Kuidas metüleensinine töötab: elektronide ülekanne ja kuhu elektronid jõuavad

Korgiga suletud kolb laboripingil on kõige lühem aus sissejuhatus sellesse, kuidas metüleensinine töötab. Vesi, glükoos, näpuotsatäis naatriumhüdroksiidi ja piisavalt värvainet, et muuta vedelik sügavaks, eksimatult siniseks. Oodake mõni minut ja sinine värvus kaob, kuni kolb näeb välja nagu veega täidetud kolb. Raputage seda ja värv tuleb hetkega tagasi. Seejärel tuhmub see uuesti ning protsess jätkub seni, kuni leidub glükoosi, mis on valmis elektrone loovutama, ja hapnikku, mis on valmis neid vastu võtma.

Värvaine juures ei ole muutunud midagi peale elektronide arvu, mida see kannab. Oksüdeeritud kujul on see sinine. Redutseeritud kujul mitte. Peaaegu kõik muu, mida selle molekuli kohta ravi- ja teaduskirjanduses kirjeldatakse, tuleneb sellest ühest pöörduvast sammust, sest molekul, mis suudab võtta elektronid ühelt partnerilt ja anda need teisele, on vahendaja ning vahendaja ei tee iseseisvalt midagi. See, mida ta teeb, sõltub täielikult sellest, mis asub tema kummaski otsas.

Kaks vormi ja miks nende paar on oluline

Oksüdeeritud vorm on tasapinnaline, positiivse laenguga tsükliline süsteem. Just see lame ja laetud kuju on põhjus, miks see paikneb kihtidena nukleiinhapete vastas, seondub rakumembraanide sialüülitud struktuuridega ja neelab tugevalt nähtavat valgust ligikaudu 600 ja 700 nanomeetri vahel ehk spektriosas, mida inimese silm tajub sinisena.

Redutseeritud vorm on teistsugune. Sellel puudub laeng, see lahustub pigem rasvas kui vees ja on värvitu. Selle ioniseerumisaste on organismisisese pH juures väga madal, suurusjärgus mõni protsent. Seetõttu läbib redutseeritud molekul rakumembraani difusiooni teel kergesti ning rakku jõudes, kus keskkond on oksüdeerivam, võib see uuesti oksüdeeruda ja sisuliselt lõksu jääda. Oksüdeeritud tsükliline süsteem on lame; redutseeritud vorm võib väänduda. Need struktuursed tagajärjed ja ka värvimuutus ise on kahe vormi loo olulised osad ning neid käsitletakse üksikasjalikumalt artiklis metüleensinise ja leukometüleensinise võrdlus.

Elektronide vastuvõtmine

Oksüdeeritud värvaine võtab elektrone vastu paljudelt erinevatelt doonoritelt. Demonstratsioonikolviga katses on üheks neist glükoos. Rakus on teisteks redutseeritud püridiinnukleotiidid ja mitokondriaalse elektrontranspordiahela komponendid. Kui metüleensinine redutseeritakse hapnikku sisaldavas koes, kulutab selle käivitatud tsükkel nii redutseerivat ainet kui ka hapnikku ning tekitab reaktiivseid hapnikuühendeid, peamiselt vesinikperoksiidi. Värvaine väljub tsüklist muutumatuna ja on valmis seda uuesti läbima.

See viimane asjaolu selgitab vastuolu, mis muidu näib lohakana. Kirjanduses kirjeldatakse metüleensinist nii prooksüdandi kui ka antioksüdandina ning mõlemad kirjeldused võivad olla põhjendatud. See võib vähendada superoksiidi teket, toimides kunstliku elektronaktseptorina ja juhtides elektronivoo kõrvale ensüümikohtadest, kus hapnik muidu muudetaks superoksiidradikaalideks. Maksarakkude kultuurides on näidatud, et see indutseerib 2. faasi antioksüdantseid kaitseensüüme, sealhulgas tioredoksiinreduktaas 1 ja NADPH-kinoonoksüdoreduktaasi. See, kumb neist kahest küljest avaldub, sõltub sellest, kummas vahendusahela otsas on sel hetkel elektronidest puudus. Küsimus „kas metüleensinine on antioksüdant“ ei ole sisuliselt hästi sõnastatud enne, kui on täpsustatud, millises süsteemis, millise kontsentratsiooni juures ja mille juuresolekul.

Elektronide edasiandmine

Kui värvaine on saanud lisaelektroni, võib järgmisena juhtuda kolm väga erinevat asja ning neid kirjeldatakse tavaliselt ühe pealkirja all. Nii ei peaks olema.

See võib anda elektroni edasi metallitsentrile. Kõige selgem näide on hemoglobiin, milles raud on oksüdeerunud ferroolekust ferriolekusse. Sellises olekus ei saa see hapnikku transportida. Punastes verelibledes redutseerib ensüüm värvaine ning redutseeritud värvaine annab seejärel elektronid mitteensümaatiliselt oksüdeeritud heemi rauale, taastades toimiva hemoglobiini ja viies värvaine tagasi oksüdeeritud vormi. Värvainet selle käigus ei kulutata; see osaleb tsüklis. Sellel reaktsioonil põhinev kliiniline käsitlus kuulub haiglaravi valdkonda ning selgitus metüleensinise kasutamisest methemoglobineemia korral käsitleb selle kasutamist ja põhjuseid, miks seda nii hoolikalt jälgitakse.

Aus märkus allikate kohta: kaks ülevaateartiklit, millel käesolev artikkel põhineb, ei nimeta ensümaatilise etapi puhul sama redutseerivat kofaktorit; üks nimetab NADH-d ja teine NADPH-d. Erinevus on tegelik ja siin kasutatud allikate põhjal lahendamata, seega on kõige kindlam kirjeldada iga osa rolli, mitte nimetada üht konkreetset kofaktorit.

Valguse olemasolul võib see anda hapnikule edasi energia või elektroni. See rada eksisteerib ainult valgustuse korral. Ergastatud värvaine jõuab tripletsesse olekusse ning sealt on võimalikud kaks mehhanismi. Esimeses interakteerub ergastatud värvaine otse naabermolekuliga, võttes vesiniku või kandes üle elektroni, mille tulemusel tekivad radikaalid; sellisel viisil veega reageerides tekivad hüdroksüülradikaalid. Teises antakse ergastusenergia edasi hapnikule endale, mille tulemusel tekib singlett-hapnik — väga elektrofiilne liik, mis laguneb mikrosekundite jooksul ja mida peetakse üldiselt peamiseks rajaks, mille kaudu valgustatud metüleensinine kahjustab mikroobirakke. Dokumenteeritud tagajärgede hulka kuuluvad reaktsioonid rakukesta lipiidide ja peptiididega ning DNA guaniinalustega.

Selle raja praktiline tagajärg on, et valgustus muudab arvväärtusi suurusjärkude võrra. Wainwrighti ja Crossley kogutud andmetes on metüleensinise minimaalne bakteritsiidne kontsentratsioon Pseudomonas aeruginosa vastu pimedas ligikaudu 500 mikromolaarne ja 12 džauli ruutsentimeetri kohta suuruse valgusdoosi korral ligikaudu 25 mikromolaarne. Ühe Staphylococcus aureus tüve puhul on nii pimedas kui ka valguse käes saadud väärtus 5 mikromolaarne. Teisisõnu ei sõltu see, kas molekuli saab üldse pidada antimikroobseks, ainult molekulist; see sõltub molekuli ja valguse kombinatsioonist.

See võib toimida otse ensüümi aktiivtsentris, ilma vahendusahelata. Metüleensinine oksüdeerib lämmastikoksiidi süntaasiga seotud ferro-raua, mis muudab ensüümi mittetoimivaks. See blokeerib lahustuvat guanülaattsüklaasi ning selleks kasutatakse laboris tavapäraselt kontsentratsiooni 1 kuni 10 mikromolaari. See inhibeerib A-tüüpi monoamiini oksüdaasi IC50-ga vahemikus 27 kuni 180 nanomolaari, mis on hästi dokumenteeritud koostoime mehhanism serotoniini tagasihaarde inhibiitoritega ja põhjus, miks metüleensinise ravimkoostoimed moodustavad omaette kategooria.

Need kolm rada on keemiliselt erinevad. Nende koondamine ühe väite alla, et metüleensinine töötab redokstsükli kaudu, on peamine põhjus, miks suur osa selle kohta kirjutatust mõjub korraga enesekindla ja ebamäärasena.

Neli eristust, mis määravad, kas mehhanismi käsitleval väitel on üldse sisu

Milline vorm. Redutseeritud värvaine ei ole oksüdeeritud värvainega samaväärne. Atsetüülkoliinesteraasi inhibeerimine näitab seda lõksu hästi: pika in vitro inkubatsiooni jooksul redutseeritakse metüleensinine järk-järgult värvituks vormiks ja inhibeeriv toime väheneb, sest redutseeritud molekul seda ensüümi ei inhibeeri. Piisavalt kaua kestev analüüs, mille käigus vorm muutub, näitab nõrgemat toimet ja võib viia vale seletuseni.

Milline kontsentratsioon. Lahustuva guanülaattsüklaasi inhibeerimiseks kasutatav laborivahemik on 1 kuni 10 mikromolaari. Glutamaadi vahendatud ülekande kaotamiseks roti hipokampuse viiludes oli vaja 5 kuni 50 mikromolaari. Rakukultuuris on toksilisi toimeid kirjeldatud üle 100 mikromolaari juures. Need ei ole üks ja sama katse ning 50 mikromolaari juures kinnitatud mehhanism ei pruugi automaatselt toimida patsiendil, kelle plasmakontsentratsioon moodustab sellest vaid murdosa.

Milline manustamisviis. Absoluutne suukaudne biosaadavus on ligikaudu 72 protsenti ja terminaalne plasma poolväärtusaeg 5 kuni 7 tundi. Suukaudne manustamine tekitab kõrgemad kontsentratsioonid soolestikus ja maksas; intravenoosne manustamine tekitab kõrgemad kontsentratsioonid ajus. Manustamisviis määrab, milline kude elektronidega kokku puutub.

Milline mudel ja kas tuled põlesid. Suur osa mehhanisme käsitlevast kirjandusest põhineb rakukultuuridel ja närilistel ning selle molekuli in vitro tulemused sõltuvad valgusega kokkupuutest, membraanipotentsiaalist ja rakkude redoksseisundist, sest selle fotosensibiliseerimiseks piisab mikroskoobi lambist. Manustatud annusest redutseeritakse punastes verelibledes ja perifeersetes kudedes 65 kuni 85 protsenti värvituks vormiks. Kõik need muutujad jäävad puhta laborianuma mehhanismi ja inimese kohta tehtava väite vahele.

Miks puhtuse küsimus on keemia küsimus

Valgustus demetüleerib metüleensinist. Esimene saadus on Azure B, seejärel Azure A ja siis tioniiin ning suurem valgusintensiivsus põhjustab rohkem lagunemist kui väiksem. Molekul, mille kasulikkus seisneb elektronide vastuvõtmise ja loovutamise võimes, on seega molekul, mille tõenäolised laguproduktid on lähedased keemilised sugulased ja jäävad samasse lahusesse. Mahutis oleva aine koostis ei ole kosmeetiline detail.

Seetõttu on ostja jaoks sisuline test vastavus USP spetsifikatsioonile. Toode, mis sellele ei vasta, on värvaine ning värvaine võib sisaldada lisandeid, sealhulgas Azure B-d, raskmetalle ja lahustijääke, mida seda neelav inimene ei soovi. Täiendav lõks on müüja, kes testib ainult raskmetalle ja esitab tulemuse täieliku vastavusena. Blupreme teeb koostööd metüleensinist tootva ravimitootjaga ja kontrollib kogu spetsifikatsiooni: identsust, puhtust, orgaanilisi lisandeid, lahustijääke, elementaarseid lisandeid, kuumutusjääki, mikrobioloogilisi piirnorme ja bakteriaalseid endotoksiine. Iga partii laboratoorsete analüüside dokument avaldatakse ning tarnija valimine seisneb suuresti selles, et kontrollida, kas selline dokument on olemas ja mida see hõlmab.

Üks pöörduv paar. Mitu võimalikku rada sellest edasi. Rada määrab, mida saab väita. :::