Metilen gögi we mitohondriýalar: elektronlaryň daşalyşy we subutnamalar

Gapdalma-gapdal duran iki preparaty göz öňüne getiriň. Ikisinde-de dem alyş zynjyrynyň I toplumyny petikleýän himiki madda bolan rotenon bilen zäherlenen beýni mitohondriýalary bar. Synagçy olaryň birine pipetka bilen metilen gögüniň mikromolýar dozasyny goşýar. Kislorodyň sarp edilişi bölekleýin dikeldilýär. Membrananyň naprýaženiýesi bölekleýin gaýdyp gelýär. Az mukdarda ATP sintezi täzeden başlanýar. Gapdaldaky kýuwetada bolsa peroksid datçigi wakanyň beýleki ýarysyny görkezýär: barlanan her dozada, synalan her substratda wodorod peroksidiniň bölünip çykyşy birnäçe esse artýar.

Iki ölçeg hem dogry. Metilen gögi elektron gatnadyjysy bolup, dem alyş zynjyrynyň zeperlenen böleginiň daşyndan tok akymyny dowam etdirip bilýär we şol bir gatnadyjy muny ýerine ýetirende peroksid görnüşinde töleg alýar. Şu iki hakykaty bir wagtda göz öňünde tutsaňyz, metilen gögüniň mitohondrial işjeňligi baradaky ylmy edebiýata düşünmek aňsatlaşýar. Diňe birini göz öňünde tutsaňyz, ilki haýsy makalany okandygyňyza baglylykda, ol gudrat ýa-da howp ýaly görünýär.

Gatnadyjynyň ýönekeý düşündirilişi

Dem alyş zynjyry estafeta hatary ýalydyr. Elektronlar I toplumdan (NADH-dan) ýa-da II toplumdan we oňa degişli flawin fermentlerinden (suksinatdan we şoňa meňzeş donorlardan) girýär, III toplumyň üsti bilen hereketli daşaýjy sitohrom c-e, soňra IV toplumyň üsti bilen kisloroda geçýär. Her gezek geçirilende protonlar içki membrananyň beýleki tarapyna sorulýar we emele gelen gradiýent ATP sintezini herekete getirýär. Islendik duralgany petikleseňiz, hataryň ondan öňki bölegi dymýar.

Metilen gögi parallel çaparyň wezipesini ýerine ýetirýär. Onuň oksidlenen görnüşi zynjyryň öňki bölegindäki daşaýjylardan elektronlary alyp, reňksiz gaýtarylan görnüşe — leýkometilen gögüne — öwrülýär. Soňra bu görnüş elektronlary zynjyryň soňraky bölegine geçirip, ýene gök reňke gaýdýar. Iki görnüş redoks jübütiniň düşündirişinde beýan edilýär, has giňişleýin geçiriji häsiýeti bolsa umumy mehanizmiň düşündirişine degişlidir. Açyk galýan sorag çaparyň hatara nireden gaýtadan goşulýandygy barada: III toplumyň Qo meýdançasy diýlip atlandyrylýan hinoly baglaýjy jübüsindenmi ýa-da göni sitohrom c-denmi? Haýsy çykyş ýolunyň agdyklyk edýändigi şertlere baglydyr; bu barada III toplumyň daşyndan geçiş seljermesinde giňişleýin düşündirilýär.

Gemrijilerde geçirilen üç barlagyň hakykatda ölçän zatlary

Üç barlagyň hemmesinde izolirlenen beýni mitohondriýalary ulanyldy, ýagny organellalar öýjükden çykarylyp, düzümi kesgitlenen buferde saklandy. Bitewi öýjükler ýok, madda berlen haýwanlar ýok, adam gatnaşyjylar ýok. Konsentrasiýalar adamyň agyz arkaly kabul edýän dozasyna däl-de, organellalaryň daşyndaky ergine degişlidir. Şu çäkleri üýtgetmän saklasaňyz, sanlar aýdyň many berýär.

Deňiz doňuzlarynyň izolirlenen beýni mitohondriýalarynda 100 nanomolýardan 2 mikromolýara çenli konsentrasiýalarda geçirilen ilkinji barlag bir preparatyň özünde peýdany hem-de onuň bahasyny kesgitledi. Sagdyn mitohondriýalarda boýag dynçlyk ýagdaýynda kislorodyň sarp edilişini artdyrdy, ýöne ADP bilen stimulirlenen dem alyşy üýtgetmedi, şonuň üçin utgaşdyrylan ATP önümçiligi gowulanmady. I toplum petiklenende, 2 mikromolýar konsentrasiýa ATP sintezini bir minutda her milligrama 46 nanomoldan 93 nanomola çenli dikeltdi; adaty tizlik bolsa takmynan 1109-dy. III toplum petiklenende, şol bir doza ATP-ni takmynan 46-dan 63-e çenli dikeltdi; adaty tizlik takmynan 910-dy. Naprýaženiýe we kalsiniň siňdirilişi bölekleýin dikeldildi. IV toplumyň sianid bilen petiklenmeginiň daşyndan geçip bolmady, bu bolsa elektronlaryň peýdaly çykyş ýolunyň işleýän IV toplumdan öňde ýerleşýändigini görkezýär. Her bir dikeldiş statistik taýdan hakyky, ýöne kiçidi: adaty ATP önümçiliginiň birbelgili göterimlerine deňdi.

Syçanlaryň beýni gabygynyň mitohondriýalarynda takmynan 1 mikromolýar konsentrasiýada geçirilen ikinji barlag I toplumyň daşyndan geçilýändigini tassyklady we III toplumda çäk kesgitledi. Rotenon dem alyşy bir minutda her milligrama takmynan 121 nanomol kisloroddan 2 nanomoldan hem aşak düşürdi, boýag bolsa ony takmynan 21-e, ýagny adaty derejesiniň takmynan altydan birine çenli ýokarlandyrdy; şol bir wagtda membrananyň naprýaženiýesi tas doly dikeldildi. Emma III toplum petiklenenden soň, 1-den 5 mikromolýara çenli aralykda ne dem alyş, ne-de naprýaženiýe dikeldildi we petikleme boýagyň döredýän peroksid signalyny basdy. Awtorlar gaýtarylan boýagyň elektronlaryny III toplumyň Qo meýdançasyna geçirýändigini teklip etdiler: şol meýdança eýelenende, çaparyň eltmäge ýeri galmaýar.

Syçanlaryň, alakalaryň we deňiz doňuzlarynyň beýni mitohondriýalarynda esasan 2 mikromolýar konsentrasiýada geçirilen üçünji barlag bu gapma-garşylygy göni barlady we III toplumyň petiklenen böleginiň daşyndan geçip bolýandygyny ýüze çykardy. Qo meýdançasynyň ingibitory miksotiazol esasy dem alyşy 88 göterim peseldende, boýag kislorodyň sarp edilişini petiklenmedik tizligiň takmynan 62 göterimine çenli dikeltdi. Göni synagda ýarym mikromolýar konsentrasiýa, III toplum petiklenen wagty hem, daşardan goşulan sitohrom c-ni gaýtardy; bu NADH-dan boýagyň üsti bilen sitohrom c-e, soňra bolsa IV topluma barýan ýoly goldaýar. Emma dikeldilen dem alyş adaty bolmadyk häsiýet görkezdi: goşulan ADP kislorodyň sarp edilişini artdyrmagyň ýerine peseltdi, ATP sinteziniň petiklenmegi bolsa dem alyşy stimulirledi. Naprýaženiýäniň repolýarizasiýasy diňe bölekleýin boldy. Ters utgaşma bilen bilelikdäki ýokary kislorod sarp edilişi adaty energiýa önümçiligi däldir.

Näme üçin barlaghanalaryň netijeleri tapawutlanýar we muny näme aýdyňlaşdyrýar

Ilki bilen, tapawudy haýwan görnüşleri bilen düşündirmek başa barmaýar. Üçünji topar işi üç gemriji görnüşinde gaýtalady we olaryň hemmesinde, şol sanda öň daşyndan geçişiň ýokdugy habar berlen syçan ştammynda-da, hil taýdan birmeňzeş daşyndan geçişi aldy. Munuň ýerine konsentrasiýa (1 we 2 mikromolýar), ingibitor dozalary, buferler, izolirleme usullary we iň esasysy, deňeşdirilýän energetiki ýagdaý tapawutlanýar: daşyndan geçiş ADP goşulmazdan öň, ýagny ADP-ä paradoksal jogabyň peýda bolýan ýerinde iň aýdyňdyr. Şonuň üçin hakykaty dogry görkezýän diagrammada şertlere bagly iki çykyş ýoly bar: biri Qo meýdançasynda, beýlekisi sitohrom c-de. Çapar ýerli himiki şertleriň rugsat berýän ýerine eltýär.

Peroksid görnüşindäki töleg

Çykdajy tarapy hem dikeldiş tarapy ýaly yzygiderli ýüze çykýar. Deňiz doňuzlarynda geçirilen işde boýag synalan ähli şertlerde — dynçlykda, ATP sintezi wagtynda we himiki taýdan bozulanda — üç substratyň hemmesinde peroksidiň bölünip çykyşyny artdyrdy. ATP sintezi wagtynda 1 mikromolýar konsentrasiýada bölünip çykyş bir minutda her milligrama takmynan 148 pikomoldan 1500 pikomoldan hem ýokary galdy; hatda 100 nanomolýar konsentrasiýa hem signaly dört esseden köp artdyrdy. Boýag peroksidiň aýrylmagyny hem takmynan 2.6 esse haýallatdy, şonuň üçin signal has çalt emele gelmegi hem-de has haýal aýrylmagy görkezýär. Teklip edilýän himiki düşündiriş — gaýtarylan boýagyň kislorody ýüze çykarylyp bilinýän superoksid emele getirmezden göni gaýtarmagydyr, ýöne bu henizem subut edilen tapgyr däl-de, düşündiriş bolup galýar.

Syçanlarda geçirilen iş meseläniň has çylşyrymly, ýöne peýdaly tarapyny görkezýär. Peroksid doza bilen örän çalt artdy: 2 mikromolýar konsentrasiýada bir minutda her milligrama takmynan 76 pikomol başlangyç derejeden 2000 pikomola golaý derejä ýetdi, ýöne III toplumyň petiklenmegi boýagyň döredýän bölegini basdy. Eger peroksid diňe gaýtarylan boýagyň kislorod bilen reaksiýasyndan emele gelen bolsa, zynjyry petiklemegiň beýle uly ähmiýeti bolmaly däldi. Emma onuň ähmiýeti bar, diýmek, zynjyr hem gatnaşýar. Antioksidant we prooksidant häsiýetlere syn bu iki taraplylygy has giň kontekstde görkezýär, kislorod bilen ATP-niň deňeşdirme seljermesi bolsa näme üçin diňe kislorod sanlarynyň energiýa baradaky tassyklamany hiç haçan çözmeýändigini düşündirýär.

Işjeňligi dikeltmek abatlamak däldir

Ulanyşdan çykarylmaly söz düzümi — «metilen gögi mitohondriýalary abatlaýarmy». Abatlamak dowamly düzedişi aňladardy: täzeden gurlan toplumlar, madda aýrylandan soň hem saklanýan utgaşma, bitewi öýjüklerde dikeldiş, soňra bolsa janly organizmde işjeňligiň gowulanmagy. Üç makalanyň hiç biri muny görkezmeýär. Olar emeli himiki petikleme wagtynda ýaňy izolirlenen organellalarda akymyň dessine başga ýola geçirilýändigini görkezýär; ATP önümçiligi adaty derejesiniň kiçi böleklerine deň bolýar we käte utgaşma aç-açan geň häsiýet görkezýär. Rotenon we antimisin garrylygyň ýa-da adamdaky mitohondrial keseliň modelleri däl-de, barlaghana gurallarydyr; bu ýerdäki hiç zat sagdyn adam üçin has köp energiýa diýmek däldir. Bu bolsa adamlarda geçirilen öz ylmy barlaglary bolan aýratyn subutnama meselesidir.

Üç çäk biohaking baradaky islendik netijäniň dogruçyl bolmagyny üpjün edýär. Birinjiden, ergindäki konsentrasiýa doza däldir: izolirlenen organellalaryň daşyndaky 0.1-den 2 mikromolýara çenli konsentrasiýa adam beýnisiniň mitohondriýasynda şol erkin konsentrasiýany haýsy agyz arkaly kabul edilýän mukdaryň döredýändigi barada hiç zat aýtmaýar; aýratyn-da boýagyň ýygnanmagy ýa-da boşamagy membrananyň naprýaženiýesiniň özüne bagly bolany üçin. Ikinjiden, kislorod energiýa däldir: boýag kislorodyň sarp edilişini diňe öndürijilikli fosforilirlenme arkaly däl, eýsem siklleýin aýlanyş we syzma arkaly hem artdyryp biler, şonuň üçin ATP we naprýaženiýe ölçegleri bolmadyk respirometriýa energiýa baradaky tassyklama esas bolup bilmez. Üçünjiden, peýda bilen ýük bir sözlemde bilelikde agzalmalydyr: naprýaženiýäniň ýa-da ATP-niň dikeldilendigini aýdyp, şol bir wagtyň özünde artan peroksidi agzamaýan islendik beýannama synagy nädogry beýan edýär. Degişli goşmaça şertlere NAD redoks deňagramlylygy, doza-jogap egrisiniň görnüşi we ölçeg synaglary boýunça gollanma girýär.

Bir amaly bellik: gatnadyjy häsiýet hut şol molekula mahsusdyr. Azure B ýaly demetillirlenen ýakyn birleşmeler hem redoks taýdan işjeňdir, ýöne olaryň häsiýeti tapawutlanýar, şonuň üçin bölekleýin dargan ergin bilen geçirilen synag bitewi boýag bilen geçirilen synagdan tapawutlanýar. Bu diňe metallar boýunça barlagyň ýerine doly farmakopeýa spesifikasiýasyny we çap edilen tapgyr resminamasyny talap etmegiň sebäpleriniň biridir. Ýagtylygyň täsiri bilen bolup geçýän himiki prosesler ýagtylandyrylýan ulanyşlar üçin goşmaça çäklendirme döredýär; bu mesele gyzyl ýagtylyk bilen utgaşdyrmalar bölüminde beýan edilýär.

Dar çäkli tassyklama bularyň hemmesinden soň hem güýjüni saklaýar we ony saklamak ýerliklidir: metilen gögi zeperlenen izolirlenen mitohondriýalarda şertlere bagly elektron çapary bolup, peroksid artmagynyň hasabyna akymy bölekleýin saklap biler. Munuň daşyndaky ähli zat — energiýa, uzak ömür, abatlamak — bu barlaglaryň hiç haçan bermek üçin niýetlenmedik subutnamalaryna garaşýar.