөдө негизинен 2 микромолярдык концентрацияда чычкандын, келемиштин жана деңиз чочкосунун мээ митохондрияларында бул карама-каршылык түздөн-түз текшерилип, Комплекс IIIтөгү бөгөттү айланып өтүүгө болору аныкталган. Qo участогунун ингибитору миксотиазол базалдык дем алууну 88 пайызга азайтканда, боёк кычкылтек керектөөнү бөгөт коюлбаган деңгээлдин болжол менен 62 пайызына чейин калыбына келтирген. Түздөн-түз текшерүүдө жарым микромолярдык концентрация Комплекс III бөгөттөлүп турганда да сырттан кошулган цитохром cни калыбына келтирген. Бул NADHтан боёк аркылуу цитохром cге, андан ары Комплекс IVкө баруучу жолду колдойт. Бирок калыбына келген дем алуу адаттан тыш жүргөн: кошулган ADP кычкылтек керектөөнү көбөйтпөстөн, азайткан, ал эми ATP синтезин бөгөттөө дем алууну күчөткөн. Мембрананын электр чыңалуусу жарым-жартылай гана калыбына келген. Тутумдашуу тескери жүрүп жатканда кычкылтекти көп керектөө кадимки энергия өндүрүү эмес.
Лабораториялар эмне үчүн ар башка жыйынтык алышкан жана муну эмне түшүндүрөт
Бул айырманы жаныбарлардын түрү менен түшүндүрүү мүмкүн эмес. Үчүнчү топ ишти кемирүүчүлөрдүн үч түрүндө кайталап, баарында сапаттык жактан бирдей айланып өтүүнү байкаган. Буга мурда айланып өтүү жок деп билдирилген чычкан линиясы да кирген. Чындыгында концентрация (1 жана 2 микромоляр), ингибиторлордун дозалары, буферлер, бөлүп алуу ыкмалары жана, баарынан мурда, салыштырылган энергетикалык абал айырмаланган: айланып өтүү ADP кошулганга чейин эң даана көрүнгөн, дал ошол учурда ADPге парадоксалдуу жооп байкалган. Ошондуктан чындыкка туура келген схема шартка жараша иштеген эки чыгуу жолун көрсөтөт: бири Qo участогунда, экинчиси цитохром cде. Ташуучу электрондорду жергиликтүү химиялык шарттар мүмкүнчүлүк берген жерге жеткирет.
Пероксид түрүндөгү кошумча кесепет
Кошумча кесепет боюнча жыйынтыктар калыбына келүү боюнча жыйынтыктардай эле туруктуу. Деңиз чочкосундагы изилдөөдө боёк сыналган бардык шарттарда — тынч абалда, ATP синтези жүргөндө жана химиялык жол менен функция бузулганда — үч субстраттын баарында пероксиддин бөлүнүп чыгышын көбөйткөн. ATP синтези учурунда 1 микромолярдык концентрацияда анын бөлүнүп чыгышы мүнөтүнө ар бир миллиграммга болжол менен 148 пикомолдон 1500 пикомолдон ашык деңгээлге жеткен. Ал тургай 100 наномолярдык концентрация да сигналды төрт эседен ашык көбөйткөн. Боёк пероксидди жоюуну да болжол менен 2.6 эсеге жайлаткан, ошондуктан сигнал анын тезирээк пайда болушун жана жайыраак тазаланышын чагылдырат. Сунушталган химиялык түшүндүрмө — аныкталуучу супероксид пайда болбостон, калыбына келген боёк кычкылтекти түздөн-түз калыбына келтирет. Бирок бул далилденген баскыч эмес, азырынча чечмелөө бойдон калууда.
Чычкандагы изилдөө көрүнүштү пайдалуу түрдө татаалдаштырат. Пероксид дозага жараша кескин өскөн: баштапкы болжол менен 76 пикомолдон 2 микромолярдык концентрацияда мүнөтүнө ар бир миллиграммга дээрлик 2000 пикомолго жеткен. Бирок Комплекс IIIтү бөгөттөө боёк жараткан бөлүгүн басаңдаткан. Эгер пероксид калыбына келген боёктун кычкылтек менен реакциясынан гана пайда болсо, чынжырды бөгөттөө мынчалык маанилүү болбошу керек эле. Бирок маанилүү болгон, демек, чынжыр да бул процесске катышат. Антиоксиданттык жана прооксиданттык таасирлерге сереп бул эки жактуулукту кеңири контекстке жайгаштырат, ал эми кычкылтек менен ATPнин айырмасы тууралуу талдоо эмне үчүн кычкылтек көрсөткүчтөрү гана энергия жөнүндө дооматты эч качан чечпей турганын түшүндүрөт.
Функцияны сактап калуу — оңдоо эмес
«Метилен көгү митохондрияларды оңдойбу?» деген сөз айкашын колдонуудан чыгаруу керек. Оңдоо туруктуу түзөтүүнү билдирмек: комплекстердин кайра түзүлүшү, зат чыгып кеткенден кийин да сакталып турган тутумдашуу, бүтүн клеткалардагы калыбына келүү, андан соң тирүү организмдеги функциянын жакшырышы. Үч макаланын бири да муну көрсөтпөйт. Алар жасалма химиялык бөгөттөө учурунда жаңы бөлүп алынган органеллаларда электрондордун жолунун дароо өзгөрүшүн көрсөтөт; мында ATP өндүрүү кадимки деңгээлдин аз гана бөлүгүн түзөт, ал эми тутумдашуу кээде ачык эле адаттан тыш болот. Ротенон менен антимицин — лабораториялык куралдар, карылыктын же адамдагы митохондриялык оорунун моделдери эмес. Бул жердеги эч нерсе дени сак адам көбүрөөк энергия алат дегенди билдирбейт; бул өзүнүн адамдар боюнча илимий адабияты бар өзүнчө далил суроосу.
Үч чек биохакинг боюнча кандай гана тыянак болбосун так кармоого жардам берет. Биринчиден, курчап турган эритменин концентрациясы доза эмес: бөлүп алынган органеллалардын айланасындагы 0.1ден 2 микромолярга чейинки концентрация ооз аркылуу кабыл алынган кайсы өлчөм адамдын мээ митохондриясында ушундай эркин концентрация түзөрүн көрсөтпөйт. Айрыкча боёк мембрананын электр чыңалуусуна жараша топтоло турганын же бошоп чыга турганын эске алуу керек. Экинчиден, кычкылтек энергия эмес: боёк натыйжалуу фосфорлоо аркылуу гана эмес, айланма циклдер жана электрондордун агып кетиши аркылуу да кычкылтек керектөөнү көбөйтө алат. Ошондуктан ATP жана электр чыңалуу көрсөткүчтөрүсүз респирометрия энергия жөнүндө дооматка негиз боло албайт. Үчүнчүдөн, пайда менен кошумча жүк бир эле сүйлөмдө айтылышы керек: электр чыңалуусунун же ATPнин калыбына келиши жөнүндө айтып, ошол эле учурда пероксиддин көбөйүшүн айтпай коюу экспериментти туура эмес баяндоо болуп саналат. Ушуга байланышкан башка чектөөлөр NADдын кычкылдануу-калыбына келүү тең салмагын, дозага жооптун формасын жана өлчөө ыкмалары боюнча колдонмону камтыйт.
Бир практикалык эскертүү: электрон ташуу — дал ушул молекуланын касиети. Azure B сыяктуу деметилденген тектеш заттар да кычкылдануу-калыбына келүү реакцияларына катышат, бирок башкача жүрүм-турум көрсөтөт. Ошондуктан жарым-жартылай бузулган эритме менен жүргүзүлгөн эксперимент бүтүн боёк менен жүргүзүлгөн эксперименттен айырмаланат. Бул металлдарга гана текшерүү менен чектелбестен, толук фармакопеялык спецификацияны жана партиянын жарыяланган документин талап кылуунун бир себеби. Жарык түрткү берген химиялык процесстер жарык түшүрүлүп колдонулган учурларга кошумча эскертүү киргизет; бул кызыл жарык менен айкалыштар тууралуу макалада каралган.
Тар маанидеги тыянак булардын баарынан кийин да күчүндө калат жана аны сактап калууга арзыйт: метилен көгү жабыркаган, бөлүп алынган митохондрияларда шартка жараша электрон ташуучу болуп, пероксиддин көбөйүшүнүн эсебинен агымды жарым-жартылай сактай алат. Мындан тышкаркысынын баары — энергия, узак жашоо, оңдоо — бул изилдөөлөр башынан эле бере албаган далилдерди күтөт.