Kislorodyň has köp sarp edilmegi has köp ATP diýmekmi? Metilen gögi boýunça barlaglardan sapaklar

Bölünip alnan mitohondriýa ýangyç bar, ýöne ADP ýok kamerada ýerleşýär. Ol kislorody haýal sarp edýär. ADP goşulanda kislorodyň sarp edilişi birnäçe esse ýokarlanýar. ADP gutarýança garaşylsa, kislorodyň sarp edilişi ýene peselýär. Ýangyç üýtgemedi. Diňe ATP-ä bolan isleg üýtgedi.

Şu kiçijik yzygiderlilik makalanyň esasy tapawudyny dolulygyna görkezýär. Kislorodyň sarp edilişi elektronlaryň dem alyş zynjyry arkaly kisloroda nähili tizlik bilen akýandygyny ölçeýär. ATP öndürilişi bolsa şol akymyň näçesiniň ulanyp bolýan energiýa hökmünde toplanýandygyny ölçeýär. Olaryň arasynda umumy aralyk ädim bar: mitohondriýanyň içki membranasynyň iki tarapynyň arasyndaky proton gradiýenti. Bu gradiýentiň ATP sintezi bilen näderejede berk baglanyşyklydygyny üýtgedýän islendik ýagdaý iki ahyrky görkezijini dürli ugurlara gönükdirip biler. Metilen gögi bu ýerde gowy düşündiriji mysaldyr, sebäbi onuň iki hili täsiri hem syn edildi: käbir taýýarlanan nusgalarda ATP bilen birlikde kislorodyň sarp edilişini ýokarlandyrýar, beýlekilerinde bolsa ATP üýtgemän galanda ýa-da azalanda kislorodyň sarp edilişini ýokarlandyrýar.

Ilki bilen elektronlaryň geçirilmeginiň umumy görnüşine düşünmek isleýän okyjylar metilen gögi elektronlary dem alyş zynjyry arkaly nähili geçirýär diýen düşündirişden başlap bilerler. Irki kislorod synaglarynyň adalgalaryna düşünmek isleýän okyjylar bolsa ilkinji dem alyş ölçegleriniň hakykatda näme görkezendigini okap bilerler.

Dem alyş, ATP we olaryň arasyndaky gradiýent

NADH we FADH2-den gelen elektronlar zynjyra I we II toplumlarda girýärler, III toplum arkaly sitohrom c-ä, soňra IV toplum arkaly kisloroda geçýärler. I, III we IV toplumlarda bölünip çykýan energiýa protonlary matriksden membranalaryň arasyndaky giňişlige nasoslap çykarýar. Zarýadyň we turşulygyň şeýle bölünmegi proton hereketlendiriji güýjüni döredýär. Onuň elektrik bölegi bolan membrana potensialy, adatça, esasy bölegidir.

ATP sintaza protonlaryň matrikse yzyna akmagyna ýol berýär we bölünip çykýan energiýany ADP bilen fosfaty birleşdirip, ATP emele getirmek üçin ulanýar. Şeýlelikde, yzygiderlilik şeýledir:

kislorodyň sarp edilmegi, soň protonlaryň nasoslanmagy, soň gradiýent, soň ATP sintezi.

Esasy mesele protonlaryň başga ýollar bilen hem yzyna gaýdyp bilmegidir. ATP sintazany aýlanyp geçýän islendik yzyna akym proton syzmasydyr. Syzma membrana potensialyny durnukly saklamak üçin zynjyry şol bir protonlary ýene nasoslamaga mejbur edýär. Bu bolsa goşmaça ATP öndürmezden has köp kislorod sarp edýär. Ýeterlik derejede güýçli syzma baglanyşygyň üzülmegine getirýär: kislorodyň sarp edilişi ýokarlanýar, ATP bolsa üýtgemän galýar ýa-da azalýar, biderek sarp edilen energiýa bolsa ýylylyk görnüşinde çykýar.

3-nji ýagdaý, 4-nji ýagdaý we dem alyşyň gözegçilik gatnaşygy

Munuň nusgawy adalgalary bölünip alnan mitohondriýalar boýunça işlerden gelip çykýar. 3-nji ýagdaý substrat bilen ADP bar wagtyndaky dem alyşdyr: ATP sintaza gradiýenti peseldýär, membrana potensialy azalýar, ony täzeden dikeltmek üçin zynjyr tizleşýär. ATP öndürilýändigi sebäpli kislorodyň sarp edilişi ýokary bolýar. 4-nji ýagdaý ADP gutarandan soňky dem alyşdyr: ATP sintaza işjeň däl ýagdaýa geçýär, gradiýent ýokarlanýar, ýokary membrana potensialy mundan beýläk nasoslamaga garşylyk görkezýär. Kislorodyň sarp edilişi bolsa syzmanyň öwezini dolmak üçin zerur bolan derejä çenli peselýär.

Şonuň üçin 3-nji ýagdaýyň 4-nji ýagdaýa bölünmegi bilen hasaplanýan dem alyşyň gözegçilik gatnaşygy taýýarlanan nusgada dem alyş bilen ATP sinteziniň näderejede berk baglanyşyklydygyny görkezýär. Ýokary gatnaşyk ADP-niň dem alşy güýçli dolandyrýandygyny aňladýar. 4-nji ýagdaýdaky dem alyşyň ýokarlanmagy bilen gatnaşygyň peselmegi syzmanyň agdyklyk edip başlandygyny aňladýar. Aşakdaky metilen gögi netijelerine şu nukdaýnazardan seredilende, olaryň manysy aýdyňlaşýar.

Bir düşünje modelini ýatda saklamak peýdalydyr. Ýokary membrana potensialy zynjyry haýalladýar. Potensialyň ýaýrap ýitmegi ony tizleşdirýär. Zynjyr göni ATP öndürilip-öndürilmeýändigine däl-de, protonlary nasoslamagyň nähili kynlaşandygyna jogap berýär.

Ahyrky görkezijiler bilelikde üýtgände

Baglanyşygyň saklanýan iň aýdyň mysaly dem alyş toplumlary petiklenen, deňiz doňuzjyklarynyň beýnisinden bölünip alnan mitohondriýalardan gelýär. Metilen gögi 100 nanomolar-dan 1 micromolar-a çenli konsentrasiýalarda bolanda, ýangyç hökmünde glutamat bilen malat, suksinat ýa-da gliserofosfat ulanylanda dynçlykdaky kislorod sarp edilişi ýokarlandy. ADP bilen gyjyndyrylan dem alyş bolsa üýtgemedi. I ýa-da III toplumda zäherleýji täsir bilen petiklenen mitohondriýalarda boýag ATP öndürilişini az-kem ýokarlandyrdy, membrana potensialyny dikeltdi we kalsiniň kabul edilişini gowulandyrdy. Teklip edilýän ýol gysga aýlawdyr: boýag petiklenen ýerden öň elektronlary kabul edýär we zeperlenen toplumdan aýlanyp geçip, olary sitohrom c-ä berýär.

Baglanyşygyň saklanýan ikinji mysaly düýbünden başga ATP çeşmesini ulanýar. ATP sintazasy togtadylan, beýniden bölünip alnan mitohondriýalarda metilen gögi synagdan geçirilen ähli substratlarda dem alşy gyjyndyrmagy dowam etdirdi. Ýöne ATP sintezi diňe suksinil CoA emele getirýän iki substratda — alfa-ketoglutaratda we glutamatda — ýokarlandy. ATP sintaza oligomisin bilen petiklenende, goşmaça ATP oksidleýji fosforlanmadan däl-de, limon kislotasy aýlawynda suksinil CoA ligazanyň amala aşyrýan substrat derejesindäki fosforlanmasyndan emele geldi. I toplum bilen ATP sintaza bilelikde togtadylanda, boýag membrana potensialyny hem dikeltdi. Bu ýerde kislorodyň sarp edilişi bilen ATP bilelikde ýokarlandy, ýöne diňe substratyň ikinji ATP ýoluna mümkinçilik beren ýagdaýynda. Suksinatda ýa-da malatda dem alyş goşmaça ATP bolmazdan ýokarlandy. Şol bir boýag, şol bir kamera, başga ýangyç, başga netije.

Ahyrky görkezijiler biri-birinden aýrylyşanda

Görkezijileriň biri-birinden aýrylyşýan ýagdaýlary hem edil şonuň ýaly çap edildi we edil şonuň ýaly öwredijidir. 1997-nji ýylda alakanyň bagryndan bölünip alnan mitohondriýalar boýunça barlagda metilen gögi suksinat bilen dem alýan, dem alyş bilen ATP sinteziniň berk baglanyşygy saklanýan mitohondriýalarda 4-nji ýagdaýdaky dem alşy tizleşdirdi. Bu bolsa dem alyşyň gözegçilik gatnaşygyny peseltdi. Täsir 0.5 micromolar-dan başlap görünýärdi we 5 micromolar-da güýçlüdi. Bu konsentrasiýa damar içine bir gezekde 100 milligram goýberilenden soň plazmada görülýän derejelere ýakyndyr. 5 micromolar-da mitohondriýalar hem çişdi. Emma baglanyşygyň bozulmagy ilki has pes konsentrasiýalarda ýüze çykdy. Bu ýagdaý syzmanyň gurluş zeperinden däl-de, ondan öň ýüze çykandygyny görkezýär. Baglanyşygy bozulan mitohondriýalarda boýag dem alşy konsentrasiýa bagly, doýma çägine ýetýän görnüşde gyjyndyrdy. Iki taýýarlanan nusgada-da kislorodyň sarp edilişi ýokarlandy. Sarp edilen kislorodyň birligine düşýän ATP sintezi bolsa ýokarlanmady. Bu bir molekulada baglanyşygyň üzülmegi bilen elektron geçirilmeginiň bilelikde ýüze çykmagynyň nusgawy mysalydyr.

Iň täsirli aýrylyşma gözüň torly bardasynda ýüze çykýar. AIF ýetmezçilikli syçanlarda we rotenon bilen işlenen fotoreseptor öýjüklerinde metilen gögi torly bardanyň galyňlygyny, fotoreseptor markerlerini we mitohondriýalaryň gurluşyny saklady. Şeýle hem NADH-nyň NAD-a gatnaşygyny peseltdi we dogry eplenmedik beloklara jogaby hem-de mitofagiýany öz içine alýan stres ýollarynyň işjeňligini azaltdy. Muny ATP ýetmezçiligini düzetmezden etdi. Energiýa dikeldilmän goragyň saklanmagy peýdanyň goşmaça ATP arkaly däl-de, okislenme-gaýtarylma deňagramlylygy we mitohondriýalaryň bitewiligi arkaly ýüze çykandygyny aňladýar. Dokumanyň ýaşaýşynyň saklanmagyny energiýa öndürilişiniň dikeldilmegi bilen deň hasaplaýan adam bu synaga düýbünden nädogry düşünýär.

Beýni mitohondriýalary boýunça iş şol bir netijeler sanawyna ýitgiler sütünini hem goşýar. Bioenergetikany gowulandyran şol bir pes konsentrasiýalar synagdan geçirilen ähli şertlerde wodorod peroksidiniň emele gelmegini hem ýokarlandyrdy we onuň ýok edilmegini haýallatdy. Bu ýöriteleşdirilmedik boýag bilen däl-de, kalibrlenen Amplex seljermesi bilen ölçeldi. Has köp ATP bilen has köp oksidleýji bilelikde ýüze çykdy.

Netijeleri okamak üçin amaly barlag sanawy

Dört sorag baglanyşygy saklanýan netijäni baglanyşygy bozulan netijeden tapawutlandyrýar.

Birinjisi, hakykatda haýsy ahyrky görkeziji ölçeldi? Diňe kislorodyň sarp edilişi ATP barada maglumat berip bilmez. ATP sintezi, membrana potensialy we dem alyşyň gözegçilik gatnaşygy hersi kislorod elektrodynyň görüp bilmeýän bir bölegini goşýar. Metilen gögi baradaky ylmy netijeleri okamak boýunça gollanma ahyrky görkezijilere şeýle ünsli çemeleşmegi jikme-jik düşündirýär.

Ikinjisi, mitohondriýalara haýsy substrat berildi? Suksinil CoA boýunça netije ýangyç saýlawynyň goşmaça dem alşyň asla goşmaça ATP-ä öwrülip biljekdigini kesgitläp bilýändigini görkezýär.

Üçünjisi, haýsy konsentrasiýa ulanyldy? Beýni mitohondriýalarynda nanomolar-dan pes micromolar derejelerine çenli metilen gögi oksidleýji ýitgiler bilen birlikde bioenergetikada az-kem gowulaşma berdi; bagyr mitohondriýalarynda ýarym micromolar we ondan ýokary derejeler baglanyşygy gowşatdy; 5 micromolar-da çişme hem goşuldy. Konsentrasiýa ikinji derejeli maglumat däl-de, mehanizmiň bir bölegidir.

Dördünjisi, netije haýsy modelde alyndy? Bölünip alnan mitohondriýalar baglanyşyk ulgamyny açyp görkezýär, ýöne bitewi öýjükler we dokumalar oňa daşalmany, reňksiz görnüşe gaýtarylmagy hem-de elektronlary kabul etmek ugrunda bäsleşýän beýleki ugurlary goşýar. Konsentrasiýanyň we iş tertibiniň metilen gögi täsirlerini nähili kesgitleýändigini hem öz içine alýan laboratoriýa dozalama işleri kameradaky sanlar bilen adam hakyndaky islendik netijäniň arasynda köpri bolup hyzmat edýär.

Kislorodyň sarp edilişi elektron akymyny görkezýär. ATP şol akymyň näçesiniň toplanandygyny görkezýär. Metilen gögi olaryň islendik birini üýtgedip biler. Ýokardaky synaglar munuň netijesinde ýüze çykýan dört görnüşiň hemmesini görkezýär: ikisi-de ýokarlanýar; dem alyş diňe substratyň mümkinçilik berýän ýerinde ýokarlanýar; baglanyşyk gowşaýarka dem alyş ýokarlanýar; ATP üýtgemän galýarka dokuma saklanýar. Kislorod elektrodyndaky san netijäni düşündirmegiň soňy däl-de, başlangyjydyr.