Кабуди метилен ва митохондрияҳо: интиқоли электронҳо ва далелҳо

Ду намунаи таҷрибавиро паҳлуи ҳам тасаввур кунед. Ҳар ду митохондрияҳои мағзи сар доранд, ки бо ротенон заҳролуд шудаанд — моддаи кимиёвие, ки Комплекси I-и занҷири нафаскаширо мебандад. Ба яке аз онҳо таҷрибагар бо пипетка миқдори микромолярии кабуди метилен меандозад. Истеъмоли оксиген қисман барқарор мешавад. Потенсиали мембрана қисман бармегардад. Синтези ATP ба миқдори кам аз нав оғоз меёбад. Дар кюветаи ҳамсоя сенсори пероксид нисфи дигари воқеаро нишон медиҳад: ҳосилшавии пероксиди гидроген дар ҳар миқдори санҷидашуда ва бо ҳар субстрати озмудашуда чандин маротиба афзудааст.

Ҳар ду нишондиҳанда дурустанд. Кабуди метилен интиқолдиҳандаи электронҳост, ки метавонад ҷараёнро аз канори қисми осебдидаи занҷири нафаскашӣ гузаронад, ва ҳамин интиқолдиҳанда ҳангоми ин кор баҳои худро бо афзоиши пероксид мегирад. Агар ҳар ду далелро ҳамзамон ба назар гиред, адабиёти илмӣ дар бораи таъсири кабуди метилен ба кори митохондрияҳо фаҳмо мешавад. Агар танҳо якеро ба назар гиред, вобаста ба он ки аввал кадом мақоларо кушодаед, он чун мӯъҷиза ё таҳдид менамояд.

Интиқолдиҳандаи электронҳо бо забони сода

Занҷири нафаскашӣ хати пайдарпайи интиқол аст. Электронҳо дар Комплекси I (аз NADH) ё дар Комплекси II ва ферментҳои флавинии ба он вобаста (аз сукцинат ва донорҳои монанд) ворид мешаванд, аз Комплекси III ба интиқолдиҳандаи ҳаракаткунанда — ситохроми c — мегузаранд ва сипас тавассути Комплекси IV ба оксиген мерасанд. Ҳар супоридани электронҳо протонҳоро аз мембранаи дарунӣ мегузаронад ва градиенти ҳосилшуда синтези ATP-ро ба ҳаракат меорад. Ҳар истгоҳро бандед, ҷараён дар қисми пеш аз он бозмемонад.

Кабуди метилен ҳамчун интиқолдиҳандаи мувозӣ ба ин раванд ворид мешавад. Шакли оксидшудаи он электронҳоро аз интиқолдиҳандаҳои қисми пешина мегирад ва ба шакли беранги барқароршуда — лейкокабуди метилен — табдил меёбад. Ин шакл баъдан электронҳоро ба қисми баъдина месупорад ва боз кабуд мешавад. Ин ду шакл дар шарҳи ҷуфти оксидшавию барқароршавӣ тавсиф шудаанд ва рафтори васеътари интиқоли пайдарпай дар шарҳи механизми умумӣ баррасӣ мешавад. Саволи кушода ин аст, ки интиқолдиҳанда дар куҷо ба занҷир бармегардад: дар ҷойгоҳи пайвастшавии хиноли Комплекси III, ки ҷойгоҳи Qo ном дорад, ё бевосита дар ситохроми c. Кадом роҳи баромад бартарӣ пайдо мекунад, аз шароит вобаста аст; инро таҳлили давр задани Комплекси III муфассал шарҳ медиҳад.

Се таҳқиқот дар хояндаҳо дар асл чиро чен карданд

Ҳар се таҳқиқот митохондрияҳои ҷудокардашудаи мағзи сарро истифода бурданд, яъне органеллаҳое, ки аз ҳуҷайра гирифта шуда, дар маҳлули буферии таркибаш муайян ҷойгир буданд. На ҳуҷайраҳои яклухт, на ҳайвоноте, ки ба онҳо модда дода шудааст, на иштирокчиёни инсонӣ. Консентратсияҳо ба маҳлули атрофи органеллаҳо дахл доранд, на ба миқдори истеъмоли даҳонии инсон. Ин чорчӯбаро нигоҳ доред ва рақамҳо равшан сухан мегӯянд.

Таҳқиқоти аввал, дар митохондрияҳои ҷудокардашудаи мағзи сари хукчаи баҳрӣ бо консентратсияҳои аз 100 наномоляр то 2 микромоляр, фоида ва хароҷотро дар як намуна муайян кард. Дар митохондрияҳои солим ранг истеъмоли оксигенро дар ҳолати оромӣ зиёд кард, аммо нафаскашии бо ADP барангехташударо бетағйир гузошт, бинобар ин ҳосилшавии ATP-и ба нафаскашӣ пайваст беҳтар нашуд. Ҳангоми баста шудани Комплекси I, 2 микромоляр синтези ATP-ро аз 46 то 93 наномол дар як дақиқа ба ҳар миллиграмм барқарор кард, дар ҳоле ки суръати муқаррарӣ тақрибан 1109 буд. Ҳангоми баста шудани Комплекси III, ҳамон миқдор ҳосилшавии ATP-ро аз тақрибан 46 то 63 барқарор кард, дар ҳоле ки суръати муқаррарӣ тақрибан 910 буд. Потенсиал ва ҷабби калсий қисман барқарор шуданд. Баста шудани Комплекси IV бо сианидро давр задан имкон надошт, ки ин роҳи муфиди баромади электронҳоро пеш аз Комплекси IV-и фаъол ҷой медиҳад. Ҳар барқароршавӣ аз ҷиҳати оморӣ воқеӣ ва хурд буд: фоизҳои якрақамаи ҳосилшавии муқаррарии ATP.

Таҳқиқоти дуюм, дар митохондрияҳои қишри мағзи сари муш бо консентратсияи тақрибан 1 микромоляр, давр задани Комплекси I-ро тасдиқ кард ва дар Комплекси III ҳад гузошт. Ротенон нафаскаширо аз тақрибан 121 то камтар аз 2 наномол оксиген дар як дақиқа ба ҳар миллиграмм коҳиш дод ва ранг онро то тақрибан 21, яъне тақрибан шашяки меъёр, боло бурд; дар ҳамин ҳол потенсиали мембрана қариб пурра барқарор шуд. Аммо пас аз баста шудани Комплекси III, дар доираи аз 1 то 5 микромоляр на нафаскашӣ ва на потенсиал барқарор нашуданд ва баста шудани он сигнали пероксидеро, ки ранг ба вуҷуд меовард, фурӯ нишонд. Муаллифон пешниҳод карданд, ки ранги барқароршуда электронҳояшро дар ҷойгоҳи Qo-и Комплекси III месупорад: вақте ин ҷойгоҳ ишғол аст, интиқолдиҳанда ҷои супоридан надорад.

Таҳқиқоти сеюм, дар митохондрияҳои мағзи сари муш, калламуш ва хукчаи баҳрӣ асосан бо консентратсияи 2 микромоляр, ин ихтилофро бевосита санҷид ва муайян кард, ки монеаи Комплекси III-ро метавон давр зад. Вақте ингибитори ҷойгоҳи Qo — миксотиазол — нафаскашии асосиро 88 фоиз коҳиш дод, ранг истеъмоли оксигенро то тақрибан 62 фоизи суръати бе монеа барқарор кард. Дар озмоиши мустақим, ним микромоляр ситохроми c-и аз берун иловашударо ҳатто ҳангоми баста будани Комплекси III барқарор кард ва роҳи аз NADH тавассути ранг ба ситохроми c ва сипас ба Комплекси IV-ро дастгирӣ намуд. Аммо нафаскашии барқароршуда рафтори ғайримуқаррарӣ дошт: ADP-и иловашуда истеъмоли оксигенро ба ҷойи зиёд кардан кам кард ва бастани синтези ATP нафаскаширо барангехт. Потенсиал танҳо қисман барқарор шуд. Истеъмоли баланди оксиген бо ҳамбастагии баръакс истеҳсоли муқаррарии энергия нест.

Чаро озмоишгоҳҳо ихтилоф доранд ва чӣ онро ҳал мекунад

Пеш аз ҳама, шарҳи вобаста ба навъи ҳайвон тасдиқ намешавад. Гурӯҳи сеюм корро дар се навъи хоянда такрор кард ва дар ҳамаи онҳо ҳамон натиҷаи сифатии давр задани монеаро ба даст овард, аз ҷумла дар зоти муше, ки қаблан набудани чунин даврзанӣ дар он гузориш шуда буд. Ба ҷойи ин, консентратсия (1 дар муқобили 2 микромоляр), миқдори ингибиторҳо, буферҳо, усулҳои ҷудокунӣ ва пеш аз ҳама ҳолати энергетикии муқоисашаванда фарқ мекунанд: давр задани монеа пеш аз илова кардани ADP равшантар аст, маҳз дар ҳамон ҳолате, ки вокуниши ғайримунтазира ба ADP пайдо мешавад. Аз ин рӯ, нақшаи воқеъбинона ду роҳи баромади вобаста ба шароитро нишон медиҳад: яке дар ҷойгоҳи Qo ва дигаре дар ситохроми c. Интиқолдиҳанда электронҳоро дар ҷое месупорад, ки шароити кимиёвии маҳаллӣ ба он иҷозат медиҳад.

Баҳои пероксид

Ҷониби хароҷот мисли ҷониби барқароршавӣ пайваста мушоҳида мешавад. Дар таҳқиқоти хукчаи баҳрӣ ранг ҷудошавии пероксидро дар ҳар шароити санҷидашуда — оромӣ, синтези ATP ва осебрасонии кимиёвӣ — бо ҳамаи се субстрат зиёд кард. Ҳангоми синтези ATP, дар консентратсияи 1 микромоляр ҳосилшавӣ аз тақрибан 148 то зиёда аз 1500 пикомол дар як дақиқа ба ҳар миллиграмм афзуд ва ҳатто 100 наномоляр сигналро беш аз чор маротиба зиёд кард. Ранг инчунин безараргардонии пероксидро тақрибан 2.6 маротиба суст кард, бинобар ин сигнал ҳам ҳосилшавии тезтар ва ҳам бартарафшавии сусттарро инъикос мекунад. Механизми кимиёвии пешниҳодшуда барқароршавии мустақими оксиген тавассути ранги барқароршуда бе супероксиди ошкоршаванда аст, ҳарчанд ин ҳанӯз тафсир аст, на марҳилаи исботшуда.

Таҳқиқоти мушҳо тасвирро ба таври судманд мураккабтар мекунад. Пероксид бо афзоиши миқдор якбора зиёд шуд: аз сатҳи ибтидоии тақрибан 76 то наздики 2000 пикомол дар як дақиқа ба ҳар миллиграмм дар консентратсияи 2 микромоляр. Бо вуҷуди ин, баста шудани Комплекси III қисми аз ранг ба вуҷудомадаро фурӯ нишонд. Агар пероксид танҳо аз вокуниши ранги барқароршуда бо оксиген ҳосил мешуд, бастани занҷир набояд ин қадар аҳамият медошт. Аммо аҳамият дорад, пас занҷир низ иштирок мекунад. Баррасии таъсири антиоксидантӣ ва прооксидантӣ ин дугонаро дар заминаи васеътар ҷой медиҳад ва таҳлили оксиген дар муқобили ATP шарҳ медиҳад, ки чаро танҳо рақамҳои оксиген ҳеҷ гоҳ иддаои энергетикиро ҳал намекунанд.

Барқарорсозии қисман таъмир нест

Иборае, ки бояд аз истифода бароварда шавад, «оё кабуди метилен митохондрияҳоро таъмир мекунад» аст. Таъмир маънои ислоҳи пойдорро медошт: комплексҳои аз нав сохташуда, ҳамбастагие, ки пас аз хориҷ шудани дору боқӣ мемонад, барқароршавӣ дар ҳуҷайраҳои яклухт ва сипас беҳтар шудани фаъолият дар организми зинда. Ҳеҷ яке аз се мақола инро нишон намедиҳад. Онҳо тағйири фаврии масири интиқолро дар органеллаҳои тоза ҷудокардашуда ҳангоми бастани сунъии кимиёвӣ нишон медиҳанд, бо ҳосилшавии ATP ба андозаи ҳиссаҳои хурди меъёр ва баъзан бо ҳамбастагии ошкоро ғайриодӣ. Ротенон ва антимитсин воситаҳои озмоишгоҳӣ ҳастанд, на моделҳои пиршавӣ ё бемории митохондриявии инсон. Ҳеҷ чиз дар ин ҷо ба энергияи бештар барои шахси солим тарҷума намешавад; ин саволи ҷудогонаи далелҳо аст, ки адабиёти хоси таҳқиқот дар инсонро дорад.

Се маҳдудият ҳар хулосаи биоҳакериро воқеъбинона нигоҳ медоранд. Аввал, консентратсияи маҳлул миқдори истеъмол нест: аз 0.1 то 2 микромоляр дар атрофи органеллаҳои ҷудокардашуда чизе намегӯяд, ки кадом миқдори истеъмоли даҳонӣ чунин консентратсияи озодро дар назди митохондрияи мағзи сари инсон ба вуҷуд меорад, махсусан аз он сабаб, ки ҷамъшавӣ ё хориҷшавии ранг аз худи потенсиали мембрана вобаста аст. Дуюм, оксиген энергия нест: ранг метавонад истеъмоли оксигенро ҳам тавассути гардиш ва ихроҷ ва ҳам тавассути фосфоронии маҳсулнок зиёд кунад, бинобар ин ченкунии нафаскашӣ бе нишондиҳандаҳои ATP ва потенсиал барои иддаои энергетикӣ асос намедиҳад. Сеюм, фоида ва хароҷот бояд дар як ҷумла бошанд: ҳар баёне дар бораи барқарор шудани потенсиал ё ATP, ки афзоиши ҳамзамони пероксидро сарфи назар мекунад, таҷрибаро нодуруст инъикос мекунад. Шартҳои дигари муҳим тавозуни оксидшавию барқароршавии NAD, шакли вобастагии вокуниш аз миқдор ва роҳнамои озмоишҳо-ро дар бар мегиранд.

Як ёддошти амалӣ: қобилияти интиқоли электронҳо хосияти маҳз ҳамин молекула аст. Ҳосилаҳои деметилшуда, аз қабили Azure B, низ дар равандҳои оксидшавию барқароршавӣ фаъоланд, аммо рафтори дигар доранд; бинобар ин маҳлули қисман таҷзияшуда таҷрибаи дигарест, на таҷриба бо ранги бетағйир. Ин яке аз сабабҳои талаб кардани мушаххасоти пурраи фармакопеявӣ ва ҳуҷҷати нашршудаи партияи маҳсулот ба ҷойи санҷиши танҳо металлҳо мебошад. Равандҳои кимиёвии аз рӯшноӣ ба вуҷудомада барои истифода дар шароити рӯшноӣ маҳдудияти ҳамсонеро илова мекунанд, ки дар омезишҳо бо рӯшноии сурх баррасӣ шудааст.

Иддаои маҳдуд пас аз ҳамаи ин боқӣ мемонад ва сазовори нигоҳ доштан аст: кабуди метилен метавонад дар шароити муайян дар митохондрияҳои ҷудокардашудаи осебдида ҳамчун интиқолдиҳандаи электронҳо амал карда, ҷараёнро қисман ба баҳои афзоиши пероксид нигоҳ дорад. Ҳар чизе берун аз ин — энергия, дарозумрӣ, таъмир — мунтазири далелҳост, ки ин таҳқиқот аслан барои пешниҳоди онҳо тарҳрезӣ нашуда буданд.