Метилен көгі қалай жұмыс істейді? Тотығу-тотықсыздану химиясы және механизмдері

Үстел үстіндегі тығынмен жабылған колба — метилен көгінің қалай жұмыс істейтінін түсіндірудің ең қысқа әрі шынайы жолы. Су, глюкоза, бір шымшым натрий гидроксиді және сұйықтықты қанық, анық көк түске бояуға жеткілікті мөлшердегі бояғыш. Бірнеше минут күтіңіз — көк түс біртіндеп жоғалып, колба су құйылғандай болып көрінеді. Оны шайқасаңыз, түс қайтадан бірден пайда болады. Содан кейін тағы өшеді, әрі электрон беруге дайын глюкоза және оларды қабылдауға дайын оттегі бар болғанша бұл үдеріс қайталана береді.

Бояғышта өзгерген жалғыз нәрсе — оның алып жүрген электрондарының саны. Тотыққан күйінде ол көк. Тотықсызданған күйінде — түссіз. Бұл молекула туралы терапиялық және зерттеу әдебиеттеріндегі қалған тұжырымдардың барлығы дерлік осы бір қайтымды қадамнан туындайды, өйткені бір серіктестен электрон алып, оны екіншісіне бере алатын молекула — аралық тасымалдаушы, ал тасымалдаушы өздігінен ештеңе істемейді. Оның не істейтіні екі шетінде не тұрғанына толықтай байланысты.

Екі форма және бұл жұптың неге маңызды екені

Тотыққан форма — жазық, оң зарядталған сақиналы жүйе. Дәл осы жазық әрі зарядталған пішін оның нуклеин қышқылдарымен қабаттасуына, жасуша мембраналарындағы сиалилденген құрылымдармен байланысуына және шамамен 600 and 700 nanometres аралығындағы көрінетін жарықты күшті сіңіруіне себеп болады; адам көзі спектрдің осы бөлігін көк түс ретінде қабылдайды.

Тотықсызданған форма мүлде басқаша. Оның заряды жоқ, ол суда емес, майда ериді және түссіз. Денедегі pH жағдайында оның иондалуы өте төмен, шамамен бірнеше per cent. Сондықтан тотықсызданған молекула жасуша мембранасынан диффузия арқылы оңай өтеді, ал ішке енгеннен кейін, орта көбірек тотықтырғыш болғандықтан, қайта тотығып, іс жүзінде жасуша ішінде қалып қоюы мүмкін. Тотыққан сақиналы жүйе жазық; тотықсызданғаны бұрала алады. Осы құрылымдық салдарлар мен түс өзгерісінің өзі екі форманың жеке тарихының бөлігі, және олар метилен көгі мен лейкометилен көгін салыстыруда толығырақ қарастырылады.

Электрондарды қабылдау

Тотыққан бояғыш әртүрлі донорлардан электрон қабылдай алады. Көрсетілім колбасындағы глюкоза — солардың бірі. Жасуша ішінде тотықсызданған пиридин нуклеотидтері мен митохондриялық электрон тасымалдау тізбегінің компоненттері де электрон көзі бола алады. Метилен көгі оттегі бар тінде тотықсызданғанда, ол іске қосатын цикл әрі тотықсыздандырғыш агентті, әрі оттегіні тұтынып, реактивті оттегі түрлерін, негізінен сутегі асқын тотығын түзеді. Бояғыш циклден өзгеріссіз шығып, оны қайта бастауға дайын болады.

Соңғы жайт әйтпесе немқұрайдылық болып көрінетін қайшылықты түсіндіреді. Әдебиетте метилен көгі әрі прооксидант, әрі антиоксидант ретінде сипатталады, және екі сипаттаманы да негіздеуге болады. Ол жасанды электрон акцепторы ретінде әрекет етіп, электрон ағынын оттегі әдетте супероксид радикалдарына айналатын ферменттік учаскелерден басқа жаққа бұру арқылы супероксид түзілуін азайта алады. Бауыр жасушаларының дақылдарында оның 2-фаза антиоксиданттық қорғаныс ферменттерін, соның ішінде тиоредоксинредуктаза 1 мен NADPH хиноноксидоредуктазаны индукциялайтыны көрсетілген. Осы екі қырдың қайсысы байқалатыны сол сәтте тасымалдау тізбегінің қай шетінде электрон тапшылығы бар екеніне байланысты. «Метилен көгі антиоксидант па?» деген сұрақ қай жүйеде, қандай концентрацияда және тағы не бар екені көрсетілмейінше дұрыс қойылған сұрақ емес.

Электрондарды әрі қарай беру

Бояғыш артық электронды ұстап тұрғаннан кейін, одан әрі үш түрлі нәрсе болуы мүмкін және олар көбіне бір тақырыптың астында сипатталады. Олай болмауы керек.

Ол электронды металл орталығына бере алады. Ең айқын мысал — екі валентті күйден үш валентті күйге дейін тотыққан гемоглобин. Бұл күйде ол оттегіні тасымалдай алмайды. Эритроциттерде бір фермент бояғышты тотықсыздандырады, содан кейін тотықсызданған бояғыш электрондарды тотыққан haem теміріне ферментсіз жолмен беріп, жұмыс істейтін гемоглобинді қалпына келтіреді және өзі қайтадан тотыққан формаға өтеді. Бұл үдерісте бояғыш жұмсалмайды; ол циклмен айналады. Осы реакцияға негізделген клиникалық жағдай — аурухана жағдайында қарастырылатын тақырып, ал метгемоглобинемия кезінде метилен көгінің қолданылуын түсіндіретін материалда оның қалай қолданылатыны және неге мұқият бақылау қажет екені баяндалады.

Дереккөздерді түсіндіруге қатысты маңызды ескерту: осы мақала сүйенетін екі шолу ферменттік қадамдағы тотықсыздандырғыш кофакторды бірдей атамайды — бірінде NADH, екіншісінде NADPH көрсетілген. Мұндағы қолжетімді дереккөздерде бұл келіспеушілік нақты бар және шешілмеген, сондықтан бір кофактордың атауын бекітуден гөрі әр бөліктің атқаратын рөлін сипаттау дұрысырақ.

Жарық болса, ол энергияны немесе электронды оттегіне бере алады. Бұл жол тек жарықтандыру кезінде бар. Қозған бояғыш триплет күйіне өтеді, одан кейін екі механизмнің бірі жүруі мүмкін. Біріншісінде қозған бояғыш көршілес молекуламен тікелей әрекеттесіп, сутегін тартып алады немесе электрон береді, нәтижесінде радикалдар түзіледі; сумен осылай әрекеттесу гидроксил радикалдарын түзеді. Екіншісінде қозу энергиясы оттегінің өзіне беріліп, singlet oxygen түзіледі. Бұл — бірнеше microseconds ішінде ыдырайтын, электрофильдігі жоғары түр және жарық түскен метилен көгінің микроб жасушаларын зақымдауының негізгі жолы ретінде жалпы қабылданған. Жасуша қабықшасының липидтері мен пептидтерімен, сондай-ақ DNA құрамындағы гуанин негіздерімен реакциялар құжатталған нәтижелердің қатарына жатады.

Бұл жолдың практикалық салдары — жарықтандыру сандарды бірнеше реттік шамаға өзгертеді. Wainwright пен Crossley жинаған деректерде Pseudomonas aeruginosa-ға қарсы метилен көгінің ең төмен бактерицидтік концентрациясы қараңғыда шамамен 500 micromolar, ал 12 joules per square centimetre жарық дозасында шамамен 25 micromolar. Staphylococcus aureus-тың бір штамына қарсы қараңғыдағы және жарықтандырылған жағдайдағы мәндер екеуі де 5 micromolar. Басқаша айтқанда, молекуланың микробқа қарсы болып саналуының өзі тек молекуланың қасиеті емес; бұл молекула мен жарықтың бірлескен қасиеті.

Ол тасымалдау тізбегінсіз ферменттік аймақта тікелей әрекет ете алады. Метилен көгі nitric oxide synthase-пен байланысқан екі валентті темірді тотықтырады, соның салдарынан фермент жұмысын тоқтатады. Ол еритін guanylate cyclase-ты бөгейді, және осы мақсатта зертханада әдетте 1 and 10 micromolar аралығындағы концентрация қолданылады. Ол А типті monoamine oxidase-ты IC50 мәні 27 and 180 nanomolar аралығында тежейді; бұл серотониннің кері қармалуын тежейтін препараттармен жақсы құжатталған өзара әрекеттесудің механизмі және метилен көгінің дәрілермен өзара әрекеттесуінің жеке санат ретінде қарастырылуының себебі.

Бұл үш жол химиялық тұрғыдан бір-бірінен бөлек. Олардың бәрін метилен көгі тотығу-тотықсыздану циклі арқылы жұмыс істейді деген бір ғана тұжырымға біріктіру — осы тақырыптағы көптеген мәтіндердің бір мезгілде әрі сенімді, әрі бұлыңғыр болып көрінуінің негізгі себебі.

Механизм туралы тұжырымның мәні бар-жоғын анықтайтын төрт айырмашылық

Қай форма. Тотықсызданған бояғышты тотыққан бояғышпен алмастыруға болмайды. Ацетилхолинэстеразаны тежеу мұндағы қақпанды жақсы көрсетеді: ұзақ in vitro инкубация кезінде метилен көгі біртіндеп түссіз формасына дейін тотықсызданады да, тежелу бәсеңдейді, өйткені тотықсызданған молекула бұл ферментті тежемейді. Форманың өзгеруіне жеткілікті ұзақ жүргізілген талдау әлсіздеу әсерді тіркеп, қате түсіндіруге итермелейді.

Қай концентрация. Еритін guanylate cyclase тежелетін зертханалық диапазон 1 to 10 micromolar. Егеуқұйрық гиппокампы кесінділерінде глутамат арқылы жүретін берілісті толық тоқтату үшін 5 to 50 micromolar қажет болған. Жасуша дақылдарындағы уытты әсерлер 100 micromolar-дан жоғары деңгейде хабарланған. Бұлар бірдей эксперименттер емес, және 50 micromolar деңгейінде расталған механизм плазмадағы концентрациясы соның бір бөлігі ғана болатын пациентте автоматты түрде іске асады деген сөз емес.

Қай енгізу жолы. Ішке қабылдағандағы абсолютті биожетімділік шамамен 72 per cent, ал плазмадағы терминалдық жартылай шығарылу кезеңі 5 to 7 hours. Ішке қабылдау ішек пен бауырда жоғарырақ концентрациялар түзеді; көктамыр ішіне енгізу мида жоғарырақ концентрациялар түзеді. Енгізу жолы электрондардың қай тінмен кездесетінін анықтайды.

Қай модель және жарық қосулы болды ма. Механизмдік әдебиеттің едәуір бөлігі жасуша дақылдары мен кеміргіштерге жүргізілген зерттеулерден тұрады, ал бұл молекулаға қатысты in vitro нәтижелер жарықтың әсеріне, мембраналық потенциалға және жасушалардың тотығу-тотықсыздану күйіне тәуелді, өйткені микроскоп шамының өзі оны фотосенсибилизациялауға жеткілікті. Енгізілген дозаның 65 and 85 per cent аралығы эритроциттер мен шеткері тіндерде түссіз формаға дейін тотықсызданады. Осы айнымалылардың әрқайсысы ыдыстағы таза механизм мен адамға қатысты тұжырымның арасында тұрады.

Неліктен тазалық мәселесі — химия мәселесі

Жарықтандыру метилен көгін деметилдейді. Алғашқы өнім — Azure B, одан кейін Azure A, содан соң тионин, ал жарық қарқындылығы жоғары болған сайын ыдырау да күшейеді. Пайдалығы электрондарды қабылдап және бере алу қабілетіне негізделетін молекуланың ықтимал ыдырау өнімдері де сол ерітіндіде қалатын жақын химиялық туыстар болып шығады. Сондықтан ыдыстың ішінде нақты не бар екені жай ғана сыртқы сапа мәселесі емес.

Сол себепті сатып алушы үшін мәні бар тексеріс — USP спецификациясына сәйкестік. Оған сәйкес келмейтін өнім — бояғыш, ал бояғыш құрамында Azure B, ауыр металдар және қалдық еріткіштер секілді, оны ішетін адамға қажет емес қоспалар болуы мүмкін. Тағы бір қақпан — тек ауыр металдарға сынақ жүргізіп, нәтижесін толық сәйкестік ретінде көрсететін сатушы. Blupreme метилен көгін өндіретін фармацевтикалық өндірушімен серіктес және толық спецификацияны тексереді: сәйкестендіру, тазалық, органикалық қоспалар, қалдық еріткіштер, элементтік қоспалар, күйдіргеннен кейінгі қалдық, микробиологиялық шектер және бактериялық эндотоксиндер. Әр партияға арналған зертханалық сынақ құжаты жарияланады, ал жеткізушіні таңдау көбіне сол құжаттың бар-жоғын және нені қамтитынын тексеруге келіп тіреледі.

Бір қайтымды жұп. Одан шығатын бірнеше жол. Қандай тұжырым жасауға болатынын сол жол анықтайды.