Нийтлэл
Метиленийн хөх ба митохондри: электрон дамжуулалт ба нотолгоо
Зэрэгцүүлэн тавьсан хоёр бэлдцийг төсөөлөөрэй. Хоёуланд нь амьсгалын гинжний I комплексийг хориглодог ротенон гэх химийн бодисоор хордуулсан тархины митохондри бий. Туршигч нэг бэлдцэд микромоляр түвшний метиленийн хөхийг пипеткээр нэмнэ. Хүчилтөрөгчийн хэрэглээ хэсэгчлэн сэргэнэ. Мембраны хүчдэл хэсэгчлэн эргэн ирнэ. ATP-ийн нийлэгжилт бага хэмжээгээр дахин эхэлнэ. Харин хажуугийн кювет дэх хэт ислийн мэдрэгч түүхийн нөгөө талыг харуулна: туршсан бүх тун, ашигласан бүх субстратын нөхцөлд устөрөгчийн хэт ислийн үүсэлт хэд дахин нэмэгдсэн байна.
Хоёр хэмжилт хоёулаа зөв. Метиленийн хөх нь амьсгалын гинжний гэмтсэн хэсгийг тойруулан электроны урсгалыг үргэлжлүүлж чаддаг электрон зөөвөрлөгч бөгөөд ингэхдээ хэт исэл үүсгэх өртөг дагуулдаг. Энэ хоёр баримтыг хамтад нь авч үзвэл метиленийн хөхийн митохондрийн үйл ажиллагаанд үзүүлэх нөлөөний талаарх судалгааны бүтээлүүд ойлгомжтой болно. Зөвхөн нэгийг нь авч үзвэл аль өгүүллийг түрүүлж нээснээс хамааран гайхамшиг эсвэл аюул мэт харагдана.
Электрон зөөвөрлөлтийг энгийнээр тайлбарлах нь
Амьсгалын гинж бол дамжлагын цуваа юм. Электронууд I комплексээр (NADH-аас) эсвэл II комплекс болон түүнтэй холбоотой флавин ферментүүдээр (сукцинат болон төстэй доноруудаас) орж, III комплексээр дамжин хөдөлгөөнт зөөвөрлөгч цитохром c-д хүрээд, дараа нь IV комплексээр дамжин хүчилтөрөгчид очно. Дамжуулах алхам бүр дотоод мембраныг хөндлөн протон шахаж, үүссэн градиент нь ATP-ийн нийлэгжилтийг хөдөлгөнө. Аль нэг дамжлагыг хориглоход түүнээс өмнөх хэсгийн урсгал зогсоно.
Метиленийн хөх энэ цуваанд зэрэгцээ зөөгч болж оролцоно. Исэлдсэн хэлбэр нь өмнөх дамжлагын зөөвөрлөгчдөөс электрон авч, өнгөгүй ангижирсан хэлбэр болох лейкометиленийн хөхөд хувирна. Дараа нь тэр электронуудаа дараагийн дамжлагад өгөөд дахин хөх өнгөтэй болно. Энэ хоёр хэлбэрийг исэлдэн ангижрах хосын тухай тайлбарт, харин дамжуулалтын өргөн хүрээний үйл явцыг ерөнхий механизмын тайлбарт өгүүлсэн. Нээлттэй хэвээр буй асуулт нь энэ зөөгч цуваанд хаана буцаж нэгддэг вэ гэдэгт оршино: III комплексийн Qo байрлал гэж нэрлэдэг хинол холбогдох халаасанд уу, эсвэл шууд цитохром c-д үү? Аль гарц давамгайлах нь нөхцөлөөс хамаардаг бөгөөд үүнийг III комплексийг тойрох замын шинжилгээнд дэлгэрэнгүй тайлбарласан.
Мэрэгчдийн гурван судалгаа үнэндээ юуг хэмжсэн бэ?
Гурван судалгаа бүгд тархинаас тусгаарласан митохондри ашигласан. Өөрөөр хэлбэл, эсээс салгаж авсан эрхтэнцрүүдийг тодорхой найрлагатай буфер уусмалд суспензлэн байрлуулсан гэсэн үг. Бүтэн эс, бодис өгсөн амьтан, хүн оролцогч байгаагүй. Концентрац гэдэг нь эрхтэнцрүүдийг хүрээлсэн уусмал дахь хэмжээг хэлж байгаа болохоос хүний амаар хэрэглэх тунг хэлээгүй. Энэ хүрээг тогтмол баримталбал тоонууд тодорхой утгатай болно.
Эхний судалгаа усан гахайн тархинаас тусгаарласан митохондрид 100 наномоляраас 2 микромоляр хүртэлх концентрац ашиглан нэг бэлдцэд үр өгөөж болон өртгийг зэрэг тодорхойлсон. Эрүүл митохондрид будагч бодис нь тайван үеийн хүчилтөрөгчийн хэрэглээг нэмэгдүүлсэн ч ADP-ээр өдөөгдсөн амьсгалыг өөрчлөөгүй тул түүнтэй холбогдсон ATP-ийн үүсэлт сайжраагүй. I комплексийг хориглосон үед 2 микромоляр нь ATP-ийн нийлэгжилтийг минутанд нэг миллиграммд 46 наномолиос 93 наномоль болгон сэргээсэн бол хэвийн хурд нь ойролцоогоор 1109 байв. III комплексийг хориглосон үед ижил концентрац ATP-ийн үүсэлтийг ойролцоогоор 46-аас 63 болгон сэргээсэн бол хэвийн хурд нь ойролцоогоор 910 байв. Хүчдэл болон кальцийн шингээлт хэсэгчлэн сэргэсэн. Цианидаар хориглосон IV комплексийг тойрч гарах боломжгүй байсан нь ашигтай электрон гарц ажиллаж буй IV комплексийн өмнө байрладгийг харуулна. Сэргэлт бүр статистикийн хувьд бодитой боловч бага байсан: хэвийн ATP үүсэлтийн нэг оронтой хувиар хэмжигдэх хэмжээтэй.
Хоёр дахь судалгаа хулганы тархины бор гадаргын митохондрид ойролцоогоор 1 микромоляр концентрац ашиглан I комплексийг тойрох замыг баталгаажуулж, III комплекс дээр хязгаарыг нь тогтоосон. Ротенон амьсгалын хурдыг минутанд нэг миллиграммд ойролцоогоор 121 наномоль хүчилтөрөгчөөс 2-оос доош болгон бууруулсан бөгөөд будагч бодис үүнийг ойролцоогоор 21 буюу хэвийн түвшний зургааны нэг орчимд хүргэсэн. Харин мембраны хүчдэл бараг бүрэн сэргэсэн. Гэвч III комплексийг хориглосны дараа 1-ээс 5 микромоляр хүртэлх концентрацын алинд ч амьсгал болон хүчдэл сэргээгүй бөгөөд хориг нь будагч бодисоос үүдсэн хэт ислийн дохиог дарангуйлсан. Зохиогчид ангижирсан будагч бодис электронуудаа III комплексийн Qo байрлалд өгдөг гэж санал болгосон: тэр байрлал эзлэгдсэн үед зөөгчид электроноо хүргэх газар үлдэхгүй.
Гурав дахь судалгаа хулгана, харх, усан гахайн тархины митохондрид голчлон 2 микромоляр концентрац ашиглан энэ зөрүүг шууд шалгаж, III комплексийн хоригийг тойрон дамжуулж болдгийг тогтоосон. Qo байрлалын дарангуйлагч миксотиазол суурь амьсгалыг 88 хувиар бууруулсан нөхцөлд будагч бодис хүчилтөрөгчийн хэрэглээг хориглоогүй үеийн хурдны ойролцоогоор 62 хувьд хүргэн сэргээсэн. Шууд туршилтаар хагас микромоляр концентрацтай будагч бодис III комплекс хориглогдсон байхад ч гаднаас нэмсэн цитохром c-г ангижруулсан. Энэ нь NADH-аас будагч бодисоор дамжин цитохром c-д, цааш IV комплекс рүү хүрэх замыг дэмжсэн. Гэвч сэргэсэн амьсгал хэвийн бус байсан: ADP нэмэхэд хүчилтөрөгчийн хэрэглээ нэмэгдэхийн оронд буурч, ATP-ийн нийлэгжилтийг хориглоход амьсгал идэвхэжсэн. Мембраны хүчдэл зөвхөн хэсэгчлэн дахин тогтсон. Холболтын хариу нь урвуу болсон нөхцөл дэх хүчилтөрөгчийн өндөр хэрэглээ нь хэвийн энерги үйлдвэрлэл биш.
Лабораториуд яагаад зөрүүтэй үр дүнд хүрсэн, үүнийг юу тодруулдаг вэ?
Амьтны зүйлийн ялгаагаар тайлбарлах оролдлого эхлээд няцаагдана. Гурав дахь баг гурван төрлийн мэрэгч дээр ажлаа давтаж, бүгдэд нь чанарын хувьд ижил тойрох замыг илрүүлсэн. Үүнд өмнө нь тойрох зам байхгүй гэж мэдээлсэн хулганы омог ч багтсан. Харин ялгаатай зүйлс нь концентрац (1 ба 2 микромоляр), дарангуйлагчийн тун, буфер, тусгаарлах арга, хамгийн гол нь харьцуулсан энергийн төлөв байв: тойрох зам ADP нэмэхээс өмнө, өөрөөр хэлбэл ADP-ийн парадокс хариу илэрдэг яг тэр нөхцөлд хамгийн тодорхой харагддаг. Тиймээс баримтад нийцсэн зураг нь нөхцөлөөс хамаарах хоёр гарцыг, нэгийг нь Qo байрлалд, нөгөөг нь цитохром c дээр харуулах ёстой. Зөөгч нь тухайн орчны химийн нөхцөл зөвшөөрсөн газарт электроноо хүргэдэг.
Хэт ислийн өртөг
Өртгийн талын үр дүн сэргэлтийн талынхтай адил тогтвортой байна. Усан гахайн судалгаанд будагч бодис нь тайван, ATP нийлэгжүүлж буй, химийн аргаар гэмтээсэн зэрэг туршсан бүх нөхцөлд, гурван субстрат тус бүрд хэт ислийн ялгаралтыг нэмэгдүүлсэн. ATP нийлэгжилтийн үед 1 микромоляр концентрацад үүсэлт минутанд нэг миллиграммд ойролцоогоор 148 пикомолиос 1500-аас дээш болж өссөн бөгөөд 100 наномоляр хүртэл дохиог дөрөв дахинаас илүү нэмэгдүүлсэн. Мөн будагч бодис хэт ислийн зайлуулалтыг ойролцоогоор 2.6 дахин удаашруулсан тул энэ дохио нь үүсэлт түргэсэх болон зайлуулалт удаашрах хоёр нөлөөг хамтад нь илэрхийлнэ. Санал болгосон химийн тайлбар нь ангижирсан будагч бодис илрүүлэхүйц супероксид үүсгэлгүйгээр хүчилтөрөгчийг шууд ангижруулдаг гэсэн санаа боловч энэ нь батлагдсан алхам бус, тайлбар хэвээр байна.
Хулганы судалгаа энэ дүр зургийг хэрэгтэй байдлаар илүү нарийн болгож байна. Хэт исэл тун нэмэгдэхэд огцом өсөж, 2 микромоляр концентрацад минутанд нэг миллиграммд ойролцоогоор 76 пикомолийн суурь түвшнээс бараг 2000 хүрсэн ч III комплексийн хориг будагч бодисоос үүдсэн бүрэлдэхүүн хэсгийг дарангуйлсан. Хэрэв хэт исэл зөвхөн ангижирсан будагч бодис хүчилтөрөгчтэй урвалд орсноос үүсдэг байсан бол гинжийг хориглох нь ийм их нөлөө үзүүлэх ёсгүй. Гэвч нөлөөлж байгаа тул гинж өөрөө оролцож байна. Антиоксидант ба прооксидант нөлөөний тойм энэ хоёрдмол байдлыг өргөн хүрээнд авч үздэг бол хүчилтөрөгч ба ATP-ийн харьцуулсан шинжилгээ зөвхөн хүчилтөрөгчийн хэмжилтээр энергийн талаарх мэдэгдлийг яагаад хэзээ ч шийдэж болдоггүйг тайлбарладаг.
Үйл ажиллагааг сэргээх нь засвар биш
Хэрэглэхээ болих шаардлагатай хэллэг бол «метиленийн хөх митохондрийг засдаг уу» юм. Засвар гэдэг нь тогтвортой залруулгыг илэрхийлнэ: комплексүүд дахин бүрэлдэж, бодис арилсны дараа ч холболт хадгалагдан, бүтэн эсүүдэд үйл ажиллагаа сэргэж, улмаар амьд организмын үйл ажиллагаа сайжрах ёстой. Гурван өгүүллийн аль нь ч үүнийг харуулаагүй. Тэдгээр нь химийн хиймэл хоригийн үед шинээр тусгаарласан эрхтэнцрүүдэд урсгалын чиглэлийг түргэн өөрчилж байгааг харуулсан бөгөөд ATP-ийн үүсэлт хэвийн хэмжээнээс багахан хувьд хүрч, заримдаа холболт нь илт хачин байсан. Ротенон болон антимицин бол лабораторийн хэрэгсэл болохоос хөгшрөлт эсвэл хүний митохондрийн өвчний загвар биш. Энд дурдсан зүйлсийн аль нь ч эрүүл хүний энергийг нэмэгдүүлнэ гэсэн дүгнэлтэд хүргэхгүй. Энэ нь хүний судалгааны өөрийн гэсэн бүтээлүүдтэй нотолгооны тусдаа асуудал юм.
Гурван заагийг баримтлах нь биоһакингийн аливаа дүгнэлтийг баримтад нийцүүлнэ. Нэгдүгээрт, орчны уусмалын концентрац бол хэрэглэх тун биш: тусгаарласан эрхтэнцрүүдийн эргэн тойронд 0.1-ээс 2 микромоляр байх нь хүний тархины митохондрид ийм чөлөөт концентрац бий болгохын тулд амаар ямар хэмжээ хэрэглэхийг огт хэлэхгүй. Ялангуяа будагч бодисын хуримтлагдах эсвэл чөлөөлөгдөх байдал нь мембраны хүчдэлээс өөрөөс нь хамаардаг. Хоёрдугаарт, хүчилтөрөгч бол энерги биш: будагч бодис нь үр бүтээлтэй фосфоржилтоос гадна мөчлөгт урвал болон алдагдлаар дамжин хүчилтөрөгчийн хэрэглээг нэмэгдүүлж чадна. Тиймээс ATP болон хүчдэлийн хэмжилтгүй респирометрийн үр дүн энергийн талаарх мэдэгдлийг үндэслэж чадахгүй. Гуравдугаарт, үр өгөөж ба ачааллыг нэг өгүүлбэрт хамтад нь дурдах ёстой: хүчдэл эсвэл ATP сэргэсэн тухай мэдэгдэлд зэрэгцэн нэмэгдсэн хэт ислийг орхигдуулбал туршилтыг буруу мэдээлж байгаа хэрэг. Холбогдох хязгаарлалт, нөхцөлүүдэд NAD-ийн исэлдэн ангижрах тэнцвэр, тун-хариу урвалын хэлбэр болон шинжилгээний аргын гарын авлага багтана.
Практикт хамаатай нэг нэмэлт тайлбар: электрон зөөвөрлөх чадвар нь яг тухайн молекулын шинж чанар юм. Azure B зэрэг деметилжсэн төстэй нэгдлүүд ч исэлдэн ангижрах идэвхтэй боловч өөрөөр үйлчилдэг. Иймээс хэсэгчлэн задарсан уусмал нь бүрэн бүтэн будагч бодисоос өөр туршилт болно. Энэ нь зөвхөн металлын шинжилгээгээр хязгаарлахын оронд фармакопейн бүрэн шаардлага болон нийтэд нээлттэй цувралын баримт бичгийг шаардах нэг шалтгаан юм. Гэрлээр өдөөгдсөн химийн урвал нь гэрэл тусгасан хэрэглээнд мөн адил нэмэлт анхааруулга болдог бөгөөд үүнийг улаан гэрэлтэй хослуулах тухай өгүүлэлд авч үзсэн.
Энэ бүхний дараа ч хязгаарлагдмал хүрээний нэг дүгнэлт хүчинтэй бөгөөд хадгалах үнэ цэнтэй: метиленийн хөх нь гэмтсэн, тусгаарласан митохондрид нөхцөлөөс хамаарах электрон зөөгч болж, хэт исэл үүсгэх өртгөөр урсгалыг хэсэгчлэн хадгалж чадна. Үүнээс цааших энерги, урт наслалт, засварын тухай бүх дүгнэлт эдгээр судалгааны анхнаасаа өгөхөөр зориулагдаагүй нотолгоог хүлээж байна.