मेथिलीन ब्लू कसे काम करते: इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण आणि इलेक्ट्रॉन शेवटी कुठे पोहोचतात

बेंचवर ठेवलेली बुच लावलेली फ्लास्क ही मेथिलीन ब्लू कसे काम करते याची सर्वात संक्षिप्त आणि प्रामाणिक ओळख आहे. पाणी, ग्लुकोज, थोडे सोडियम हायड्रॉक्साइड आणि द्रवाला गडद, सहज ओळखू येणारा निळा रंग देण्यासाठी पुरेसे रंगद्रव्य. काही मिनिटे थांबा आणि निळा रंग हळूहळू नाहीसा होतो, जोपर्यंत फ्लास्क पाण्याच्या फ्लास्कसारखी दिसू लागत नाही. ती हलवा आणि रंग ताबडतोब परत येतो. मग तो पुन्हा फिका होतो, आणि इलेक्ट्रॉन देण्यास तयार ग्लुकोज आणि ते स्वीकारण्यास तयार ऑक्सिजन उपलब्ध असेपर्यंत हे असेच चालू राहते.

रंगद्रव्यात बदललेली एकमेव गोष्ट म्हणजे त्याच्याकडे असलेल्या इलेक्ट्रॉनची संख्या. ऑक्सिडाइझ्ड अवस्थेत ते निळे असते. रिड्यूस्ड अवस्थेत नसते. या रेणूबद्दलच्या उपचारात्मक आणि संशोधन साहित्यामधील जवळजवळ सर्व पुढील चर्चा या एका उलट करता येणाऱ्या टप्प्यातून येते, कारण एका भागीदाराकडून इलेक्ट्रॉन घेऊन दुसऱ्याला देऊ शकणारा रेणू हा रिले असतो, आणि रिले स्वतःहून काही करत नाही. तो काय करतो हे पूर्णपणे त्याच्या दोन्ही टोकांना काय आहे यावर अवलंबून असते.

दोन रूपे आणि ही जोडी महत्त्वाची का आहे

ऑक्सिडाइझ्ड रूप हे सपाट, धनभारित वलय-प्रणाली आहे. या सपाट, भारित आकारामुळेच ते न्यूक्लिक आम्लांशी रचून बसते, पेशीझिल्लीवरील सायलिलेटेड संरचनांशी बांधते आणि साधारण 600 आणि 700 nanometres दरम्यानचा दृश्यमान प्रकाश तीव्रतेने शोषते; स्पेक्ट्रमचा हा भाग मानवी डोळ्याला निळा दिसतो.

रिड्यूस्ड रूप वेगळे आहे. त्यावर कोणताही विद्युतभार नसतो, ते पाण्याऐवजी चरबीमध्ये विरघळते आणि रंगहीन असते. शरीरातील pH वर त्याचे आयनीकरण खूप कमी असते, साधारण काही per cent. त्यामुळे रिड्यूस्ड रेणू प्रसरणाद्वारे पेशीझिल्ली सहज ओलांडतो आणि आत गेल्यानंतर, जिथे वातावरण अधिक ऑक्सिडायझिंग असते, तो पुन्हा ऑक्सिडाइझ होऊन प्रत्यक्षात आत अडकू शकतो. ऑक्सिडाइझ्ड वलय-प्रणाली सपाट असते; रिड्यूस्ड रूप वाकू शकते. हे संरचनात्मक परिणाम आणि रंगातील बदल हे स्वतःच या दोन रूपांच्या कथेतले भाग आहेत, आणि त्यांचे अधिक तपशीलवार वर्णन मेथिलीन ब्लू आणि ल्युकोमेथिलीन ब्लू यांच्या तुलनेत केले आहे.

इलेक्ट्रॉन स्वीकारणे

ऑक्सिडाइझ्ड रंगद्रव्य विविध प्रकारच्या दात्यांकडून इलेक्ट्रॉन स्वीकारू शकते. प्रात्यक्षिकातील फ्लास्कमधील ग्लुकोज त्यापैकी एक आहे. पेशीच्या आत रिड्यूस्ड पायरीडीन न्यूक्लियोटाइड्स आणि मायटोकॉन्ड्रियल इलेक्ट्रॉन ट्रान्सपोर्ट चेनचे घटक हे इतर स्रोत आहेत. ऑक्सिजन असलेल्या ऊतीत मेथिलीन ब्लू रिड्यूस झाले की, त्यातून सुरू होणारे चक्र रिड्यूसिंग एजंट आणि ऑक्सिजन दोन्ही वापरते आणि reactive oxygen species, मुख्यतः hydrogen peroxide, तयार करते. रंगद्रव्य या चक्रातून अपरिवर्तित बाहेर येते आणि पुन्हा तेच चक्र चालवण्यासाठी तयार असते.

हा शेवटचा मुद्दा अन्यथा निष्काळजी वाटणारा एक विरोधाभास स्पष्ट करतो. साहित्यात मेथिलीन ब्लूचे वर्णन pro-oxidant आणि antioxidant अशा दोन्ही प्रकारे केले जाते, आणि दोन्ही वर्णने समर्थनीय आहेत. ते कृत्रिम इलेक्ट्रॉन स्वीकारक म्हणून काम करून superoxide चे उत्पादन कमी करू शकते, म्हणजे ऑक्सिजन अन्यथा superoxide radicals मध्ये रूपांतरित झाला असता अशा enzyme sites पासून इलेक्ट्रॉनचा प्रवाह दुसरीकडे वळवते. यकृताच्या पेशींच्या संस्कृतींमध्ये ते phase-2 antioxidant defence enzymes, ज्यात thioredoxin reductase 1 आणि NADPH quinone oxidoreductase यांचा समावेश आहे, सक्रिय करत असल्याचे दाखवले गेले आहे. या दोन रूपांपैकी कोणते दिसेल हे त्या क्षणी रिलेच्या कोणत्या टोकाला इलेक्ट्रॉनची कमतरता आहे यावर अवलंबून असते. "मेथिलीन ब्लू antioxidant आहे का" असा प्रश्न कोणत्या प्रणालीत, कोणत्या concentration वर आणि आणखी काय उपस्थित असताना, हे सांगितल्याशिवाय व्यवस्थित मांडलेला प्रश्न ठरत नाही.

इलेक्ट्रॉन पुढे देणे

रंगद्रव्याकडे अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन आल्यानंतर पुढे तीन पूर्णपणे वेगळ्या गोष्टी घडू शकतात, आणि त्यांचे वर्णन बहुतेकदा एकाच शीर्षकाखाली केले जाते. तसे करू नये.

ते इलेक्ट्रॉन धातूच्या केंद्राला देऊ शकते. याचे सर्वात स्पष्ट उदाहरण म्हणजे ferrous अवस्थेतून ferric अवस्थेत ऑक्सिडाइझ झालेले haemoglobin. त्या अवस्थेत ते ऑक्सिजन वाहून नेऊ शकत नाही. लाल रक्तपेशींमध्ये एक enzyme रंगद्रव्याला रिड्यूस करते, आणि रिड्यूस्ड रंगद्रव्य नंतर ऑक्सिडाइझ्ड haem iron ला non-enzymatically इलेक्ट्रॉन देते, त्यामुळे कार्यक्षम haemoglobin पुन्हा तयार होते आणि रंगद्रव्य पुन्हा ऑक्सिडाइझ्ड रूपात जाते. या प्रक्रियेत रंगद्रव्य वापरून संपत नाही; ते चक्रात फिरत राहते. या अभिक्रियेवर आधारित क्लिनिकल परिस्थिती ही रुग्णालयीन विषयाची बाब आहे, आणि methemoglobinemia मध्ये मेथिलीन ब्लूचे स्पष्टीकरण त्याचा वापर कसा केला जातो आणि इतक्या काटेकोर देखरेखीखाली का केला जातो हे स्पष्ट करते.

वाचनाबाबत एक प्रामाणिक नोंद: या लेखाचा आधार असलेल्या दोन reviews मध्ये enzyme टप्प्यासाठी एकच reducing cofactor दिलेला नाही; एका review मध्ये NADH तर दुसऱ्यात NADPH म्हटले आहे. हा मतभेद वास्तविक आहे आणि येथे उपलब्ध स्रोतांमध्ये तो सुटलेला नाही, त्यामुळे एका cofactor चे नाव निश्चितपणे देण्याऐवजी प्रत्येक घटकाची भूमिका सांगणे अधिक सुरक्षित आहे.

प्रकाश असल्यास ते ऊर्जा किंवा इलेक्ट्रॉन ऑक्सिजनला देऊ शकते. हा मार्ग फक्त प्रकाशात अस्तित्वात असतो. उत्तेजित रंगद्रव्य triplet state पर्यंत पोहोचते आणि तेथून दोन कार्ययंत्रणा शक्य असतात. पहिल्यात, उत्तेजित रंगद्रव्य शेजारच्या रेणूशी थेट अभिक्रिया करते, hydrogen घेते किंवा इलेक्ट्रॉन हस्तांतरित करते, ज्यातून radicals तयार होतात; पाण्याशी अशा प्रकारे अभिक्रिया झाल्यास hydroxyl radicals तयार होतात. दुसऱ्यात, उत्तेजनाची ऊर्जा थेट ऑक्सिजनला दिली जाते, ज्यातून singlet oxygen तयार होतो. ही अत्यंत electrophilic species microseconds मध्ये विघटित होते आणि प्रकाशात असलेल्या मेथिलीन ब्लूमुळे microbial cells चे नुकसान होण्याचा हा प्रमुख मार्ग असल्याचे सामान्यतः मानले जाते. पेशींच्या बाह्यावरणातील lipids आणि peptides तसेच DNA मधील guanine bases यांच्याशी होणाऱ्या अभिक्रिया या नोंदवलेल्या परिणामांपैकी आहेत.

या मार्गाचा व्यावहारिक परिणाम असा आहे की प्रकाशामुळे मोजमापांमध्ये orders of magnitude इतका फरक पडतो. Wainwright आणि Crossley यांनी संकलित केलेल्या डेटामध्ये Pseudomonas aeruginosa विरुद्ध मेथिलीन ब्लूची minimum bactericidal concentration अंधारात सुमारे 500 micromolar आहे, तर 12 joules per square centimetre प्रकाश डोसाखाली ती सुमारे 25 micromolar आहे. Staphylococcus aureus च्या एका strain विरुद्ध अंधारातील आणि प्रकाशातील दोन्ही मूल्ये 5 micromolar आहेत. दुसऱ्या शब्दांत, हा रेणू antimicrobial म्हणून मोजला जावा की नाही हे केवळ रेणूचा गुणधर्म नाही; ते रेणू आणि प्रकाश यांच्या संयोगाचा गुणधर्म आहे.

रिलेचा वापर न करता ते थेट enzyme site वर कार्य करू शकते. मेथिलीन ब्लू nitric oxide synthase शी बांधलेल्या ferrous iron ला ऑक्सिडाइझ करते, ज्यामुळे enzyme निष्क्रिय होते. ते soluble guanylate cyclase अवरोधित करते, आणि त्या उद्देशासाठी 1 आणि 10 micromolar दरम्यानची concentration प्रयोगशाळेत नियमितपणे वापरली जाते. ते monoamine oxidase type A ला 27 आणि 180 nanomolar दरम्यानच्या IC50 सह inhibit करते. serotonin reuptake inhibitors सोबतच्या व्यवस्थित नोंदवलेल्या interaction मागची हीच कार्ययंत्रणा आहे आणि म्हणूनच मेथिलीन ब्लूच्या औषधांशी होणाऱ्या interactions हा स्वतंत्र विषय आहे.

हे तीन मार्ग रासायनिकदृष्ट्या वेगळे आहेत. मेथिलीन ब्लू redox cycling द्वारे काम करते या एका दाव्यात त्यांना एकत्र करणे हे त्याबद्दलचे इतके लेखन एकाच वेळी आत्मविश्वासपूर्ण आणि अस्पष्ट वाटण्याचे मुख्य कारण आहे.

कार्ययंत्रणेबद्दलचे विधान अर्थपूर्ण आहे की नाही हे ठरवणारे चार फरक

कोणते रूप. रिड्यूस्ड रंगद्रव्य आणि ऑक्सिडाइझ्ड रंगद्रव्य परस्पर बदलून वापरता येत नाहीत. Acetylcholinesterase inhibition यातला सापळा स्पष्ट करते: दीर्घ in vitro incubation दरम्यान मेथिलीन ब्लू हळूहळू त्याच्या रंगहीन रूपात रिड्यूस होते आणि inhibition कमी होत जाते, कारण रिड्यूस्ड रेणू त्या enzyme ला inhibit करत नाही. रूप बदलण्याइतका दीर्घकाळ चालवलेला assay कमी परिणाम नोंदवेल आणि चुकीच्या स्पष्टीकरणाला आमंत्रण देईल.

कोणती concentration. soluble guanylate cyclase inhibition साठी प्रयोगशाळेतील श्रेणी 1 to 10 micromolar आहे. उंदराच्या hippocampal slices मध्ये glutamate-mediated transmission पूर्णपणे थांबवण्यासाठी 5 to 50 micromolar लागले. Cell culture मध्ये toxic effects 100 micromolar पेक्षा जास्त concentration वर नोंदवले गेले आहेत. हे एकच experiment नाहीत, आणि 50 micromolar वर पुष्टी झालेली कार्ययंत्रणा ज्याच्या plasma concentration त्याच्या केवळ काही भागाइतकी आहे अशा रुग्णामध्ये आपोआप उपलब्ध होत नाही.

कोणता route. Absolute oral bioavailability सुमारे 72 per cent आहे आणि terminal plasma half-life 5 to 7 hours आहे. Oral administration मुळे intestine आणि liver मध्ये जास्त concentration तयार होते; intravenous administration मुळे brain मध्ये जास्त concentration तयार होते. कोणत्या tissue ला इलेक्ट्रॉन भेटतात हे route ठरवतो.

कोणते model, आणि दिवे चालू होते का. कार्ययंत्रणेबद्दलच्या साहित्याचा मोठा भाग cell culture आणि rodent work वर आधारित आहे, आणि या रेणूबाबतचे in vitro परिणाम light exposure, membrane potential आणि पेशींच्या redox state वर अवलंबून असतात, कारण microscope lamp देखील त्याचे photosensitisation करण्यासाठी पुरेसा असतो. दिलेल्या dose पैकी 65 आणि 85 per cent दरम्यानचा भाग लाल रक्तपेशी आणि peripheral tissue मध्ये रंगहीन रूपात रिड्यूस होतो. यापैकी प्रत्येक variable प्रयोगशाळेतील स्वच्छ कार्ययंत्रणा आणि एखाद्या व्यक्तीबद्दलच्या दाव्यामध्ये उभा असतो.

शुद्धतेचा प्रश्न हा रसायनशास्त्राचा प्रश्न का आहे

प्रकाशामुळे मेथिलीन ब्लूचे demethylation होते. पहिले उत्पादन Azure B, त्यानंतर Azure A आणि मग thionin असते, आणि अधिक तीव्र प्रकाशामुळे कमी तीव्रतेच्या प्रकाशापेक्षा अधिक breakdown होते. ज्या रेणूची उपयुक्तता इलेक्ट्रॉन स्वीकारण्याच्या आणि देण्याच्या क्षमतेवर अवलंबून आहे, त्याची संभाव्य degradation products ही त्याच्याशी जवळचे रासायनिक नाते असलेली संयुगे असतात आणि ती त्याच solution मध्ये राहतात. त्यामुळे कंटेनरमध्ये नेमके काय आहे याची composition ही केवळ बाह्य स्वरूपाशी संबंधित बाब नाही.

म्हणूनच खरेदीदारासाठी USP specification चे conformance ही अर्थपूर्ण चाचणी आहे. ते पूर्ण न करणारे उत्पादन हे dye असते, आणि dye मध्ये Azure B, heavy metals आणि residual solvents यांसह अशुद्धी असतात, ज्या गिळण्याची कोणालाही गरज नसते. आणखी एक सापळा म्हणजे असा विक्रेता जो फक्त heavy metals तपासतो आणि तो निकाल पूर्ण compliance म्हणून सादर करतो. Blupreme ने मेथिलीन ब्लूच्या pharmaceutical manufacturer सोबत भागीदारी केली आहे आणि संपूर्ण specification तपासते: identity, purity, organic impurities, residual solvents, elemental impurities, residue on ignition, microbial limits आणि bacterial endotoxins. प्रत्येक batch मागील laboratory testing document प्रकाशित केले जाते, आणि supplier निवडणे हे प्रामुख्याने तो document अस्तित्वात आहे का आणि त्यात काय समाविष्ट आहे हे तपासण्याचा प्रश्न आहे.

एक उलट करता येणारी जोडी. तिच्यातून बाहेर पडणारे अनेक मार्ग. कोणता दावा करता येईल हे मार्ग ठरवतो.