ලිපිය
මෙතිලීන් බ්ලූ සහ මයිටොකොන්ඩ්‍රියා: ඉලෙක්ට්‍රෝන ප්‍රවාහනය සහ සාක්ෂි
පසෙකින් පසෙකට තැබූ පරීක්ෂණ සාම්පල දෙකක් සිතින් මවාගන්න. ඒ දෙකෙහිම ඇත්තේ ශ්වසන දාමයේ සංකීර්ණ I අවහිර කරන රසායනිකයක් වන රොටෙනෝන් මඟින් විෂ බලපෑමට ලක් කළ මොළයේ මයිටොකොන්ඩ්‍රියාය. පර්යේෂකයා එක් සාම්පලයකට පයිපෙට්ටුවකින් මෙතිලීන් බ්ලූවල micromolar මට්ටමේ මාත්‍රාවක් එකතු කරයි. ඔක්සිජන් භාවිතය අර්ධ වශයෙන් යථා තත්ත්වයට පත් වේ. පටලයේ විද්‍යුත් විභවය අර්ධ වශයෙන් නැවත ඇති වේ. ATP සංස්ලේෂණය සුළු ප්‍රමාණයකින් නැවත ඇරඹේ. අසල ඇති කියුවෙට්ටුවේ පෙරොක්සයිඩ් සංවේදකයක් කතාවේ අනෙක් අර්ධය හෙළි කරයි: පරීක්ෂා කළ සෑම මාත්‍රාවකදීම, අත්හදා බැලූ සෑම උපස්තරයක් යටතේම, හයිඩ්‍රජන් පෙරොක්සයිඩ් නිපදවීම කිහිප ගුණයකින් වැඩි වී ඇත.
කියවීම් දෙකම නිවැරදිය. මෙතිලීන් බ්ලූ යනු ශ්වසන දාමයේ හානි වූ කොටසක් මඟහැර ඉලෙක්ට්‍රෝන ප්‍රවාහය පවත්වාගත හැකි ඉලෙක්ට්‍රෝන වාහකයකි. එසේ කරන අතරතුර එම වාහකයම පෙරොක්සයිඩ් වැඩිවීමේ පිරිවැයක් ද ඇති කරයි. මේ කරුණු දෙකම එකවර සිහියේ තබාගත් විට, මයිටොකොන්ඩ්‍රියා ක්‍රියාකාරීත්වයට මෙතිලීන් බ්ලූ බලපාන ආකාරය පිළිබඳ පර්යේෂණ සාහිත්‍යය පැහැදිලි වේ. එක් කරුණක් පමණක් සිහියේ තබාගතහොත්, ඔබ මුලින්ම කියවූ පත්‍රිකාව අනුව එය ආශ්චර්යයක් හෝ තර්ජනයක් ලෙස පෙනෙනු ඇත.
ඉලෙක්ට්‍රෝන වාහකය සරලව විස්තර කිරීම
ශ්වසන දාමය යනු එකිනෙකාට භාරදෙමින් ඉදිරියට ගෙන යන රේඛාවකි. ඉලෙක්ට්‍රෝන සංකීර්ණ I වෙත NADH වෙතින් හෝ සංකීර්ණ II සහ ඊට සම්බන්ධ ෆ්ලේවින් එන්සයිම වෙත සක්සිනේට් සහ සමාන දායකයන් වෙතින් ඇතුළු වේ. ඒවා සංකීර්ණ III හරහා චලනය වන වාහකයක් වන සයිටොක්‍රෝම් c වෙතත්, ඉන්පසු සංකීර්ණ IV හරහා ඔක්සිජන් වෙතත් ගමන් කරයි. එක් එක් භාරදීමේදී ප්‍රෝටෝන අභ්‍යන්තර පටලය හරහා පොම්ප කෙරෙන අතර, එයින් ඇති වන අනුක්‍රමණය ATP සංස්ලේෂණය මෙහෙයවයි. ඕනෑම ස්ථානයක් අවහිර කළ විට ඊට පෙර ඇති දාම කොටසේ ක්‍රියාකාරීත්වය නිහඬ වේ.
මෙතිලීන් බ්ලූ සමාන්තර පණිවිඩකරුවෙකු ලෙස මේ පද්ධතියට එක් වේ. එහි ඔක්සිකරණය වූ ස්වරූපය දාමයේ පෙර කොටසේ වාහකයන්ගෙන් ඉලෙක්ට්‍රෝන ලබාගෙන, වර්ණ රහිත ඔක්සිහරණය වූ ස්වරූපය වන ලියුකොමෙතිලීන් බ්ලූ බවට පත් වේ. එය එම ඉලෙක්ට්‍රෝන දාමයේ පසු කොටසට භාරදී නැවත නිල් පැහැයට හැරේ. මේ ස්වරූප දෙක ඔක්සිකරණ–ඔක්සිහරණ යුගලය පිළිබඳ විස්තරයේ දැක්වෙන අතර, පුළුල් භාරදීමේ ක්‍රියාවලිය සාමාන්‍ය යාන්ත්‍රණය පිළිබඳ පැහැදිලි කිරීමේ විස්තර කෙරේ. තවමත් විවෘත ප්‍රශ්නය වන්නේ මේ පණිවිඩකරු නැවත දාමයට එක් වන්නේ කොතැනින්ද යන්නයි: Qo ස්ථානය ලෙස හැඳින්වෙන සංකීර්ණ III හි ක්විනෝල් බැඳෙන කුහරයෙන්ද, නැතිනම් සෘජුවම සයිටොක්‍රෝම් c වෙතින්ද? ප්‍රමුඛ වන්නේ කුමන පිටවීමද යන්න තත්ත්වයන් මත රඳා පවතින බව සංකීර්ණ III මඟහැරීම පිළිබඳ විශ්ලේෂණය සවිස්තරව පෙන්වා දෙයි.
මීයන් වැනි සතුන් පිළිබඳ අධ්‍යයන තුන ඇත්තෙන්ම මැනුවේ කුමක්ද?
අධ්‍යයන තුනම භාවිත කළේ හුදකලා කළ මොළයේ මයිටොකොන්ඩ්‍රියාය. එනම්, සෛලයෙන් ඉවත් කර නිශ්චිත සංයුතියක් ඇති බෆර ද්‍රාවණයක රඳවා තිබූ ඉන්ද්‍රිකාය. සම්පූර්ණ සෛල, මාත්‍රා ලබාදුන් සතුන් හෝ මානව සහභාගිවන්නන් මෙහි නොතිබිණි. සාන්ද්‍රණ යන්නෙන් අදහස් වන්නේ ඉන්ද්‍රිකා වටා ඇති ද්‍රාවණයේ සාන්ද්‍රණය මිස මිනිසෙකුට මුඛයෙන් ලබාදෙන මාත්‍රාවක් නොවේ. ඒ රාමුව නොවෙනස්ව තබාගත් විට සංඛ්‍යා පැහැදිලිව කතා කරයි.
100 nanomolar සිට 2 micromolar දක්වා සාන්ද්‍රණ යටතේ හුදකලා කළ ගිනියා ඌරන්ගේ මොළයේ මයිටොකොන්ඩ්‍රියා යොදාගත් පළමු අධ්‍යයනය, එකම සාම්පල සැකසුමකින් ප්‍රතිලාභය සහ පිරිවැය සටහන් කළේය. නිරෝගී මයිටොකොන්ඩ්‍රියා තුළ වර්ණකය විවේක තත්ත්වයේ ඔක්සිජන් භාවිතය වැඩි කළ නමුත් ADP මඟින් උත්තේජනය කළ ශ්වසනය නොවෙනස්ව පැවතිණි. එබැවින් ශ්වසනයට යුග්ම වූ ATP නිපදවීම වැඩි නොවීය. සංකීර්ණ I අවහිර කළ විට, 2 micromolar සාන්ද්‍රණය ATP සංස්ලේෂණය 46 සිට 93 nanomoles per minute per milligram දක්වා යථා තත්ත්වයට පත් කළේය; සාමාන්‍ය අනුපාතය 1109 ට ආසන්න විය. සංකීර්ණ III අවහිර කළ විට, එම මාත්‍රාවම ATP නිපදවීම 46 පමණ සිට 63 දක්වා යථා තත්ත්වයට පත් කළේය; සාමාන්‍ය අනුපාතය 910 ට ආසන්න විය. විද්‍යුත් විභවය සහ කැල්සියම් අවශෝෂණය අර්ධ වශයෙන් යථා තත්ත්වයට පත් විය. සයනයිඩ් මඟින් සංකීර්ණ IV අවහිර කිරීම මඟහැරිය නොහැකි වූ බැවින්, ප්‍රයෝජනවත් ඉලෙක්ට්‍රෝන පිටවීම සිදු වන්නේ ක්‍රියාකාරී සංකීර්ණ IV ට පෙර බව එයින් පෙනේ. යථා තත්ත්වයට පත් වූ සෑම වෙනසක්ම සංඛ්‍යානමය වශයෙන් සැබෑ නමුත් කුඩා විය: සාමාන්‍ය ATP නිපදවීමෙන් තනි ඉලක්කමක ප්‍රතිශත පමණි.
1 micromolar පමණ සාන්ද්‍රණයකදී මීයන්ගේ මස්තිෂ්ක බාහිකයේ මයිටොකොන්ඩ්‍රියා යොදාගත් දෙවන අධ්‍යයනය සංකීර්ණ I මඟහැරීම තහවුරු කළ අතර සංකීර්ණ III අසල සීමාවක් හඳුනාගත්තේය. රොටෙනෝන් ශ්වසනය ඔක්සිජන් 121 පමණ සිට 2 nanomoles per minute per milligram ට අඩු මට්ටමක් දක්වා පහත දැමූ අතර, වර්ණකය එය 21 පමණ දක්වා, එනම් සාමාන්‍ය අගයෙන් හයෙන් එකක් පමණ දක්වා ඉහළ නැංවීය. ඒ අතර පටලයේ විද්‍යුත් විභවය මුළුමනින්ම පාහේ යථා තත්ත්වයට පත් විය. එහෙත් සංකීර්ණ III අවහිර කිරීමෙන් පසු, 1 සිට 5 micromolar දක්වා පරාසයේ ශ්වසනය හෝ විද්‍යුත් විභවය යථා තත්ත්වයට පත් නොවූ අතර, එම අවහිරය වර්ණකය නිසා ඇති වූ පෙරොක්සයිඩ් සංඥාව ද මැඩපැවැත්වීය. කතුවරුන් යෝජනා කළේ ඔක්සිහරණය වූ වර්ණකය සිය ඉලෙක්ට්‍රෝන සංකීර්ණ III හි Qo ස්ථානයට භාරදෙන බවයි: එම ස්ථානය අත්පත් කරගෙන ඇති විට, පණිවිඩකරුට භාරදීමට තැනක් නැත.
ප්‍රධාන වශයෙන් 2 micromolar සාන්ද්‍රණයකදී මීයන්, විශාල මීයන් සහ ගිනියා ඌරන්ගේ මොළයේ මයිටොකොන්ඩ්‍රියා යොදාගත් තුන්වන අධ්‍යයනය මේ මතභේදය සෘජුවම පරීක්ෂා කළ අතර සංකීර්ණ III අවහිරයක් මඟහැර සම්බන්ධතාව පවත්වාගත හැකි බව සොයාගත්තේය. Qo ස්ථානයේ නිෂේධකයක් වන මයික්සෝතයසෝල් මූලික ශ්වසනය 88 percent කින් අඩු කළ විට, වර්ණකය ඔක්සිජන් භාවිතය අවහිර නොකළ අනුපාතයෙන් 62 percent පමණ දක්වා යථා තත්ත්වයට පත් කළේය. සෘජු පරීක්ෂණයකදී, micromolar භාගයක සාන්ද්‍රණය සංකීර්ණ III අවහිරව තිබියදීත් පිටතින් එක් කළ සයිටොක්‍රෝම් c ඔක්සිහරණය කළේය. මෙය NADH වෙතින් වර්ණකය හරහා සයිටොක්‍රෝම් c වෙතත්, ඉන්පසු සංකීර්ණ IV වෙතත් යන මාර්ගයකට සහාය දක්වයි. එහෙත් යථා තත්ත්වයට පත් වූ ශ්වසනය අසාමාන්‍ය ලෙස හැසිරිණි: ADP එකතු කිරීමෙන් ඔක්සිජන් භාවිතය වැඩි වනවා වෙනුවට අඩු වූ අතර, ATP සංස්ලේෂණය අවහිර කිරීමෙන් ශ්වසනය උත්තේජනය විය. විද්‍යුත් විභවය යළි ඇති වූයේ අර්ධ වශයෙන් පමණි. යුග්මනයේ ප්‍රතිචාරය ප්‍රතිවිරුද්ධව තිබියදී ඉහළ ඔක්සිජන් භාවිතයක් පැවතීම සාමාන්‍ය ශක්ති නිෂ්පාදනයක් නොවේ.
විද්‍යාගාර අතර මතභේදයට හේතුව සහ එය පැහැදිලි කරන කරුණු
පළමුව බැහැර වන්නේ සත්ත්ව විශේෂය මත පදනම් වූ පැහැදිලි කිරීමයි. තුන්වන කණ්ඩායම සත්ත්ව වර්ග තුනක අත්හදා බැලීම් නැවත සිදු කළ අතර, මඟහැරීම නොපවතින බව කලින් වාර්තා කළ මී වංශය ඇතුළුව, ඒ සියල්ලෙහිම එකම ආකාරයේ මඟහැරීමක් ලබාගත්තේය. ඒ වෙනුවට වෙනස් වන්නේ සාන්ද්‍රණය (1 හා 2 micromolar), නිෂේධක මාත්‍රා, බෆර ද්‍රාවණ, හුදකලා කිරීමේ ක්‍රම සහ සියල්ලටම වඩා සංසන්දනය කළ ශක්ති තත්ත්වයයි: මඟහැරීම වඩාත් පැහැදිලි වන්නේ ADP එකතු කිරීමට පෙරය. පරස්පර විරෝධී ADP ප්‍රතිචාරය දක්නට ලැබෙන්නේත් හරියටම එතැනදීය. එබැවින් සාක්ෂි නිවැරදිව පිළිබිඹු කරන රූපසටහනක තත්ත්වයන් මත රඳා පවතින පිටවීම් දෙකක් පෙන්විය යුතුය: එකක් Qo ස්ථානයේ සහ අනෙක සයිටොක්‍රෝම් c හි. පණිවිඩකරු භාරදෙන්නේ එම ස්ථානයේ රසායනික තත්ත්වය ඊට ඉඩ දෙන තැනදීය.
පෙරොක්සයිඩ් පිරිවැය
පිරිවැය පිළිබඳ ප්‍රතිඵල, ක්‍රියාකාරීත්වය යථා තත්ත්වයට පත් කිරීම පිළිබඳ ප්‍රතිඵල තරම්ම ස්ථාවරය. ගිනියා ඌරන් යොදාගත් අධ්‍යයනයේදී, විවේක තත්ත්වය, ATP සංස්ලේෂණය කරන තත්ත්වය සහ රසායනිකව අඩපණ කළ තත්ත්වය යන පරීක්ෂා කළ සියලු තත්ත්වයන් යටතේ, උපස්තර තුනම සඳහා වර්ණකය පෙරොක්සයිඩ් මුදාහැරීම වැඩි කළේය. ATP සංස්ලේෂණය අතරතුර, 1 micromolar සාන්ද්‍රණයේදී නිපදවීම 148 පමණ සිට 1500 picomoles per minute per milligram ට වැඩි අගයක් දක්වා ඉහළ ගියේය. 100 nanomolar පවා සංඥාව සිව් ගුණයකට වඩා වැඩි කළේය. වර්ණකය පෙරොක්සයිඩ් ඉවත් කිරීම ද දළ වශයෙන් 2.6 ගුණයකින් මන්දගාමී කළ බැවින්, මේ සංඥාව වේගවත් නිපදවීමත් මන්දගාමී ඉවත් කිරීමත් දෙකම පිළිබිඹු කරයි. යෝජිත රසායනික ක්‍රියාවලිය වන්නේ හඳුනාගත හැකි සුපර්ඔක්සයිඩ් නොමැතිව, ඔක්සිහරණය වූ වර්ණකය මඟින් ඔක්සිජන් සෘජුව ඔක්සිහරණය කිරීමයි. එහෙත් එය තවමත් සනාථ කළ පියවරකට වඩා අර්ථකථනයකි.
මීයන් යොදාගත් අධ්‍යයනය ප්‍රයෝජනවත් ආකාරයකින් මේ චිත්‍රය වඩා සංකීර්ණ කරයි. මාත්‍රාව සමඟ පෙරොක්සයිඩ් ශීඝ්‍රයෙන් ඉහළ ගියේය: 2 micromolar සාන්ද්‍රණයේදී මූලික අගය වූ 76 පමණ සිට 2000 picomoles per minute per milligram ට ආසන්න අගයක් දක්වාය. එහෙත් සංකීර්ණ III අවහිර කිරීම වර්ණකය නිසා ඇති වූ කොටස මැඩපැවැත්වීය. පෙරොක්සයිඩ් ඇති වූයේ ඔක්සිහරණය වූ වර්ණකය ඔක්සිජන් සමඟ ප්‍රතික්‍රියා කිරීමෙන් පමණක් නම්, දාමය අවහිර කිරීම මෙතරම් බලපෑ යුතු නැත. එහෙත් එය බලපායි; එබැවින් දාමය ද මේ ක්‍රියාවලියට සහභාගි වේ. ප්‍රතිඔක්සිකාරක සහ ඔක්සිකරණය ප්‍රවර්ධනය කරන ක්‍රියා පිළිබඳ සමාලෝචනය මේ ද්විත්ව ස්වභාවය පුළුල් සන්දර්භයක තබන අතර, ඔක්සිජන් හා ATP සංසන්දනය කරන විශ්ලේෂණය ඔක්සිජන් අගයන් පමණක් ශක්තිය පිළිබඳ ප්‍රකාශයක් කිසිවිටෙක තීරණය නොකරන්නේ ඇයි දැයි පැහැදිලි කරයි.
ක්‍රියාකාරීත්වය යථා තත්ත්වයට පත් කිරීම අලුත්වැඩියාවක් නොවේ
භාවිතයෙන් ඉවත් කළ යුතු ප්‍රශ්නය වන්නේ “මෙතිලීන් බ්ලූ මයිටොකොන්ඩ්‍රියා අලුත්වැඩියා කරයිද?” යන්නයි. අලුත්වැඩියාව යනු දිගුකාලීන නිවැරදි කිරීමක් විය යුතුය: නැවත ගොඩනැඟුණු සංකීර්ණ, ඖෂධය ඉවත් වූ පසුවත් පවතින යුග්මනය, සම්පූර්ණ සෛල තුළ යථා තත්ත්වයට පත්වීම සහ ඉන්පසුව ජීවී සත්ත්වයෙකු තුළ ක්‍රියාකාරීත්වය වැඩිදියුණු වීම. පත්‍රිකා තුනෙන් එකක්වත් එය පෙන්වන්නේ නැත. ඒවා පෙන්වන්නේ කෘත්‍රිම රසායනික අවහිරයක් අතරතුර, අලුතින් හුදකලා කළ ඉන්ද්‍රිකා තුළ ක්ෂණිකව මාර්ගය වෙනස් කිරීමකි. එහි ATP නිපදවීම සාමාන්‍ය අගයෙන් කුඩා කොටස් පමණක් වන අතර, ඇතැම්විට යුග්මනය පැහැදිලිවම අසාමාන්‍යය. රොටෙනෝන් සහ ඇන්ටිමයිසින් යනු විද්‍යාගාර මෙවලම් මිස වයස්ගත වීමේ හෝ මිනිසුන්ගේ මයිටොකොන්ඩ්‍රියා රෝගවල ආකෘති නොවේ. මෙහි කිසිවක් නිරෝගී පුද්ගලයෙකුට වැඩි ශක්තියක් ලැබෙන බවට පරිවර්තනය කළ නොහැක. එය ඊටම අදාළ මානව පර්යේෂණ සාහිත්‍යයක් ඇති වෙනම සාක්ෂි ප්‍රශ්නයකි.
සීමා තුනක් ජෛව හැකියාවන් වැඩිදියුණු කිරීම පිළිබඳ ඕනෑම නිගමනයක් සාක්ෂිවලට අවංකව තබයි. පළමුව, ඉන්ද්‍රිකා වටා ඇති ද්‍රාවණයේ සාන්ද්‍රණය මාත්‍රාවක් නොවේ: හුදකලා කළ ඉන්ද්‍රිකා වටා 0.1 සිට 2 micromolar දක්වා සාන්ද්‍රණයක් තිබීමෙන්, මිනිස් මොළයේ මයිටොකොන්ඩ්‍රියාවක් අසල එම නිදහස් සාන්ද්‍රණය ඇති කිරීමට මුඛයෙන් කොපමණ ප්‍රමාණයක් අවශ්‍යදැයි කිසිවක් කිව නොහැක. විශේෂයෙන්ම වර්ණකය රැස් වීම හෝ මුදාහැරීම පටලයේ විද්‍යුත් විභවය මතම රඳා පවතින බැවිනි. දෙවනුව, ඔක්සිජන් යනු ශක්තිය නොවේ: වර්ණකයට ඵලදායී ෆොස්ෆොරීකරණය හරහා පමණක් නොව චක්‍රීය ක්‍රියා සහ කාන්දුවීම් හරහා ද ඔක්සිජන් භාවිතය වැඩි කළ හැකිය. එබැවින් ATP සහ විද්‍යුත් විභව කියවීම් නොමැති ශ්වසන මිනුම් මත ශක්තිය පිළිබඳ ප්‍රකාශයක් සාධාරණීකරණය කළ නොහැක. තුන්වනුව, ප්‍රතිලාභය සහ බර එකම වාක්‍යයක තිබිය යුතුය: යථා තත්ත්වයට පත් වූ විද්‍යුත් විභවය හෝ ATP ගැන කරන ඕනෑම ප්‍රකාශයක් ඒ සමඟම ඇති වූ පෙරොක්සයිඩ් වැඩිවීම අත්හැර දමන්නේ නම්, එය පරීක්ෂණය වැරදි ලෙස වාර්තා කිරීමකි. සම්බන්ධ වෙනත් සීමාකාරී කරුණු අතර NAD ඔක්සිකරණ–ඔක්සිහරණ සමතුලිතතාව, මාත්‍රා–ප්‍රතිචාරයේ හැඩය සහ පරීක්ෂණ මාර්ගෝපදේශය ඇතුළත් වේ.
එක් ප්‍රායෝගික අමතර සටහනක්: මේ ඉලෙක්ට්‍රෝන වාහක හැසිරීම නිශ්චිත අණුවේ ගුණයකි. Azure B වැනි මෙතිල් කාණ්ඩ ඉවත් වූ ආශ්‍රිත සංයෝග ද ඔක්සිකරණ–ඔක්සිහරණ ක්‍රියාකාරීත්වය දක්වයි, නමුත් ඒවායේ හැසිරීම වෙනස්ය. එබැවින් අර්ධ වශයෙන් වියෝජනය වූ ද්‍රාවණයක් යොදාගත් පරීක්ෂණයක්, නොවෙනස්ව පවතින වර්ණකය යොදාගත් පරීක්ෂණයකට වඩා වෙනස්ය. ලෝහ පමණක් පරීක්ෂා කිරීමක් වෙනුවට සම්පූර්ණ ඖෂධ සංග්‍රහ ප්‍රමිතිය සහ ප්‍රකාශයට පත් කළ නිෂ්පාදන කාණ්ඩ ලේඛනයක් ඉල්ලා සිටීමට එය එක් හේතුවකි. ආලෝකය යටතේ කරන භාවිතයන් සඳහා ආලෝකයෙන් මෙහෙයවන රසායනික ක්‍රියා ද ඒ හා සමාන සීමාවක් එක් කරයි. එය රතු ආලෝක සංයෝජන යටතේ විස්තර කර ඇත.
මේ සියල්ලෙන් පසුවත් සීමිත ප්‍රකාශය වලංගු වන අතර එය තබාගැනීම වටී: හානි වූ හුදකලා කළ මයිටොකොන්ඩ්‍රියා තුළ මෙතිලීන් බ්ලූවලට තත්ත්වයන් මත රඳා පවතින ඉලෙක්ට්‍රෝන පණිවිඩකරුවෙකු ලෙස ක්‍රියා කළ හැකි අතර, පෙරොක්සයිඩ් වැඩිවීමේ පිරිවැයක් සහිතව ප්‍රවාහය අර්ධ වශයෙන් රැකගත හැකිය. ඉන් ඔබ්බෙහි ඇති සියල්ල—ශක්තිය, දිගු ආයුෂ සහ අලුත්වැඩියාව—මේ අධ්‍යයන සැපයීමට සැලසුම් නොකළ සාක්ෂි ලැබෙන තෙක් බලා සිටිය යුතුය.