Kako djeluje metilensko modrilo: prijenos elektrona i gdje elektroni završavaju

Začepljena tikvica na laboratorijskom stolu najkraći je pošten uvod u to kako djeluje metilensko modrilo. Voda, glukoza, prstohvat natrijeva hidroksida i dovoljno bojila da tekućina poprimi duboku, nepogrešivo plavu boju. Pričekajte nekoliko minuta i plava će boja nestati sve dok tikvica ne bude izgledala kao da sadrži samo vodu. Protresite je i boja se odmah vraća. Zatim ponovno blijedi i nastavit će to činiti sve dok ima glukoze spremne predati elektrone i kisika spremnog prihvatiti ih.

Na bojilu se nije promijenilo ništa osim broja elektrona koje nosi. U oksidiranom obliku plavo je. U reduciranom nije. Gotovo sve ostalo u terapijskoj i istraživačkoj literaturi o ovoj molekuli proizlazi iz tog jednog reverzibilnog koraka, jer molekula koja može uzeti elektrone od jednog partnera i predati ih drugome djeluje kao relej, a relej sam po sebi ne čini ništa. Ono što radi u potpunosti ovisi o tome što se nalazi na svakom njegovu kraju.

Dva oblika i zašto je taj par važan

Oksidirani oblik planaran je, pozitivno nabijen prstenasti sustav. Taj ravan, nabijen oblik razlog je zbog kojeg se slaže uz nukleinske kiseline, veže na sijalilirane strukture na staničnim membranama i snažno apsorbira vidljivu svjetlost između približno 600 i 700 nanometres, što je dio spektra koji ljudsko oko očitava kao plavu boju.

Reducirani oblik sasvim je drugačiji. Nema naboj, otapa se u mastima umjesto u vodi i bezbojan je. Njegova ionizacija pri pH-vrijednosti unutar tijela vrlo je niska, reda veličine nekoliko per cent. Zbog toga reducirana molekula lako difuzijom prolazi kroz staničnu membranu, a kada uđe unutra, gdje je okolina oksidativnija, može se ponovno oksidirati i tako učinkovito zadržati. Oksidirani prstenasti sustav je ravan; reducirani se može zakrenuti. Te strukturne posljedice, kao i sama promjena boje, zaseban su dio priče o ta dva oblika i detaljnije su obrađene u usporedbi metilenskog modrila i leukometilenskog modrila.

Prihvaćanje elektrona

Oksidirano bojilo prihvaća elektrone od širokog raspona donora. Glukoza u demonstracijskoj tikvici jedan je od njih. Unutar stanice drugi su reducirani piridinski nukleotidi i sastavnice mitohondrijskog lanca prijenosa elektrona. Kada se metilensko modrilo reducira u tkivu koje sadrži kisik, ciklus koji uspostavlja troši i reducirajuće sredstvo i kisik te proizvodi reaktivne kisikove vrste, ponajprije vodikov peroksid. Bojilo izlazi iz ciklusa nepromijenjeno i spremno je ponoviti ga.

Ta posljednja činjenica objašnjava proturječje koje bi inače izgledalo kao nemarnost. Metilensko modrilo u literaturi se opisuje i kao prooksidans i kao antioksidans, a oba su opisa opravdana. Može smanjiti stvaranje superoksida djelujući kao umjetni akceptor elektrona i preusmjeravajući tok elektrona dalje od enzimskih mjesta na kojima bi se kisik inače pretvarao u superoksidne radikale. U kulturama jetrenih stanica pokazano je da inducira antioksidacijske obrambene enzime faze 2, uključujući tioredoksin-reduktazu 1 i NADPH kinon-oksidoreduktazu. Koju ćete od te dvije strane vidjeti ovisi o tome kojem kraju releja u tom trenutku nedostaju elektroni. Pitanje poput „je li metilensko modrilo antioksidans” nije dobro postavljeno dok se ne navede u kojem sustavu, pri kojoj koncentraciji i uz prisutnost kojih drugih čimbenika.

Predavanje elektrona dalje

Kada bojilo primi dodatni elektron, nakon toga mogu se dogoditi tri vrlo različite stvari, a obično se opisuju pod jednim naslovom. Ne bi trebale.

Može predati elektron metalnom centru. Najjasniji je slučaj hemoglobin koji je oksidiran iz feroznog u ferični oblik. U tom stanju ne može prenositi kisik. U crvenim krvnim stanicama enzim reducira bojilo, a reducirano bojilo zatim neenzimski predaje elektrone oksidiranom željezu hema, čime obnavlja funkcionalni hemoglobin i vraća bojilo u oksidirani oblik. Bojilo se pritom ne troši; ono kruži kroz ciklus. Klinička primjena koja se temelji na toj reakciji bolnička je tema, a objašnjenje metilenskog modrila kod methemoglobinemije opisuje kako se koristi i zašto se primjena tako pomno nadzire.

Važna napomena o izvorima: dva pregledna rada na kojima se ovaj članak temelji ne navode isti reducirajući kofaktor za enzimski korak; jedan navodi NADH, a drugi NADPH. To neslaganje stvarno postoji i nije razriješeno u ovdje dostupnim izvorima, pa je sigurnije opisati ulogu svakog dijela nego navoditi samo jedan naziv kofaktora.

Može predati energiju ili elektron kisiku ako je prisutna svjetlost. Taj put postoji samo pod osvjetljenjem. Pobuđeno bojilo prelazi u tripletno stanje, iz kojeg su moguća dva mehanizma. U prvom pobuđeno bojilo izravno reagira sa susjednom molekulom, oduzimajući vodik ili prenoseći elektron, pri čemu nastaju radikali; reakcija s vodom na taj način stvara hidroksilne radikale. U drugom se energija pobude prenosi na sam kisik, pri čemu nastaje singletni kisik, izrazito elektrofilna vrsta koja se raspada unutar microseconds i općenito se smatra glavnim putem kojim osvijetljeno metilensko modrilo oštećuje mikrobne stanice. Među dokumentiranim ishodima nalaze se reakcije s lipidima i peptidima stanične ovojnice te s gvaninskim bazama u DNA.

Praktična posljedica tog puta jest da osvjetljenje mijenja vrijednosti za nekoliko redova veličine. U podacima koje su prikupili Wainwright i Crossley, metilensko modrilo protiv Pseudomonas aeruginosa ima minimalnu baktericidnu koncentraciju od oko 500 micromolar u mraku i oko 25 micromolar pri dozi svjetlosti od 12 joules per square centimetre. Protiv jednog soja Staphylococcus aureus vrijednosti u mraku i pod osvjetljenjem obje su 5 micromolar. Drugim riječima, može li se molekula uopće smatrati antimikrobnim sredstvom nije svojstvo same molekule; to je svojstvo molekule zajedno sa svjetlošću.

Može djelovati izravno na enzimskom mjestu, bez releja. Metilensko modrilo oksidira ferozno željezo vezano za sintazu dušikova oksida, čime onesposobljava enzim. Blokira topljivu gvanilat-ciklazu, a između 1 i 10 micromolar uobičajena je laboratorijska koncentracija koja se koristi u tu svrhu. Inhibira monoamin-oksidazu tipa A s IC50 između 27 i 180 nanomolar, što je mehanizam u pozadini dobro dokumentirane interakcije s inhibitorima ponovne pohrane serotonina i razlog zbog kojeg su interakcije metilenskog modrila s lijekovima zasebna kategorija.

Ta su tri puta kemijski različita. Njihovo svođenje na jednu tvrdnju da metilensko modrilo djeluje redoks-cikliranjem glavni je razlog zbog kojeg toliko tekstova o njemu istodobno zvuči samouvjereno i neodređeno.

Četiri razlike koje određuju ima li tvrdnja o mehanizmu ikakvo značenje

Koji oblik. Reducirano bojilo nije zamjenjivo s oksidiranim bojilom. Inhibicija acetilkolinesteraze dobro pokazuje zamku: tijekom duge inkubacije in vitro metilensko modrilo postupno se reducira u svoj bezbojni oblik, a inhibicija slabi jer reducirana molekula ne inhibira taj enzim. Test koji traje dovoljno dugo da promijeni oblik pokazat će slabiji učinak i navesti na pogrešno objašnjenje.

Koja koncentracija. Laboratorijski raspon za inhibiciju topljive gvanilat-ciklaze iznosi 1 do 10 micromolar. Za ukidanje prijenosa posredovanog glutamatom u presjecima štakorskog hipokampusa bilo je potrebno 5 do 50 micromolar. Toksični učinci u staničnoj kulturi prijavljeni su iznad 100 micromolar. To nisu isti pokusi, a mehanizam potvrđen pri 50 micromolar nije automatski prisutan kod pacijenta čija je koncentracija u plazmi tek djelić te vrijednosti.

Koji put primjene. Apsolutna oralna bioraspoloživost iznosi oko 72 per cent, a terminalni poluvijek u plazmi 5 do 7 hours. Oralna primjena stvara više koncentracije u crijevima i jetri; intravenska primjena stvara više koncentracije u mozgu. Put primjene određuje koje će tkivo doći u kontakt s elektronima.

Koji model i jesu li svjetla bila uključena. Velik dio literature o mehanizmima temelji se na kulturama stanica i pokusima na glodavcima, a rezultati in vitro za ovu molekulu ovise o izloženosti svjetlosti, membranskom potencijalu i redoks-stanju stanica, jer je i svjetlo mikroskopske lampe dovoljno za njezinu fotosenzibilizaciju. Između 65 i 85 per cent primijenjene doze reducira se u bezbojni oblik u crvenim krvnim stanicama i perifernom tkivu. Svaka od tih varijabli nalazi se između jasnog mehanizma u laboratorijskoj posudi i tvrdnje o učinku na čovjeka.

Zašto je pitanje čistoće pitanje kemije

Osvjetljenje demetilira metilensko modrilo. Prvi proizvod je Azure B, zatim Azure A, pa tionin, a veći intenzitet svjetlosti uzrokuje više razgradnje nego manji. Molekula čija korisnost proizlazi iz sposobnosti prihvaćanja i doniranja elektrona stoga je molekula čiji su vjerojatni produkti razgradnje bliski kemijski srodnici koji ostaju u istoj otopini. Sastav sadržaja u spremniku nije kozmetički detalj.

Zato je usklađenost sa specifikacijom USP smislen kriterij za kupca. Proizvod koji je ne zadovoljava jest bojilo, a bojilo može sadržavati nečistoće, uključujući Azure B, teške metale i ostatna otapala, koje osoba koja ga uzima oralno ne želi. Dodatna je zamka prodavač koji ispituje samo teške metale i rezultate prikazuje kao potpunu usklađenost. Blupreme surađuje s farmaceutskim proizvođačem metilenskog modrila i ispituje cjelokupnu specifikaciju: identitet, čistoću, organske nečistoće, ostatna otapala, elementarne nečistoće, ostatak nakon žarenja, mikrobiološke granice i bakterijske endotoksine. Dokument o laboratorijskom ispitivanju za svaku seriju objavljuje se, a odabir dobavljača u velikoj se mjeri svodi na provjeru postoji li taj dokument i što obuhvaća.

Jedan reverzibilni par. Nekoliko puteva koji iz njega proizlaze. Put određuje što se može tvrditi. :::