Нийтлэл
Метиленийн хөх антиоксидант ба прооксидант болох нь: үр дүнг юу өөрчилдөг вэ?
Хоёр лаборатори ижил хөх будагч бодисыг туршаад эсрэг үр дүн мэдээлсэн гэж бодъё. Эхний лабораторид тусгаарласан тархины митохондрийн амьсгал сайжирч, илүү их ATP үүсжээ. Хоёр дахь лабораторид ижил бэлдмэлээс хавьгүй их устөрөгчийн хэт исэл ялгарчээ. Хоёр тайлан хоёулаа зөв. Тэд нэг мөчлөгийг хоёр талаас нь дүрсэлж байгаа бөгөөд уншигчид нэг талыг нь бүхэл зураг гэж үзэх үед төөрөгдөл эхэлдэг.
Алдаа нь молекулд аль нэршил тохирохыг асуухад оршино. Метиленийн хөх бол электрон дамжуулагч бөгөөд үүнийг эсийн биологид үйлчлэх байнуудын зураглал илүү өргөн хүрээнд харуулдаг. Исэлдсэн будагч бодис электрон хүлээн авч, өнгөгүй лейкоMB болж хувирна. ЛейкоMB тэдгээр электроныг цааш дамжуулаад дахин хөх өнгөтэй болно. Ажиглагдах үр дүн нь электроныг хэн өгч, хэн хүлээн авч байгаагаас, мөн зам зуур үүссэн устөрөгчийн хэт ислийг тухайн тогтолцоо зайлуулж чадах эсэхээс хамаарна. Асуух ёстой асуулт нь будагч бодис антиоксидант мөн эсэх биш. Харин тухайн нөхцөл энэ дамжуулагчид юу хийх боломж олгож байна вэ гэдэг юм.
Хоёр талт үйлчлэлийг үүсгэдэг мөчлөг
Харанхуйд үндсэн мөчлөг богино байдаг. NADH, NADPH эсвэл амьсгалын гинжин хэлхээний зөөгчид будагч бодисыг ангижруулна. Ангижирсан будагч бодис цааш өрсөлдөх хэд хэдэн замаар явж болно. Электроныг цитохром c-д дамжуулж, гэмтсэн комплексийг тойрсон урсгалыг дэмжиж чадна. Иймээс I эсвэл III комплексийг хориглосон үед амьсгал болон мембраны потенциал хэсэгчлэн сэргэдэг. Эсвэл электроныг шууд хүчилтөрөгчид дамжуулж, хөх хэлбэртээ дахин шилжин, устөрөгчийн хэт исэл үүсгэж болно. Будагч бодис дахин сэргэдэг учраас багахан хэмжээ нь энэ мөчлөгийг олон удаа давтаж, ангижруулах эквивалентуудыг тасралтгүй зарцуулан, хэт исэл тасралтгүй үүсгэж чадна.
Өөр хоёр салаа зам химийн явцыг бүрэн өөрчилдөг. Чөлөөт зэс эсвэл төмөр нь тархан нэвчих чадвартай тэр хэт ислийг Фентоны төрлийн урвалаар илүү их гэмтэл учруулдаг, тухайн орчиндоо үйлчлэх исэлдүүлэгчид болгон хувиргана. Улаан гэрэл тусдаа фотохимийн замыг нээдэг бөгөөд өдөөгдсөн будагч бодис хүчилтөрөгчид энерги дамжуулж, синглет хүчилтөрөгч үүсгэнэ. Энэ хэлбэрийг I ба II төрлийн фотохимийн тайлбарт дэлгэрэнгүй авч үзсэн. Харанхуй дахь исэлдэн ангижрах мөчлөг, металлаар эрчимжсэн гэмтэл, фотодинамик гэмтэл нь нэг эхлэлийн молекултай боловч гурван өөр механизм юм.
Нөхцөл ба үр дүнгийн матриц
Доорх хүснэгт бол хадгалж авах гол мэдээлэл юм. Мөр бүр нэг хувьсагч, түүний нөлөөлөх чиглэл, үүнийг харуулсан туршилтыг багтаасан. Эерэг гэдэг нь хамгаалах эсвэл сайжирсан үзүүлэлт гэсэн үг. Сөрөг гэдэг нь исэлдүүлэгч нэмэгдэх, нөөц илүү шавхагдах эсвэл гэмтэл ихсэхийг хэлнэ.
| Нөхцөл | Үр дүнгийн чиглэл | Туршилт юу харуулсан бэ? |
|---|---|---|
| Бага концентраци, 0.1-ээс 1 uM, тусгаарласан митохондри | Биоэнергетикт эерэг, хэт исэл мөн нэмэгдсэн | 0.1 uM нь эрүүл болон чихрийн шижинтэй хархны зүрхний митохондрийн хүчилтөрөгчийн хэрэглээг сайжруулсан; 100 nM-ээс 1 uM нь хориглогдсон тархины митохондрийн ATP, мембраны потенциал, кальцийн шингээлтийг хэсэгчлэн сэргээсэн боловч бүх нөхцөлд хэт ислийн ялгаралт нэмэгдсэн |
| Илүү өндөр концентраци, 5 uM-ээс дээш, глюкозгүй эсүүд | Исэлдүүлэгчийн сөрөг дохио | Глюкозгүй үед 5 uM-ээс дээш концентрацид эндотелийн эсүүдэд ерөнхий ROS илрүүлэгч сорьц исэлдэж, ангижирсан глутатион буурсан; глюкоз нэмэхэд хоёулангаас нь сэргийлсэн |
| I комплексийн субстратууд (глутамат ба малат) | Хэт исэл нэмэгдсэн | Тархины болон зүрхний митохондрийн судалгаанд хоёуланд нь NADH-тай холбоотой субстратуудтай үед хэт ислийн ялгаралт нэмэгдсэн |
| Сукцинат ба ротенон, зүрхний митохондри, 0.1 uM | Тухайн протоколд хэт исэл буурсан | Эдгээр туршилт дундах хэт ислийн үзүүлэлтээр илэрхий антиоксидант үр дүн харуулсан цорын ганц нөхцөл; протоколд ротенон орсон, мөн өөр эд ашигласан тул зөвхөн субстратаар тайлбарлах боломжгүйг анхаарна уу |
| Улаан гэрэл, 20 uM ба 630 nm | ДНХ-ийн сөрөг гэмтэл | Харанхуйд 20 uM үед митохондрийн ДНХ-д мэдэгдэхүйц гэмтэл илрээгүй; ижил концентрацийг улаан гэрэлтэй хослуулахад туршсан бүх хэсэг гэмтсэн |
| Харанхуйд маш өндөр концентраци, 100 uM | ДНХ-ийн сонгомол сөрөг гэмтэл | Пуринаар баялаг дараалал дахь митохондрийн ДНХ-ийн сонгомол гэмтэл нь наномолийн түвшний хэт ислийн дохионоос чанарын хувьд өөр түвшний өөрчлөлт байсан |
| Зэс эсвэл төмөр ба NADH, эсгүй орчин дахь ДНХ | Исэлдэлтийн сөрөг гэмтэл | Зэс нь p53-ийн мутаци их үүсдэг дараалалд гэмтэл чиглүүлсэн; төмөр-EDTA өргөн хүрээний гэмтэл үүсгэсэн; каталаза болон металл хелатлагчид харгалзах замуудыг хориглосон; исэлдсэн гуанин нэмэгдсэн |
| Глюкозтой, бүтэн эсүүд | Мөчлөг хурдассан ч хамгаалах сааруулалттай | Глюкоз будагч бодисын ангижралыг нэмэгдүүлсэн ч нийт стрессийг бууруулсан нь антиоксидантын дахин сэргэлтэд пентоз фосфатын зам NADPH нийлүүлдэгтэй нийцсэн |
| Аскорбатаар баяжуулсан эсүүд | Холимог: аскорбат зарцуулагдаж, сорьцын дохио саарсан | Глюкозтой байсан ч будагч бодис эс доторх аскорбатыг аажмаар исэлдүүлсэн бөгөөд сорьцын исэлдэлтийг хэсэгчлэн дарангуйлсан; үүний зардлыг хамгаалах нөөц үүрсэн |
| Ротеноноор урьдчилан боловсруулсан амьтад, будагч бодисыг түрүүлж өгсөн | Эдийн түвшинд эерэг үр дүн | Будагч бодисоор урьдчилан боловсруулахад тусгаарласан митохондрид хэт исэл нэмэгдэж байсан ч хулганы дунд тархинд ротеноноос үүдсэн митохондрийн ДНХ-ийн гэмтэл буурсан |
Мөрүүдийг хамарсан зүй тогтол нь гол санаа юм. Хэт исэл үүсэх болон биологийн хамгаалалт нь тусдаа хоёр тэнхлэг. Нэг үйлчлэл эхний тэнхлэг дээр сөрөг, хоёр дахь дээр эерэг үр дүнг зэрэг үзүүлж болно.
Ижил тун яагаад өөр өөр хариу өгдөг вэ?
Концентраци нь эцсийн үр дүнг бус, электрон зөөвөрлөх хүчин чадлыг тогтоодог. Бүтэн тархины митохондрийн судалгаанд 50 nM-ээс дээш үед хэт ислийн ялгаралт хэмжигдэхүйц нэмэгдсэн бол харанхуйд митохондрийн ДНХ-ийн илэрхий гэмтэл үүсэхэд 100 uM шаардлагатай байжээ. Энэ нь анхны дохио ба генийн материалд учрах хоруу чанарын хооронд ойролцоогоор хоёр мянга дахин зөрүү байгааг харуулна. Гэхдээ үүнийг аюулгүй байдлын нөөц гэж үзэж болохгүй. Эцсийн үзүүлэлтүүд, эсийн хэсгүүд, өртөлтийн хугацаа нь өөр тул эдгээр тоо нэг муруйн цэгүүдийг бус, тусдаа үзэгдлүүдийг зааж байна. Тун–хариу урвалын хэлэлцүүлэг бага түвшний дохио ба өндөр түвшний гэмтлийн ийм зөрүүг гормезисийн өргөн хүрээнд авч үздэг.
Субстрат нь электрон хаанаас орохыг шийддэг. NADH-тай холбоотой энергийн эх үүсвэрүүд нь ашигтай тойруу зам болон хүчилтөрөгчтэй явагдах үр ашиггүй урвалын аль алинд будагч бодисыг хангалттай ангижруулах эквивалентаар хангана. Сукцинат будагч бодисыг антиоксидант, харин глутамат прооксидант болгодог гэсэн түгээмэл ишилдэг дүгнэлт нь өгөгдлийг хэтрүүлэн тайлбарладаг. Учир нь зүрхний судалгааны сукцинаттай, хэт исэл хэмжсэн нөхцөлд ротенон мөн байсан бөгөөд бүх субстрат болон амьсгалын төлөвт хэт исэл нэмэгдсэнийг харуулсан тархины судалгаанаас өөр эд, өөр тун ашигласан.
Гэрэл нь зөвхөн нөлөөллийн хэмжээг бус, механизмыг өөрчилдөг. Эдгээр туршилтын хамгийн тод ялгаа нь харанхуйд 20 uM концентраци митохондрийн ДНХ-ийн хэсгүүдэд илрүүлэхүйц өөрчлөлт үүсгээгүй байхад улаан гэрэл дор 20 uM нь бүгдийг нь гэмтээсэн явдал юм. Гэрэлтэй туршилтыг харанхуй туршилттай харьцуулж байгаа хүн фотохимийг исэлдэн ангижрах мөчлөгтэй харьцуулж байна гэсэн үг.
Металлууд исэлдүүлэгчийг хувиргадаг. Металлгүй үед будагч бодисын харанхуй дахь мөчлөг нь хэт исэл үүсгэнэ. Энэ нь тархан нэвчих чадвартай бөгөөд эсүүд мөн дохио болгон ашигладаг молекул юм. Урвалд оролцох боломжтой зэс эсвэл төмөр байвал NADH-аар ангижирсан будагч бодис металлын ангижралд электрон нийлүүлнэ. Ангижирсан металл нь ДНХ-ийн дэргэд хэт ислийг гидроксил төрлийн эсвэл зэсийн хэт ислийн хэлбэрүүд болгон идэвхжүүлдэг. Ийнхүү NADH болон металлын ионтой эсгүй орчны судалгаанд ижил эхлэлийн будагч бодисоос мутаци их үүсдэг байрлалд сонгомол гэмтэл болон өргөн хүрээний ДНХ-ийн гэмтэл үүссэн. Энэ салаа зам чухал эсэхийг зөвхөн будагч бодис бус, тухайн орчин дахь металлын зохицуулалт шийддэг.
Энергийн эх үүсвэрийн хангамж нь эс энэ зардлыг дааж чадах эсэхийг шийддэг. 2-оос 20 uM будагч бодист өртүүлсэн эндотелийн эсүүдэд глюкозыг хасахад исэлдүүлэгчийн сөрөг нөлөө илэрсэн бол глюкоз нийлүүлэхэд тэр нөлөө арилсан. Глюкоз будагч бодисын ангижралыг мөн хурдасгасан ч ийм үр дүн гарсан. Хамгаалалтын нөөц хангалттай үед хурдан явагдах мөчлөг нь хамгаалалтын нөөцгүй үед удаан явагдах мөчлөгөөс давуу. Глюкоз эсвэл NADPH-ийн төлөвийг орхигдуулсан исэлдүүлэгчийн тухай аливаа мэдэгдлийг дутуу гэж үзээрэй.
Эд нь боломжит бүтцүүдийг тодорхойлдог. Эндотелийн эсүүд глюкозын солилцоогоор NADPH-ийг нөхөн үүсгэж, цитозолын антиоксидант нөөцтэй байдаг. Тусгаарласан митохондрид эдгээрийн аль нь ч байхгүй. Цэвэршүүлсэн ДНХ-д бүр засварлах тогтолцоо ч байхгүй. Нэг бэлдмэлд гарсан үр дүнгээр бусдынхыг бараг таамаглах боломжгүй. Иймээс эд тус бүрийн онцлог хариу урвалын тухай төлөвлөж буй нийтлэл эдгээр тогтолцоог тусад нь авч үзэх шаардлагатай.
Шууд хэмжилт нь дараагийн шатны хамгаалалт биш
Олон бичвэр туршилтаар тусад нь авч үздэг хоёр түвшнийг нэгтгэн тайлбарладаг. Нэг түвшин нь хэр их исэлдүүлэгч үүссэнийг асуудаг. Нөгөө нь эс түүнд хэрхэн хариу үйлдэл үзүүлснийг асуудаг.
Amplex төрлийн хэт ислийн шинжилгээ нь эхний түвшинд хамгийн ойр боловч тэдгээр нь ч цэвэр урсгалыг, өөрөөр хэлбэл үүссэн хэмжээнээс задарсан болон гадагшилсан хэмжээг хассан дүнг мэдээлдэг. Тархины митохондрийн судалгаанд хоёр тал хоёулаа өөрчлөгдсөн: хэт исэл илүү их үүсэж, нэг удаа нэмсэн хэт ислийн зайлуулалт удааширсан. Үүнээс цааших шатанд глутатионы исэлдэлт, аскорбатын зарцуулалт, исэлдсэн гуанин, полимеразын үйл ажиллагааг хориглодог ДНХ-ийн гэмтлүүд орно. Алхам бүр исэлдүүлэгч ба хэмжилтийн үзүүлэлтийн хооронд биологийн нэмэлт үйл явц оруулдаг.
Nrf2-оор өдөөгдсөн антиоксидант ферментүүд болон митохондрийн биогенез нь хоёр дахь түвшинд хамаарна. Эдгээр нь хэт ислийн сул, богино өсөлтөөр өдөөгдөж болох дасан зохицох хөтөлбөрүүд юм. Тархины митохондрийн хамгаалалтын судалгааны зохиогчид яг ийм сул стрессийн өдөөлтийг санал болгосон боловч Nrf2-оор дамжих шалтгаант хэлхээ нь өөрсдийн бүрэн нотолгоонд бус, өмнөх судалгаанд тулгуурлаж байгааг тэмдэглэсэн. Шинэ уургуудаар дамжин хэдэн цагийн дараа бий болсон хамгаалалт нь эхлүүлсэн химийн үйл явц антиоксидант байсан гэсэн үг биш. Харин жижиг прооксидант үйл явдал илүү том хамгаалалтыг бий болгосон гэсэн үг. Ийм мэдэгдлийг тайлбарлахад баримтлах хязгаарууд, тухайлбал шинжилгээний хязгаарлалт болон бэлдмэлийн ялгааг метиленийн хөхийн судалгааг унших гарын авлагад авч үзсэн.
Шинжилгээнүүд яагаад хоорондоо зөрдөг вэ?
Дигидрофлуоресцеин зэрэг ерөнхий илрүүлэгч сорьц нь хэт ислийн концентрацийг бус, сорьцын өргөн хүрээний исэлдэлтийг мэдээлдэг. Энэ нь пероксидаза болон гемийн химийн урвалаас хамаардаг бөгөөд тохируулсан Amplex шинжилгээний илрүүлэх хэт ислийн өсөлтийг алдаж болно. Тархины митохондрийн судалгаанд хэт исэл эрс нэмэгдсэн ч түүнтэй дүйцэх супероксидын дохио илрээгүй. Энэ нь будагч бодист суурилсан ганц үзүүлэлтээс антиоксидант гэсэн дүгнэлт ишлэхээс болгоомжлох сануулга юм. Будагч бодис түгээмэл хэрэглэдэг өдөөлт болон цацралын зурвасуудын ойролцоох үзэгдэх гэрлийг шингээдэг тул оптикийн давхцлыг хяналтаар шалгах нь үндэслэлтэй. Гэхдээ нарийвчилсан судалгаанд мэдэгдэж буй хэт ислийн хэмжээгээр тохируулга хийж, өдөөх гэрлийн өртөлтийг бууруулахад дохио бараг өөрчлөгдөөгүйг харуулан, хэт ислийн зайлуулалт удааширсныг тусдаа электродоор баталсан. Хэмжилтэд хөндлөн нөлөө байгаа эсэхийг хяналтаар шалгах ёстой болохоос үр дүнг автоматаар үгүйсгэх үндэслэл болгож болохгүй.
Кальцийн үр дүн ч мөн ийм нарийвчлал шаардлагатайг харуулдаг. Зүрхний судалгаанд будагч бодисын богино хугацааны үйлчлэл нь нэвчимтгий байдлын шилжилтээс өмнөх нийт кальцийн ачааллыг өөрчлөөгүй. Харин чихрийн шижинд төвлөрсөн зүрхний митохондрийн судалгаанд хориглогдсон тархины митохондрийн кальцийн шингээлтийн хурдыг сайжруулсан. Эцсийн үзүүлэлтүүд өөр, тогтолцоонууд өөр тул зөрчил байхгүй.
Дүгнэлтэд итгэхээс өмнө шалгах зүйлс
Антиоксидант эсвэл прооксидант гэсэн дүгнэлт бүрийг тухайн тогтолцооны тухай тайлан гэж үзээд таван асуулт асуу. Ямар концентрацид, ямар хэсэгт байсан бэ? Ямар электрон өгөгч, ямар өрсөлдөгч хүлээн авагчтай байсан бэ? Гэрэлтэй юу, харанхуй юу, ямар долгионы урт болон тунтай байсан бэ? Ямар металлууд урвалд оролцох боломжтой байсан, энергийн эх үүсвэр болон антиоксидант нөөц хэр хангалттай байсан бэ? Ямар шинжилгээгээр исэлдүүлэгчийн урсгал, гэмтэл эсвэл дасан зохицох хариу урвалын алийг хэмжсэн бэ? Эдгээрийн аль нэг хариултыг өөрчлөхөд ижил молекул матрицын хамгаалах талаас гэмтээх тал руу шилжиж болно. Үүнд ямар ч парадокс байхгүй.