ලිපිය
වැඩි ඔක්සිජන් පරිභෝජනයක් යනු වැඩි ATP ප්‍රමාණයක්ද? මෙතිලීන් බ්ලූ අධ්‍යයනවලින් උගත හැකි පාඩම්
හුදකලා කළ මයිටොකොන්ඩ්‍රියාවක් ඉන්ධන ඇති නමුත් ADP නැති කුටියක පවතී. එය සෙමින් ඔක්සිජන් පරිභෝජනය කරයි. ADP එකතු කළ විට ඔක්සිජන් පරිභෝජනය කිහිප ගුණයකින් ඉහළ යයි. ADP අවසන් වන තෙක් බලා සිටියහොත් ඔක්සිජන් පරිභෝජනය නැවත පහළ වැටේ. ඉන්ධනය කිසිවිටෙක වෙනස් වූයේ නැත. වෙනස් වූයේ ATP සඳහා වූ ඉල්ලුම පමණි.
මෙම ලිපියෙන් සාකච්ඡා කරන සමස්ත වෙනස ඒ කුඩා සිදුවීම් පෙළ තුළ අන්තර්ගතය. ඔක්සිජන් පරිභෝජනය මනින්නේ ශ්වසන දාමය ඔස්සේ ඔක්සිජන් වෙත ඉලෙක්ට්‍රෝන කෙතරම් වේගයෙන් ගලා යන්නේද යන්නයි. ATP නිෂ්පාදනය මනින්නේ එම ප්‍රවාහයෙන් කොපමණ ප්‍රමාණයක් භාවිත කළ හැකි ශක්තිය ලෙස ග්‍රහණය කරගන්නේද යන්නයි. මේ දෙකට පොදු අතරමැදි පියවරක් ඇත: එනම් මයිටොකොන්ඩ්‍රියාවේ අභ්‍යන්තර පටලය හරහා පවතින ප්‍රෝටෝන අනුක්‍රමණයයි. එම අනුක්‍රමණය ATP සංශ්ලේෂණය සමඟ කෙතරම් තදින් යුග්ම වී තිබේද යන්න වෙනස් කරන ඕනෑම දෙයකට අවසාන මිනුම් දෙක වෙනස් දිශාවලට ගෙන යා හැක. මෙතිලීන් බ්ලූ මෙය පැහැදිලි කිරීමට හොඳ උදාහරණයකි. මන්ද එය මේ දෙයාකාරයෙන්ම ක්‍රියා කරන බව නිරීක්ෂණය වී ඇත: ඇතැම් සකස් කළ නියැදිවල ATP සමඟ ඔක්සිජන් භාවිතයත් ඉහළ නංවන අතර, වෙනත් නියැදිවල ATP නොවෙනස්ව පවතිද්දී හෝ පහළ යද්දී ඔක්සිජන් භාවිතය ඉහළ නංවයි.
ඉලෙක්ට්‍රෝන හුවමාරුව පිළිබඳ පුළුල් චිත්‍රය මුලින් දැනගැනීමට කැමති පාඨකයන්ට, මෙතිලීන් බ්ලූ ශ්වසන දාමය හරහා ඉලෙක්ට්‍රෝන ගෙනයන ආකාරය පිළිබඳ විස්තරයෙන් ආරම්භ කළ හැක. මුල් ඔක්සිජන් පරීක්ෂණවල භාවිත කළ පදමාලාව දැනගැනීමට කැමති පාඨකයන්ට, පළමු ශ්වසන මිනුම්වලින් සැබවින්ම පෙන්නුම් කළේ කුමක්ද යන්න කියවිය හැක.
ශ්වසනය, ATP සහ ඒ දෙක අතර අනුක්‍රමණය
NADH සහ FADH2 වෙතින් ලැබෙන ඉලෙක්ට්‍රෝන I සහ II සංකීර්ණවලදී දාමයට ඇතුළු වී, III සංකීර්ණය හරහා සයිටොක්‍රෝම් c වෙතත්, ඉන්පසු IV සංකීර්ණය හරහා ඔක්සිජන් වෙතත් ගමන් කරයි. I, III සහ IV සංකීර්ණවලදී මුදාහැරෙන ශක්තිය මගින් ප්‍රෝටෝන මැට්‍රික්සයෙන් පිටතට, පටල අතර අවකාශයට පොම්ප කරයි. එමගින් ඇති වන ආරෝපණයේ සහ ආම්ලිකතාවයේ වෙන්වීම ප්‍රෝටෝන ප්‍රේරක බලයයි. එහි විද්‍යුත් කොටස වන පටල විභවය සාමාන්‍යයෙන් ප්‍රමුඛ කොටස වේ.
ATP සින්තේස් මගින් ප්‍රෝටෝනවලට නැවත මැට්‍රික්සය තුළට ගලා යාමට ඉඩ දෙන අතර, එහිදී මුදාහැරෙන ශක්තිය භාවිත කර ADP සහ පොස්ෆේට් එක්කර ATP සාදයි. එබැවින් දාමය මෙසේය:
ඔක්සිජන් පරිභෝජනය, ඉන්පසු ප්‍රෝටෝන පොම්ප කිරීම, ඉන්පසු අනුක්‍රමණය, ඉන්පසු ATP සංශ්ලේෂණය.
ගැටලුව වන්නේ ප්‍රෝටෝනවලට වෙනත් මාර්ග ඔස්සේද ආපසු පැමිණිය හැකි වීමයි. ATP සින්තේස් මඟහැර සිදුවන ඕනෑම ආපසු ගලා ඒමක් ප්‍රෝටෝන කාන්දුවකි. පටල විභවය ස්ථාවරව තබාගැනීමට එම ප්‍රෝටෝනම නැවත පොම්ප කිරීමට කාන්දුව දාමයට බල කරයි. එයින් වැඩි ATP ප්‍රමාණයක් නොසාදමින් වැඩි ඔක්සිජන් ප්‍රමාණයක් පරිභෝජනය වේ. ප්‍රමාණවත් තරම් ප්‍රබල කාන්දුවක් යනු යුග්මනය බිඳවැටීමකි: ATP නොවෙනස්ව පවතිද්දී හෝ පහළ යද්දී ඔක්සිජන් භාවිතය ඉහළ යන අතර, අපතේ යන ශක්තිය තාපය ලෙස පිටවේ.
තත්ත්වය 3, තත්ත්වය 4 සහ ශ්වසන පාලන අනුපාතය
මේ සඳහා භාවිත වන සම්භාව්‍ය පදමාලාව පැමිණෙන්නේ හුදකලා කළ මයිටොකොන්ඩ්‍රියා අධ්‍යයනවලිනි. තත්ත්වය 3 යනු උපස්තරය සහ ADP පවතින විට සිදුවන ශ්වසනයයි: ATP සින්තේස් අනුක්‍රමණය අඩු කරයි, පටල විභවය පහළ යයි, එය නැවත ගොඩනැගීමට දාමය වේගවත් වෙයි. ATP සෑදෙමින් පවතින බැවින් ඔක්සිජන් භාවිතය ඉහළය. තත්ත්වය 4 යනු ADP අවසන් වූ පසු සිදුවන ශ්වසනයයි: ATP සින්තේස් නිෂ්ක්‍රියව පවතී, අනුක්‍රමණය ඉහළ යයි, ඉහළ පටල විභවය තවදුරටත් පොම්ප කිරීමට ප්‍රතිරෝධය දක්වයි. ඔක්සිජන් භාවිතය කාන්දුවට වන්දි සැපයීමට අවශ්‍ය මට්ටම දක්වා පහළ වැටේ.
එබැවින් තත්ත්වය 3 තත්ත්වය 4 න් බෙදීමෙන් ලැබෙන ශ්වසන පාලන අනුපාතය, සකස් කළ නියැදියේ යුග්මනය කෙතරම් තදින් පවතින්නේද යන්න දක්වයි. ඉහළ අනුපාතයක් යනු ADP මගින් ශ්වසනය දැඩි ලෙස පාලනය වන බවයි. තත්ත්වය 4 ඉහළ යද්දී අනුපාතය පහළ වැටීමෙන් අදහස් වන්නේ කාන්දුව ප්‍රමුඛ වෙමින් පවතින බවයි. පහත මෙතිලීන් බ්ලූ ප්‍රතිඵල තේරුම් ගැනීමට උපකාරී වන දෘෂ්ටිකෝණය මෙයයි.
එක් සංකල්පමය ආකෘතියක් මතක තබාගැනීම වටී. ඉහළ පටල විභවය දාමය මන්දගාමී කරයි. විභවය විසුරුවා හැරීම එය වේගවත් කරයි. දාමය ප්‍රතිචාර දක්වන්නේ පොම්ප කිරීම කෙතරම් දුෂ්කර වී තිබේද යන්නට මිස, ATP සෑදෙන්නේද යන්නට සෘජුවම නොවේ.
අවසාන මිනුම් දෙක එකට වෙනස් වන විට
යුග්මනය පවතින පැහැදිලිම උදාහරණය ලැබෙන්නේ ශ්වසන සංකීර්ණ අවහිර කළ, හුදකලා කළ ගිනි ඌරු මොළයේ මයිටොකොන්ඩ්‍රියා අධ්‍යයනයෙනි. මෙතිලීන් බ්ලූ 100 nanomolar සිට 1 micromolar දක්වා සාන්ද්‍රණවලදී, ග්ලූටමේට් සහ මැලේට්, සුක්සිනේට් හෝ ග්ලිසරොපොස්ෆේට් ඉන්ධන ලෙස භාවිත කළ විට විවේක අවස්ථාවේ ඔක්සිජන් පරිභෝජනය ඉහළ ගිය නමුත් ADP මගින් උත්තේජනය කළ ශ්වසනය නොවෙනස්ව පැවතිණි. I සංකීර්ණයේ හෝ III සංකීර්ණයේ ක්‍රියාකාරිත්වය විෂ ද්‍රව්‍යයකින් අවහිර කළ මයිටොකොන්ඩ්‍රියාවල, මෙම වර්ණකය ATP නිෂ්පාදනය සුළු වශයෙන් වැඩි කර, පටල විභවය යථා තත්ත්වයට පත් කර, කැල්සියම් අවශෝෂණය වැඩිදියුණු කළේය. යෝජිත මාර්ගය කෙටි මඟකි: වර්ණකය අවහිර වූ ස්ථානයට පෙර ඉලෙක්ට්‍රෝන භාරගෙන, හානි වූ සංකීර්ණය මඟහරිමින් ඒවා සයිටොක්‍රෝම් c වෙත ලබා දෙයි.
යුග්මනය පවතින දෙවන අවස්ථාවක භාවිත වන්නේ සම්පූර්ණයෙන්ම වෙනස් ATP මූලාශ්‍රයකි. ATP සින්තේස් නිෂේධනය කළ, හුදකලා කළ මොළයේ මයිටොකොන්ඩ්‍රියාවල, පරීක්ෂා කළ සෑම උපස්තරයක් මතම මෙතිලීන් බ්ලූ තවදුරටත් ශ්වසනය උත්තේජනය කළේය. නමුත් ATP සංශ්ලේෂණය ඉහළ ගියේ සුක්සිනයිල් CoA සාදන උපස්තර දෙක වන ඇල්ෆා කීටොග්ලූටරේට් සහ ග්ලූටමේට් මත පමණි. ඔලිගොමයිසින් මගින් ATP සින්තේස් අවහිර කර තිබූ නිසා, අමතර ATP ලැබුණේ ඔක්සිකාරක පොස්ෆොරීකරණයෙන් නොව, සිට්‍රික් අම්ල චක්‍රයේ සුක්සිනයිල් CoA ලයිගේස් මගින් සිදු කරන උපස්තර මට්ටමේ පොස්ෆොරීකරණයෙනි. I සංකීර්ණය සහ ATP සින්තේස් එකවර නිෂේධනය කළ විටද වර්ණකය පටල විභවය යථා තත්ත්වයට පත් කළේය. මෙහිදී ඔක්සිජන් භාවිතය සහ ATP එකට වෙනස් වූ නමුත්, එසේ වූයේ දෙවන ATP මාර්ගයට උපස්තරය ඉඩ දුන් අවස්ථාවල පමණි. සුක්සිනේට් හෝ මැලේට් මත, අමතර ATP නොමැතිව ශ්වසනය ඉහළ ගියේය. එකම වර්ණකය, එකම කුටිය, වෙනස් ඉන්ධනයක් සහ වෙනස් පිළිතුරක්.
අවසාන මිනුම් දෙක වෙනස් දිශාවලට යන විට
මේ දෙක වෙනස් දිශාවලට යන අවස්ථාද ඒ හා සමානව ප්‍රකාශිත මෙන්ම පාඩම් උගත හැකි අවස්ථා වේ. 1997 දී සිදු කළ හුදකලා කළ මී අක්මාවේ මයිටොකොන්ඩ්‍රියා අධ්‍යයනයකදී, සුක්සිනේට් භාවිතයෙන් ශ්වසනය කරන, තදින් යුග්ම වූ මයිටොකොන්ඩ්‍රියාවල තත්ත්වය 4 ශ්වසනය මෙතිලීන් බ්ලූ මගින් වේගවත් කළ අතර, එයින් ශ්වසන පාලන අනුපාතය පහළ ගියේය. බලපෑම 0.5 micromolar සිට දක්නට ලැබුණු අතර 5 micromolar දී ප්‍රබල විය. එම සාන්ද්‍රණය, 100 milligram ප්‍රමාණයක් එක්වරම ශිරාවට ලබා දීමෙන් පසු ඇති වන ප්ලාස්මා මට්ටම්වලට ආසන්නය. 5 micromolar දී මයිටොකොන්ඩ්‍රියා ඉදිමීමටද ලක් වූ නමුත්, යුග්මන දෝෂය මුලින්ම පෙනී ගියේ ඊට අඩු සාන්ද්‍රණවලදීය. එයින් පෙනී යන්නේ කාන්දුව ව්‍යුහාත්මක හානිය නිසා ඇති වූවක් නොව, ඊට පෙර සිදු වූවක් බවයි. යුග්මනය බිඳවැටුණු මයිටොකොන්ඩ්‍රියාවලදී වර්ණකය, සංතෘප්ත විය හැකි සහ සාන්ද්‍රණය මත රඳා පවතින ආකාරයකින් ශ්වසනය උත්තේජනය කළේය. සකස් කළ නියැදි දෙකෙහිම ඔක්සිජන් භාවිතය ඉහළ ගියේය. පරිභෝජනය කළ ඔක්සිජන් ප්‍රමාණයකට සාපේක්ෂ ATP සංශ්ලේෂණය එසේ ඉහළ ගියේ නැත. එය එකම අණුවකින් සිදුවන යුග්මනය බිඳවැටීම සහ ඉලෙක්ට්‍රෝන ගෙනයාම පිළිබඳ සම්භාව්‍ය උදාහරණයකි.
වඩාත් කැපී පෙනෙන වෙන්වීම දක්නට ලැබෙන්නේ දෘෂ්ටි විතානයෙනි. AIF ඌන මීයන් සහ රොටෙනෝන් යෙදූ ප්‍රකාශ ප්‍රතිග්‍රාහක සෛලවලදී, මෙතිලීන් බ්ලූ දෘෂ්ටි විතානයේ ඝනකම, ප්‍රකාශ ප්‍රතිග්‍රාහක සලකුණු සහ මයිටොකොන්ඩ්‍රියා ව්‍යුහය රැකගත්තේය. එසේම එය NADH හා NAD අතර අනුපාතය පහළ දැමූ අතර, දිගහැරුණු ප්‍රෝටීන ප්‍රතිචාරය සහ මයිටොෆැජි ඇතුළු ආතති ප්‍රතිචාර මාර්ගවල ක්‍රියාකාරිත්වය අඩු කළේය. එය මේ දේ කළේ ATP හිඟය නිවැරදි නොකරමය. ශක්තිය යථා තත්ත්වයට පත් නොවී ආරක්ෂාව ලැබීමෙන් අදහස් වන්නේ ප්‍රතිලාභය අමතර ATP හරහා නොව, ඔක්සිකරණ-ඔක්සිහරණ සමතුලිතතාව සහ මයිටොකොන්ඩ්‍රියාවල අඛණ්ඩතාව හරහා ක්‍රියාත්මක වූ බවයි. පටකය නොනැසී පැවතීම, ශක්ති නිෂ්පාදනය යථා තත්ත්වයට පත්වීම සමඟ සමාන කරන ඕනෑම අයෙකු එම පරීක්ෂණය සම්පූර්ණයෙන්ම වැරදි ලෙස අර්ථකථනය කරනු ඇත.
මොළයේ මයිටොකොන්ඩ්‍රියා අධ්‍යයනය මෙම ගිණුමට අවාසි තීරුවක්ද එක් කරයි. ජෛවශක්ති ක්‍රියාකාරිත්වය වැඩිදියුණු කළ එම අඩු සාන්ද්‍රණම, පරීක්ෂා කළ සෑම තත්ත්වයකදීම හයිඩ්‍රජන් පෙරොක්සයිඩ් ජනනය ඉහළ නංවා එය ඉවත් කිරීමද මන්දගාමී කළේය. මෙය මනින ලද්දේ විශේෂිත නොවන වර්ණකයක් වෙනුවට ක්‍රමාංකනය කළ Amplex පරීක්ෂාවක් භාවිතයෙනි. වැඩි ATP සහ වැඩි ඔක්සිකාරක ප්‍රමාණයක් යුගලයක් ලෙස ලැබිණි.
කියවීම සඳහා ප්‍රායෝගික පිරික්සුම් ලැයිස්තුවක්
යුග්මනය පවතින ප්‍රතිඵලයක් සහ යුග්මනය බිඳවැටුණු ප්‍රතිඵලයක් වෙන් කරගැනීමට ප්‍රශ්න හතරක් උපකාරී වේ.
පළමුව, සැබවින්ම මනින ලද්දේ කුමන අවසාන දර්ශකයද? ඔක්සිජන් පරිභෝජනයෙන් පමණක් ATP පිළිබඳ තොරතුරු ලබාගත නොහැක. ATP සංශ්ලේෂණය, පටල විභවය සහ ශ්වසන පාලන අනුපාතය යන එක් එක් මිනුම, ඔක්සිජන් ඉලෙක්ට්‍රෝඩයට හඳුනාගත නොහැකි එක් තොරතුරු කොටසක් බැගින් එක් කරයි. මෙතිලීන් බ්ලූ පර්යේෂණ ප්‍රකාශ කියවීමේ මාර්ගෝපදේශය, අවසාන මිනුම් පිළිබඳ මෙම විධිමත් ප්‍රවේශය විස්තරාත්මකව පැහැදිලි කරයි.
දෙවනුව, මයිටොකොන්ඩ්‍රියාවලට සපයන ලද්දේ කුමන උපස්තරයද? සුක්සිනයිල් CoA ප්‍රතිඵලයෙන් පෙනී යන්නේ අමතර ශ්වසනය කිසිසේත්ම අමතර ATP බවට පත්විය හැකිද යන්න ඉන්ධන තේරීම මගින් තීරණය කළ හැකි බවයි.
තුන්වනුව, භාවිත කළ සාන්ද්‍රණය කුමක්ද? මොළයේ මයිටොකොන්ඩ්‍රියාවල nanomolar සිට අඩු micromolar දක්වා මෙතිලීන් බ්ලූ සාන්ද්‍රණ, ඔක්සිකාරක වැඩිවීමේ අවාසිය සමඟ සුළු ජෛවශක්ති වාසි ලබා දුන්නේය; අක්මාවේ මයිටොකොන්ඩ්‍රියාවල 0.5 micromolar සහ ඊට ඉහළ සාන්ද්‍රණ යුග්මනය දුර්වල කළේය; 5 micromolar දී ඉදිමීමද ඇති විය. සාන්ද්‍රණය යනු පසුබිම් විස්තරයක් නොව, යාන්ත්‍රණයේ කොටසකි.
සිව්වනුව, ප්‍රතිඵලය ලැබුණේ කුමන ආකෘතියෙන්ද? හුදකලා කළ මයිටොකොන්ඩ්‍රියා අභ්‍යන්තර සම්බන්ධතා හෙළි කළද, අඛණ්ඩ සෛල සහ පටක තුළ ප්‍රවාහනය, අවර්ණ ආකාරයට ඔක්සිහරණය වීම සහ ඉලෙක්ට්‍රෝන භාරගැනීමට තරග කරන වෙනත් ගමනාන්තද එක් වේ. සාන්ද්‍රණය සහ ක්‍රියාපටිපාටිය මෙතිලීන් බ්ලූ බලපෑම් හැඩගස්වන ආකාරය ඇතුළු, රසායනාගාරයේ යොදන ප්‍රමාණ පිළිබඳ පර්යේෂණ, කුටියේ මිනුම් අගයන් සහ පුද්ගලයෙකු පිළිබඳ ඕනෑම ප්‍රකාශයක් අතර සම්බන්ධකය වේ.
ඔක්සිජන් පරිභෝජනය ඉලෙක්ට්‍රෝන ප්‍රවාහය දක්වයි. ATP දක්වන්නේ එම ප්‍රවාහයෙන් කොපමණ ප්‍රමාණයක් ග්‍රහණය කරගත්තේද යන්නයි. මෙතිලීන් බ්ලූ මේ දෙකෙන් ඕනෑම එකක් වෙනස් කළ හැකි අතර, ඉහත පරීක්ෂණ ඒ අනුව ඇති වන සංයෝජන හතරම පෙන්වයි: දෙකම ඉහළ යාම, උපස්තරය ඉඩ දෙන තැන්වල පමණක් ශ්වසනය ඉහළ යාම, යුග්මනය පහළ යද්දී ශ්වසනය ඉහළ යාම, සහ ATP නොවෙනස්ව පවතිද්දී පටකය රැකීම. ඔක්සිජන් ඉලෙක්ට්‍රෝඩයේ අගය යනු අර්ථකථනයේ ආරම්භය මිස එහි අවසානය නොවේ.