Makala
Bluu ya methilini kama kizuia oksidishaji na kichochea oksidishaji: ni nini kinachobadilisha matokeo?
Tuseme maabara mbili zinachunguza rangi ileile ya bluu na kuripoti matokeo yanayokinzana. Katika ya kwanza, mitokondria zilizotengwa kutoka kwenye ubongo zinafanya upumuaji vizuri zaidi na kutengeneza ATP nyingi zaidi. Katika ya pili, maandalizi hayo hayo ya sampuli yanatoa peroksidi ya hidrojeni nyingi zaidi. Ripoti zote mbili ni sahihi. Zinaeleza mzunguko uleule unaotazamwa kutoka pande mbili, na mkanganyiko huanza wasomaji wanapochukulia upande mmoja kuwa maelezo yote.
Kosa ni kuuliza molekuli inafaa kupewa lebo gani. Bluu ya methilini ni kipitishio cha elektroni, kama ramani ya shabaha zake katika biolojia ya seli inavyoonyesha katika muktadha mpana zaidi. Rangi iliyooksidishwa hupokea elektroni na kuwa leucoMB isiyo na rangi. LeucoMB hupitisha elektroni hizo mbele na kuwa ya bluu tena. Unachoona kinategemea nani anatoa elektroni, nani anazipokea, na kama mfumo unaweza kuondoa peroksidi ya hidrojeni inayotengenezwa njiani. Swali linalofaa kuulizwa si kamwe kama rangi hiyo ni kizuia oksidishaji. Ni kile ambacho hali zilizopo zinaruhusu kipitishio hicho kufanya.
Mzunguko unaozalisha sura zote mbili
Gizani, mzunguko mkuu ni mfupi. NADH, NADPH, au vibebaji katika mnyororo wa upumuaji huipunguza rangi kikemia. Rangi iliyopunguzwa kisha ina njia zinazoshindana za kupitisha elektroni. Inaweza kuzipitisha kwa saitokromu c na kusaidia mtiririko kuipita kompleksi iliyoharibika, ndiyo sababu upumuaji na potenshali ya utando hurejea kwa kiasi fulani wakati kompleksi I au III imezuiwa. Au inaweza kupitisha elektroni moja kwa moja kwa oksijeni, jambo linalorejesha umbo la bluu na kutengeneza peroksidi ya hidrojeni. Kwa kuwa rangi hurejeshwa, kiasi kidogo kinaweza kurudia mzunguko huu mara nyingi, kikitumia mfululizo viambata vya kutoa elektroni na kutengeneza peroksidi mfululizo.
Matawi mawili zaidi hubadilisha kemia kabisa. Shaba au chuma kilicho huru hugeuza peroksidi hiyo inayoweza kusambaa kuwa vioksidishaji vya eneo husika vyenye uwezo mkubwa zaidi wa kuharibu, kupitia miitikio ya aina ya Fenton. Mwanga mwekundu hufungua tawi tofauti la fotokemia ambamo rangi iliyosisimuliwa huhamisha nishati kwa oksijeni na kutengeneza oksijeni ya singleti, aina inayofafanuliwa kwa kina katika maelezo ya fotokemia ya aina I na aina II. Mzunguko wa redoksi gizani, uharibifu unaoongezwa na metali, na uharibifu wa fotodinamiki ni taratibu tatu tofauti zinazoshiriki tu molekuli moja ya kuanzia.
Jedwali la hali na matokeo
Jedwali lifuatalo ndilo rejea ya kuhifadhi. Kila safu ni kigezo kimoja, mwelekeo ambao kinasukuma matokeo, na jaribio linalounga mkono hilo. Chanya humaanisha matokeo ya kipimo yanayoonyesha ulinzi au uboreshaji. Hasi humaanisha kioksidishaji zaidi, upungufu mkubwa zaidi, au uharibifu zaidi.
| Hali | Mwelekeo wa matokeo | Jaribio lilionyesha nini |
|---|---|---|
| Ukolezi mdogo, 0.1 hadi 1 uM, mitokondria zilizotengwa | Uboreshaji wa uzalishaji wa nishati pamoja na peroksidi nyingi zaidi | 0.1 uM iliboresha matumizi ya oksijeni katika mitokondria za moyo za panya wenye afya na wenye kisukari; 100 nM hadi 1 uM zilirejesha kwa kiasi fulani ATP, potenshali ya utando, na uingizaji wa kalsiamu katika mitokondria za ubongo zilizozuiwa, huku utoaji wa peroksidi ukiongezeka katika kila hali |
| Ukolezi mkubwa zaidi, zaidi ya 5 uM, seli zilizonyimwa glukosi | Ishara hasi ya kioksidishaji | Seli za endotheliamu zilioksidisha kiashiria cha jumla cha ROS na kupoteza glutathioni iliyopunguzwa katika ukolezi wa zaidi ya 5 uM wakati glukosi haikuwepo; kuongeza glukosi kulizuia yote mawili |
| Substrati za kompleksi I (glutamati pamoja na malati) | Peroksidi zaidi | Tafiti za mitokondria za ubongo na moyo zote zilipata ongezeko la utoaji wa peroksidi kwa substrati zinazohusishwa na NADH |
| Suksinati pamoja na rotenone, mitokondria za moyo, 0.1 uM | Peroksidi kidogo zaidi katika utaratibu huo wa jaribio | Matokeo pekee ya kipimo cha peroksidi katika kundi hili yaliyoonyesha wazi athari ya kuzuia oksidishaji; kumbuka kwamba utaratibu ulijumuisha rotenone na tishu tofauti, hivyo substrati pekee haiwezi kuyaeleza |
| Mwanga mwekundu, 20 uM pamoja na 630 nm | Uharibifu hasi wa DNA | Hakukuwa na maeneo yenye uharibifu mkubwa wa DNA ya mitokondria gizani katika 20 uM; ukolezi huohuo ukiwa na mwanga mwekundu uliharibu kila kipande kilichopimwa |
| Ukolezi mkubwa sana gizani, 100 uM | Uharibifu hasi wa DNA katika maeneo maalumu | Maeneo maalumu ya DNA ya mitokondria yaliharibika kwenye mifuatano yenye purini nyingi, mabadiliko makubwa ikilinganishwa na ishara ya peroksidi katika kiwango cha nanomola |
| Shaba au chuma pamoja na NADH, DNA bila seli | Maeneo yenye uharibifu hasi wa kioksidishaji | Shaba ilielekeza uharibifu kwenye mfuatano wa p53 unaoshambuliwa mara kwa mara; chuma EDTA kilisababisha uharibifu mpana; katalasi na vifungaji vya metali vilizuia njia husika; guanini iliyooksidishwa iliongezeka |
| Glukosi ipo, seli nzima | Uwezo wa kinga wa kudhibiti athari licha ya mzunguko wa kasi zaidi | Glukosi iliongeza upunguzaji wa rangi lakini ikapunguza mkazo wa jumla, jambo linaloendana na utoaji wa NADPH kupitia njia ya fosfati ya pentosi ili kurejesha vizuia oksidishaji |
| Seli zilizoongezewa askorbati | Mchanganyiko: askorbati ilitumika, ishara ya kiashiria ikadhibitiwa | Rangi ilioksidisha askorbati ya ndani ya seli hatua kwa hatua hata glukosi ilipokuwepo, huku ikipunguza kwa kiasi fulani uoksidishaji wa kiashiria; akiba ya kinga ndiyo iliyobeba gharama |
| Wanyama waliotibiwa awali kwa rotenone, rangi ikitolewa kwanza | Matokeo chanya katika tishu | Utoaji wa rangi mapema ulipunguza maeneo yenye uharibifu wa DNA ya mitokondria uliosababishwa na rotenone katika ubongo wa kati wa panya, licha ya kuongeza peroksidi katika mitokondria zilizotengwa |
Mwenendo unaoonekana katika safu zote ndio hoja kuu. Uzalishaji wa peroksidi na ulinzi wa kibaiolojia ni vipengele viwili tofauti. Hatua ya matibabu inaweza kupata matokeo hasi katika cha kwanza na chanya katika cha pili kwa wakati mmoja.
Kwa nini kiasi kilekile kinatoa majibu tofauti
Ukolezi huamua uwezo wa kusafirisha elektroni, si matokeo ya mwisho. Utoaji wa peroksidi kutoka mitokondria za ubongo uliongezeka kwa kiwango kinachoweza kutambuliwa kuanzia 50 nM kwenda juu katika utafiti wa mitokondria za ubongo zilizo nzima, ilhali uharibifu wa wazi wa DNA ya mitokondria ulihitaji 100 uM gizani. Hilo ni pengo la takriban mara elfu mbili kati ya ishara ya kwanza na uwezo wa kuharibu nyenzo za kijeni, lakini si mpaka wa usalama. Vipimo vya mwisho, sehemu za seli, na muda wa kukabiliwa na rangi vinatofautiana, hivyo namba hizo zinaonyesha matukio tofauti badala ya sehemu kwenye mkunjo mmoja. Mjadala wa mwitikio kulingana na kiasi unaweka aina hii ya pengo kati ya ishara ndogo na uharibifu mkubwa katika muktadha mpana wa hormesisi.
Substrati huamua elektroni zinaingia wapi. Vyanzo vya nishati vinavyohusishwa na NADH huipa rangi viambata vingi vya kutoa elektroni kwa njia yenye manufaa ya kupita kizuizi na kwa mwitikio wa oksijeni unaovitumia bila manufaa. Muhtasari unaonukuliwa mara nyingi kwamba suksinati huifanya rangi kuwa kizuia oksidishaji ilhali glutamati huifanya kuwa kichochea oksidishaji unatoa hitimisho linalozidi data. Hii ni kwa sababu hali ya kipimo cha peroksidi kwa kutumia suksinati katika utafiti wa moyo pia ilikuwa na rotenone na ilitumia tishu na kiasi tofauti na utafiti wa ubongo uliopata ongezeko la peroksidi kwa kila substrati na hali ya upumuaji.
Mwanga hubadilisha utaratibu, si ukubwa wa athari tu. Tofauti iliyo wazi zaidi katika kundi hili ni 20 uM gizani kutofanya chochote kinachoweza kutambuliwa kwenye vipande vya DNA ya mitokondria, na 20 uM chini ya mwanga mwekundu kuviharibu vyote. Yeyote anayelinganisha jaribio lenye mwanga na lisilo na mwanga analinganisha fotokemia na mzunguko wa redoksi.
Metali hugeuza kioksidishaji. Bila metali, mzunguko wa rangi gizani hutengeneza peroksidi, molekuli inayoweza kusambaa ambayo seli pia hutumia kama ishara. Shaba au chuma kinachoweza kushiriki kinapokuwepo, rangi iliyopunguzwa na NADH huchochea upunguzaji wa metali, na metali iliyopunguzwa huamsha peroksidi kuwa aina za hidroksili au peroksidi ya shaba karibu na DNA. Hivyo ndivyo utafiti usiotumia seli, wenye NADH na ioni za metali, ulivyozalisha uharibifu wa DNA ulioelekezwa kwenye maeneo yanayoshambuliwa mara kwa mara na pia uharibifu mpana kutoka kwenye rangi ileile ya kuanzia. Namna sehemu husika ya seli inavyodhibiti metali, si rangi pekee, ndiyo huamua kama tawi hili lina umuhimu.
Hali ya vyanzo vya nishati huamua kama seli inaweza kugharamia kinga. Katika seli za endotheliamu zilizowekwa kwenye rangi ya 2 hadi 20 uM, kuondoa glukosi kulionyesha gharama ya kioksidishaji, huku kuwepo kwa glukosi kukiiondoa, ingawa glukosi pia iliharakisha upunguzaji wa rangi. Mzunguko wa kasi zaidi wenye kinga zenye rasilimali unafanya vizuri kuliko mzunguko wa polepole wenye kinga zisizo na rasilimali. Chukulia dai lolote kuhusu kioksidishaji linaloacha kutaja hali ya glukosi au NADPH kuwa halijakamilika.
Tishu huamua vifaa vya mfumo. Seli za endotheliamu hurejesha NADPH kupitia umetaboli wa glukosi na zina akiba za vizuia oksidishaji katika saitosoli. Mitokondria zilizotengwa hazina hayo yote. DNA iliyosafishwa haina hata uwezo wa kujirekebisha. Matokeo ya maandalizi ya sampuli ya aina moja hayawezi kutabiri mengi kuhusu mengine, ndiyo sababu makala iliyopangwa kuhusu miitikio maalumu ya tishu itahitaji kutenganisha mifumo hii.
Kipimo cha moja kwa moja si kinga inayofuata
Maandishi mengi huunganisha tabaka mbili ambazo majaribio huzitenganisha. Tabaka moja huuliza ni kiasi gani cha kioksidishaji kilijitokeza. Nyingine huuliza seli iliitikiaje.
Vipimo vya peroksidi vya aina ya Amplex viko karibu zaidi na tabaka la kwanza, na hata hivyo huripoti mtiririko halisi baada ya kutoa kilichoharibiwa na kilichosafirishwa nje kutoka kwenye kilichozalishwa. Utafiti wa mitokondria za ubongo ulipata mabadiliko pande zote mbili: peroksidi nyingi zaidi ilitengenezwa na kiasi cha peroksidi kilichoongezwa mara moja kiliondolewa polepole zaidi. Katika hatua zinazofuata zaidi kuna uoksidishaji wa glutathioni, matumizi ya askorbati, guanini iliyooksidishwa, na maeneo yenye uharibifu wa DNA yanayozuia polimerasi. Kila hatua huongeza michakato ya kibaiolojia kati ya kioksidishaji na matokeo ya kipimo.
Enzimu za kuzuia oksidishaji zinazoendeshwa na Nrf2 na uundaji wa mitokondria ziko katika tabaka la pili. Ni programu za kuzoea hali ambazo ongezeko dogo la muda mfupi la peroksidi linaweza kuanzisha, na waandishi wa utafiti wa ulinzi wa mitokondria za ubongo wanapendekeza kichocheo hicho hicho cha mkazo mdogo, huku wakibainisha kwamba mnyororo wa sababu unaopitia Nrf2 unategemea tafiti za awali badala ya uthibitisho wao wenyewe ulio kamili. Ulinzi unaojitokeza saa kadhaa baadaye kupitia protini mpya haumaanishi kwamba kemia iliyoanzisha mchakato ilikuwa ya kuzuia oksidishaji. Unamaanisha kwamba tukio dogo la kuchochea oksidishaji liligharamia kinga kubwa zaidi. Tahadhari za kutafsiri madai hayo, zikiwemo mipaka ya vipimo na tofauti za maandalizi ya sampuli, ndizo mada ya mwongozo wa kusoma utafiti wa bluu ya methilini.
Kwa nini vipimo havikubaliani
Kiashiria cha jumla kama dihydrofluorescein huripoti uoksidishaji mpana wa kiashiria, si ukolezi wa peroksidi. Kinategemea kemia ya peroksidasi na heme na kinaweza kukosa ongezeko la peroksidi ambalo kipimo cha Amplex kilichorekebishwa kwa viwango vinavyojulikana hutambua. Utafiti wa mitokondria za ubongo uliona peroksidi nyingi zaidi kwa kiwango kikubwa bila ishara inayolingana ya superoksidi, jambo linaloonya dhidi ya kunukuu dai lolote moja la kuzuia oksidishaji linalotegemea rangi. Mwingiliano wa macho ni suala halali la kuchunguza kwa majaribio ya udhibiti, kwa kuwa rangi hufyonza mwanga unaoonekana karibu na mikanda ya kawaida ya usisimuo na utoaji wa mwanga. Hata hivyo, utafiti makini ulirekebisha kipimo kwa kutumia peroksidi ya kiasi kinachojulikana, ukapunguza muda wa mwanga wa usisimuo bila kubadilisha sana ishara, na kuthibitisha kuondolewa polepole zaidi kwa peroksidi kwa elektrodi tofauti. Mwingiliano ni jambo la kupimwa kwa jaribio la udhibiti, si sababu ya moja kwa moja ya kukataa matokeo.
Matokeo ya kalsiamu yanaonyesha hitaji hilohilo la usahihi. Rangi iliyotolewa kwa muda mfupi haikubadilisha jumla ya kalsiamu kabla ya mabadiliko ya upenyezaji katika utafiti wa moyo, lakini iliboresha kasi ya uingizaji wa kalsiamu katika mitokondria za ubongo zilizozuiwa katika utafiti wa mitokondria za moyo uliozingatia kisukari. Vipimo vya mwisho tofauti, mifumo tofauti, hakuna mkanganyiko.
Orodha ya ukaguzi kabla ya kuamini hitimisho
Chukulia kila hitimisho la kuzuia au kuchochea oksidishaji kuwa ripoti kuhusu mfumo, na uulize maswali matano. Katika ukolezi gani, na katika sehemu gani ya seli. Kwa mtoaji gani wa elektroni na mpokeaji gani anayeshindana. Katika mwanga au gizani, na kwa urefu gani wa wimbi na kiasi gani cha mwanga. Metali gani zilipatikana, na vyanzo gani vya nishati na akiba zipi za vizuia oksidishaji zilikuwa na rasilimali. Na kwa kipimo gani, kinachopima mtiririko wa kioksidishaji, uharibifu, au mwitikio wa kuzoea hali. Badilisha jibu lolote moja na molekuli ileile inaweza kuhama katika jedwali kutoka kuwa ya kulinda hadi kuwa ya kuharibu bila kitendawili chochote.