Como funciona o azul de metileno? Química redox e mecanismos

Um balão tapado sobre uma bancada é a introdução mais curta e rigorosa à forma como o azul de metileno funciona. Água, glucose, uma pitada de hidróxido de sódio e corante suficiente para dar ao líquido um azul profundo e inconfundível. Espere alguns minutos e o azul desaparece até o balão parecer conter apenas água. Agite-o e a cor reaparece de imediato. Depois volta a desaparecer, e continuará a fazê-lo enquanto houver glucose disposta a ceder eletrões e oxigénio disposto a recebê-los.

Nada no corante mudou, exceto o número de eletrões que transporta. Oxidado, é azul. Reduzido, não é. Quase tudo o resto na literatura terapêutica e de investigação sobre esta molécula decorre desse único passo reversível, porque uma molécula capaz de receber eletrões de um parceiro e entregá-los a outro é um relé, e um relé não faz nada por si só. O que faz depende inteiramente do que se encontra em cada uma das suas extremidades.

Duas formas e por que razão o par é importante

A forma oxidada é um sistema de anéis plano e com carga positiva. É essa forma plana e carregada que explica por que se empilha junto dos ácidos nucleicos, por que se liga a estruturas sialiladas nas membranas celulares e por que absorve intensamente luz visível entre aproximadamente 600 e 700 nanometres, a parte do espectro que o olho humano interpreta como azul.

A forma reduzida é diferente. Não tem carga, dissolve-se em gordura em vez de água e é incolor. A sua ionização é muito baixa ao pH do interior do organismo, da ordem de alguns por cento. Assim, a molécula reduzida atravessa facilmente uma membrana celular por difusão e, uma vez no interior, onde o ambiente é mais oxidante, pode ser reoxidada e ficar efetivamente retida. O sistema de anéis oxidado é plano; o reduzido pode torcer-se. Essas consequências estruturais, bem como a própria mudança de cor, fazem parte da história das duas formas por direito próprio e são abordadas em maior detalhe na comparação entre azul de metileno e leucoazul de metileno.

Aceitar eletrões

O corante oxidado aceita eletrões de uma grande variedade de dadores. A glucose no balão da demonstração é um deles. No interior de uma célula, os nucleótidos de piridina reduzidos e componentes da cadeia mitocondrial de transporte de eletrões são outros. Quando o azul de metileno é reduzido num tecido que contém oxigénio, o ciclo que estabelece consome tanto o agente redutor como o oxigénio e produz espécies reativas de oxigénio, sobretudo peróxido de hidrogénio. O corante sai do ciclo inalterado, pronto para o repetir.

Este último ponto explica uma contradição que, de outro modo, pareceria descuidada. O azul de metileno é descrito na literatura tanto como pró-oxidante como antioxidante, e ambas as descrições são defensáveis. Pode suprimir a produção de superóxido ao atuar como aceitador artificial de eletrões, desviando o fluxo de eletrões dos locais enzimáticos onde, de outro modo, o oxigénio seria convertido em radicais superóxido. Em culturas de células hepáticas, demonstrou induzir enzimas de defesa antioxidante de fase 2, incluindo a redutase da tiorredoxina 1 e a oxidorredutase de quinona dependente de NADPH. Qual das duas faces se observa depende de qual das extremidades do relé tem falta de eletrões nesse momento. Uma pergunta como "o azul de metileno é um antioxidante" não está bem formulada até se especificar em que sistema, a que concentração e na presença de que outras substâncias.

Entregar os eletrões

Quando o corante contém um eletrão adicional, podem acontecer três coisas bastante diferentes a seguir, e são habitualmente descritas sob o mesmo título. Não deveriam ser.

Pode transferir o eletrão para um centro metálico. O caso mais claro é o da hemoglobina que foi oxidada do estado ferroso para o estado férrico. Nesse estado, não consegue transportar oxigénio. Nos glóbulos vermelhos, uma enzima reduz o corante e o corante reduzido transfere depois eletrões, de forma não enzimática, para o ferro hémico oxidado, restaurando a hemoglobina funcional e devolvendo o corante à sua forma oxidada. O corante não é consumido neste processo; circula num ciclo. O contexto clínico assente nesta reação pertence ao ambiente hospitalar, e a explicação do azul de metileno na metemoglobinemia aborda a forma como é utilizado e por que motivo é tão rigorosamente supervisionado.

Uma nota rigorosa sobre as fontes: as duas revisões em que este artigo se baseia não indicam o mesmo cofator redutor para a etapa enzimática, referindo uma NADH e a outra NADPH. A divergência é real e permanece por resolver nas fontes aqui disponíveis, pelo que a descrição mais segura é indicar o papel desempenhado por cada componente em vez de atribuir um único cofator.

Pode transferir energia, ou um eletrão, para o oxigénio, se houver luz. Esta via só existe sob iluminação. O corante excitado atinge um estado tripleto e, a partir daí, são possíveis dois mecanismos. No primeiro, o corante excitado interage diretamente com uma molécula vizinha, retirando um hidrogénio ou transferindo um eletrão, o que gera radicais; reagir desta forma com água produz radicais hidroxilo. No segundo, a energia de excitação é transferida para o próprio oxigénio, produzindo oxigénio singlete, uma espécie altamente eletrofílica que decai em microssegundos e é geralmente aceite como a principal via pela qual o azul de metileno iluminado danifica células microbianas. Entre os resultados documentados encontram-se reações com lípidos e péptidos do envelope celular e com bases de guanina no DNA.

A consequência prática desta via é que a iluminação altera os valores em ordens de grandeza. Nos dados compilados por Wainwright e Crossley, o azul de metileno contra Pseudomonas aeruginosa apresenta uma concentração bactericida mínima de cerca de 500 micromolar no escuro e cerca de 25 micromolar sob uma dose de luz de 12 joules per square centimetre. Contra uma estirpe de Staphylococcus aureus, os valores no escuro e sob iluminação são ambos 5 micromolar. Por outras palavras, o facto de a molécula poder ou não ser considerada antimicrobiana não é uma propriedade exclusiva da molécula; é uma propriedade da molécula em conjunto com a luz.

Pode atuar diretamente num local enzimático, sem o relé. O azul de metileno oxida o ferro ferroso ligado à sintase do óxido nítrico, inativando a enzima. Bloqueia a guanilato ciclase solúvel, e entre 1 e 10 micromolar é a concentração laboratorial habitual utilizada para esse fim. Inibe a monoamina oxidase tipo A com um IC50 entre 27 e 180 nanomolar, que é o mecanismo subjacente à interação bem documentada com inibidores da recaptação da serotonina e a razão pela qual as interações medicamentosas do azul de metileno constituem uma categoria própria.

Estas três vias são quimicamente distintas. Reduzi-las a uma única afirmação de que o azul de metileno funciona por ciclagem redox é a principal razão pela qual tantos textos sobre a substância parecem simultaneamente seguros e vagos.

Quatro distinções que determinam se uma afirmação sobre um mecanismo significa alguma coisa

Que forma. O corante reduzido não é intercambiável com o corante oxidado. A inibição da acetilcolinesterase ilustra a armadilha: numa incubação in vitro prolongada, o azul de metileno é progressivamente reduzido à sua forma incolor e a inibição diminui, porque a molécula reduzida não inibe essa enzima. Um ensaio suficientemente longo para alterar a forma registará um efeito mais fraco e favorecerá uma explicação errada.

Que concentração. O intervalo laboratorial para inibição da guanilato ciclase solúvel é de 1 a 10 micromolar. A eliminação da transmissão mediada por glutamato em cortes de hipocampo de rato exigiu 5 a 50 micromolar. São descritos efeitos tóxicos em cultura celular acima de 100 micromolar. Estas não são a mesma experiência, e um mecanismo confirmado a 50 micromolar não está automaticamente disponível num doente cuja concentração plasmática seja apenas uma fração desse valor.

Que via. A biodisponibilidade oral absoluta é de cerca de 72 por cento, e a semivida plasmática terminal é de 5 a 7 hours. A administração oral produz concentrações mais elevadas no intestino e no fígado; a administração intravenosa produz concentrações mais elevadas no cérebro. A via determina que tecido entra em contacto com os eletrões.

Que modelo e se as luzes estavam acesas. Grande parte da literatura mecanística baseia-se em culturas celulares e estudos em roedores, e os resultados in vitro com esta molécula dependem da exposição à luz, do potencial de membrana e do estado redox das células, porque a luz de um microscópio é suficiente para a fotossensibilizar. Entre 65 e 85 por cento de uma dose administrada é reduzida à forma incolor nos glóbulos vermelhos e nos tecidos periféricos. Cada uma destas variáveis interpõe-se entre um mecanismo claro observado numa placa e uma afirmação sobre uma pessoa.

Por que razão a questão da pureza é uma questão de química

A iluminação desmetila o azul de metileno. O primeiro produto é Azure B, depois Azure A, seguido de tionina, e uma intensidade luminosa mais elevada produz maior degradação do que uma intensidade mais baixa. Uma molécula cuja utilidade consiste na capacidade de aceitar e doar eletrões é, portanto, uma molécula cujos produtos de degradação prováveis são parentes químicos próximos que permanecem na mesma solução. A composição do que se encontra no recipiente não é um pormenor cosmético.

É por essa razão que a conformidade com a especificação USP é o teste relevante para um comprador. Um produto que não a cumpra é um corante, e um corante contém impurezas, incluindo Azure B, metais pesados e solventes residuais, que uma pessoa que o ingira não deseja consumir. Há ainda a armadilha de um vendedor que testa apenas metais pesados e apresenta o resultado como conformidade total. A Blupreme estabeleceu uma parceria com um fabricante farmacêutico de azul de metileno e testa a especificação completa: identidade, pureza, impurezas orgânicas, solventes residuais, impurezas elementares, resíduo após ignição, limites microbianos e endotoxinas bacterianas. O documento de análises laboratoriais correspondente a cada lote é publicado, e escolher um fornecedor consiste, em grande medida, em verificar se esse documento existe e o que abrange.

Um par reversível. Várias vias a partir dele. A via determina o que a afirmação pode sustentar. :::