Мәкалә
Метилен зәңгәре антиоксидант һәм прооксидант буларак: нәтиҗәне нәрсә үзгәртә?
Әйтик, ике лаборатория бер үк зәңгәр буягычны сынап, капма-каршы нәтиҗәләр турында хәбәр итә. Беренчесендә аерып алынган баш мие митохондрияләре яхшырак сулый һәм күбрәк ATP җитештерә. Икенчесендә шул ук препарат күпкә күбрәк водород пероксиды бүлеп чыгара. Ике хәбәр дә дөрес. Алар бер үк циклны ике яктан тасвирлый, ә буталчык укучылар шул якларның берсен бөтен күренеш дип кабул иткәндә башлана.
Хата — молекулага кайсы исем туры килүен сорауда. Метилен зәңгәре электроннарны бер урыннан икенчесенә тапшыра; моны киңрәк контекстта аның күзәнәк биологиясендәге мишеньнәре картасы күрсәтә. Тотыккан буягыч электроннарны кабул итә һәм төссез leucoMB га әйләнә. LeucoMB бу электроннарны алга тапшыра һәм яңадан зәңгәрләнә. Күзәтелгән нәтиҗә электроннарны кем бирүенә, кем кабул итүенә һәм системаның юлда барлыкка килгән водород пероксидын бетерә алуына бәйле. Мөһим сорау беркайчан да буягычның антиоксидант булу-булмавы түгел. Мөһиме — шартлар бу электроннар тапшыру системасына нәрсә эшләргә мөмкинлек бирә.
Ике якны да тудыручы цикл
Караңгыда төп цикл кыска. NADH, NADPH яки сулыш чылбырындагы ташучылар буягычны кайтара. Аннары кайтарылган буягычның бер-берсе белән көндәшлек итүче юллары бар. Ул электроннарны цитохром c га тапшырып, зарарланган комплексны әйләнеп үтүче агымга ярдәм итә ала; шуңа күрә I яки III комплекс блокадасы вакытында сулыш һәм мембрана потенциалы өлешчә торгызыла. Яисә ул электроннарны турыдан-туры кислородка тапшыра ала: бу зәңгәр форманы яңадан барлыкка китерә һәм водород пероксиды хасил итә. Буягыч яңадан торгызылганга күрә, аның аз гына күләме дә бу циклны күп тапкыр кабатлый ала, кайтаручы эквивалентларны өзлексез сарыф итеп һәм пероксидны өзлексез җитештереп.
Тагын ике тармак химияне тулысынча үзгәртә. Ирекле бакыр яки тимер Фентон тибындагы реакцияләр аша бу тарала алучы пероксидны җирле шартларда күпкә көчлерәк зарар китерүче оксидантларга әйләндерә. Кызыл яктылык аерым фотохимик тармакны ача: анда ярсытылган буягыч энергияне кислородка тапшыра һәм синглет кислород хасил итә. Бу кисәкчек I һәм II тип фотохимиясен аңлатучы мәкаләдә җентекләп карала. Караңгыдагы редокс циклы, металлар көчәйткән зарар һәм фотодинамик зарар — бер үк башлангыч молекулага ия булган өч төрле механизм.
Шартлар һәм нәтиҗәләр матрицасы
Түбәндәге таблицаны кул астында тотарга кирәк. Һәр юлда бер үзгәрмә, ул нәтиҗәне кайсы якка этәрүе һәм моны күрсәткән тәҗрибә бирелгән. Уңай юнәлеш саклаучы йогынтыны яки яхшырган күрсәткечне аңлата. Тискәре юнәлеш — оксидантларның артуын, запасларның күбрәк сарыф ителүен яки зуррак зарарны.
| Шарт | Нәтиҗә юнәлеше | Тәҗрибә нәрсә күрсәтте |
|---|---|---|
| Түбән концентрация, 0.1 дән 1 uM га кадәр, аерып алынган митохондрияләр | Биоэнергетикага уңай йогынты һәм пероксидның артуы | 0.1 uM сәламәт һәм диабетлы күселәрнең йөрәк митохондрияләрендә кислород куллануны яхшырткан; 100 nM нан 1 uM га кадәр концентрацияләр блокланган баш мие митохондрияләрендә ATP ны, мембрана потенциалын һәм кальций үзләштерүне өлешчә торгызган, шул ук вакытта барлык шартларда да пероксид бүленеп чыгу арткан |
| Югарырак концентрация, 5 uM нан артык, глюкозасыз күзәнәкләр | Оксидантларның тискәре сигналы | Глюкоза булмаганда 5 uM нан югары концентрациядә эндотелий күзәнәкләре гомуми ROS зондын тотыктырган һәм кайтарылган глутатионны югалткан; глюкоза өстәү икесен дә булдырмаган |
| I комплекс субстратлары (глутамат һәм малат) | Пероксид күбрәк | Баш мие һәм йөрәк митохондрияләре белән эшләрнең икесендә дә NADH белән бәйле субстратлар булганда пероксид бүленеп чыгу артуы ачыкланган |
| Сукцинат һәм ротенон, йөрәк митохондрияләре, 0.1 uM | Шул протоколда пероксид азрак | Бу җыелмада пероксид буенча ачык антиоксидант нәтиҗә күрсәткән бердәнбер очрак; протоколда ротенон һәм башка тукыма кулланылганын истә тотыгыз, шуңа күрә моны субстрат кына аңлатмый |
| Кызыл яктылык, 20 uM һәм 630 nm | ДНКга тискәре зарар | Караңгыда 20 uM булганда митохондрия ДНКсында әһәмиятле зарарланулар булмаган; шул ук концентрация кызыл яктылык белән бергә сыналган һәр фрагментны зарарлаган |
| Караңгыда бик югары концентрация, 100 uM | ДНКга сайланма тискәре зарар | Пуриннарга бай эзлеклелекләрдә митохондрия ДНКсының сайланма зарарлануы; бу наномоляр концентрацияләрдәге пероксид сигналыннан сыйфат ягыннан башка дәрәҗә |
| Бакыр яки тимер һәм NADH, күзәнәксез системада ДНК | Тискәре оксидатив зарарланулар | Бакыр зарарны p53 нең мутацияләр еш очрый торган эзлеклелегенә юнәлткән; тимер EDTA киң колачлы зарар китергән; каталаза һәм металл хелаторлары тиешле юлларны блоклаган; тотыккан гуанин арткан |
| Глюкоза бар, бөтен күзәнәкләр | Цикл тизрәк барса да, саклаучы буферлау | Глюкоза буягычның кайтарылуын арттырган, ләкин гомуми стрессны киметкән; бу антиоксидантларны яңадан торгызу өчен пентозофосфат юлының NADPH белән тәэмин итүенә туры килә |
| Аскорбат белән баетылган күзәнәкләр | Катнаш: аскорбат сарыф ителгән, зонд сигналы буферланган | Буягыч, глюкоза булганда да, күзәнәк эчендәге аскорбатны акрынлап тотыктырган, шул ук вакытта зондның тотыклануын өлешчә баскан; чыгым саклану запасы исәбенә капланган |
| Ротенон белән эшкәртелгән хайваннар, буягыч алдан бирелгән | Тукыма өчен уңай нәтиҗә | Буягычны алдан бирү тычканнарның урта миендә ротенон китереп чыгарган митохондрия ДНКсы зарарлануларын киметкән, гәрчә аерып алынган митохондрияләрдә пероксидны арттырса да |
Төп фикер — юллар арасындагы гомуми закончалык. Пероксид җитештерү һәм биологик саклау — аерым үлчәмнәр. Бер үк йогынты беренчесе буенча тискәре, ә икенчесе буенча уңай нәтиҗә бирә ала.
Ни өчен бер үк доза төрле җаваплар бирә
Концентрация электроннар ташу куәтен билгели, ләкин ахыргы нәтиҗәне түгел. Бөтен баш мие митохондрияләре буенча эштә пероксид бүленеп чыгу 50 nM нан башлап сизелерлек арткан, ә караңгыда митохондрия ДНКсының ачык зарарлануы өчен 100 uM кирәк булган. Беренче сигнал белән генотоксиклык арасында якынча ике мең тапкыр аерма бар, ләкин бу куркынычсызлык запасы түгел. Ахыргы күрсәткечләр, бүлекләр һәм тәэсир итү вакытлары төрле, шуңа күрә бу саннар бер кәкредәге нокталарны түгел, ә аерым күренешләрне билгели. Дозага җавап турындагы фикер алышу мондый түбән сигнал белән көчле зарар арасындагы аерманы гормезисның киңрәк контекстында карый.
Субстрат электроннарның кайдан керүен билгели. NADH белән бәйле энергия чыганаклары буягычка файдалы әйләнеп үтү юлы өчен дә, кислород белән файдасыз реакция өчен дә күп кайтаручы эквивалентлар бирә. Сукцинат буягычны антиоксидант итә, ә глутамат прооксидант итә дигән еш китерелә торган нәтиҗә мәгълүматларны артык киң аңлата. Чөнки йөрәк тикшеренүендә сукцинат белән пероксид үлчәнгән шартта ротенон да булган, шулай ук барлык субстратларда һәм сулыш халәтләрендә пероксид артуын тапкан баш мие тикшеренүеннән башка тукыма һәм доза кулланылган.
Яктылык нәтиҗә зурлыгын гына түгел, механизмны үзгәртә. Бу җыелмадагы иң ачык чагыштыру — караңгыда 20 uM митохондрия ДНКсы фрагментларына ачыклана торган йогынты ясамый, ә кызыл яктылык астында 20 uM аларның барысын да зарарлый. Яктыртылган тәҗрибәне караңгыдагысы белән чагыштыручы кеше фотохимияне редокс циклы белән чагыштыра.
Металлар оксидантны үзгәртә. Металлар булмаганда буягычның караңгыдагы циклы пероксид — тарала алучы һәм күзәнәкләр сигнал буларак та куллана торган молекула — җитештерә. Реакциягә керә алырлык бакыр яки тимер булганда NADH кайтарган буягыч металлның кайтарылуын тәэмин итә, ә кайтарылган металл ДНК янында пероксидны гидроксил тибындагы яки бакыр-пероксид кисәкчекләренә әйләндереп активлаштыра. NADH һәм металл ионнары белән күзәнәксез системадагы эш шул рәвешле бер үк башлангыч буягычтан мутацияләр еш очрый торган урыннарда сайланма һәм киң колачлы ДНК зарарлануы китереп чыгарган. Бу тармакның әһәмиятле булу-булмавын буягыч кына түгел, ә шул бүлектә металларның ничек идарә ителүе билгели.
Энергия чыганакларының булуы күзәнәкнең чыгымны каплый алуын билгели. 2 дән 20 uM га кадәр буягыч тәэсиренә дучар ителгән эндотелий күзәнәкләрендә глюкозаны алу оксидант чыгымын ачып күрсәткән, ә глюкоза белән тәэмин итү аны юкка чыгарган, гәрчә глюкоза буягычның кайтарылуын да тизләтсә дә. Саклану ресурслары җитәрлек булганда тизрәк цикл саклану запаслары буш булганда акрынрак циклдан өстен. Глюкоза яки NADPH хәлен телгә алмаган һәр оксидант турындагы раслауны тулы түгел дип карагыз.
Тукыма булган механизмнар җыелмасын билгели. Эндотелий күзәнәкләре глюкоза метаболизмы аша NADPH ны яңадан торгыза һәм цитозольдә антиоксидант запасларына ия. Аерып алынган митохондрияләрдә боларның берсе дә юк. Чистартылган ДНКда хәтта төзәтү механизмы да юк. Бер препараттагы нәтиҗә башкалары турында аз нәрсә әйтә; шуңа күрә тукымага хас җаваплар турында планлаштырылган мәкаләдә бу системаларны аерым карарга кирәк булачак.
Туры үлчәү — аннан соңгы саклану түгел
Күп язмалар тәҗрибәләр аерып караган ике катламны бергә куша. Бер катлам күпме оксидант барлыкка килгәнен сорый. Икенчесе күзәнәкнең ничек җавап биргәнен сорый.
Amplex тибындагы пероксид анализлары беренче катламга иң якын тора, һәм хәтта алар да чиста агымны күрсәтә: ягъни җитештерүдән юкка чыгаруны һәм тышка чыгаруны чигергәннән калганын. Баш мие митохондрияләре тикшеренүе ике якта да үзгәреш тапкан: күбрәк пероксид барлыкка килгән һәм өстәп бирелгән пероксид өлеше акрынрак бетерелгән. Аннан соңгы баскычларда глутатионның тотыклануы, аскорбатның сарыф ителүе, тотыккан гуанин һәм полимераза эшен блоклаучы ДНК зарарланулары тора. Һәр баскыч оксидант белән үлчәнгән күрсәткеч арасына өстәмә биологик процесслар кертә.
Nrf2 идарә иткән антиоксидант ферментлар һәм митохондрия биогенезы икенче катламда тора. Болар — йомшак пероксид импульсы эшләтеп җибәрә алган җайлашу программалары. Баш мие митохондрияләрен саклау тикшеренүе авторлары нәкъ шундый йомшак стресс этәргечен тәкъдим итә, шул ук вакытта Nrf2 аша узучы сәбәпләр чылбырының үзләренең тулы дәлиленә түгел, ә алдагы эшләргә нигезләнүен билгели. Яңа аксымнар аша берничә сәгатьтән соң барлыкка килгән саклау башлангыч химиянең антиоксидант булуын аңлатмый. Бу кечкенә прооксидант вакыйганың зуррак саклану җавабын тәэмин итүен аңлата. Мондый раслауларны укыганда исәпкә алырга кирәкле чикләүләр, шул исәптән анализ мөмкинлекләренең чикләре һәм препаратлар арасындагы аермалар, метилен зәңгәре турындагы тикшеренүләрне уку кулланмасының темасы булып тора.
Ни өчен анализлар бер-берсе белән килешми
Дигидрофлуоресцеин кебек гомуми зонд пероксид концентрациясен түгел, зондның киң спектрлы тотыклануын күрсәтә. Ул пероксидаза һәм гем химиясенә бәйле һәм калибрланган Amplex анализы ачыклаган пероксид артуын күрми калырга мөмкин. Баш мие митохондрияләре тикшеренүендә пероксид кискен арткан, ләкин моңа туры килгән супероксид сигналы булмаган. Бу — буягычка нигезләнгән бер генә анализ буенча антиоксидантлык турында раслауны китерүдән сакланырга кирәклеген күрсәтә. Буягыч күренгән яктылыкны киң кулланыла торган ярсыту һәм нур чыгару диапазоннары янында йотканга күрә, оптик капланышны контрольдә тикшерү урынлы. Әмма җентекле тикшеренүдә билгеле пероксид күләмнәре буенча калибрлау үткәрелгән, ярсытучы яктылык тәэсире киметелгәндә сигнал аз гына үзгәргән һәм аерым электрод белән пероксидның акрынрак бетерелүе расланган. Комачаулау — тикшерелергә тиешле контроль мәсьәләсе, нәтиҗәне автоматик рәвештә кире кагу сәбәбе түгел.
Кальций буенча нәтиҗә дә шул ук төгәллек кирәклеген күрсәтә. Буягычның кыска вакытлы тәэсире йөрәк тикшеренүендә үткәрүчәнлек күчеше башланганчы тупланган кальцийның гомуми күләмен үзгәртмәгән, ләкин блокланган баш мие митохондрияләрендә кальций үзләштерү тизлеген яхшырткан; бу диабетка юнәлтелгән йөрәк митохондрияләре тикшеренүендә каралган. Ахыргы күрсәткечләр төрле, системалар төрле, каршылык юк.
Нәтиҗәгә ышанганчы тикшерү исемлеге
Антиоксидант яки прооксидант дигән һәр нәтиҗәне билгеле бер система турында хәбәр дип карагыз һәм биш сорау бирегез. Кайсы концентрациядә һәм кайсы бүлектә? Кайсы электрон доноры һәм аның белән көндәшлек итүче кайсы акцептор белән? Яктыдамы, караңгыдамы, нинди дулкын озынлыгында һәм дозада? Кайсы металлар реакциягә керә ала, нинди энергия чыганаклары һәм антиоксидант запаслары тәэмин ителгән? Һәм кайсы анализ белән — оксидант агымын, зарарны яки җайлашу җавабын үлчәпме? Бер генә җавапны үзгәртсәгез дә, шул ук молекула матрицада саклаучыдан зарарлаучыга күчә ала, һәм монда бернинди парадокс та юк.