Hoe metileenblou werk: elektronoordrag, en waar die elektrone beland

'n Toegestopte fles op 'n werkbank is die kortste eerlike inleiding tot hoe metileenblou werk. Water, glukose, 'n knippie natriumhidroksied en genoeg kleurstof om die vloeistof 'n diep, onmiskenbare blou te maak. Wag 'n paar minute en die blou verdwyn totdat die fles soos 'n fles water lyk. Skud dit, en die kleur verskyn onmiddellik weer. Dan vervaag dit weer, en dit sal aanhou om dit te doen solank daar glukose is wat bereid is om elektrone af te staan en suurstof wat bereid is om hulle op te neem.

Niks aan die kleurstof het verander nie, behalwe die aantal elektrone wat dit dra. Geoksideer is dit blou. Gereduseer is dit nie. Byna alles anders in die terapeutiese en navorsingsliteratuur oor hierdie molekule volg uit daardie enkele omkeerbare stap, want 'n molekule wat elektrone van een vennoot kan neem en dit aan 'n ander kan oorhandig, is 'n relais, en 'n relais doen niks op sy eie nie. Wat dit doen, hang geheel en al af van wat aan elke kant daarvan staan.

Twee vorme, en waarom die paar saak maak

Die geoksideerde vorm is 'n vlak, positief gelaaide ringstelsel. Daardie plat, gelaaide vorm is waarom dit teen nukleïensure stapel, waarom dit aan gesialileerde strukture op selmembrane bind, en waarom dit sigbare lig sterk absorbeer tussen ongeveer 600 en 700 nanometres, wat die deel van die spektrum is wat die menslike oog as blou waarneem.

Die gereduseerde vorm is 'n ander saak. Dit dra geen lading nie, dit los eerder in vet as in water op, en dit is kleurloos. Die ionisasie daarvan is baie laag by die pH binne die liggaam, in die orde van 'n paar per cent. Die gereduseerde molekule kruis dus maklik 'n selmembraan deur diffusie, en eenmaal binne, waar die omgewing meer oksiderend is, kan dit weer geoksideer en effektief vasgevang word. Die geoksideerde ringstelsel is plat; die gereduseerde een kan draai. Daardie strukturele gevolge, en die kleurverandering self, behoort op hul eie tot die verhaal van die twee vorme, en hulle word in meer besonderhede behandel in die vergelyking van metileenblou en leukometileenblou.

Elektrone aanvaar

Die geoksideerde kleurstof sal elektrone van 'n wye reeks skenkers aanvaar. Glukose in die demonstrasiefles is een daarvan. Binne 'n sel is gereduseerde piridiennukleotiede en komponente van die mitochondriale elektrontransportketting ander. Wanneer metileenblou gereduseer word in 'n weefsel wat suurstof bevat, verbruik die siklus wat dit opstel sowel die reduseermiddel as suurstof, en produseer dit reaktiewe suurstofspesies, hoofsaaklik waterstofperoksied. Die kleurstof kom onveranderd uit die siklus en is gereed om dit weer te deurloop.

Daardie laaste punt verduidelik 'n teenstrydigheid wat andersins slordig lyk. Metileenblou word in die literatuur as sowel 'n pro-oksidant as 'n antioksidant beskryf, en albei beskrywings is verdedigbaar. Dit kan superoksiedproduksie onderdruk deur as 'n kunsmatige elektronaanvaarder op te tree en die vloei van elektrone weg te lei van die ensiemplekke waar suurstof andersins in superoksiedradikale omgeskakel sou word. In lewerselkulture is getoon dat dit fase-2-antioksidantverdedigingsensieme induseer, waaronder tioredoksienreduktase 1 en NADPH-kinonoksidoreduktase. Watter een van die twee kante jy sien, hang af van watter kant van die relais op daardie oomblik 'n tekort aan elektrone het. 'n Vraag soos "is metileenblou 'n antioksidant" is nie behoorlik geformuleer voordat jy sê in watter stelsel, by watter konsentrasie en met wat anders teenwoordig nie.

Elektrone verder oordra

Sodra die kleurstof 'n ekstra elektron hou, kan drie heel verskillende dinge vervolgens gebeur, en hulle word gewoonlik onder een opskrif beskryf. Dit behoort nie so te wees nie.

Dit kan die elektron aan 'n metaalsentrum oordra. Die duidelikste geval is hemoglobien wat van die ferro- na die ferritoestand geoksideer is. In daardie toestand kan dit nie suurstof vervoer nie. In rooiselle reduseer 'n ensiem die kleurstof, en die gereduseerde kleurstof dra dan elektrone nie-ensiematies aan die geoksideerde heemyster oor, wat funksionele hemoglobien herstel en die kleurstof na sy geoksideerde vorm terugbring. Die kleurstof word nie hierdeur verbruik nie; dit sikleer. Die kliniese konteks wat op hierdie reaksie berus, is 'n hospitaalonderwerp, en die verduideliking van metileenblou by methemoglobinemie dek hoe dit gebruik word en waarom dit so noukeurig onder toesig plaasvind.

'n Eerlike nota oor die leeswerk: die twee oorsigte waarop hierdie artikel gebou is, noem nie dieselfde reduseerkofaktor vir die ensiemstap nie; die een sê NADH en die ander NADPH. Die verskil is werklik en onopgelos in die bronne wat hier beskikbaar is, daarom is die veilige beskrywing die rol wat elke deel speel eerder as 'n enkele kofaktornaam.

Dit kan energie, of 'n elektron, aan suurstof oordra as daar lig is. Hierdie roete bestaan slegs onder beligting. Die aangeslane kleurstof bereik 'n triplettoestand, en van daar af is twee meganismes moontlik. In die eerste tree die aangeslane kleurstof direk met 'n naburige molekule in wisselwerking deur 'n waterstof op te neem of 'n elektron oor te dra, wat radikale genereer; reaksie met water op hierdie manier produseer hidroksielradikale. In die tweede word die opwekkingsenergie aan suurstof self oorgedra, wat singletsuurstof produseer, 'n hoogs elektrofiele spesie wat binne microseconds verval en algemeen aanvaar word as die hoofroete waarlangs beligte metileenblou mikrobiese selle beskadig. Reaksies met lipiede en peptiede in die selomhulsel, en met guanienbasisse in DNA, is van die gedokumenteerde uitkomste.

Die praktiese gevolg van hierdie roete is dat beligting die getalle met ordes van grootte verander. In die data wat deur Wainwright en Crossley versamel is, het metileenblou teen Pseudomonas aeruginosa 'n minimum bakteriedodende konsentrasie van ongeveer 500 micromolar in die donker, en ongeveer 25 micromolar onder 'n ligdosis van 12 joules per square centimetre. Teen een stam van Staphylococcus aureus is die waardes in donkerte en onder beligting albei 5 micromolar. Met ander woorde, of die molekule enigsins as 'n antimikrobiese middel tel, is nie 'n eienskap van die molekule alleen nie; dit is 'n eienskap van die molekule plus die lig.

Dit kan direk by 'n ensiemplek optree, sonder die relais. Metileenblou oksideer die ferro-yster wat aan stikstofoksiedsintase gebind is, wat die ensiem deaktiveer. Dit blokkeer oplosbare guanilaatsiklase, en tussen 1 en 10 micromolar is die gewone laboratoriumkonsentrasie wat vir dié doel gebruik word. Dit inhibeer monoamienoksidase tipe A met 'n IC50 tussen 27 en 180 nanomolar, wat die meganisme is agter die goed gedokumenteerde interaksie met serotonienheropname-inhibeerders en die rede waarom metileenblou se geneesmiddelinteraksies 'n kategorie op hul eie is.

Hierdie drie roetes is chemies onderskeibaar. Om hulle saam te vat in 'n enkele bewering dat metileenblou deur redokssikluswerking funksioneer, is die hoofrede waarom soveel skryfwerk daaroor terselfdertyd selfversekerd en vaag lees.

Vier onderskeide wat bepaal of 'n stelling oor 'n meganisme enigiets beteken

Watter vorm. Die gereduseerde kleurstof is nie uitruilbaar met die geoksideerde kleurstof nie. Asetielcholinesterase-inhibisie illustreer die strik: tydens 'n lang in vitro-inkubasie word metileenblou geleidelik tot sy kleurlose vorm gereduseer, en die inhibisie neem af, omdat die gereduseerde molekule daardie ensiem nie inhibeer nie. 'n Toets wat lank genoeg loop om die vorm te verander, sal 'n swakker effek rapporteer en die verkeerde verklaring uitlok.

Watter konsentrasie. Die laboratoriumreeks vir inhibisie van oplosbare guanilaatsiklase is 1 tot 10 micromolar. Om glutamaat-gemedieerde transmissie in rot-hippokampusskywe uit te skakel, het 5 tot 50 micromolar vereis. Toksiese effekte in selkultuur word bo 100 micromolar gerapporteer. Dit is nie dieselfde eksperiment nie, en 'n meganisme wat by 50 micromolar bevestig is, is nie outomaties beskikbaar vir 'n pasiënt wie se plasmakonsentrasie 'n fraksie daarvan is nie.

Watter roete. Absolute orale biobeskikbaarheid is ongeveer 72 per cent, en die terminale plasmahalfleeftyd is 5 tot 7 hours. Orale toediening produseer hoër konsentrasies in die derm en lewer; binneaarse toediening produseer hoër konsentrasies in die brein. Die roete bepaal watter weefsel die elektrone teëkom.

Watter model, en of die ligte aan was. Baie van die meganistiese literatuur bestaan uit selkultuur- en knaagdierwerk, en in vitro-resultate met hierdie molekule hang af van ligblootstelling, membraanpotensiaal en die redokstoestand van die selle, omdat 'n mikroskooplamp genoeg is om dit te fotosensitiseer. Tussen 65 en 85 per cent van 'n toegediende dosis word in rooiselle en perifere weefsel tot die kleurlose vorm gereduseer. Elkeen van daardie veranderlikes lê tussen 'n netjiese meganisme in 'n laboratoriumskottel en 'n bewering oor 'n mens.

Waarom die suiwerheidsvraag 'n chemievraag is

Beligting demetileer metileenblou. Die eerste produk is Azure B, dan Azure A, dan tionien, en hoër ligintensiteit veroorsaak meer afbraak as laer intensiteit. 'n Molekule waarvan die bruikbaarheid daarin bestaan dat dit elektrone kan aanvaar en afstaan, is dus 'n molekule waarvan die waarskynlike afbraakprodukte naverwante chemiese verbindings is wat in dieselfde oplossing bly. Die samestelling van wat in die houer is, is nie 'n kosmetiese besonderheid nie.

Dit is die rede waarom voldoening aan die USP-spesifikasie die betekenisvolle toets vir 'n koper is. 'n Produk wat nie daaraan voldoen nie, is 'n kleurstof, en 'n kleurstof bevat onsuiwerhede, waaronder Azure B, swaar metale en residuele oplosmiddels, wat iemand wat dit insluk nie wil hê nie. Die verdere strik is 'n verkoper wat slegs vir swaar metale toets en die uitslag as volle voldoening voorhou. Blupreme het 'n vennootskap met 'n farmaseutiese vervaardiger van metileenblou en toets die volle spesifikasie: identiteit, suiwerheid, organiese onsuiwerhede, residuele oplosmiddels, elementêre onsuiwerhede, residu by verassing, mikrobiese limiete en bakteriële endotoksiene. Die laboratoriumtoetsdokument agter elke lot word gepubliseer, en die keuse van 'n verskaffer kom grootliks daarop neer om te kontroleer of daardie dokument bestaan en wat dit dek.

Een omkeerbare paar. Verskeie roetes daaruit. Die roete bepaal wat die bewering kan wees.