Cara metilena biru berfungsi: pemindahan elektron dan ke mana elektron pergi

Sebuah kelalang bertutup di atas meja makmal ialah pengenalan paling ringkas dan jujur tentang cara metilena biru berfungsi. Air, glukosa, secubit natrium hidroksida dan pewarna yang cukup untuk menjadikan cecair itu berwarna biru pekat yang jelas. Tunggu beberapa minit dan warna biru itu akan hilang sehingga kelalang tersebut kelihatan seperti kelalang berisi air. Goncangkannya, dan warna itu kembali serta-merta. Kemudian warna itu pudar lagi, dan proses ini akan terus berulang selagi terdapat glukosa yang boleh melepaskan elektron dan oksigen yang boleh menerimanya.

Tiada apa-apa pada pewarna itu yang berubah selain bilangan elektron yang dibawanya. Apabila teroksida, warnanya biru. Apabila terturun, warnanya bukan biru. Hampir segala perkara lain dalam literatur terapeutik dan penyelidikan tentang molekul ini berpunca daripada satu langkah boleh balik itu, kerana molekul yang boleh mengambil elektron daripada satu rakan tindak balas dan menyerahkannya kepada rakan yang lain ialah perantara, dan perantara tidak melakukan apa-apa dengan sendirinya. Tindakannya bergantung sepenuhnya pada apa yang berada di kedua-dua hujung laluan pemindahan itu.

Dua bentuk, dan mengapa pasangan ini penting

Bentuk teroksida ialah sistem gelang satah yang bercas positif. Bentuk rata dan bercas itulah yang membolehkannya tersusun bertindan pada asid nukleik, mengikat struktur tersialilasi pada membran sel dan menyerap cahaya tampak dengan kuat antara kira-kira 600 hingga 700 nanometer, iaitu bahagian spektrum yang ditafsirkan oleh mata manusia sebagai biru.

Bentuk terturun pula berbeza sifatnya. Ia tidak bercas, larut dalam lemak dan bukannya air, serta tidak berwarna. Pengionannya sangat rendah pada pH di dalam badan, sekitar beberapa peratus. Oleh itu, molekul terturun mudah merentasi membran sel melalui resapan, dan setelah berada di dalam sel, yang persekitarannya lebih mengoksidakan, molekul itu boleh dioksidakan semula lalu secara efektif terperangkap. Sistem gelang teroksida adalah rata; sistem gelang terturun boleh berpintal. Kesan struktur tersebut, serta perubahan warna itu sendiri, merupakan sebahagian daripada sifat kedua-dua bentuk ini dan dibincangkan dengan lebih terperinci dalam perbandingan metilena biru dan leucometilena biru.

Menerima elektron

Pewarna teroksida akan menerima elektron daripada pelbagai penderma. Glukosa dalam kelalang demonstrasi ialah salah satunya. Di dalam sel, nukleotida piridina terturun dan komponen rantai pengangkutan elektron mitokondria ialah contoh lain. Apabila metilena biru diturunkan dalam tisu yang mengandungi oksigen, kitaran yang dimulakannya menggunakan kedua-dua agen penurun dan oksigen, serta menghasilkan spesies oksigen reaktif, terutamanya hidrogen peroksida. Pewarna itu keluar semula daripada kitaran tanpa berubah, sedia untuk mengulangi kitaran tersebut.

Perkara terakhir itu menjelaskan percanggahan yang jika tidak diterangkan akan kelihatan seperti kecuaian. Metilena biru dihuraikan dalam literatur sebagai prooksidan dan juga antioksidan, dan kedua-dua huraian itu berasas. Ia boleh menekan penghasilan superoksida dengan bertindak sebagai penerima elektron buatan, mengalihkan aliran elektron daripada tapak enzim yang jika tidak, akan menukarkan oksigen kepada radikal superoksida. Dalam kultur sel hati, ia telah ditunjukkan mengaruh enzim pertahanan antioksidan fasa-2, termasuk tioredoksin reduktase 1 dan NADPH kuinon oksidoreduktase. Sifat mana yang diperhatikan bergantung pada hujung laluan pemindahan yang kekurangan elektron pada ketika itu. Soalan seperti "adakah metilena biru suatu antioksidan" belum cukup jelas sehingga dinyatakan dalam sistem mana, pada kepekatan berapa dan dengan bahan lain apa yang hadir.

Menyerahkan elektron seterusnya

Setelah pewarna itu mempunyai elektron tambahan, tiga perkara yang sangat berbeza boleh berlaku seterusnya, dan biasanya semuanya dihuraikan di bawah satu tajuk. Sepatutnya tidak demikian.

Ia boleh menyerahkan elektron kepada pusat logam. Contoh paling jelas ialah hemoglobin yang telah dioksidakan daripada keadaan ferus kepada keadaan ferik. Dalam keadaan itu, ia tidak boleh membawa oksigen. Dalam sel darah merah, suatu enzim menurunkan pewarna, kemudian pewarna terturun menyerahkan elektron kepada besi hem teroksida secara bukan enzimatik, memulihkan hemoglobin yang berfungsi dan mengembalikan pewarna kepada bentuk teroksidanya. Pewarna itu tidak habis digunakan dalam proses ini; ia berkitar. Keadaan klinikal yang berkaitan dengan tindak balas ini ialah perkara yang dikendalikan di hospital, dan penjelasan tentang metilena biru dalam methemoglobinemia merangkumi cara ia digunakan dan sebab penggunaannya diawasi dengan begitu teliti.

Catatan jujur tentang bahan rujukan: dua ulasan yang menjadi asas artikel ini tidak menamakan kofaktor penurun yang sama untuk langkah enzim tersebut; satu menyatakan NADH dan satu lagi NADPH. Percanggahan itu memang wujud dan belum diselesaikan dalam sumber yang tersedia di sini, jadi huraian yang selamat ialah peranan setiap komponen dan bukannya satu nama kofaktor tertentu.

Ia boleh memindahkan tenaga, atau elektron, kepada oksigen jika terdapat cahaya. Laluan ini hanya wujud apabila ada pencahayaan. Pewarna yang teruja mencapai keadaan triplet, dan dari situ dua mekanisme mungkin berlaku. Dalam mekanisme pertama, pewarna teruja berinteraksi secara langsung dengan molekul bersebelahan, mengambil hidrogen atau memindahkan elektron, lalu menghasilkan radikal; tindak balas dengan air melalui cara ini menghasilkan radikal hidroksil. Dalam mekanisme kedua, tenaga pengujaan dipindahkan kepada oksigen itu sendiri, menghasilkan oksigen singlet, suatu spesies yang sangat elektrofilik yang meluruh dalam tempoh mikro­saat dan secara umum diterima sebagai laluan utama metilena biru yang disinari cahaya merosakkan sel mikrob. Tindak balas dengan lipid dan peptida selubung sel, serta dengan bes guanina dalam DNA, adalah antara hasil yang didokumenkan.

Kesan praktikal laluan ini ialah pencahayaan mengubah nilai berangka sebanyak beberapa tertib magnitud. Dalam data yang dikumpulkan oleh Wainwright dan Crossley, metilena biru terhadap Pseudomonas aeruginosa mempunyai kepekatan bakterisid minimum sekitar 500 mikromolar dalam keadaan gelap, dan sekitar 25 mikromolar di bawah dos cahaya 12 joule per sentimeter persegi. Terhadap satu strain Staphylococcus aureus, nilai dalam keadaan gelap dan bercahaya kedua-duanya ialah 5 mikromolar. Dengan kata lain, sama ada molekul itu boleh dianggap sebagai antimikrob sama sekali bukanlah sifat molekul itu sahaja; ia ialah sifat gabungan molekul dan cahaya.

Ia boleh bertindak secara langsung pada tapak enzim, tanpa menjadi perantara. Metilena biru mengoksidakan besi ferus yang terikat pada sintase nitrik oksida, lalu menyahaktifkan enzim tersebut. Ia menyekat guanilat siklase larut, dan antara 1 hingga 10 mikromolar ialah kepekatan makmal yang lazim digunakan untuk tujuan itu. Ia merencat monoamina oksidase jenis A dengan IC50 antara 27 hingga 180 nanomolar, iaitu mekanisme di sebalik interaksi yang didokumenkan dengan baik dengan perencat pengambilan semula serotonin, serta sebab interaksi ubat metilena biru merupakan kategori tersendiri.

Ketiga-tiga laluan ini berbeza dari segi kimia. Merangkumnya menjadi satu dakwaan bahawa metilena biru berfungsi melalui kitaran redoks ialah sebab utama begitu banyak penulisan tentangnya kedengaran yakin tetapi pada masa yang sama kabur.

Empat perbezaan yang menentukan sama ada pernyataan mekanisme mempunyai makna

Bentuk yang mana. Pewarna terturun tidak boleh dianggap setara dengan pewarna teroksida. Perencatan asetilkolinesterase menggambarkan perangkap ini: dalam inkubasi in vitro yang panjang, metilena biru beransur-ansur diturunkan kepada bentuk tidak berwarnanya, dan perencatan semakin hilang kerana molekul terturun tidak merencat enzim tersebut. Ujian yang dijalankan cukup lama sehingga bentuknya berubah akan melaporkan kesan yang lebih lemah dan membuka ruang kepada penjelasan yang salah.

Kepekatan yang mana. Julat makmal untuk perencatan guanilat siklase larut ialah 1 hingga 10 mikromolar. Penghapusan penghantaran yang diperantarai glutamat dalam hirisan hipokampus tikus memerlukan 5 hingga 50 mikromolar. Kesan toksik dalam kultur sel dilaporkan pada kepekatan melebihi 100 mikromolar. Ini bukan eksperimen yang sama, dan mekanisme yang disahkan pada 50 mikromolar tidak semestinya berlaku pada pesakit yang kepekatan plasmanya hanya sebahagian kecil daripada nilai itu.

Laluan yang mana. Ketersediaan bio oral mutlak adalah sekitar 72 peratus, dan separuh hayat plasma terminal ialah 5 hingga 7 jam. Pemberian oral menghasilkan kepekatan yang lebih tinggi dalam usus dan hati; pemberian intravena menghasilkan kepekatan yang lebih tinggi dalam otak. Laluan pemberian menentukan tisu mana yang menerima elektron.

Model yang mana, dan sama ada lampu dinyalakan. Sebahagian besar literatur mekanistik melibatkan kultur sel dan kajian rodensia, dan keputusan in vitro bagi molekul ini bergantung pada pendedahan cahaya, keupayaan membran dan keadaan redoks sel, kerana lampu mikroskop sahaja sudah cukup untuk mencetuskan fotosensitisasinya. Antara 65 hingga 85 peratus daripada dos yang diberikan diturunkan kepada bentuk tidak berwarna dalam sel darah merah dan tisu periferi. Setiap pemboleh ubah itu menjadi faktor yang memisahkan mekanisme yang jelas dalam bekas makmal daripada dakwaan tentang seseorang.

Mengapa persoalan ketulenan ialah persoalan kimia

Pencahayaan menyahmetilkan metilena biru. Produk pertama ialah Azure B, kemudian Azure A, kemudian tionin, dan keamatan cahaya yang lebih tinggi menyebabkan penguraian yang lebih banyak berbanding keamatan yang lebih rendah. Oleh itu, molekul yang kegunaannya terletak pada keupayaan menerima dan menderma elektron juga merupakan molekul yang produk penguraiannya berkemungkinan ialah bahan yang berkait rapat secara kimia dan kekal dalam larutan yang sama. Komposisi kandungan bekas itu bukan sekadar butiran kosmetik.

Itulah sebabnya pematuhan kepada spesifikasi USP merupakan ujian yang bermakna bagi pembeli. Produk yang tidak mematuhinya ialah pewarna, dan pewarna mengandungi bendasing, termasuk Azure B, logam berat dan sisa pelarut, yang tidak diingini oleh orang yang menelannya. Satu lagi perangkap ialah penjual yang hanya menguji logam berat dan mengemukakan keputusan itu sebagai bukti pematuhan penuh. Blupreme telah bekerjasama dengan pengilang farmaseutikal metilena biru dan menguji keseluruhan spesifikasi: identiti, ketulenan, bendasing organik, sisa pelarut, bendasing unsur, sisa selepas pemijaran, had mikrob dan endotoksin bakteria. Dokumen ujian makmal bagi setiap kelompok diterbitkan, dan memilih pembekal sebahagian besarnya melibatkan pemeriksaan sama ada dokumen itu wujud dan apa yang dirangkuminya.

Satu pasangan boleh balik. Beberapa laluan daripadanya. Laluan itu menentukan dakwaan yang boleh dibuat.