ماقالە
مېتىلېن كۆكى ۋە مىتوخوندرىيە: ئېلېكترون توشۇش ۋە دەلىللەر
يانمۇيان قويۇلغان ئىككى تەجرىبە ئەۋرىشكىسىنى تەسەۋۋۇر قىلىڭ. ھەر ئىككىسىدە نەپەسلىنىش زەنجىرىنىڭ كومپلېكس I قىسمىنى توسىدىغان خىمىيەلىك ماددا روتېنون بىلەن زەھەرلەنگەن مېڭە مىتوخوندرىيەلىرى بار. تەجرىبە قىلغۇچى بىرىگە پىپېتكا بىلەن مىكروموليار دەرىجىدىكى مېتىلېن كۆكى قوشىدۇ. ئوكسىگېن ئىشلىتىش قىسمەن ئەسلىگە كېلىدۇ. پەردە توك بېسىمى قىسمەن قايتىدۇ. ئاز مىقداردا ATP سىنتېزلىنىشى قايتا باشلىنىدۇ. يېنىدىكى كيۇۋېتتىدا بولسا پىروكسىد سېنزورى ئەھۋالنىڭ يەنە بىر تەرىپىنى كۆرسىتىدۇ: سىناق قىلىنغان ھەر بىر مىقداردا، ئىشلىتىلگەن ھەر بىر سۇبستراتتا ھىدروگېن پىروكسىد چىقىرىش بىر نەچچە ھەسسە ئاشقان.
ھەر ئىككى ئۆلچەش نەتىجىسى توغرا. مېتىلېن كۆكى نەپەسلىنىش زەنجىرىنىڭ بۇزۇلغان قىسمىنى ئايلىنىپ توك ئېقىمىنى داۋاملاشتۇرالايدىغان ئېلېكترون توشۇغۇچىدۇر؛ شۇ توشۇغۇچى بۇ ئىشنى قىلغاندا پىروكسىد شەكلىدە بەدەل تەلەپ قىلىدۇ. بۇ ئىككى پاكىتنى تەڭ كۆزدە تۇتسىڭىز، مېتىلېن كۆكىنىڭ مىتوخوندرىيە ئىقتىدارىغا تەسىرى ھەققىدىكى ئىلمىي ئەدەبىياتنى چۈشىنىشكە بولىدۇ. پەقەت بىرىنىلا كۆزدە تۇتسىڭىز، قايسى ماقالىنى ئاۋۋال ئوقۇغانلىقىڭىزغا قاراپ ئۇ مۆجىزە ياكى تەھدىتتەك كۆرۈنىدۇ.
توشۇغۇچىنىڭ رولى، ئاددىي بايان بىلەن
نەپەسلىنىش زەنجىرى بىر يەتكۈزۈش لىنىيەسىدۇر. ئېلېكترونلار كومپلېكس I ئارقىلىق NADH دىن، ياكى كومپلېكس II ۋە مۇناسىۋەتلىك فلاۋىن ئېنزىملىرى ئارقىلىق سۇكسىنات ۋە شۇنىڭغا ئوخشاش ئېلېكترون بەرگۈچىلەردىن كىرىدۇ؛ كومپلېكس III دىن ئۆتۈپ ھەرىكەتچان توشۇغۇچى سىتوقروم c غا، ئاندىن كومپلېكس IV ئارقىلىق ئوكسىگېنغا يېتىدۇ. ھەر بىر تاپشۇرۇش باسقۇچى پروتونلارنى ئىچكى پەردىدىن ئۆتكۈزۈپ پومپىلايدۇ، ھاسىل بولغان گرادىئېنت بولسا ATP سىنتېزىنى ھەرىكەتلەندۈرىدۇ. ھەر قانداق بىر بېكەت توسۇلسا، ئۇنىڭ ئالدىدىكى لىنىيە ھەرىكەتتىن قالىدۇ.
مېتىلېن كۆكى پاراللېل توشۇغۇچى سۈپىتىدە ئارىلىشىدۇ. ئۇنىڭ ئوكسىدلانغان شەكلى زەنجىرنىڭ ئالدى تەرىپىدىكى توشۇغۇچىلاردىن ئېلېكترونلارنى ئېلىپ، رەڭسىز قايتۇرۇلغان شەكىل بولغان لېيكومېتىلېن كۆكىگە ئايلىنىدۇ؛ بۇ شەكىل ئېلېكترونلارنى زەنجىرنىڭ كېيىنكى تەرىپىگە يەتكۈزۈپ، يەنە كۆك رەڭگە قايتىدۇ. بۇ ئىككى شەكىل ئوكسىدلىنىش-قايتۇرۇلۇش جۈپى ھەققىدىكى باياندا چۈشەندۈرۈلگەن، تېخىمۇ كەڭ دائىرىدىكى يەتكۈزۈش ھەرىكىتى بولسا ئومۇمىي مېخانىزم چۈشەندۈرۈشىدە بايان قىلىنغان. تېخى ئېنىق بولمىغان مەسىلە توشۇغۇچىنىڭ لىنىيەگە قايسى جايدىن قايتا كىرىدىغانلىقىدۇر: كومپلېكس III نىڭ Qo ئورنى دەپ ئاتىلىدىغان كۋىنول باغلىنىش يانچۇقىدىنمۇ، ياكى بىۋاسىتە سىتوقروم c دىنمۇ؟ قايسى چىقىش يولىنىڭ ئاساسلىق بولۇشى شارائىتقا باغلىق؛ بۇ كومپلېكس III نى ئايلىنىپ ئۆتۈش تەھلىلىدە تەپسىلىي بايان قىلىنغان.
چاشقانسىمان ھايۋانلاردىكى ئۈچ تەتقىقات ئەمەلىيەتتە نېمىنى ئۆلچىدى؟
ئۈچ تەتقىقاتنىڭ ھەممىسىدە ئايرىۋېلىنغان مېڭە مىتوخوندرىيەلىرى ئىشلىتىلگەن؛ يەنى ئورگانېللار ھۈجەيرىدىن چىقىرىلىپ، تەركىبى ئېنىق بۇففېر ئېرىتمىسىدە مۇئەللەق تۇتۇلغان. پۈتۈن ھۈجەيرىلەر يوق، ماددا بېرىلگەن ھايۋانلار يوق، ئىنسان قاتناشقۇچىلار يوق. قويۇقلۇقلار ئىنساننىڭ ئېغىزدىن ئىستېمال قىلىدىغان مىقدارىنى ئەمەس، ئورگانېللارنىڭ ئەتراپىدىكى ئېرىتمىنى كۆرسىتىدۇ. بۇ دائىرىنى ئۇنتۇمىسىڭىز، سانلارنىڭ مەنىسى ئېنىق بولىدۇ.
بىرىنچى تەتقىقات 100 نانومولياردىن 2 مىكروموليارغىچە بولغان قويۇقلۇقتا ئايرىۋېلىنغان دېڭىز چاشقىنى مېڭە مىتوخوندرىيەلىرىدە ئېلىپ بېرىلىپ، پايدا بىلەن بەدەل بىر ئەۋرىشكىدە ئۆلچەنگەن. ساغلام مىتوخوندرىيەدە بوياق ئارام ھالىتىدىكى ئوكسىگېن ئىشلىتىشنى ئاشۇرغان، ئەمما ADP قوزغاتقان نەپەسلىنىشنى ئۆزگەرتمىگەن؛ شۇڭا نەپەسلىنىش بىلەن تۇتاشتۇرۇلغان ATP چىقىرىش ياخشىلانمىغان. كومپلېكس I توسۇلغاندا، 2 مىكروموليار ATP سىنتېزىنى ھەر مىنۇتتا ھەر مىللىگرامغا 46 نانومولدىن 93 نانومولغا ئەسلىگە كەلتۈرگەن؛ نورمال سۈرئەت بولسا تەخمىنەن 1109 ئىدى. كومپلېكس III توسۇلغاندا، ئوخشاش مىقدار ATP نى تەخمىنەن 46 دىن 63 كە ئەسلىگە كەلتۈرگەن؛ نورمال سۈرئەت تەخمىنەن 910 ئىدى. توك بېسىمى ۋە كالتسىينى قوبۇل قىلىش قىسمەن ئەسلىگە كەلگەن. كومپلېكس IV نىڭ سىيانىد بىلەن توسۇلۇشىنى ئايلىنىپ ئۆتكىلى بولمىغان؛ بۇ، پايدىلىق ئېلېكترون چىقىش نۇقتىسىنىڭ خىزمەت قىلىۋاتقان كومپلېكس IV نىڭ ئالدىدا ئىكەنلىكىنى كۆرسىتىدۇ. ھەر بىر ئەسلىگە كېلىش ستاتىستىكىلىق جەھەتتىن ھەقىقىي، ئەمما كىچىك بولغان: نورمال ATP چىقىرىشنىڭ بىر خانىلىق پىرسەنتلىرىگە تەڭ.
ئىككىنچى تەتقىقات تەخمىنەن 1 مىكرومولياردا چاشقان مېڭە پوستلاق قەۋىتى مىتوخوندرىيەلىرىدە ئېلىپ بېرىلىپ، كومپلېكس I نى ئايلىنىپ ئۆتۈشنى جەزملەشتۈرگەن ۋە كومپلېكس III دا چەك بارلىقىنى كۆرسەتكەن. روتېنون نەپەسلىنىشنى ھەر مىنۇتتا ھەر مىللىگرامغا تەخمىنەن 121 نانومول ئوكسىگېندىن 2 نانومولدىنمۇ تۆۋەنگە چۈشۈرگەن؛ بوياق ئۇنى تەخمىنەن 21 گە، يەنى نورمالنىڭ تەخمىنەن ئالتىدىن بىرىگە كۆتۈرگەن، پەردە توك بېسىمى بولسا ئاساسەن تولۇق ئەسلىگە كەلگەن. ئەمما كومپلېكس III توسۇلغاندىن كېيىن، 1 دىن 5 مىكروموليارغىچە نەپەسلىنىشمۇ، توك بېسىمىمۇ ئەسلىگە كەلمىگەن؛ بۇ توسۇش بوياق پەيدا قىلغان پىروكسىد سىگنالىنىمۇ باستۇرغان. ئاپتورلار قايتۇرۇلغان بوياق ئېلېكترونلىرىنى كومپلېكس III نىڭ Qo ئورنىغا يەتكۈزىدۇ، دەپ ئوتتۇرىغا قويغان: بۇ ئورۇن ئىگىلەنگەندە، توشۇغۇچىنىڭ ئېلېكتروننى تاپشۇرىدىغان يېرى قالمايدۇ.
ئۈچىنچى تەتقىقات ئاساسەن 2 مىكرومولياردا چاشقان، چوڭ چاشقان ۋە دېڭىز چاشقىنى مېڭە مىتوخوندرىيەلىرىدە بۇ زىددىيەتنى بىۋاسىتە سىناق قىلغان ۋە كومپلېكس III توسۇلغاندا ئۇنى ئايلىنىپ ئۆتكىلى بولىدىغانلىقىنى بايقىغان. Qo ئورنىنى توسقۇچى مىكسوتىيازول ئاساسىي نەپەسلىنىشنى 88 پىرسەنت تۆۋەنلەتكەندە، بوياق ئوكسىگېن ئىشلىتىشنى توسۇلمىغان سۈرئەتنىڭ تەخمىنەن 62 پىرسەنتىگە ئەسلىگە كەلتۈرگەن. بىۋاسىتە سىناقتا، يېرىم مىكروموليار بوياق كومپلېكس III توسۇلغان ھالەتتىمۇ سىرتتىن قوشۇلغان سىتوقروم c نى قايتۇرغان؛ بۇ NADH دىن بوياق ئارقىلىق سىتوقروم c غا، ئاندىن كومپلېكس IV غا بارىدىغان يولنى قوللىغان. ئەمما ئەسلىگە كەلگەن نەپەسلىنىشنىڭ ھەرىكىتى نورمال بولمىغان: قوشۇلغان ADP ئوكسىگېن ئىشلىتىشنى ئاشۇرۇشنىڭ ئورنىغا تۆۋەنلەتكەن، ATP سىنتېزىنى توسۇش بولسا نەپەسلىنىشنى قوزغاتقان. توك بېسىمى پەقەت قىسمەن قايتا قۇتۇپلاشقان. تۇتاشتۇرۇلۇش مۇناسىۋىتى تەتۈر بولغان ھالەتتىكى يۇقىرى ئوكسىگېن ئىشلىتىش نورمال ئېنېرگىيە ئىشلەپچىقىرىش ئەمەس.
تەجرىبىخانىلار نېمە ئۈچۈن ئوخشىمىغان نەتىجىگە ئېرىشتى، مەسىلىنى نېمە ئايدىڭلاشتۇرىدۇ؟
بۇنى ھايۋان تۈرىنىڭ پەرقى بىلەن چۈشەندۈرۈش ئالدى بىلەن رەت قىلىنىدۇ. ئۈچىنچى گۇرۇپپا تەجرىبىنى ئۈچ خىل چاشقانسىمان ھايۋاندا تەكرارلاپ، ھەممىسىدە، جۈملىدىن ئىلگىرى ئايلىنىپ ئۆتۈش يوق دەپ دوكلات قىلىنغان چاشقان نەسلىدىمۇ، ئوخشاش خاراكتېردىكى ئايلىنىپ ئۆتۈشنى بايقىغان. ئەمەلىيەتتە پەرقلىق بولغىنى قويۇقلۇق (1 بىلەن 2 مىكروموليار)، توسقۇچى ماددىلارنىڭ مىقدارى، بۇففېرلار، ئايرىۋېلىش ئۇسۇللىرى ۋە ئەڭ مۇھىمى سېلىشتۇرۇلغان ئېنېرگىيە ھالىتىدۇر: ئايلىنىپ ئۆتۈش ADP قوشۇلۇشتىن بۇرۇن ئەڭ ئېنىق كۆرۈنىدۇ؛ دەل مۇشۇ ھالەتتە ADP غا زىددىيەتلىك ئىنكاس كۆرۈلىدۇ. شۇڭا پاكىتقا سادىق دىئاگرامما شارائىتقا باغلىق ئىككى چىقىش يولىنى كۆرسىتىدۇ: بىرى Qo ئورنىدا، يەنە بىرى سىتوقروم c دا. توشۇغۇچى شۇ جايدىكى خىمىيەلىك شارائىت رۇخسەت قىلغان يەرگە يەتكۈزىدۇ.
پىروكسىد بەدىلى
بەدەل تەرەپتىكى نەتىجىلەرمۇ ئەسلىگە كېلىش تەرەپتىكىدەك ئىزچىل. دېڭىز چاشقىنى تەتقىقاتىدا بوياق سىناق قىلىنغان بارلىق شارائىتتا — ئارام ھالىتىدە، ATP سىنتېزلىنىۋاتقاندا ۋە خىمىيەلىك زىيانغا ئۇچرىغاندا — ئۈچ سۇبستراتنىڭ ھەممىسىدە پىروكسىد قويۇپ بېرىشنى ئاشۇرغان. ATP سىنتېزلىنىۋاتقاندا، 1 مىكرومولياردا چىقىرىش ھەر مىنۇتتا ھەر مىللىگرامغا تەخمىنەن 148 پىكومولدىن 1500 پىكومولدىنمۇ يۇقىرىغا ئۆرلىگەن؛ ھەتتا 100 نانوموليارمۇ سىگنالنى تۆت ھەسسىدىن كۆپرەك ئاشۇرغان. بوياق يەنە پىروكسىدنى يوقىتىشنى تەخمىنەن 2.6 ھەسسە ئاستىلاتقان؛ شۇڭا سىگنال ھەم تېزرەك ھاسىل بولۇشنى، ھەم ئاستىراق تازىلىنىشنى ئەكس ئەتتۈرىدۇ. تەكلىپ قىلىنغان خىمىيەلىك چۈشەندۈرۈش شۇكى، قايتۇرۇلغان بوياق ئوكسىگېننى بىۋاسىتە قايتۇرىدۇ، بۇ جەرياندا بايقىغىلى بولىدىغان دەرىجىدە سۇپېروكسىد ھاسىل بولمايدۇ؛ ئەمما بۇ تېخى ئىسپاتلانغان باسقۇچ ئەمەس، بىر ئىزاھ بولۇپ قالماقتا.
چاشقان تەتقىقاتى بۇ كۆرۈنۈشنى پايدىلىق بىر شەكىلدە مۇرەككەپلەشتۈرىدۇ. پىروكسىد مىقدارغا ئەگىشىپ تېز ئاشقان: 2 مىكرومولياردا ھەر مىنۇتتا ھەر مىللىگرامغا تەخمىنەن 76 پىكوموللۇق ئاساسىي سەۋىيەدىن 2000 پىكومولغا يېقىنلاشقان؛ ئەمما كومپلېكس III نى توسۇش بوياق كەلتۈرۈپ چىقارغان قىسمىنى باستۇرغان. ئەگەر پىروكسىد پەقەت قايتۇرۇلغان بوياقنىڭ ئوكسىگېن بىلەن رېئاكسىيەسىدىنلا پەيدا بولسا، زەنجىرنى توسۇش بۇنچە زور تەسىر قىلماسلىقى كېرەك ئىدى. لېكىن تەسىر قىلغان، دېمەك زەنجىرمۇ بۇ جەريانغا قاتنىشىدۇ. ئوكسىدلىنىشقا قارشى ۋە ئوكسىدلىنىشنى ئىلگىرى سۈرگۈچى تەسىرلەر ھەققىدىكى مۇلاھىزە بۇ قوش خاراكتېرنى تېخىمۇ كەڭ دائىرىدە چۈشەندۈرىدۇ؛ ئوكسىگېن بىلەن ATP نى سېلىشتۇرۇش تەھلىلى بولسا نېمە ئۈچۈن يالغۇز ئوكسىگېن سانلىرىنىڭ ئېنېرگىيە ھەققىدىكى دەۋانى ھەرگىز ھەل قىلالمايدىغانلىقىنى بايان قىلىدۇ.
ئىقتىدارنى ئەسلىگە كەلتۈرۈش رېمونت قىلىش ئەمەس
ئىشلىتىشتىن قالدۇرۇشقا تېگىشلىك ئىبارە «مېتىلېن كۆكى مىتوخوندرىيەنى رېمونت قىلامدۇ؟» دېگەن سوئالدۇر. رېمونت قىلىش ئۇزاق مۇددەتلىك تۈزىلىشنى كۆرسىتىشى كېرەك: كومپلېكسلارنىڭ قايتا قۇرۇلۇشى، دورا چىقىپ كەتكەندىن كېيىنمۇ داۋاملىشىدىغان تۇتاشتۇرۇلۇش، پۈتۈن ھۈجەيرىلەردە ئەسلىگە كېلىش، ئاندىن جانلىق ئورگانىزمدا ئىقتىدارنىڭ ياخشىلىنىشى. ئۈچ ماقالىنىڭ ھېچقايسىسى بۇنى كۆرسەتمەيدۇ. ئۇلار سۈنئىي خىمىيەلىك توسۇش جەريانىدا يېڭى ئايرىۋېلىنغان ئورگانېللاردا ئېلېكترون يولىنىڭ قىسقا مۇددەتلىك ئۆزگىرىشىنى كۆرسىتىدۇ؛ ATP چىقىرىش نورمالنىڭ كىچىك بىر قىسمىغىلا تەڭ، بەزىدە تۇتاشتۇرۇلۇش روشەن غەلىتە بولىدۇ. روتېنون بىلەن ئانتىمىتسىن تەجرىبىخانا قوراللىرى بولۇپ، قېرىش ياكى ئىنسان مىتوخوندرىيە كېسەللىكىنىڭ مودېللىرى ئەمەس. بۇ يەردىكى ھېچقانداق نەتىجە ساغلام ئادەم ئۈچۈن تېخىمۇ كۆپ ئېنېرگىيە دېگەن مەنىگە كەلمەيدۇ؛ بۇ ئۆزىگە خاس ئىنسان تەتقىقات ئەدەبىياتى بار ئايرىم دەلىل مەسىلىسىدۇر.
ئۈچ چەك ھەرقانداق بىيوخاكىڭ خۇلاسىسىنىڭ پاكىتقا سادىق بولۇشىغا كاپالەتلىك قىلىدۇ. بىرىنچى، ئېرىتمىدىكى قويۇقلۇق ئىستېمال مىقدارى ئەمەس: ئايرىۋېلىنغان ئورگانېللار ئەتراپىدىكى 0.1 دىن 2 مىكروموليارغىچە قويۇقلۇق، قايسى ئېغىزدىن ئىستېمال قىلىش مىقدارىنىڭ ئىنسان مېڭىسىدىكى بىر مىتوخوندرىيە يېنىدا شۇ ئەركىن قويۇقلۇقنى پەيدا قىلىدىغانلىقى ھەققىدە ھېچنېمە دېمەيدۇ؛ بولۇپمۇ بوياقنىڭ توپلىنىشى ياكى قويۇپ بېرىلىشى پەردە توك بېسىمىنىڭ ئۆزىگە باغلىق بولغاچقا شۇنداق. ئىككىنچى، ئوكسىگېن ئېنېرگىيە ئەمەس: بوياق ئۈنۈملۈك فوسفورلاش ئارقىلىقلا ئەمەس، ئايلانما جەريان ۋە ئېقىپ كېتىش ئارقىلىقمۇ ئوكسىگېن ئىشلىتىشنى ئاشۇرالايدۇ؛ شۇڭا ATP ۋە توك بېسىمى ئۆلچەشلىرى بولمىغان نەپەسلىنىش ئۆلچىمى ئېنېرگىيە ھەققىدىكى دەۋانى ئاساسلىيالمايدۇ. ئۈچىنچى، پايدا بىلەن بەدەل بىر جۈملىدە بىللە تىلغا ئېلىنىشى كېرەك: توك بېسىمى ياكى ATP نىڭ ئەسلىگە كەلگەنلىكىنى ئېيتىپ، شۇنىڭ بىلەن بىللە پىروكسىدنىڭ ئاشقانلىقىنى چۈشۈرۈپ قالدۇرۇش تەجرىبىنى خاتا بايان قىلغانلىق بولىدۇ. مۇناسىۋەتلىك چەكلىمە ۋە شەرتلەر NAD ئوكسىدلىنىش-قايتۇرۇلۇش تەڭپۇڭلۇقى، مىقدار-ئىنكاس ئەگرى سىزىقىنىڭ شەكلى ۋە ئۆلچەش سىنىقى قوللانمىسىدا بايان قىلىنغان.
بىر ئەمەلىي قوشۇمچە ئىزاھ: بۇ توشۇش خۇسۇسىيىتى دەل شۇ مولېكۇلاغا خاستۇر. Azure B غا ئوخشاش مېتىل گۇرۇپپىسى چىقىرىۋېتىلگەن تۇغقان ماددىلارمۇ ئوكسىدلىنىش-قايتۇرۇلۇش جەھەتتىن ئاكتىپ، ئەمما ھەرىكىتى باشقىچە؛ شۇڭا قىسمەن پارچىلانغان ئېرىتمە بىلەن ئېلىپ بېرىلغان تەجرىبە ئۆزگەرمىگەن بوياق بىلەن ئېلىپ بېرىلغان تەجرىبىدىن پەرقلىنىدۇ. بۇ، پەقەت مېتاللارنى تەكشۈرۈش نەتىجىسىگىلا تايانماي، تولۇق فارماكوپىيە ئۆلچىمى ۋە ئېلان قىلىنغان تۈركۈم ھۆججىتىنى تەلەپ قىلىشنىڭ بىر سەۋەبىدۇر. يورۇقلۇق قوزغىتىدىغان خىمىيەلىك جەريانلار يورۇتۇلغان شارائىتتىكى ئىشلىتىشكە يەنە بىر پاراللېل ئاگاھلاندۇرۇش قوشىدۇ؛ بۇ قىزىل نۇر بىلەن بىرلەشتۈرۈش ماقالىسىدە بايان قىلىنغان.
چەكلىك دائىرىدىكى بۇ دەۋا بارلىق مۇلاھىزىلەردىن كېيىنمۇ كۈچكە ئىگە ۋە ئۇنى ساقلاپ قېلىشقا ئەرزىيدۇ: مېتىلېن كۆكى زىيانغا ئۇچرىغان ئايرىۋېلىنغان مىتوخوندرىيەدە شارائىتقا باغلىق ئېلېكترون توشۇغۇچى بولالايدۇ، پىروكسىد بەدىلى بىلەن ئېقىمنى قىسمەن ساقلايدۇ. بۇنىڭدىن ھالقىغان ھەممە نەرسە — ئېنېرگىيە، ئۇزۇن ئۆمۈر كۆرۈش، رېمونت قىلىش — بۇ تەتقىقاتلار ئەسلىدىنلا تەمىنلەش ئۈچۈن لايىھەلەنمىگەن دەلىللەرنى كۈتمەكتە.