मेथिलीन ब्लू कैसे काम करता है: इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण, और इलेक्ट्रॉन कहाँ पहुँचते हैं

बेंच पर रखा ढक्कन-बंद फ्लास्क यह समझाने का सबसे संक्षिप्त और ईमानदार तरीका है कि मेथिलीन ब्लू कैसे काम करता है। पानी, ग्लूकोज़, एक चुटकी सोडियम हाइड्रॉक्साइड, और इतना रंग कि तरल गहरा और स्पष्ट नीला हो जाए। कुछ मिनट प्रतीक्षा करें और नीला रंग धीरे-धीरे गायब हो जाता है, जब तक कि फ्लास्क पानी से भरे फ्लास्क जैसा न दिखने लगे। इसे हिलाएँ, और रंग तुरंत लौट आता है। फिर यह दोबारा फीका पड़ता है, और ऐसा तब तक होता रहेगा जब तक इलेक्ट्रॉन देने के लिए ग्लूकोज़ और उन्हें लेने के लिए ऑक्सीजन उपलब्ध हैं।

रंग में इलेक्ट्रॉनों की संख्या के अलावा कुछ नहीं बदला है। ऑक्सीकृत अवस्था में यह नीला है। अपचयित अवस्था में नहीं। चिकित्सीय और शोध साहित्य में इस अणु के बारे में लगभग बाकी सब कुछ इसी एक प्रतिवर्ती चरण से निकलता है, क्योंकि जो अणु एक साझेदार से इलेक्ट्रॉन लेकर दूसरे को दे सकता है, वह एक रिले है, और रिले स्वयं कुछ नहीं करता। वह क्या करता है, यह पूरी तरह इस पर निर्भर करता है कि उसके दोनों सिरों पर क्या मौजूद है।

दो रूप, और यह युग्म क्यों महत्वपूर्ण है

ऑक्सीकृत रूप एक समतल, धनावेशित रिंग प्रणाली है। यही चपटा, आवेशित आकार कारण है कि यह न्यूक्लिक अम्लों के साथ स्टैक करता है, कोशिका झिल्लियों पर सियालिलेटेड संरचनाओं से बंधता है, और लगभग 600 और 700 nanometres के बीच दृश्य प्रकाश को प्रबल रूप से अवशोषित करता है, जो स्पेक्ट्रम का वह भाग है जिसे मानव आँख नीले रंग के रूप में देखती है।

अपचयित रूप अलग तरह का है। उस पर कोई आवेश नहीं होता, वह पानी के बजाय वसा में घुलता है, और रंगहीन होता है। शरीर के भीतर के pH पर उसका आयनीकरण बहुत कम, कुछ प्रतिशत के क्रम में होता है। इसलिए अपचयित अणु विसरण द्वारा आसानी से कोशिका झिल्ली पार कर जाता है, और भीतर पहुँचने पर, जहाँ वातावरण अधिक ऑक्सीकारक होता है, वह फिर से ऑक्सीकृत होकर प्रभावी रूप से फँस सकता है। ऑक्सीकृत रिंग प्रणाली समतल होती है; अपचयित रूप मुड़ सकता है। ये संरचनात्मक परिणाम और स्वयं रंग परिवर्तन, दोनों रूपों की कहानी का स्वतंत्र हिस्सा हैं, और इन्हें मेथिलीन ब्लू और ल्यूकोमेथिलीन ब्लू की तुलना में अधिक विस्तार से समझाया गया है।

इलेक्ट्रॉन स्वीकार करना

ऑक्सीकृत रंग कई प्रकार के दाताओं से इलेक्ट्रॉन स्वीकार करेगा। प्रदर्शन वाले फ्लास्क में ग्लूकोज़ उनमें से एक है। कोशिका के भीतर, अपचयित पाइरिडीन न्यूक्लियोटाइड और माइटोकॉन्ड्रियल इलेक्ट्रॉन ट्रांसपोर्ट चेन के घटक अन्य उदाहरण हैं। जब ऑक्सीजन वाले ऊतक में मेथिलीन ब्लू अपचयित होता है, तो उसके द्वारा स्थापित चक्र अपचायक एजेंट और ऑक्सीजन दोनों का उपभोग करता है और reactive oxygen species बनाता है, मुख्यतः हाइड्रोजन पेरॉक्साइड। रंग इस चक्र से अपरिवर्तित बाहर आता है और इसे फिर से चलाने के लिए तैयार रहता है।

अंतिम बात उस विरोधाभास को समझाती है जो अन्यथा लापरवाही जैसा लगता है। साहित्य में मेथिलीन ब्लू को pro-oxidant और antioxidant दोनों कहा गया है, और दोनों विवरणों का आधार है। यह कृत्रिम इलेक्ट्रॉन स्वीकारक की तरह काम करके superoxide के उत्पादन को दबा सकता है, जिससे इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह उन एंजाइम स्थलों से दूर हो जाता है जहाँ अन्यथा ऑक्सीजन superoxide radicals में बदलती। यकृत कोशिका संस्कृतियों में इसे phase-2 antioxidant defence enzymes, जिनमें thioredoxin reductase 1 और NADPH quinone oxidoreductase शामिल हैं, को प्रेरित करते दिखाया गया है। आपको इन दोनों में से कौन-सा रूप दिखाई देगा, यह इस पर निर्भर करता है कि उस क्षण रिले के किस सिरे पर इलेक्ट्रॉनों की कमी है। "क्या मेथिलीन ब्लू एक antioxidant है" जैसा प्रश्न तब तक सही ढंग से परिभाषित नहीं है जब तक यह न बताया जाए कि किस प्रणाली में, किस सांद्रता पर और किन अन्य पदार्थों की उपस्थिति में।

इलेक्ट्रॉन आगे सौंपना

जब रंग के पास एक अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन आ जाता है, तो आगे तीन बहुत अलग चीजें हो सकती हैं, और इन्हें अक्सर एक ही शीर्षक के अंतर्गत बताया जाता है। ऐसा नहीं होना चाहिए।

यह इलेक्ट्रॉन को किसी metal centre तक पहुँचा सकता है। सबसे स्पष्ट उदाहरण haemoglobin है जो ferrous अवस्था से ferric अवस्था में ऑक्सीकृत हो चुका हो। उस अवस्था में यह ऑक्सीजन नहीं ले जा सकता। लाल रक्त कोशिकाओं में एक एंजाइम रंग को अपचयित करता है, और फिर अपचयित रंग बिना एंजाइम की सहायता के ऑक्सीकृत haem iron को इलेक्ट्रॉन देता है, जिससे कार्यशील haemoglobin बहाल होता है और रंग अपनी ऑक्सीकृत अवस्था में लौट आता है। इस प्रक्रिया में रंग खर्च नहीं होता; वह चक्रित होता है। इस अभिक्रिया पर आधारित चिकित्सीय स्थिति अस्पताल-आधारित विषय है, और methemoglobinemia में मेथिलीन ब्लू की व्याख्या बताती है कि इसका उपयोग कैसे किया जाता है और इसकी इतनी निकट निगरानी क्यों की जाती है।

स्रोतों को पढ़ने के बारे में एक स्पष्ट टिप्पणी: जिन दो समीक्षाओं पर यह लेख आधारित है, वे एंजाइम चरण के लिए एक ही reducing cofactor का नाम नहीं देतीं; एक NADH कहती है और दूसरी NADPH। यहाँ उपलब्ध स्रोतों में यह असहमति वास्तविक और अनसुलझी है, इसलिए किसी एक cofactor का नाम तय करने के बजाय प्रत्येक भाग की भूमिका बताना अधिक सुरक्षित है।

यदि प्रकाश हो, तो यह ऊर्जा या इलेक्ट्रॉन को ऑक्सीजन तक पहुँचा सकता है। यह मार्ग केवल illumination के तहत मौजूद रहता है। उत्तेजित रंग triplet state तक पहुँचता है, और वहाँ से दो तंत्र संभव हैं। पहले में, उत्तेजित रंग सीधे किसी पड़ोसी अणु के साथ अंतःक्रिया करता है, हाइड्रोजन लेता है या इलेक्ट्रॉन स्थानांतरित करता है, जिससे radicals बनते हैं; इस प्रकार पानी के साथ प्रतिक्रिया से hydroxyl radicals बनते हैं। दूसरे में, excitation energy स्वयं ऑक्सीजन को दे दी जाती है, जिससे singlet oxygen बनता है, जो अत्यधिक electrophilic species है और microseconds के भीतर क्षय हो जाता है। इसे सामान्यतः वह प्रमुख मार्ग माना जाता है जिसके द्वारा प्रकाशित मेथिलीन ब्लू microbial cells को नुकसान पहुँचाता है। कोशिका आवरण के lipids और peptides तथा DNA में guanine bases के साथ अभिक्रियाएँ दर्ज परिणामों में शामिल हैं।

इस मार्ग का व्यावहारिक परिणाम यह है कि illumination संख्याओं को कई orders of magnitude तक बदल देता है। Wainwright और Crossley द्वारा संकलित डेटा में, Pseudomonas aeruginosa के विरुद्ध मेथिलीन ब्लू की minimum bactericidal concentration अँधेरे में लगभग 500 micromolar और 12 joules per square centimetre की light dose के तहत लगभग 25 micromolar है। Staphylococcus aureus की एक strain के विरुद्ध, अँधेरे और प्रकाशित दोनों स्थितियों में मान 5 micromolar हैं। दूसरे शब्दों में, यह अणु antimicrobial माना भी जाए या नहीं, यह केवल अणु का गुण नहीं है; यह अणु और प्रकाश दोनों का संयुक्त गुण है।

यह रिले के बिना सीधे enzyme site पर कार्य कर सकता है। मेथिलीन ब्लू nitric oxide synthase से बंधे ferrous iron को ऑक्सीकृत करता है, जिससे एंजाइम निष्क्रिय हो जाता है। यह soluble guanylate cyclase को अवरुद्ध करता है, और इस उद्देश्य के लिए 1 और 10 micromolar के बीच की सांद्रता नियमित laboratory concentration है। यह monoamine oxidase type A को 27 और 180 nanomolar के बीच IC50 के साथ inhibit करता है, और यही serotonin reuptake inhibitors के साथ अच्छी तरह दर्ज interaction के पीछे का तंत्र है तथा इसी कारण मेथिलीन ब्लू की drug interactions अपनी अलग श्रेणी हैं।

ये तीनों मार्ग रासायनिक रूप से अलग हैं। इन्हें इस एक दावे में समेट देना कि मेथिलीन ब्लू redox cycling द्वारा काम करता है, मुख्य कारण है कि इसके बारे में इतना लेखन एक साथ आत्मविश्वासी और अस्पष्ट लगता है।

चार अंतर जो तय करते हैं कि किसी mechanism statement का कोई अर्थ है या नहीं

कौन-सा रूप। अपचयित रंग को ऑक्सीकृत रंग के स्थान पर समान नहीं माना जा सकता। Acetylcholinesterase inhibition इस जाल को दिखाता है: लंबे in vitro incubation में मेथिलीन ब्लू धीरे-धीरे अपने रंगहीन रूप में अपचयित होता है और inhibition कम हो जाता है, क्योंकि अपचयित अणु उस एंजाइम को inhibit नहीं करता। इतना लंबा चलाया गया assay कि रूप ही बदल जाए, कमजोर प्रभाव रिपोर्ट करेगा और गलत व्याख्या को आमंत्रित करेगा।

कौन-सी सांद्रता। soluble guanylate cyclase inhibition के लिए laboratory range 1 से 10 micromolar है। rat hippocampal slices में glutamate-mediated transmission को समाप्त करने के लिए 5 से 50 micromolar लगा। cell culture में toxic effects 100 micromolar से ऊपर रिपोर्ट किए गए हैं। ये एक ही प्रयोग नहीं हैं, और 50 micromolar पर पुष्टि किया गया mechanism उस रोगी में स्वतः उपलब्ध नहीं हो जाता जिसकी plasma concentration उसका केवल एक अंश है।

कौन-सा route। Absolute oral bioavailability लगभग 72 per cent है, और terminal plasma half-life 5 से 7 hours है। Oral administration आंत और यकृत में अधिक concentrations पैदा करता है; intravenous administration मस्तिष्क में अधिक concentrations पैदा करता है। Route तय करता है कि कौन-सा tissue इलेक्ट्रॉनों से मिलता है।

कौन-सा model, और क्या रोशनी चालू थी। mechanistic literature का बड़ा हिस्सा cell culture और rodent work है, और इस अणु पर in vitro परिणाम light exposure, membrane potential और कोशिकाओं की redox state पर निर्भर करते हैं, क्योंकि microscope lamp भी इसे photosensitise करने के लिए पर्याप्त है। दी गई dose का 65 से 85 per cent लाल रक्त कोशिकाओं और peripheral tissue में रंगहीन रूप में अपचयित हो जाता है। इनमें से प्रत्येक variable एक dish में दिखने वाले साफ mechanism और किसी व्यक्ति के बारे में किए गए दावे के बीच स्थित है।

purity का प्रश्न chemistry का प्रश्न क्यों है

Illumination मेथिलीन ब्लू को demethylate करता है। पहला उत्पाद Azure B है, फिर Azure A, फिर thionin, और अधिक light intensity कम intensity की तुलना में अधिक breakdown पैदा करती है। इसलिए जिस अणु की उपयोगिता इलेक्ट्रॉन स्वीकारने और दान करने की क्षमता पर आधारित हो, उसके संभावित degradation products निकट रासायनिक रिश्तेदार होंगे जो उसी solution में बने रहते हैं। container के भीतर वास्तव में क्या मौजूद है, उसकी composition कोई cosmetic detail नहीं है।

यही कारण है कि USP specification के अनुरूप होना खरीदार के लिए सार्थक परीक्षण है। जो product इसे पूरा नहीं करता, वह एक dye है, और dye में impurities हो सकती हैं, जिनमें Azure B, heavy metals और residual solvents शामिल हैं, जिन्हें कोई व्यक्ति निगलना नहीं चाहेगा। अगला जाल वह seller है जो केवल heavy metals के लिए परीक्षण करता है और परिणाम को पूर्ण compliance के रूप में प्रस्तुत करता है। Blupreme ने methylene blue के एक pharmaceutical manufacturer के साथ साझेदारी की है और पूरी specification का परीक्षण करता है: identity, purity, organic impurities, residual solvents, elemental impurities, residue on ignition, microbial limits और bacterial endotoxins। हर batch के पीछे का laboratory testing document प्रकाशित किया जाता है, और supplier चुनना मुख्यतः यह जाँचने का मामला है कि वह document मौजूद है या नहीं और उसमें क्या शामिल है।

एक प्रतिवर्ती युग्म। उससे निकलने वाले कई मार्ग। कौन-सा दावा किया जा सकता है, यह route तय करता है।