મેથિલીન બ્લુ કોષોમાં કેવી રીતે પ્રવેશે છે: અપચય, પુનઃઑક્સિડેશન અને પટલમાં વિતરણ

એન્ડોથેલિયલ કોષોની એક ડિશમાં મેથિલીન બ્લુનું ગ્રહણ થતું જુઓ, તો દેખીતું અર્થઘટન જ ખોટું નીકળે છે. માધ્યમ તેનો વાદળી રંગ ગુમાવે છે અને કોષોમાં વાદળી કણિકાઓ દેખાય છે, એટલે જાણે રંગદ્રવ્ય વાદળી અણુ તરીકે જ પટલમાંથી પસાર થયું હશે. પ્રયોગો કંઈક જુદું કહે છે. વાદળી સ્વરૂપ ભાગ્યે જ પાર થાય છે. જે પાર થાય છે તે રંગહીન સ્વરૂપ છે, અને અંદર દેખાતો વાદળી રંગ પ્રવેશ પછી અંદર જ બને છે.

આ ઊલટો ક્રમ મહત્વનો છે, કારણ કે તે નક્કી કરે છે કે રંગાઈ શું જણાવી શકે અને શું નહીં. વાદળી કણિકાઓ એ ઑક્સિડિત રંગદ્રવ્ય સૂચવે છે, જેનું પુનઃઑક્સિડેશન થયું છે અને જે અંગિકાઓમાં ફસાયું છે. તે કોષમાં રહેલા કુલ રંગદ્રવ્યનું પ્રમાણ બતાવતી નથી, અપચયિત સ્વરૂપના જથ્થાનું પ્રમાણ બતાવતી નથી અને જૈવિક અસર માપતી નથી. તેનું કારણ સમજવા માટે ત્રણ પગલાંને અનુસરો: સપાટી પર અપચય, અપચયિત સ્વરૂપનું પ્રસરણ, અને અંદર પુનઃઑક્સિડેશન તથા ફસાવું.

બંને સ્વરૂપો જુદા અણુઓની જેમ વર્તે છે

ઑક્સિડિત મેથિલીન બ્લુ એક સપાટ, ધનવિદ્યુતભાર ધરાવતી વલયાકાર રચના છે. તે પાણીમાં ઓગળે છે, લગભગ 600 થી 700 nanometers પર પ્રકાશનું પ્રબળ શોષણ કરે છે અને વાદળી દેખાય છે. અહીં વિદ્યુતભાર મુખ્ય મુદ્દો છે. વિદ્યુતભાર ધરાવતો, પાણી પ્રત્યે આકર્ષણ ધરાવતો અણુ લિપિડ પટલમાંથી સરળતાથી સરકી જતો નથી, એટલે સાહિત્યમાં સાવચેતીપૂર્વક વપરાતો શબ્દપ્રયોગ છે: પટલમાંથી પ્રમાણમાં અપારગમ્ય, સંપૂર્ણપણે અપારગમ્ય નહીં.

અપચયિત મેથિલીન બ્લુ, જેને લ્યુકોમેથિલીન બ્લુ કહે છે, રંગહીન, વિદ્યુતભારરહિત અને ચરબીમાં દ્રાવ્ય છે. વિદ્યુતભાર દૂર થતાં પટલ દીવાલ જેવું રહેતું નથી. અપચયિત અણુ સહેલાઈથી આરપાર પ્રસરે છે અને વધુ ઑક્સિડેશનકારી ખંડમાં પ્રવેશ્યા પછી તે ફરી ઇલેક્ટ્રૉન ગુમાવીને વાદળી, વિદ્યુતભારિત અને ફસાયેલા સ્વરૂપમાં પાછો આવી શકે છે. તેથી રંગદ્રવ્યની રેડોક્સ રસાયણશાસ્ત્રીય પ્રક્રિયા તેની પરિવહન પદ્ધતિ પણ છે. ઇલેક્ટ્રૉનની સંખ્યા બદલાય તો પારગમ્યતા પણ બદલાય છે.

પ્રથમ પગલાં માટેના ઇલેક્ટ્રૉન કોષમાંથી જ આવે છે. સસ્તન પ્રાણીઓના કોષો પ્લાઝ્મા પટલની આરપાર ઇલેક્ટ્રૉન પરિવહન ચલાવે છે, જેમાં કોષની અંદરના દાતાઓમાંથી અપચયકારી સમકક્ષો સપાટી પરના સ્વીકારકો તરફ બહાર ખસેડાય છે. પ્લાઝ્મા પટલની આરપાર થતી આ પ્રવૃત્તિ કોષનું સામાન્ય કાર્ય છે અને મોટા ભાગના કોષપ્રકારોમાં જોવા મળે છે. થાયાઝીન રંગદ્રવ્યો પર કાર્ય કરતું એન્ડોથેલિયલ સપાટીનું રિડક્ટેઝ એક મહત્વપૂર્ણ બાબતમાં અન્ય રિડક્ટેઝ જેવું વર્તે છે: સાયનાઇડ અને એઝાઇડની એવી માત્રાઓની હાજરીમાં પણ તે કામ કરતું રહે છે, જે પછીનાં પગલાં બંધ કરી દે છે. આ ભેદ આખી સમજનો મુખ્ય આધાર છે.

વિતરણનો વિચાર પહેલાં આવ્યો અને તેણે ગ્રહણને લગભગ સમજાવી દીધું

1929માં રોકફેલર ઇન્સ્ટિટ્યૂટમાં મેરિયન ઇરવિને એક વધુ સરળ પ્રશ્ન પૂછ્યો. કદાચ રંગદ્રવ્યનો પ્રવેશ માત્ર પાણી અને કોષના ચરબીયુક્ત સ્તરો વચ્ચેના વિતરણનું પરિણામ હોય, અને પ્રયોગશાળામાં ક્લોરોફોર્મનું સ્તર તે ચરબીયુક્ત સ્તરોનું પ્રતિનિધિત્વ કરી શકે. તેમના સ્પેક્ટ્રોફોટોમેટ્રિક પ્રવેશ અભ્યાસોમાં રંગદ્રવ્યનાં જલીય દ્રાવણોને ક્લોરોફોર્મ સાથે હલાવવામાં આવ્યાં અને કાર્બનિક પ્રાવસ્થામાં ગયેલા રંગદ્રવ્યની તુલના જીવંત શેવાળના કોષોમાં પ્રવેશેલા રંગદ્રવ્ય સાથે કરવામાં આવી.

તે કાર્યનાં બે તારણો આજે પણ ધ્યાન આપવા યોગ્ય છે. પ્રથમ, વ્યાપારી મેથિલીન બ્લુ દ્રાવણોમાં ટ્રાઇમિથાઇલ થાયોનિન હતું, જેને હવે Azure B કહે છે, અને આ અશુદ્ધિ મેથિલીન બ્લુ કરતાં વધુ ઝડપથી પ્રવેશતી હતી. ખાસ કરીને ક્ષારીય pH પર, જ્યાં લિપિડમાં દ્રાવ્ય મુક્ત બેઝ સ્વરૂપનું પ્રભુત્વ હોય છે. મેથિલીન બ્લુનો દેખીતો પ્રવેશ કેટલીક વાર હકીકતમાં Azure Bનો પસંદગીયુક્ત પ્રવેશ હતો. બીજું, pH આયનીકરણની અવસ્થા નક્કી કરીને પરિણામ નક્કી કરતું હતું, અને નુકસાન પામેલા કોષોમાં અખંડ કોષો કરતાં ઘણું વધારે રંગદ્રવ્ય પ્રવેશતું હતું. વિતરણ ગુણાંક અને વિદ્યુતભારની અવસ્થા નક્કી કરતા હતા કે કૃત્રિમ પ્રણાલી અને જીવંત કોષ કેટલું શોષે છે. બંને વચ્ચેની સમાનતાએ કોષની સીમામાં બિનજલીય સ્તરો હોવાના વિચારને સમર્થન આપ્યું.

લિપિડ અને આયનીકરણ વિશે આ મોડેલ દૂરદર્શી હતું, પરંતુ તે બે પરિસ્થિતિઓ વચ્ચે ભેદ પાડી શકતું નહોતું: એકમાં રંગદ્રવ્ય પોતાના મૂળ સ્વરૂપમાં જ વિતરિત થાય છે; બીજીમાં સપાટી પર તેનું રાસાયણિક રૂપાંતર થાય છે, તે બદલાયેલા સ્વરૂપે પાર થાય છે અને અંદર ફરી મૂળ સ્વરૂપમાં ફેરવાય છે. આ ભેદ માટે જુદા પ્રયોગની જરૂર હતી, અને તે સિત્તેર વર્ષ પછી ફેફસાંના એન્ડોથેલિયમમાં કરવામાં આવ્યો.

બહાર અપચય, અંદર ફસાવું

મર્કર અને સહકર્મીઓએ સંવર્ધિત ગાયના ફેફસાંની ધમનીના એન્ડોથેલિયલ કોષો સાથે કામ કર્યું અને ત્રણ પગલાંનો ક્રમ સૂચવ્યો: ઑક્સિડિત રંગદ્રવ્યનું કોષની સપાટી પર તેના રંગહીન, લિપિડપ્રિય સ્વરૂપમાં અપચય થાય છે, અપચયિત સ્વરૂપ અંદર પ્રસરે છે, અને કોષની અંદરનું પુનઃઑક્સિડેશન પટલમાંથી અપારગમ્ય ઑક્સિડિત સ્વરૂપ ફરી બનાવે છે, જે એકઠું થાય છે. તેમના એન્ડોથેલિયલ થાયાઝીન ગ્રહણના અભ્યાસે પછી આ ક્રમને ચોક્કસ સ્થાનો પર અટકાવવાનો પ્રયાસ કરીને તેની ચકાસણી કરી.

પ્રથમ સાધન ફેરિસાયનાઇડ હતું, જે ઇલેક્ટ્રૉન સ્વીકારક છે અને કોષમાં પ્રવેશી શકતું નથી. જ્યારે સપાટીના ઉત્સેચકો કોષની બહાર વાદળી રંગદ્રવ્યનું તેના રંગહીન સ્વરૂપમાં અપચય કરે છે, ત્યારે ફેરિસાયનાઇડ તે ઇલેક્ટ્રૉન પાછા લઈ શકે છે. પરિણામે રંગદ્રવ્ય પાર થાય તે પહેલાં જ માધ્યમમાં ફરી વાદળી રંગદ્રવ્ય બની જાય છે. જ્યાં સુધી ફેરિસાયનાઇડ વધુ પ્રમાણમાં હાજર હતું (10 micromolar રંગદ્રવ્ય સામે 50 થી 500 micromolar ફેરિસાયનાઇડ), ત્યાં સુધી રંગદ્રવ્યનું ગ્રહણ લગભગ બંધ રહ્યું. ફેરિસાયનાઇડ વપરાઈ ગયા પછી જ ગ્રહણ તેની સામાન્ય ઝડપે ફરી શરૂ થયું. ગતિકીય પરિણામોએ પણ આ જ વાત બીજી રીતે કહી. ફેરિસાયનાઇડ લગભગ સ્થિર દરે ઘટ્યું, જે ફરી ફરી ઉપયોગમાં લેવાતા મધ્યસ્થને ઇલેક્ટ્રૉન પૂરા પાડતા સતત સપાટી-અપચય પ્રવાહ સાથે સુસંગત હતું. બીજી તરફ, કોષની બહારનું રંગદ્રવ્ય તેના જથ્થામાં ઘટાડો થતાં ઘાતાંકીય રીતે ઘટ્યું. સ્થિર પ્રવાહ અને ઘટતો જથ્થો દર્શાવે છે કે ફેરિસાયનાઇડનો સંકેત સતત અપચય દર્શાવે છે, દ્રાવણમાંથી બહાર જતા રંગદ્રવ્યના અણુઓ નહીં.

બીજા સાધને પટલ પાર કરવાનું પગલું જ દૂર કરી દીધું. જૂથે થાયાઝીનનો નજીકનો સંબંધિત રંગદ્રવ્ય ટોલ્યુઇડિન બ્લુ O એક મોટી પોલિએક્રિલામાઇડ શૃંખલા સાથે જોડ્યો. આ શૃંખલા એટલી મોટી હતી કે ઑક્સિડેશનની કોઈ પણ અવસ્થામાં કોષમાં પ્રવેશી શકતી નહોતી. તેમ છતાં કોષોએ શૃંખલા સાથે જોડાયેલા રંગદ્રવ્યનું અપચય કર્યું. એટલે અપચય માટે કોષની અંદર પ્રવેશ જરૂરી નથી. આ કાર્ય કરતી યાંત્રિક વ્યવસ્થા સપાટી પર ખુલ્લી છે અથવા તેની સાથે વિદ્યુતીય રીતે જોડાયેલી છે.

પછી એવો ભેદ સામે આવ્યો, જેના પરથી સંશોધનપત્રને તેનું શીર્ષક મળ્યું. 2 millimolar પર સાયનાઇડ અને એઝાઇડે રંગદ્રવ્યના સંચયને ખૂબ દબાવ્યો. સૂક્ષ્મદર્શક હેઠળ સામાન્ય રીતે કેન્દ્રકની આસપાસ ઘેરો બનાવતા ઘેરા વાદળી અને જાંબલી સમાવેશો લગભગ ગાયબ થઈ ગયા. છતાં બંનેમાંથી કોઈ અવરોધકે કોષની બહારના અપચયને ધીમું પાડ્યું નહીં: ફેરિસાયનાઇડનું ચક્રણ કોઈ ઘટાડા વિના ચાલુ રહ્યું અને કોષમાં ન પ્રવેશતા પોલિમરનું અપચય પણ થતું રહ્યું. અવરોધ પછીના તબક્કામાં હતો. સાયનાઇડ અને એઝાઇડ કોષની અંદરનું પુનઃઑક્સિડેશન અને અલગ સંગ્રહ અટકાવતા હતા, સપાટી પરનું અપચય નહીં. જીવંતતા માટેનાં નિયંત્રણ પરીક્ષણોએ આ અર્થઘટનને સમર્થન આપ્યું, કારણ કે આ પ્રક્રિયાઓ દરમિયાન કોષોએ તેમનું કોષરસીય સૂચક ઉત્સેચક લેક્ટેટ ડિહાઇડ્રોજનેઝ જાળવી રાખ્યું હતું. એટલે ગ્રહણમાં થયેલો ઘટાડો માત્ર ઝેરી અસર અથવા પટલ ફાટવાનું પરિણામ નહોતો.

આ સંશોધનપત્રની એક સાવચેતી આજે પણ લાગુ પડે છે. વાદળી સમાવેશો કેન્દ્રકની આસપાસ હતા, તેની અંદર નહીં. આ ઉપકોષીય અંગિકાઓની અંદર થતા ઑક્સિડેશન સાથે સુસંગત હતું, પરંતુ અભ્યાસે કઈ અંગિકાઓ હતી તે ઓળખ્યું નહોતું. અન્ય કોષપ્રકારોમાં સમાન રચનાઓને નબળા પુરાવાના આધારે લાઇસોઝોમલ કહેવામાં આવી હતી. ફસાવાની પ્રક્રિયાને સ્થાપિત હકીકત ગણો, પરંતુ તેના ચોક્કસ સ્થાનને હજી કામચલાઉ તારણ માનો. ઇલેક્ટ્રૉન આગળ ક્યાં જાય છે તે શોધતા વાચકો માઇટોકોન્ડ્રીય ઇલેક્ટ્રૉન પરિવહન અને રેડોક્સ સંચાલન અને પ્રવેશમાર્ગ અનુસાર શોષણ અને વિતરણના વ્યાપક ચિત્ર વિશે આગળ વાંચી શકે છે.

રંગાઈ એ સંપર્કનું પ્રમાણ નથી

ત્રીજો અભ્યાસ બતાવે છે કે ગ્રહણની આ પ્રક્રિયા જૈવિક માપન સાથે મળે ત્યારે શું થાય છે. સ્કોટ અને સહકર્મીઓએ શોધ્યું કે મિથાઇલ બીટા સાયક્લોડેક્સ્ટ્રિન, એક વલયાકાર ટોરસ આકારની શર્કરા, મેથિલીન બ્લુ સાથે સીધું બંધાય છે. તેના સમાવેશ સંકુલ માટે સંયોજન સ્થિરાંક લગભગ 310 per molar છે, જ્યારે રંગદ્રવ્યના દ્વિઅણુકરણ માટે તે લગભગ 5846 per molar છે. L929 ફાઇબ્રોબ્લાસ્ટમાં આ બંધને કોષની રંગાઈ અને ગ્લુકોઝ ગ્રહણની ઉત્તેજના બંને અટકાવ્યાં: સાયક્લોડેક્સ્ટ્રિન સાથે અગાઉથી ઇન્ક્યુબેશન કરવાથી વાદળી રંગાઈ અટકી, અને પછીથી તેને ઉમેરવાથી રંગ દૂર થવાની પ્રક્રિયા ઝડપી થઈ. કોષોમાંથી વાદળી પ્રકાશીય સંકેત ઘટતો ગયો તેમ સક્રિય થયેલું ગ્લુકોઝ પરિવહન પણ તેની સાથે નજીકથી સમાંતર રીતે ઘટતું ગયું.

લેખકોએ આ સહસંબંધનું અર્થઘટન એવું કર્યું કે તે લાંબા સમય સુધી ચાલતી ઑક્સિડેટિવ તાણની પ્રક્રિયા કરતાં રંગદ્રવ્ય અને ગ્લુકોઝ પરિવાહકને સક્રિય કરતા માર્ગના કોઈ પ્રોટીન વચ્ચેની સીધી ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને વધુ સમર્થન આપે છે. આ અનુમાન વાજબી છે, પરંતુ તેની મર્યાદાઓ છે. પ્રયોગ પ્રોટીનનું નામ આપતો નથી, પરિવાહક સાથે સીધું બંધન બતાવતો નથી, અને રંગ દૂર થવા તથા અસર ઘટવા વચ્ચેનો સહસંબંધ રેડોક્સ દ્વારા મધ્યસ્થ થતા દરેક માર્ગને નકારી શકતો નથી.

ટકાઉ શીખ માપન વિશે છે. પ્રકાશીય રંગાઈ દેખાતું, ઑક્સિડિત અને કોષ સાથે સંકળાયેલું રંગદ્રવ્ય દર્શાવે છે. તે રંગહીન અપચયિત જથ્થાને સંપૂર્ણપણે ચૂકી જાય છે. એટલે ઝાંખા કોષમાં પણ રંગદ્રવ્યના સમકક્ષો હોઈ શકે છે, અને ઘેરા રંગાયેલા કોષમાં દેખાતું પ્રમાણ કુલ પેશીય સંપર્ક કે અસરનું કદ નહીં, પરંતુ ફસાયેલા ઑક્સિડિત રંગદ્રવ્યનું સૂચક છે. આ જ સાવચેતી મોટા સ્તરે પણ લાગુ પડે છે: જુદા કોષપ્રકારોની રંગાઈની તુલના કરવી અથવા ઘેરા રંગાયેલા પેશીના છેદને વધુ સંપર્કના પુરાવા તરીકે ગણવો, ડિશમાં કરેલી મૂળ ભૂલનું પુનરાવર્તન છે. ગ્રહણ એ અપચય, પ્રસરણ અને પુનઃઑક્સિડેશનનું ચક્ર છે, અને વાદળી સ્વરૂપની કોઈ એક ક્ષણની છબી તેનો માત્ર એક ભાગ જ બતાવે છે. પ્રયોગશાળામાં રંગાઈ અને સંભાળ માટેના અને માત્રા તથા સંપર્કના પ્રમાણ અંગેના દાવાઓનું અર્થઘટન કરવા માટેના વ્યવહારુ પરિણામો આમાંથી સીધા જ નીકળે છે.