אַרטיקל
מיינט אַ גרעסערער זויערשטאָף־פֿאַרברויך מער ATP? לעקציעס פֿון שטודיעס וועגן מעטילען־בלוי
אַן איזאָלירטער מיטאָכאָנדריאָן געפֿינט זיך אין אַ קאַמער מיט ברענשטאָף, אָבער אָן ADP. ער פֿאַרברויכט זויערשטאָף פּאַמעלעך. ווען מע לייגט צו ADP, שפּרינגט דער זויערשטאָף־פֿאַרברויך עטלעכע מאָל אַרויף. ווען מע וואַרט ביז דער ADP ווערט אויסגעניצט, פֿאַלט דער זויערשטאָף־פֿאַרברויך צוריק. דער ברענשטאָף האָט זיך קיינמאָל נישט געביטן. נאָר די נויט אין ATP האָט זיך געביטן.
אין דער קליינער געשעענישן־ריי ליגט דער גאַנצער אונטערשייד וואָס דער אַרטיקל באַהאַנדלט. זויערשטאָף־פֿאַרברויך מעסט ווי גיך עלעקטראָנען פֿליסן דורך דער רעספּיראַציע־קייט צום זויערשטאָף. ATP־פּראָדוקציע מעסט וויפֿל פֿון דעם שטראָם ווערט אײַנגעכאַפּט ווי ניצלעכע ענערגיע. די צוויי האָבן אַ געמיינזאַמען מיטל־שריט: דעם פּראָטאָן־גראַדיענט איבער דער אינערלעכער מיטאָכאָנדריאַלער מעמבראַן. אַלץ וואָס ענדערט ווי ענג דער גראַדיענט איז געקאַפּלט צו דער ATP־סינטעז קען באַוועגן די צוויי ענדפּונקטן אין פֿאַרשידענע ריכטונגען. מעטילען־בלוי איז דאָ אַ נוציקער לערער, ווײַל מע האָט אים שוין געזען טאָן ביידע: העכערן דעם זויערשטאָף־פֿאַרברויך צוזאַמען מיט ATP אין געוויסע פּרעפּאַראַטן, און העכערן דעם זויערשטאָף־פֿאַרברויך בעת ATP בלײַבט אומגעביטן אָדער פֿאַלט אין אַנדערע.
לייענער וואָס ווילן ערשט דאָס ברייטערע בילד פֿון דער עלעקטראָנען־ווײַטערגאַבע קענען אָנהייבן מיט דעם, ווי מעטילען־בלוי טראָגט עלעקטראָנען דורך דער רעספּיראַציע־קייט. לייענער וואָס ווילן פֿאַרשטיין דעם וואָקאַבולאַר פֿון די פֿריִע זויערשטאָף־עקספּערימענטן קענען לייענען וואָס די ערשטע רעספּיראַציע־מעסטונגען האָבן טאַקע געוויזן.
רעספּיראַציע, ATP און דער גראַדיענט צווישן זיי
עלעקטראָנען פֿון NADH און FADH2 קומען אַרײַן אין דער קייט בײַ די קאָמפּלעקסן I און II, גייען דורך קאָמפּלעקס III צו ציטאָכראָם c, און דערנאָך דורך קאָמפּלעקס IV צום זויערשטאָף. די ענערגיע וואָס ווערט פֿרײַגעלאָזט בײַ די קאָמפּלעקסן I, III און IV פּאָמפּט פּראָטאָנען פֿון דער מאַטריץ אַרויס אין דעם רוים צווישן די מעמבראַנען. די צעשיידונג פֿון עלעקטרישער לאַדונג און זויערקייט איז די פּראָטאָן־טרײַבקראַפֿט, און איר עלעקטרישער טייל, דער מעמבראַן־פּאָטענציאַל, איז געוויינטלעך דער דאָמינאַנטער טייל.
ATP־סינטאַז לאָזט פּראָטאָנען צוריקפֿליסן אין דער מאַטריץ און ניצט די פֿרײַגעלאָזטע ענערגיע צו פֿאַרבינדן ADP און פֿאָספֿאַט אין ATP. די קייט איז דעריבער:
זויערשטאָף־פֿאַרברויך, דערנאָך פּראָטאָן־פּאָמפּן, דערנאָך גראַדיענט, דערנאָך ATP־סינטעז.
דער פּראָבלעם איז אַז פּראָטאָנען קענען זיך אומקערן דורך אַנדערע וועגן. יעדער צוריקשטראָם וואָס גייט אַרום ATP־סינטאַז איז פּראָטאָן־אויסרינען. דאָס אויסרינען צווינגט די קייט ווידער צו פּאָמפּן די זעלבע פּראָטאָנען, כּדי צו האַלטן דעם מעמבראַן־פּאָטענציאַל סטאַביל. דאָס פֿאַרברויכט מער זויערשטאָף אָן צו פּראָדוצירן מער ATP. גענוג שטאַרק אויסרינען איז אַנטקאַפּלונג: דער זויערשטאָף־פֿאַרברויך שטײַגט בעת ATP בלײַבט אומגעביטן אָדער פֿאַלט, און די פֿאַרשווענדעטע ענערגיע גייט אַרויס ווי היץ.
צושטאַנד 3, צושטאַנד 4 און דער רעספּיראַטאָרישער קאָנטראָל־פֿאַרהעלטעניש
דער קלאַסישער וואָקאַבולאַר דערפֿאַר שטאַמט פֿון איזאָלירטע מיטאָכאָנדריעס. צושטאַנד 3 איז רעספּיראַציע ווען סובסטראַט און ADP זענען פֿאַראַן: ATP־סינטאַז פֿאַרקלענערט דעם גראַדיענט, דער מעמבראַן־פּאָטענציאַל פֿאַלט אַ ביסל, די קייט פֿאַרגיכערט זיך כּדי אים ווידער אויפֿצובויען, און דער זויערשטאָף־פֿאַרברויך איז הויך, ווײַל ATP ווערט פּראָדוצירט. צושטאַנד 4 איז רעספּיראַציע נאָך דעם ווי דער ADP ווערט אויסגעניצט: ATP־סינטאַז בלײַבט אומעטיק, דער גראַדיענט שטײַגט, דער הויכער מעמבראַן־פּאָטענציאַל שטעלט זיך אַנטקעגן ווײַטערדיקן פּאָמפּן, און דער זויערשטאָף־פֿאַרברויך פֿאַלט ביז צום ניוואָ וואָס איז נייטיק צו פֿאַרגיטיקן דאָס אויסרינען.
דער רעספּיראַטאָרישער קאָנטראָל־פֿאַרהעלטעניש, צושטאַנד 3 צעטיילט דורך צושטאַנד 4, ווײַזט דעריבער ווי ענג דער פּרעפּאַראַט איז געקאַפּלט. אַ הויכער פֿאַרהעלטעניש מיינט אַז ADP קאָנטראָלירט שטאַרק די רעספּיראַציע. אַ פֿאַלנדיקער פֿאַרהעלטעניש מיט אַ שטײַגנדיקן צושטאַנד 4 מיינט אַז דאָס אויסרינען נעמט איבער. דורך דעם קוקווינקל ווערן די אונטן געבראַכטע רעזולטאַטן מיט מעטילען־בלוי פֿאַרשטענדלעך.
איין געדאַנקען־מאָדעל איז כּדאַי צו געדענקען. אַ הויכער מעמבראַן־פּאָטענציאַל פֿאַרפּאַמעלעכט די קייט. דאָס פֿאַרמינערן דעם פּאָטענציאַל פֿאַרגיכערט זי. די קייט רעאַגירט אויף דעם, ווי שווער דאָס פּאָמפּן איז געוואָרן, נישט דירעקט אויף דעם, צי ATP ווערט פּראָדוצירט.
ווען די ענדפּונקטן טוישן זיך צוזאַמען
דאָס קלאָרסטע בײַשפּיל פֿון קאַפּלונג קומט פֿון איזאָלירטע מוח־מיטאָכאָנדריעס פֿון מאַרשווײַנדלעך מיט בלאָקירטע רעספּיראַציע־קאָמפּלעקסן. בײַ 100 nanomolar ביז 1 micromolar מעטילען־בלוי איז דער זויערשטאָף־פֿאַרברויך אין רו געשטיגן מיט גלוטאַמאַט און מאַלאַט, סוקצינאַט אָדער גליצעראָפֿאָספֿאַט ווי ברענשטאָף, בעת די דורך ADP סטימולירטע רעספּיראַציע איז געבליבן אומגעביטן. אין מיטאָכאָנדריעס מיט אַ טאַקסישער בלאָקאַדע בײַ קאָמפּלעקס I אָדער קאָמפּלעקס III האָט דער פֿאַרבשטאָף אַ ביסל פֿאַרגרעסערט די ATP־פּראָדוקציע, צוריקגעשטעלט דעם מעמבראַן־פּאָטענציאַל און פֿאַרבעסערט די קאַלציום־אויפֿנעמונג. דער פֿאָרגעלייגטער וועג איז אַ קורצוועג: דער פֿאַרבשטאָף נעמט אָן עלעקטראָנען פֿאַר דער בלאָקאַדע און גיט זיי איבער צו ציטאָכראָם c, אַזוי אַרומגייענדיק דעם געשעדיקטן קאָמפּלעקס.
אַ צווייטער פֿאַל וווּ די צוויי טוישן זיך צוזאַמען ניצט אַ גאָר אַנדער מקור פֿון ATP. אין איזאָלירטע מוח־מיטאָכאָנדריעס מיט אינהיבירטער ATP־סינטאַז האָט מעטילען־בלוי נאָך אַלץ סטימולירט די רעספּיראַציע אויף יעדן געפּרוּווטן סובסטראַט. אָבער די ATP־סינטעז איז געשטיגן נאָר אויף אַלפֿאַ־קעטאָגלוטאַראַט און גלוטאַמאַט, די צוויי סובסטראַטן וואָס שאַפֿן סוקציניל־CoA. ווען אָליגאָמיצין האָט בלאָקירט ATP־סינטאַז, איז דער צוגאָב־ATP געקומען פֿון פֿאָספֿאָרילירונג אויפֿן סובסטראַט־ניוואָ דורך סוקציניל־CoA־ליגאַז אין דעם ציטראָנענזויער־ציקל, נישט פֿון אָקסידאַטיווער פֿאָספֿאָרילירונג. דער פֿאַרבשטאָף האָט אויך צוריקגעשטעלט דעם מעמבראַן־פּאָטענציאַל ווען קאָמפּלעקס I און ATP־סינטאַז זענען אינהיבירט געוואָרן צוזאַמען. דאָ האָבן זויערשטאָף־פֿאַרברויך און ATP זיך געביטן צוזאַמען, אָבער נאָר וווּ דער סובסטראַט האָט דערלויבט דעם צווייטן ATP־וועג. אויף סוקצינאַט אָדער מאַלאַט איז די רעספּיראַציע געשטיגן אָן צוגאָב־ATP. דער זעלבער פֿאַרבשטאָף, די זעלבע קאַמער, אַן אַנדער ברענשטאָף, אַן אַנדער ענטפֿער.
ווען די ענדפּונקטן גייען באַזונדער
די פֿאַלן וווּ די ענדפּונקטן גייען באַזונדער זענען פּונקט אַזוי פּובליקירט און פּונקט אַזוי לערנרײַך. אין אַ שטודיע פֿון 1997 וועגן איזאָלירטע לעבער־מיטאָכאָנדריעס פֿון ראַטן האָט מעטילען־בלוי פֿאַרגיכערט די רעספּיראַציע אין צושטאַנד 4 אין ענג געקאַפּלטע מיטאָכאָנדריעס וואָס האָבן געניצט סוקצינאַט פֿאַר רעספּיראַציע. דאָס האָט אַראָפּגעטריבן דעם רעספּיראַטאָרישן קאָנטראָל־פֿאַרהעלטעניש. די ווירקונג איז געווען קענטיק שוין פֿון 0.5 micromolar און שטאַרק בײַ 5 micromolar, אַ קאָנצענטראַציע נאָענט צו די פּלאַזמע־ניוואָען נאָך אַן אינטראַוועניעזן באָלוס פֿון 100 milligram. בײַ 5 micromolar האָבן די מיטאָכאָנדריעס אויך געשוואָלן, כאָטש דער קאַפּלונג־דעפֿעקט האָט זיך ערשט באַוויזן בײַ נידעריקערע קאָנצענטראַציעס. דאָס שטיצט דעם אויספֿיר אַז דאָס אויסרינען איז געקומען פֿאַר דעם סטרוקטורעלן שאָדן, נישט ווי אַ רעזולטאַט פֿון אים. אין אַנטקאַפּלטע מיטאָכאָנדריעס האָט דער פֿאַרבשטאָף סטימולירט די רעספּיראַציע אויף אַ קאָנצענטראַציע־אָפּהענגיקן אופֿן וואָס האָט געקענט דערגרייכן זעטיקונג. דער זויערשטאָף־פֿאַרברויך איז געשטיגן אין ביידע פּרעפּאַראַטן. די ATP־סינטעז פּער פֿאַרברויכטן זויערשטאָף איז נישט געשטיגן. דאָס איז אַ קלאַסישער פֿאַל פֿון אַנטקאַפּלונג צוזאַמען מיט עלעקטראָנען־טראַנספּאָרט, אין דער זעלבער מאָלעקול.
דער מערסט אויפֿפֿאַלנדיקער אונטערשייד קומט פֿון דער רעטינע. אין מײַז מיט AIF־מאַנגל און פֿאָטאָרעצעפּטאָר־צעלן באַהאַנדלט מיט ראָטענאָן האָט מעטילען־בלוי אָפּגעהיט די גרעב פֿון דער רעטינע, פֿאָטאָרעצעפּטאָר־מאַרקערס און די מיטאָכאָנדריאַלע סטרוקטור. ער האָט אויך פֿאַרקלענערט דעם פֿאַרהעלטעניש פֿון NADH צו NAD און אָפּגעשוואַכט סטרעס־וועגן, אַרײַנגערעכנט די רעאַקציע אויף אומגעפֿאַלטענע פּראָטעיִנען און מיטאָפֿאַגיע. דאָס האָט ער געטאָן אָן אויסצוגלײַכן דעם ATP־מאַנגל. שוץ אָן צוריקגעשטעלטער ענערגיע מיינט אַז די וווילטויקייט איז געקומען דורך דעם רעדאָקס־גלײַכגעוויכט און מיטאָכאָנדריאַלער גאַנצקייט, נישט דורך צוגאָב־ATP. ווער עס וואָלט באַטראַכט דאָס איבערלעבן פֿון דעם געוועב ווי גלײַך מיט צוריקגעשטעלטער ענערגיע־פּראָדוקציע, וואָלט גאָר פֿאַלש פֿאַרשטאַנען דעם עקספּערימענט.
די אַרבעט מיט מוח־מיטאָכאָנדריעס לייגט צו אַ קאָסטן־זײַט צו דער זעלבער חשבון־רשימה. די זעלבע נידעריקע קאָנצענטראַציעס וואָס האָבן פֿאַרבעסערט די ביאָענערגעטיק האָבן אויך פֿאַרגרעסערט די פּראָדוקציע פֿון וואַסערשטאָף־פּעראָקסיד אונטער אַלע געפּרוּווטע באַדינגונגען און פֿאַרפּאַמעלעכט זײַן באַזײַטיקונג. דאָס איז געמאָסטן געוואָרן מיט אַ קאַליברירטן Amplex־אַסיי, נישט מיט אַן אומספּעציפֿישן פֿאַרבשטאָף. מער ATP און מער אָקסידאַנט זענען געקומען צוזאַמען.
אַ פּראַקטישע קאָנטראָל־רשימה פֿאַרן לייענען
פֿיר פֿראַגעס העלפֿן אונטערשיידן אַ געקאַפּלטן רעזולטאַט פֿון אַן אַנטקאַפּלטן.
ערשטנס, וועלכער ענדפּונקט איז טאַקע געמאָסטן געוואָרן. זויערשטאָף־פֿאַרברויך אַליין קען נישט געבן אינפֿאָרמאַציע וועגן ATP. ATP־סינטעז, מעמבראַן־פּאָטענציאַל און דער רעספּיראַטאָרישער קאָנטראָל־פֿאַרהעלטעניש לייגן יעדער צו איין שטיק אינפֿאָרמאַציע וואָס די זויערשטאָף־עלעקטראָד קען נישט זען. דער וועגווײַזער צום לייענען פֿאָרשונג־טענות וועגן מעטילען־בלוי דערקלערט אין פּרטים דעם דיסציפּלינירטן צוגאַנג צו ענדפּונקטן.
צווייטנס, וועלכער סובסטראַט האָט געפֿיטערט די מיטאָכאָנדריעס. דער סוקציניל־CoA־רעזולטאַט ווײַזט אַז די ברירה פֿון ברענשטאָף קען באַשטימען צי צוגאָב־רעספּיראַציע קען בכלל ווערן צוגאָב־ATP.
דריטנס, וועלכע קאָנצענטראַציע איז געניצט געוואָרן. מעטילען־בלוי אין קאָנצענטראַציעס פֿון nanomolar ביז נידעריקע micromolar האָט אין מוח־מיטאָכאָנדריעס געגעבן באַשיידענע ביאָענערגעטישע פֿאַרבעסערונגען מיט אַ פּרײַז אין אָקסידאַנטן; אַ האַלבער micromolar און העכער האָט אין לעבער־מיטאָכאָנדריעס אָפּגעשוואַכט די קאַפּלונג; 5 micromolar האָט צוגעגעבן שוועלונג. די קאָנצענטראַציע איז אַ טייל פֿון דעם מעכאַניזם, נישט אַ הינטערגרונט־פּרט.
פֿערטנס, אין וועלכן מאָדעל מען האָט באַקומען דעם רעזולטאַט. איזאָלירטע מיטאָכאָנדריעס ווײַזן די פֿאַרבינדונגען, אָבער גאַנצע צעלן און געוועבן לייגן צו טראַנספּאָרט, רעדוקציע צו דער פֿאַרבלאָזער פֿאָרעם און קאָנקורירנדיקע מקומות וואָס נעמען אויף עלעקטראָנען. לאַבאָראַטאָרישע אַרבעט וועגן דאָזירונג, אַרײַנגערעכנט ווי קאָנצענטראַציע און פּראָטאָקאָל פֿאָרמען די ווירקונגען פֿון מעטילען־בלוי, איז די בריק צווישן די ציפֿערן אין דער קאַמער און יעדן טענה וועגן אַ מענטש.
זויערשטאָף־פֿאַרברויך ווײַזט דעם עלעקטראָנען־שטראָם. ATP ווײַזט וויפֿל פֿון דעם שטראָם איז אײַנגעכאַפּט געוואָרן. מעטילען־בלוי קען ענדערן איינס אָדער דאָס אַנדערע, און די אויבנדערמאָנטע עקספּערימענטן ווײַזן אַלע פֿיר קאָמבינאַציעס: ביידע שטײַגן, רעספּיראַציע שטײַגט נאָר וווּ דער סובסטראַט דערלויבט עס, רעספּיראַציע שטײַגט בעת די קאַפּלונג פֿאַלט, און דאָס געוועב בלײַבט אָפּגעהיט בעת ATP בלײַבט אומגעביטן. די צאָל אויף דער זויערשטאָף־עלעקטראָד איז דער אָנהייב פֿון דער אויסטײַטשונג, נישט איר סוף.