Bluja e metilenit dhe mitokondritë: transporti i elektroneve dhe provat

Përfytyroni dy preparate pranë njëri-tjetrit. Të dy përmbajnë mitokondri të trurit të helmuara me rotenon, një substancë kimike që bllokon Kompleksin I të zinxhirit të frymëmarrjes. Në njërin, eksperimentuesi hedh me pipetë një dozë mikromolare të blusë së metilenit. Konsumi i oksigjenit rikuperohet pjesërisht. Tensioni i membranës rikthehet pjesërisht. Rifillon një sasi e vogël e sintezës së ATP-së. Në kyvetën ngjitur, një sensor peroksidi tregon gjysmën tjetër të historisë: prodhimi i peroksidit të hidrogjenit është shumëfishuar disa herë, në çdo dozë të testuar dhe me çdo substrat të provuar.

Të dyja matjet janë të sakta. Bluja e metilenit është një bartës elektronesh që mund ta mbajë rrymën në qarkullim duke anashkaluar një pjesë të dëmtuar të zinxhirit të frymëmarrjes, dhe i njëjti bartës e bën këtë me një kosto në peroksid. Mbajini parasysh të dyja faktet njëkohësisht dhe literatura mbi ndikimin e blusë së metilenit në funksionin mitokondrial bëhet e kuptueshme. Mbani parasysh vetëm njërin dhe ajo duket si mrekulli ose kërcënim, në varësi të punimit që hapët i pari.

Bartësi i elektroneve, shpjeguar thjesht

Zinxhiri i frymëmarrjes është një varg hallkash që ia përcjellin elektronet njëra-tjetrës. Elektronet hyjnë te Kompleksi I (nga NADH) ose te Kompleksi II dhe enzimat e lidhura me flavinën (nga sukcinati dhe dhurues të ngjashëm), kalojnë përmes Kompleksit III te bartësi i lëvizshëm citokrom c, pastaj përmes Kompleksit IV tek oksigjeni. Çdo kalim pompon protone përtej membranës së brendshme, dhe gradienti që krijohet nxit sintezën e ATP-së. Bllokoni cilëndo hallkë dhe pjesa e zinxhirit para saj hesht.

Bluja e metilenit ndërhyn si një korrier paralel. Forma e saj e oksiduar merr elektrone nga bartësit që ndodhen më herët në zinxhir, duke u kthyer në formën e reduktuar pa ngjyrë, leukobluja e metilenit, e cila më pas i dorëzon ato elektrone më tej në zinxhir dhe bëhet sërish blu. Dy format përshkruhen te shpjegimi i çiftit redoks, ndërsa sjellja më e gjerë e përcjelljes së elektroneve trajtohet te shpjegimi i mekanizmit të përgjithshëm. Pyetja e hapur është se ku rihyn korrieri në zinxhir: te xhepi i lidhjes së kinolit në Kompleksin III, i njohur si vendi Qo, apo drejtpërdrejt te citokromi c. Se cila dalje mbizotëron varet nga kushtet, siç e shpjegon në hollësi analiza e anashkalimit të Kompleksit III.

Çfarë matën në të vërtetë tre studimet te brejtësit

Të tria studimet përdorën mitokondri të izoluara të trurit, pra organele të nxjerra nga qeliza dhe të pezulluara në një tretësirë tampon me përbërje të përcaktuar. As qeliza të paprekura, as kafshë të cilave u ishte administruar një dozë, as pjesëmarrës njerëzorë. Përqendrimet i referohen mjedisit që rrethon organelet, jo një doze orale për njeriun. Mbajeni të pandryshuar këtë kuadër dhe shifrat flasin qartë.

Studimi i parë, në mitokondri të izoluara të trurit të kavjeve në përqendrime nga 100 nanomolar deri në 2 mikromolar, përcaktoi përfitimin dhe koston në të njëjtin preparat. Në mitokondritë e shëndetshme, ngjyruesi rriti konsumin e oksigjenit në gjendje pushimi, por nuk ndryshoi frymëmarrjen e stimuluar nga ADP-ja, ndaj prodhimi i ATP-së i bashkëlidhur me frymëmarrjen nuk u përmirësua. Nën bllokimin e Kompleksit I, përqendrimi 2 mikromolar riktheu sintezën e ATP-së nga 46 në 93 nanomol për minutë për miligram, kundrejt një ritmi normal afër 1109. Nën bllokimin e Kompleksit III, e njëjta dozë riktheu prodhimin e ATP-së nga rreth 46 në 63, kundrejt një ritmi normal afër 910. Tensioni dhe marrja e kalciumit u rikuperuan pjesërisht. Bllokimi i Kompleksit IV me cianur nuk mund të anashkalohej, gjë që e vendos daljen e dobishme të elektroneve përpara Kompleksit IV funksional. Çdo rikuperim ishte statistikisht real dhe i vogël: përqindje njëshifrore të prodhimit normal të ATP-së.

Studimi i dytë, në mitokondri të korteksit të trurit të minjve në rreth 1 mikromolar, konfirmoi anashkalimin e Kompleksit I dhe përcaktoi një kufi te Kompleksi III. Rotenoni e uli frymëmarrjen nga rreth 121 në më pak se 2 nanomol oksigjen për minutë për miligram, dhe ngjyruesi e ngriti në rreth 21, afërsisht një të gjashtën e normales, ndërsa tensioni i membranës u rikuperua pothuajse plotësisht. Por pas bllokimit të Kompleksit III, as frymëmarrja dhe as tensioni nuk u rikuperuan në përqendrime nga 1 deri në 5 mikromolar, dhe bllokimi e shtypi sinjalin e peroksidit të nxitur nga ngjyruesi. Autorët propozuan se ngjyruesi i reduktuar i dorëzon elektronet te vendi Qo i Kompleksit III: kur ai vend është i zënë, korrieri nuk ka ku t'i dorëzojë.

Studimi i tretë, në mitokondri të trurit të minjve, minjve të mëdhenj dhe kavjeve, kryesisht në 2 mikromolar, e testoi drejtpërdrejt mospërputhjen dhe zbuloi se bllokimi i Kompleksit III mund të kapërcehet. Kur miksotiazoli, frenues i vendit Qo, e uli frymëmarrjen bazale me 88 për qind, ngjyruesi e riktheu konsumin e oksigjenit në rreth 62 për qind të ritmit pa bllokim. Në një test të drejtpërdrejtë, një përqendrim prej gjysmë mikromolari reduktoi citokromin c të shtuar nga jashtë edhe kur Kompleksi III ishte i bllokuar, duke mbështetur një rrugë nga NADH përmes ngjyruesit te citokromi c dhe më tej te Kompleksi IV. Por frymëmarrja e rikuperuar u soll në mënyrë jonormale: shtimi i ADP-së e uli konsumin e oksigjenit në vend që ta rriste, dhe bllokimi i sintezës së ATP-së e stimuloi frymëmarrjen. Tensioni u ripolarizua vetëm pjesërisht. Konsumi i lartë i oksigjenit me bashkëlidhje të përmbysur nuk është prodhim normal energjie.

Pse laboratorët nuk pajtohen dhe çfarë e sqaron këtë

Shpjegimi që mbështetet te dallimet mes specieve bie i pari. Grupi i tretë e përsëriti punën në tre lloje brejtësish dhe gjeti të njëjtin anashkalim në aspektin cilësor te të gjithë, përfshirë linjën e minjve tek e cila ishte raportuar mungesa e anashkalimit. Ato që ndryshojnë janë përqendrimi (1 kundrejt 2 mikromolar), dozat e frenuesve, tretësirat tampon, metodat e izolimit dhe, mbi të gjitha, gjendja energjetike që krahasohet: anashkalimi është më i qartë para shtimit të ADP-së, pikërisht aty ku shfaqet përgjigjja paradoksale ndaj ADP-së. Prandaj, një diagram i ndershëm paraqet dy dalje që varen nga kushtet, një te vendi Qo dhe një te citokromi c. Korrieri i dorëzon elektronet aty ku kimia lokale e lejon.

Kostoja në peroksid

Ana e kostos është po aq e qëndrueshme sa ana e rikuperimit. Në punën me kavjet, ngjyruesi rriti çlirimin e peroksidit në çdo kusht të testuar: në pushim, gjatë sintezës së ATP-së dhe në gjendje të dëmtuar kimikisht, me të tria substratet. Gjatë sintezës së ATP-së, prodhimi u rrit nga rreth 148 në mbi 1500 pikomol për minutë për miligram në 1 mikromolar, dhe edhe përqendrimi 100 nanomolar e rriti sinjalin më shumë se katërfish. Ngjyruesi gjithashtu e ngadalësoi largimin e peroksidit afërsisht 2.6 herë, kështu që sinjali pasqyron njëkohësisht formim më të shpejtë dhe largim më të ngadaltë. Mekanizmi kimik i propozuar është reduktimi i drejtpërdrejtë i oksigjenit nga ngjyruesi i reduktuar pa superoksid të zbulueshëm, megjithëse kjo mbetet një interpretim dhe jo një hap i provuar.

Puna me minjtë e ndërlikon pamjen në një mënyrë të dobishme. Peroksidi u rrit ndjeshëm me dozën, nga një nivel bazal afër 76 në pothuajse 2000 pikomol për minutë për miligram në 2 mikromolar, por bllokimi i Kompleksit III e shtypi përbërësin e nxitur nga ngjyruesi. Nëse peroksidi do të vinte vetëm nga reagimi i ngjyruesit të reduktuar me oksigjenin, bllokimi i zinxhirit nuk do të duhej të kishte kaq shumë rëndësi. Por ka, ndaj zinxhiri merr pjesë. Shqyrtimi i veprimit antioksidues dhe prooksidues e vendos këtë natyrë të dyfishtë në një kontekst më të gjerë, ndërsa analiza e oksigjenit kundrejt ATP-së shpjegon pse vetëm shifrat e oksigjenit nuk mjaftojnë kurrë për të vërtetuar një pretendim për energjinë.

Rikuperimi nuk është riparim

Shprehja që duhet lënë mënjanë është "a i riparon bluja e metilenit mitokondritë". Riparimi do të nënkuptonte një korrigjim të qëndrueshëm: komplekse të rindërtuara, bashkëlidhje që vazhdon pasi largohet substanca, rikuperim në qeliza të paprekura dhe më pas përmirësim të funksionit në një organizëm të gjallë. Asnjë nga tre punimet nuk e tregon këtë. Ato tregojnë ridrejtim akut të elektroneve në organele të sapoizoluara gjatë bllokimit kimik artificial, me prodhim ATP-je në fraksione të vogla të normales dhe nganjëherë me bashkëlidhje dukshëm të çuditshme. Rotenoni dhe antimicina janë mjete laboratorike, jo modele të plakjes ose të sëmundjeve mitokondriale te njeriu, dhe asgjë këtu nuk përkthehet në më shumë energji për një person të shëndetshëm, gjë që përbën një pyetje më vete për provat me literaturën e saj mbi njerëzit.

Tre kufij e mbajnë të ndershëm çdo përfundim mbi biohacking-un. Së pari, përqendrimi në mjedisin përreth nuk është dozë: 0.1 deri në 2 mikromolar rreth organeleve të izoluara nuk tregon asgjë për sasinë orale që prodhon atë përqendrim të lirë te një mitokondri e trurit të njeriut, sidomos pasi ngjyruesi grumbullohet ose çlirohet në varësi të vetë tensionit të membranës. Së dyti, oksigjeni nuk është energji: ngjyruesi mund ta rrisë konsumin e oksigjenit përmes ciklimit dhe rrjedhjeve, si edhe përmes fosforilimit produktiv, ndaj respirometria pa matje të ATP-së dhe tensionit nuk mund të justifikojë një pretendim për energjinë. Së treti, përfitimi dhe barra duhet të jenë në të njëjtën fjali: çdo pohim për rikuperimin e tensionit ose ATP-së që lë jashtë rritjen e njëkohshme të peroksidit e paraqet gabimisht eksperimentin. Kufizime të tjera të lidhura përfshijnë ekuilibrin redoks të NAD, formën e përgjigjes ndaj dozës dhe udhëzuesin e testeve laboratorike.

Një shënim praktik: bartja e elektroneve është veti e molekulës së saktë. Përbërjet e afërta të demetiluara, si Azure B, janë gjithashtu aktive në reaksionet redoks, por sillen ndryshe, ndaj një tretësirë pjesërisht e degraduar përbën një eksperiment tjetër nga ai me ngjyruesin e paprekur. Kjo është një arsye për të këmbëngulur në specifikimin e plotë të farmakopesë dhe në një dokument të publikuar të serisë së prodhimit, në vend të një kontrolli vetëm për metalet. Kimia e nxitur nga drita shton një rezervë tjetër për përdorimet nën ndriçim, të trajtuar te kombinimet me dritën e kuqe.

Pretendimi i kufizuar i qëndron gjithë kësaj dhe ia vlen të ruhet: bluja e metilenit mund të veprojë si një korrier elektronesh në kushte të caktuara në mitokondri të izoluara e të dëmtuara, duke ruajtur pjesërisht rrjedhën me një kosto në peroksid. Gjithçka përtej kësaj, energjia, jetëgjatësia, riparimi, pret prova që këto studime nuk u hartuan kurrë për t'i dhënë.