Si funksionon blu metileni? Kimia redoks dhe mekanizmat

Një balonë e mbyllur me tapë mbi një tavolinë laboratori është hyrja më e shkurtër dhe e ndershme për të shpjeguar se si funksionon blu metileni. Ujë, glukozë, një majë hidroksidi natriumi dhe aq bojë sa lëngu të marrë një ngjyrë blu të thellë e të pagabueshme. Prisni disa minuta dhe ngjyra blu zhduket derisa balona të duket sikur përmban ujë. Tundeni dhe ngjyra rikthehet menjëherë. Pastaj zbehet sërish dhe kjo do të vazhdojë për aq kohë sa ka glukozë të gatshme të japë elektrone dhe oksigjen të gatshëm t'i marrë ato.

Asgjë te boja nuk ka ndryshuar përveç numrit të elektroneve që ajo mbart. Në formën e oksiduar është blu. Në formën e reduktuar nuk është. Pothuajse gjithçka tjetër në literaturën terapeutike dhe kërkimore për këtë molekulë rrjedh nga ai hap i vetëm i kthyeshëm, sepse një molekulë që mund të marrë elektrone nga një partner dhe t'ia kalojë një tjetri është një ndërmjetës, dhe një ndërmjetës nuk bën asgjë vetë. Ajo që bën varet tërësisht nga ajo që ndodhet në secilin skaj të tij.

Dy forma dhe pse çifti ka rëndësi

Forma e oksiduar është një sistem unazor planar me ngarkesë pozitive. Kjo formë e sheshtë dhe e ngarkuar është arsyeja pse grumbullohet pranë acideve nukleike, pse lidhet me strukturat e sialiluara në membranat qelizore dhe pse përthith fort dritën e dukshme afërsisht midis 600 dhe 700 nanometrave, pjesa e spektrit që syri i njeriut e percepton si blu.

Forma e reduktuar është ndryshe. Ajo nuk ka ngarkesë, tretet në yndyrë në vend të ujit dhe është pa ngjyrë. Jonizimi i saj është shumë i ulët në pH-në brenda trupit, në rendin e disa përqindëve. Prandaj molekula e reduktuar kalon lehtësisht përmes membranës qelizore me anë të difuzionit dhe, pasi hyn brenda, ku mjedisi është më oksidues, mund të rioksidohet dhe praktikisht të mbetet e bllokuar. Sistemi unazor i oksiduar është i sheshtë; ai i reduktuar mund të përdridhet. Këto pasoja strukturore, si edhe vetë ndryshimi i ngjyrës, janë pjesë e historisë së këtyre dy formave më vete dhe trajtohen më hollësisht te krahasimi i blu metilenit me leucomethylene blue.

Pranimi i elektroneve

Boja e oksiduar pranon elektrone nga një gamë e gjerë dhuruesish. Glukoza në balonën demonstruese është një prej tyre. Brenda një qelize, nukleotidet e reduktuara të piridinës dhe përbërësit e zinxhirit mitokondrial të transportit të elektroneve janë të tjerë. Kur blu metileni reduktohet në një ind që përmban oksigjen, cikli që krijon konsumon si agjentin reduktues, ashtu edhe oksigjenin, dhe prodhon specie reaktive të oksigjenit, kryesisht peroksid hidrogjeni. Boja del nga cikli e pandryshuar, gati për ta përsëritur atë.

Kjo pikë e fundit shpjegon një kundërthënie që përndryshe mund të duket si pakujdesi. Blu metileni përshkruhet në literaturë si pro-oksidant dhe si antioksidant, dhe të dyja përshkrimet janë të mbrojtshme. Ai mund të frenojë prodhimin e superoksidit duke vepruar si pranues artificial i elektroneve, duke devijuar rrjedhën e elektroneve larg vendeve enzimatike ku, përndryshe, oksigjeni do të shndërrohej në radikale superoksidi. Në kultura të qelizave të mëlçisë është treguar se nxit enzimat mbrojtëse antioksiduese të fazës 2, përfshirë tioredoksinë reduktazën 1 dhe NADPH kinonë oksidoreduktazën. Se cilën nga këto dy anë shihni varet nga cili skaj i ndërmjetësimit ka mungesë elektronësh në atë moment. Një pyetje si "a është blu metileni antioksidant" nuk është formuluar siç duhet derisa të përcaktoni në cilin sistem, në çfarë përqendrimi dhe me çfarë tjetër të pranishme.

Kalimi i elektroneve më tej

Pasi boja mban një elektron shtesë, mund të ndodhin tre gjëra shumë të ndryshme dhe zakonisht ato përshkruhen nën një titull të vetëm. Nuk duhet.

Mund t'ia kalojë elektronin një qendre metalike. Rasti më i qartë është hemoglobina që është oksiduar nga gjendja ferroze në gjendjen ferrike. Në atë gjendje nuk mund të transportojë oksigjen. Në qelizat e kuqe të gjakut, një enzimë redukton bojën dhe boja e reduktuar më pas ia kalon elektronet hekurit të oksiduar të hemit në mënyrë joenzimatike, duke rikthyer hemoglobinën funksionale dhe duke e kthyer bojën në formën e saj të oksiduar. Boja nuk konsumohet nga ky proces; ajo qarkullon në cikël. Konteksti klinik që mbështetet në këtë reaksion është çështje spitalore dhe shpjegimi i blu metilenit në methemoglobinemi trajton mënyrën si përdoret dhe pse mbikëqyret kaq nga afër.

Një shënim i rëndësishëm për leximin: dy rishikimet mbi të cilat mbështetet ky artikull nuk përmendin të njëjtin kofaktor reduktues për hapin enzimatik; njëri thotë NADH dhe tjetri NADPH. Mospërputhja është reale dhe mbetet e pazgjidhur në burimet e disponueshme këtu, prandaj përshkrimi më i sigurt është roli që luan secila pjesë, jo emri i një kofaktori të vetëm.

Mund t'i kalojë energji ose një elektron oksigjenit, nëse ka dritë. Kjo rrugë ekziston vetëm nën ndriçim. Boja e eksituar arrin një gjendje triplete dhe prej andej janë të mundur dy mekanizma. Në të parin, boja e eksituar ndërvepron drejtpërdrejt me një molekulë fqinje, duke marrë një hidrogjen ose duke transferuar një elektron, gjë që gjeneron radikale; reagimi me ujin në këtë mënyrë prodhon radikale hidroksili. Në të dytin, energjia e eksitimit i kalon vetë oksigjenit, duke prodhuar oksigjen singlet, një specie shumë elektrofile që shpërbëhet brenda mikrosekondave dhe përgjithësisht pranohet si rruga kryesore përmes së cilës blu metileni i ndriçuar dëmton qelizat mikrobike. Reaksionet me lipidet dhe peptidet e mbështjellësit qelizor, si edhe me bazat e guaninës në ADN, janë ndër rezultatet e dokumentuara.

Pasoja praktike e kësaj rruge është se ndriçimi i ndryshon vlerat me rende madhësie. Në të dhënat e mbledhura nga Wainwright dhe Crossley, blu metileni kundër Pseudomonas aeruginosa ka një përqendrim minimal baktericid rreth 500 mikromolar në errësirë dhe rreth 25 mikromolar nën një dozë drite prej 12 xhaulësh për centimetër katror. Kundër një shtami të Staphylococcus aureus, vlerat në errësirë dhe nën ndriçim janë të dyja 5 mikromolar. Me fjalë të tjera, nëse molekula konsiderohet apo jo antimikrobike nuk është vetëm veti e molekulës; është veti e molekulës së bashku me dritën.

Mund të veprojë drejtpërdrejt në një vend enzimatik, pa ndërmjetësim. Blu metileni oksidon hekurin ferroz të lidhur me sintetazën e oksidit nitrik, gjë që çaktivizon enzimën. Ai bllokon guanilat ciklazën e tretshme dhe midis 1 dhe 10 mikromolar është përqendrimi rutinë laboratorik i përdorur për këtë qëllim. Ai frenon monoaminë oksidazën e tipit A me një IC50 midis 27 dhe 180 nanomolar, që është mekanizmi pas ndërveprimit të mirëdokumentuar me frenuesit e rimarrjes së serotoninës dhe arsyeja pse ndërveprimet e blu metilenit me barnat përbëjnë një kategori më vete.

Këto tre rrugë janë kimikisht të dallueshme. Përmbledhja e tyre në një pretendim të vetëm se blu metileni funksionon përmes ciklimit redoks është arsyeja kryesore pse kaq shumë shkrime për të duken njëkohësisht të sigurta dhe të paqarta.

Katër dallime që përcaktojnë nëse një pohim për mekanizmin ka kuptim

Cila formë. Boja e reduktuar nuk është e këmbyeshme me bojën e oksiduar. Frenimi i acetilkolinesterazës e ilustron kurthin: gjatë një inkubimi të gjatë in vitro, blu metileni reduktohet gradualisht në formën e tij pa ngjyrë dhe frenimi zvogëlohet, sepse molekula e reduktuar nuk e frenon atë enzimë. Një analizë që zgjat aq shumë sa të ndryshojë formën do të raportojë një efekt më të dobët dhe do të nxisë një shpjegim të gabuar.

Cili përqendrim. Intervali laboratorik për frenimin e guanilat ciklazës së tretshme është 1 deri në 10 mikromolar. Për të eliminuar transmetimin e ndërmjetësuar nga glutamati në feta të hipokampusit të miut u deshën 5 deri në 50 mikromolar. Efekte toksike në kultura qelizore raportohen mbi 100 mikromolar. Këto nuk janë i njëjti eksperiment dhe një mekanizëm i konfirmuar në 50 mikromolar nuk është automatikisht i zbatueshëm te një pacient, përqendrimi plazmatik i të cilit është vetëm një pjesë e kësaj vlere.

Cila rrugë. Biodisponueshmëria absolute orale është rreth 72 për qind dhe gjysmëjeta terminale plazmatike është 5 deri në 7 orë. Administrimi oral prodhon përqendrime më të larta në zorrë dhe mëlçi; administrimi intravenoz prodhon përqendrime më të larta në tru. Rruga përcakton se cili ind takohet me elektronet.

Cili model dhe nëse dritat ishin ndezur. Pjesa më e madhe e literaturës mekanistike bazohet në kultura qelizore dhe punë me brejtës, dhe rezultatet in vitro për këtë molekulë varen nga ekspozimi ndaj dritës, potenciali i membranës dhe gjendja redoks e qelizave, sepse edhe një llambë mikroskopi mjafton për ta fotosensibilizuar. Midis 65 dhe 85 për qind e një doze të administruar reduktohet në formën pa ngjyrë në qelizat e kuqe të gjakut dhe indet periferike. Secila prej këtyre ndryshoreve qëndron midis një mekanizmi të pastër në një enë laboratorike dhe një pohimi për një person.

Pse pyetja e pastërtisë është pyetje kimie

Ndriçimi e demetilon blu metilenin. Produkti i parë është Azure B, më pas Azure A, pastaj tionina, dhe intensiteti më i lartë i dritës prodhon më shumë zbërthim sesa intensiteti më i ulët. Prandaj, një molekulë dobia e së cilës qëndron në aftësinë për të pranuar dhe dhuruar elektrone është gjithashtu një molekulë, produktet e mundshme të degradimit të së cilës janë të afërm kimikë që mbeten në të njëjtën tretësirë. Përbërja e asaj që ndodhet në enë nuk është një hollësi kozmetike.

Kjo është arsyeja pse përputhshmëria me specifikimin USP është testi me kuptim për një blerës. Një produkt që nuk e përmbush atë është një bojë dhe një bojë mbart papastërti, përfshirë Azure B, metale të rënda dhe tretës të mbetur, të cilat një person që e gëlltit nuk i dëshiron. Kurthi tjetër është një shitës që teston vetëm për metale të rënda dhe e paraqet rezultatin si përputhshmëri të plotë. Blupreme ka bashkëpunuar me një prodhues farmaceutik të blu metilenit dhe teston të gjithë specifikimin: identitetin, pastërtinë, papastërtitë organike, tretësit e mbetur, papastërtitë elementare, mbetjen pas ndezjes, kufijtë mikrobikë dhe endotoksinat bakteriale. Dokumenti i testimit laboratorik për secilën seri publikohet dhe zgjedhja e një furnizuesi është kryesisht çështje e verifikimit nëse ai dokument ekziston dhe çfarë mbulon.

Një çift i vetëm i kthyeshëm. Disa rrugë që dalin prej tij. Rruga përcakton se çfarë mund të pohohet. :::