Ṣé lílo ọ́ksíjìn púpọ̀ sí i túmọ̀ sí ATP púpọ̀ sí i? Ẹ̀kọ́ láti inú ìwádìí búlúù mẹ́tílínì

Mítókóńdríà kan tí a yà sọ́tọ̀ wà nínú iyẹ̀wù àdánwò pẹ̀lú ohun tí ó lè lò fún agbára, ṣùgbọ́n kò sí ADP. Ó ń lo ọ́ksíjìn díẹ̀díẹ̀. Fi ADP kún un, lílo ọ́ksíjìn yóò sì pọ̀ sí i ní ìlọ́po púpọ̀. Dúró títí ADP yóò fi tán, lílo ọ́ksíjìn yóò sì tún dín kù. Ohun tí ó ń lò fún agbára kò yí padà rárá. Ìbéèrè fún ATP nìkan ló yí padà.

Ọ̀wọ́ ìṣẹ̀lẹ̀ kékeré yẹn ní gbogbo ìyàtọ̀ tí àpilẹ̀kọ yìí dá lé lórí nínú. Lílo ọ́ksíjìn ń wọn bí ẹlẹ́ktrọ́nì ṣe ń ṣàn yára gba ẹ̀wọ̀n mímí lọ sí ọ́ksíjìn. Ìṣelọ́pọ̀ ATP ń wọn iye ìṣàn náà tí a gba gẹ́gẹ́ bí agbára tí a lè lò. Àwọn méjèèjì ní ìgbésẹ̀ àárín kan tí wọ́n jọ ń lò: ìyàtọ̀ prótọ́nì láàárín ẹ̀gbẹ́ méjèèjì awọ inú mítókóńdríà. Ohunkóhun tí ó bá yí bí ìyàtọ̀ yìí ṣe so mọ́ ìṣelọ́pọ̀ ATP ní líle padà lè mú àwọn àbájáde méjèèjì lọ sí ọ̀nà ọ̀tọ̀ọ̀tọ̀. Búlúù mẹ́tílínì jẹ́ ohun ìkọ́ni tó wúlò níbí, nítorí a ti rí i tí ó ṣe àwọn méjèèjì: ó mú lílo ọ́ksíjìn àti ATP pọ̀ sí i pa pọ̀ nínú àwọn àpẹẹrẹ àdánwò kan, ó sì mú lílo ọ́ksíjìn pọ̀ sí i nígbà tí ATP kò yí padà tàbí tí ó dín kù nínú àwọn mìíràn.

Àwọn òǹkàwé tí wọ́n fẹ́ kọ́kọ́ lóye àwòrán gbígbé ẹlẹ́ktrọ́nì náà ní gbogbogbòò lè bẹ̀rẹ̀ pẹ̀lú bí búlúù mẹ́tílínì ṣe ń gbé ẹlẹ́ktrọ́nì gba ẹ̀wọ̀n mímí. Àwọn tí wọ́n sì fẹ́ mọ àwọn ọ̀rọ̀ tí a lò nínú àwọn àdánwò ọ́ksíjìn ìbẹ̀rẹ̀ lè ka ohun tí àwọn ìwọ̀n mímí àkọ́kọ́ fi hàn gan-an.

Mímí, ATP, àti ìyàtọ̀ prótọ́nì tó wà láàárín wọn

Àwọn ẹlẹ́ktrọ́nì láti inú NADH àti FADH2 wọ ẹ̀wọ̀n náà ní àwọn àkójọpọ̀ I àti II, wọ́n gba àkójọpọ̀ III kọjá sí cytochrome c, lẹ́yìn náà wọ́n gba àkójọpọ̀ IV lọ sí ọ́ksíjìn. Agbára tí a tú sílẹ̀ ní àwọn àkójọpọ̀ I, III, àti IV ń ti àwọn prótọ́nì jáde láti inú mátríìsì sí àyè láàárín àwọn awọ méjì. Ìyapa yìí nínú ẹrù iná àti ásíìdì ni agbára tó ń darí prótọ́nì. Apá iná rẹ̀, ìyàtọ̀ foliteji láàárín ẹ̀gbẹ́ méjèèjì awọ náà, ni ó sábà máa ń lágbára jù.

ATP synthase ń jẹ́ kí àwọn prótọ́nì ṣàn padà sínú mátríìsì, ó sì ń lo agbára tí a tú sílẹ̀ láti so ADP àti phosphate pọ̀ di ATP. Nítorí náà, ẹ̀wọ̀n náà ni:

lílo ọ́ksíjìn, lẹ́yìn náà títì prótọ́nì, lẹ́yìn náà ìyàtọ̀ prótọ́nì, lẹ́yìn náà ìṣelọ́pọ̀ ATP.

Ohun tó ń dá ìṣòro sílẹ̀ ni pé àwọn prótọ́nì lè gba àwọn ọ̀nà mìíràn padà. Ìpadà èyíkéyìí tí kò gba ATP synthase kọjá ni jíjó prótọ́nì. Jíjó yìí ń fipá mú ẹ̀wọ̀n náà láti tún ti àwọn prótọ́nì kan náà jáde, kí ìyàtọ̀ foliteji awọ náà lè dúró ṣinṣin. Èyí ń lo ọ́ksíjìn púpọ̀ sí i láìṣe ATP púpọ̀ sí i. Bí jíjó náà bá lágbára tó, ó máa ń tú ìsopọ̀ náà: lílo ọ́ksíjìn ń pọ̀ sí i nígbà tí ATP kò yí padà tàbí tí ó dín kù, agbára tí a sì pàdánù ń jáde gẹ́gẹ́ bí ooru.

Ipò 3, ipò 4, àti ìpín ìṣàkóso mímí

Àwọn ọ̀rọ̀ àtọwọ́dọ́wọ́ tí a fi ń ṣàlàyé èyí wá láti inú ìwádìí mítókóńdríà tí a yà sọ́tọ̀. Ipò 3 ni mímí nígbà tí sobusitiréètì àti ADP wà: ATP synthase ń dín ìyàtọ̀ prótọ́nì kù, ìyàtọ̀ foliteji awọ náà ń lọ sílẹ̀, ẹ̀wọ̀n náà ń yára sí i láti tún un kọ́, lílo ọ́ksíjìn sì ga nítorí a ń ṣe ATP. Ipò 4 ni mímí lẹ́yìn tí ADP bá tán: ATP synthase kò fi bẹ́ẹ̀ ṣiṣẹ́, ìyàtọ̀ prótọ́nì ń pọ̀ sí i, ìyàtọ̀ foliteji awọ tó ga ń ṣèdíwọ́ fún títì prótọ́nì síwájú, lílo ọ́ksíjìn sì dín kù dé iye tí a nílò láti fi rọ́pò èyí tó ń jó padà.

Nítorí náà, ìpín ìṣàkóso mímí, ìyẹn ipò 3 tí a pín pẹ̀lú ipò 4, ń fi bí ìsopọ̀ nínú àpẹẹrẹ àdánwò náà ṣe lágbára hàn. Ìpín tó ga túmọ̀ sí pé ADP ń ṣàkóso mímí ní líle. Bí ìpín náà bá ń dín kù nígbà tí ipò 4 ń pọ̀ sí i, ó túmọ̀ sí pé jíjó prótọ́nì ti ń gba ipò àkọ́kọ́. Èyí ni ojú tí a fi lè lóye àwọn àbájáde búlúù mẹ́tílínì tó wà nísàlẹ̀.

Ọ̀nà kan tí a fi lè ronú nípa rẹ̀ yẹ kí a rántí. Ìyàtọ̀ foliteji awọ tó ga ń mú ẹ̀wọ̀n náà lọ lọ́ra. Dídín ìyàtọ̀ foliteji náà kù ń mú un yára sí i. Ẹ̀wọ̀n náà ń fèsì sí bí títì prótọ́nì ṣe ti nira tó, kì í ṣe tààrà sí bóyá a ń ṣe ATP.

Nígbà tí àwọn àbájáde méjèèjì ń yí pa pọ̀

Àpẹẹrẹ ìsopọ̀ tó ṣe kedere jù wá láti inú mítókóńdríà ọpọlọ ẹlẹ́dẹ̀ Guinea tí a yà sọ́tọ̀, tí a sì dí àwọn àkójọpọ̀ mímí wọn. Ní 100 nanomolar sí 1 micromolar búlúù mẹ́tílínì, lílo ọ́ksíjìn ní ipò ìsinmi pọ̀ sí i nígbà tí a lo glutamate pẹ̀lú malate, succinate, tàbí glycerophosphate fún agbára, ṣùgbọ́n mímí tí ADP mú ṣiṣẹ́ kò yí padà. Nínú mítókóńdríà tí a fi májèlé dá àkójọpọ̀ I tàbí àkójọpọ̀ III dúró, àwọ̀ náà mú ìṣelọ́pọ̀ ATP pọ̀ sí i díẹ̀, ó mú ìyàtọ̀ foliteji awọ padà, ó sì mú gbígba calcium wọlé dára sí i. Ọ̀nà tí a dábàá jẹ́ ọ̀nà àbùjá: àwọ̀ náà ń gba ẹlẹ́ktrọ́nì ṣáájú ibi tí a dí, ó sì ń gbé wọn fún cytochrome c, nípa fífi àkójọpọ̀ tí ó bàjẹ́ sílẹ̀.

Àpẹẹrẹ ìsopọ̀ kejì ń lo orísun ATP tí ó yàtọ̀ pátápátá. Nínú mítókóńdríà ọpọlọ tí a yà sọ́tọ̀, tí a sì dènà ATP synthase wọn, búlúù mẹ́tílínì ṣì mú mímí pọ̀ sí i lórí gbogbo sobusitiréètì tí a dán wò. Ṣùgbọ́n ìṣelọ́pọ̀ ATP pọ̀ sí i lórí alpha ketoglutarate àti glutamate nìkan, àwọn sobusitiréètì méjì tí ó ń dá succinyl CoA sílẹ̀. Nígbà tí oligomycin dí ATP synthase, ATP àfikún náà wá láti inú fọ́sfórílésọ̀nù ní ipele sobusitiréètì nípasẹ̀ succinyl CoA ligase nínú yípo ásíìdì citric, kì í ṣe láti inú fọ́sfórílésọ̀nù tó dá lórí ọ́ksídéṣọ̀nù. Àwọ̀ náà tún mú ìyàtọ̀ foliteji awọ padà nígbà tí a dènà àkójọpọ̀ I àti ATP synthase pa pọ̀. Níhìn-ín, lílo ọ́ksíjìn àti ATP yí pa pọ̀, ṣùgbọ́n níbi tí sobusitiréètì ti gba ọ̀nà ATP kejì náà láàyè nìkan. Lórí succinate tàbí malate, mímí pọ̀ sí i láìsí ATP àfikún. Àwọ̀ kan náà, iyẹ̀wù àdánwò kan náà, ohun agbára tó yàtọ̀, ìdáhùn tó yàtọ̀.

Nígbà tí àwọn àbájáde méjèèjì yà sí ọ̀tọ̀

Àwọn àpẹẹrẹ tí àwọn àbájáde ti yà sí ọ̀tọ̀ náà jẹ́ èyí tí a ti tẹ̀ jáde, wọ́n sì kọ́ni ní ẹ̀kọ́ bákan náà. Nínú ìwádìí mítókóńdríà ẹ̀dọ eku tí a yà sọ́tọ̀ láti ọdún 1997, búlúù mẹ́tílínì mú mímí ipò 4 yára sí i nínú mítókóńdríà tí ìsopọ̀ wọn lágbára, tí wọ́n ń lo succinate fún mímí. Èyí mú ìpín ìṣàkóso mímí dín kù. A rí ipa náà láti 0.5 micromolar, ó sì lágbára ní 5 micromolar, ìpọ̀jù tó sún mọ́ àwọn ipele nínú plasma lẹ́yìn fífi 100 milligram wọ iṣan ẹ̀jẹ̀ ní ẹ̀ẹ̀kan. Ní 5 micromolar, àwọn mítókóńdríà náà tún wú, bí ó tilẹ̀ jẹ́ pé àbùkù ìsopọ̀ farahàn kọ́kọ́ ní àwọn ìpọ̀jù tó kéré sí i. Èyí ń tọ́ka sí pé jíjó prótọ́nì ṣáájú ìbàjẹ́ ìrísí inú, dípò kí ìbàjẹ́ náà fa á. Nínú mítókóńdríà tí ìsopọ̀ wọn ti tú, àwọ̀ náà mú mímí pọ̀ sí i ní ọ̀nà tó sinmi lórí ìpọ̀jù rẹ̀, tí ó sì lè dé ààlà. Lílo ọ́ksíjìn pọ̀ sí i nínú àwọn àpẹẹrẹ àdánwò méjèèjì. Ìṣelọ́pọ̀ ATP fún iye ọ́ksíjìn tí a lò kò pọ̀ sí i. Èyí jẹ́ àpẹẹrẹ pípé ti títú ìsopọ̀ àti gbígbé ẹlẹ́ktrọ́nì, nínú mọ́lẹ́kù kan náà.

Ìyapa tó ṣe pàtàkì jù wá láti inú rẹ́tínà. Nínú àwọn eku tí AIF kò tó àti àwọn sẹ́ẹ̀lì tí ń gba ìmọ́lẹ̀ tí a fi rotenone sí, búlúù mẹ́tílínì pa nínípọn rẹ́tínà, àwọn àmì sẹ́ẹ̀lì tí ń gba ìmọ́lẹ̀, àti ìrísí inú mítókóńdríà mọ́. Ó sì dín ìpín NADH sí NAD kù, ó tún mú àwọn ọ̀nà ìdáhùn sí másùnmáwo balẹ̀, títí kan ìdáhùn sí àwọn prótíìnì tí kò ká dáadáa àti mitophagy. Ó ṣe èyí láìṣe àtúnṣe àìtó ATP. Ààbò láìsí ìmúpadàbọ̀sípò agbára túmọ̀ sí pé àǹfààní náà wá nípasẹ̀ ìwọ̀ntúnwọ̀nsì redox àti bí mítókóńdríà ṣe dúró láìbàjẹ́, kì í ṣe nípasẹ̀ ATP àfikún. Ẹnikẹ́ni tí ó bá ka bíbá àsopọ̀ náà yè sí ìmúpadàbọ̀sípò ìṣelọ́pọ̀ agbára yóò lóye àdánwò náà lọ́nà tí kò tọ́ rárá.

Iṣẹ́ lórí mítókóńdríà ọpọlọ tún fi iye tí a san fún àǹfààní náà kún àkọsílẹ̀ kan náà. Àwọn ìpọ̀jù kékeré kan náà tí ó mú iṣẹ́ agbára ìṣẹ̀dá dára sí i tún mú ṣíṣe hydrogen peroxide pọ̀ sí i lábẹ́ gbogbo ipò tí a dán wò, wọ́n sì mú yíyọ ọ́ kúrò lọ lọ́ra. A wọn èyí pẹ̀lú àyẹ̀wò Amplex tí a ti ṣètò ìwọ̀n rẹ̀ dáadáa, dípò àwọ̀ tí kò yan ohun pàtó. ATP púpọ̀ sí i àti ohun tó ń fa ọ́ksídéṣọ̀nù púpọ̀ sí i wá pa pọ̀.

Àtòjọ ìṣàyẹ̀wò fún kíkà ìwádìí

Ìbéèrè mẹ́rin ń ya àbájáde tí ìsopọ̀ wà sí nínú sọ́tọ̀ kúrò lọ́dọ̀ èyí tí ìsopọ̀ ti tú.

Àkọ́kọ́, àbájáde wo ni a wọn gan-an. Lílo ọ́ksíjìn nìkan kò lè sọ iye ATP. Ìṣelọ́pọ̀ ATP, ìyàtọ̀ foliteji awọ, àti ìpín ìṣàkóso mímí ń fi apá kan kọ̀ọ̀kan kún un tí ẹlẹ́ktróòdù ọ́ksíjìn kò lè rí. Ìtọ́sọ́nà sí kíkà àwọn ohun tí ìwádìí búlúù mẹ́tílínì ń sọ ṣàlàyé ìlànà lílo àwọn àbájáde tí a wọn yìí ní ẹ̀kúnrẹ́rẹ́.

Èkejì, sobusitiréètì wo ni a fún mítókóńdríà. Àbájáde succinyl CoA fi hàn pé yíyan ohun agbára lè pinnu bóyá mímí àfikún lè di ATP àfikún rárá.

Ẹ̀kẹta, ìpọ̀jù wo ni a lò. Búlúù mẹ́tílínì láti nanomolar sí micromolar kékeré nínú mítókóńdríà ọpọlọ mú àwọn ìlọsíwájú díẹ̀ wá nínú iṣẹ́ agbára ìṣẹ̀dá, ṣùgbọ́n ohun tó ń fa ọ́ksídéṣọ̀nù tún pọ̀ sí i; ìdajì micromolar àti jù bẹ́ẹ̀ lọ nínú mítókóńdríà ẹ̀dọ mú ìsopọ̀ rẹ̀; 5 micromolar sì fi wíwú kún un. Ìpọ̀jù jẹ́ apá kan nínú bí ohun náà ṣe ń ṣiṣẹ́, kì í ṣe àlàyé ẹ̀yìn lásán.

Ẹ̀kẹrin, àwòṣe wo ni àbájáde náà ti wá. Mítókóńdríà tí a yà sọ́tọ̀ ń fi bí àwọn ọ̀nà náà ṣe so pọ̀ hàn, ṣùgbọ́n àwọn sẹ́ẹ̀lì àti àsopọ̀ tí a kò tú ká ń fi gbígbé àwọn nǹkan, rídákṣọ̀nù sí fọ́ọ̀mù tí kò ní àwọ̀, àti àwọn ibi míì tí ń gba ẹlẹ́ktrọ́nì ní ìdíje kún un. Iṣẹ́ lórí iye tí a ń lò nínú yàrá ìwádìí, títí kan bí ìpọ̀jù àti ìlànà àdánwò ṣe ń darí àwọn ipa búlúù mẹ́tílínì, ni afárá láàárín àwọn nọ́ńbà inú iyẹ̀wù àdánwò àti ohun èyíkéyìí tí a sọ nípa ènìyàn.

Lílo ọ́ksíjìn ń fi ìṣàn ẹlẹ́ktrọ́nì hàn. ATP ń fi iye ìṣàn náà tí a gba gẹ́gẹ́ bí agbára hàn. Búlúù mẹ́tílínì lè yí ọ̀kan nínú wọn padà, àwọn àdánwò lókè sì fi gbogbo àkópọ̀ mẹ́rin tó tẹ̀ lé e hàn: àwọn méjèèjì pọ̀ sí i, mímí pọ̀ sí i níbi tí sobusitiréètì ti gbà á láàyè nìkan, mímí pọ̀ sí i nígbà tí ìsopọ̀ dín kù, a sì pa àsopọ̀ mọ́ nígbà tí ATP kò yí padà. Nọ́ńbà lórí ẹlẹ́ktróòdù ọ́ksíjìn ni ìbẹ̀rẹ̀ ìtumọ̀ àbájáde náà, kì í ṣe òpin rẹ̀.