Kako deluje metilensko plavo: prenos elektrona i gde elektroni završavaju

Zatvorena tikvica na laboratorijskom stolu najkraći je pošten uvod u to kako deluje metilensko plavo. Voda, glukoza, prstohvat natrijum-hidroksida i dovoljno boje da tečnost postane duboko, nepogrešivo plava. Sačekajte nekoliko minuta i plava boja nestaje sve dok tikvica ne izgleda kao da je puna vode. Protresite je i boja se naglo vraća. Zatim ponovo bledi, i to će se ponavljati sve dok postoji glukoza spremna da preda elektrone i kiseonik spreman da ih prihvati.

Na samoj boji ništa se nije promenilo osim broja elektrona koje nosi. U oksidovanom obliku je plava. U redukovanom nije. Gotovo sve ostalo u terapijskoj i istraživačkoj literaturi o ovom molekulu proizlazi iz tog jednog reverzibilnog koraka, jer je molekul koji može da preuzme elektrone od jednog partnera i preda ih drugom posrednik, a posrednik sam po sebi ne radi ništa. Ono što radi u potpunosti zavisi od toga šta se nalazi na svakom njegovom kraju.

Dva oblika i zašto je taj par važan

Oksidovani oblik je planaran, pozitivno naelektrisan prstenasti sistem. Taj ravan, naelektrisan oblik razlog je što se slaže uz nukleinske kiseline, što se vezuje za sijalilovane strukture na ćelijskim membranama i što snažno apsorbuje vidljivu svetlost između približno 600 i 700 nanometara, što je deo spektra koji ljudsko oko opaža kao plavu boju.

Redukovani oblik je drugačiji. Nema naelektrisanje, rastvara se u mastima umesto u vodi i bezbojan je. Njegova jonizacija je veoma niska pri pH vrednosti unutar tela, reda veličine nekoliko procenata. Zato redukovani molekul lako prolazi kroz ćelijsku membranu difuzijom, a kada uđe unutra, gde je sredina više oksidujuća, može ponovo da se oksiduje i praktično ostane zarobljen. Oksidovani prstenasti sistem je ravan; redukovani može da se uvije. Te strukturne posledice, kao i sama promena boje, deo su priče o ova dva oblika i detaljnije su obrađene u poređenju metilenskog plavog i leukometilenskog plavog.

Prihvatanje elektrona

Oksidovana boja prihvata elektrone od širokog spektra donora. Glukoza u demonstracionoj tikvici je jedan od njih. Unutar ćelije, redukovani piridinski nukleotidi i komponente mitohondrijskog lanca transporta elektrona predstavljaju druge. Kada se metilensko plavo redukuje u tkivu koje sadrži kiseonik, ciklus koji uspostavlja troši i redukciono sredstvo i kiseonik, a proizvodi reaktivne vrste kiseonika, prvenstveno vodonik-peroksid. Boja iz ciklusa izlazi nepromenjena, spremna da ga ponovo pokrene.

Ta poslednja tačka objašnjava kontradikciju koja bi inače delovala kao nemarnost. Metilensko plavo se u literaturi opisuje i kao prooksidans i kao antioksidans, a oba opisa mogu se braniti. Može da potisne stvaranje superoksida delujući kao veštački akceptor elektrona i preusmeravajući tok elektrona dalje od enzimskih mesta na kojima bi se kiseonik inače pretvorio u superoksidne radikale. U kulturama ćelija jetre pokazano je da indukuje antioksidativne odbrambene enzime faze 2, uključujući tioredoksin-reduktazu 1 i NADPH-hinon-oksidoreduktazu. Koju od te dve strane ćete videti zavisi od toga kom kraju prenosa u tom trenutku nedostaju elektroni. Pitanje poput „da li je metilensko plavo antioksidans“ nije pravilno postavljeno dok se ne navede u kom sistemu, pri kojoj koncentraciji i uz prisustvo čega još.

Predavanje elektrona dalje

Kada boja zadrži dodatni elektron, zatim mogu da se dogode tri veoma različite stvari, a one se obično opisuju pod jednim naslovom. Ne bi trebalo.

Može da preda elektron metalnom centru. Najjasniji primer je hemoglobin koji je oksidovan iz fero u feri stanje. U tom stanju ne može da prenosi kiseonik. U crvenim krvnim zrncima enzim redukuje boju, a redukovana boja zatim neenzimski predaje elektrone oksidovanom gvožđu hema, obnavljajući funkcionalni hemoglobin i vraćajući boju u njen oksidovani oblik. Boja se pri tome ne troši; ona kruži. Klinička primena zasnovana na ovoj reakciji pripada bolničkoj medicini, a objašnjenje metilenskog plavog kod methemoglobinemije opisuje kako se koristi i zašto se primena tako pažljivo nadzire.

Važna napomena pri čitanju: dva pregledna rada na kojima se ovaj članak zasniva ne navode isti redukcioni kofaktor za enzimski korak, pri čemu jedan navodi NADH, a drugi NADPH. Neslaganje je stvarno i nije razrešeno u ovde dostupnim izvorima, pa je bezbednije opisati ulogu svakog dela nego navesti jedan jedini naziv kofaktora.

Može da prenese energiju ili elektron na kiseonik, ako postoji svetlost. Ovaj put postoji samo pri osvetljavanju. Pobužena boja prelazi u tripletno stanje, a odatle su moguća dva mehanizma. U prvom, pobuđena boja direktno reaguje sa susednim molekulom, uzimajući vodonik ili prenoseći elektron, čime nastaju radikali; reakcija sa vodom na ovaj način proizvodi hidroksilne radikale. U drugom, energija pobude prenosi se na sam kiseonik, pri čemu nastaje singletni kiseonik, izrazito elektrofilna vrsta koja se raspada u roku od mikrosekundi i koja se generalno smatra glavnim putem kojim osvetljeno metilensko plavo oštećuje mikrobne ćelije. Među dokumentovanim ishodima su reakcije sa lipidima i peptidima ćelijskog omotača, kao i sa gvaninskim bazama u DNK.

Praktična posledica ovog puta jeste da osvetljavanje menja vrednosti za čitave redove veličine. U podacima koje su prikupili Wainwright i Crossley, metilensko plavo protiv Pseudomonas aeruginosa ima minimalnu baktericidnu koncentraciju od oko 500 mikromolara u mraku i oko 25 mikromolara pri dozi svetlosti od 12 džula po kvadratnom centimetru. Protiv jednog soja Staphylococcus aureus, vrednosti u mraku i pri osvetljavanju iznose 5 mikromolara. Drugim rečima, da li se molekul uopšte može smatrati antimikrobnim nije svojstvo samo molekula; to je svojstvo molekula zajedno sa svetlošću.

Može direktno da deluje na enzimskom mestu, bez prenosa. Metilensko plavo oksiduje fero gvožđe vezano za sintazu azot-monoksida, čime deaktivira enzim. Blokira rastvorljivu gvanilat-ciklazu, a između 1 i 10 mikromolara je uobičajena laboratorijska koncentracija koja se koristi u tu svrhu. Inhibira monoamin-oksidazu tipa A sa IC50 između 27 i 180 nanomolara, što je mehanizam iza dobro dokumentovane interakcije sa inhibitorima ponovnog preuzimanja serotonina i razlog zbog kog su interakcije metilenskog plavog sa lekovima posebna kategorija.

Ova tri puta hemijski su različita. Njihovo svođenje na jednu tvrdnju da metilensko plavo deluje putem redoks ciklusa glavni je razlog zbog kog veliki deo tekstova o njemu istovremeno zvuči samouvereno i neodređeno.

Četiri razlike koje određuju da li tvrdnja o mehanizmu uopšte nešto znači

Koji oblik. Redukovana boja nije zamenljiva oksidovanom bojom. Inhibicija acetilholinesteraze ilustruje zamku: tokom duge in vitro inkubacije metilensko plavo se postepeno redukuje u svoj bezbojni oblik, a inhibicija slabi, jer redukovani molekul ne inhibira taj enzim. Test koji traje dovoljno dugo da promeni oblik prijaviće slabiji efekat i podstaći pogrešno objašnjenje.

Koja koncentracija. Laboratorijski raspon za inhibiciju rastvorljive gvanilat-ciklaze iznosi 1 do 10 mikromolara. Za potpuno ukidanje glutamatom posredovane transmisije u presecima hipokampusa pacova bilo je potrebno 5 do 50 mikromolara. Toksični efekti u ćelijskoj kulturi prijavljeni su iznad 100 mikromolara. To nisu isti eksperimenti, a mehanizam potvrđen pri 50 mikromolara nije automatski primenljiv na pacijenta čija je koncentracija u plazmi samo deo te vrednosti.

Koji put primene. Apsolutna oralna bioraspoloživost je oko 72 procenta, a terminalno poluvreme u plazmi iznosi 5 do 7 sati. Oralna primena dovodi do viših koncentracija u crevima i jetri; intravenska primena dovodi do viših koncentracija u mozgu. Put primene određuje koje će tkivo doći u kontakt sa elektronima.

Koji model i da li su svetla bila uključena. Veliki deo literature o mehanizmima zasniva se na ćelijskim kulturama i eksperimentima na glodarima, a in vitro rezultati sa ovim molekulom zavise od izloženosti svetlosti, membranskog potencijala i redoks stanja ćelija, jer je i svetlost mikroskopske lampe dovoljna da ga fotosenzitizuje. Između 65 i 85 procenata primenjene doze redukuje se u bezbojni oblik u crvenim krvnim zrncima i perifernom tkivu. Svaka od tih promenljivih stoji između jasnog mehanizma u laboratorijskoj posudi i tvrdnje o čoveku.

Zašto je pitanje čistoće zapravo pitanje hemije

Osvetljavanje demetiluje metilensko plavo. Prvi proizvod je Azure B, zatim Azure A, pa tionin, a veći intenzitet svetlosti dovodi do većeg razlaganja nego manji. Molekul čija korisnost proizlazi iz sposobnosti da prihvata i predaje elektrone stoga je molekul čiji su verovatni proizvodi razgradnje bliski hemijski srodnici koji ostaju u istom rastvoru. Sastav onoga što se nalazi u posudi nije kozmetički detalj.

Zato je usklađenost sa USP specifikacijom smislen test za kupca. Proizvod koji je ne ispunjava jeste boja, a boja nosi nečistoće, uključujući Azure B, teške metale i rezidualne rastvarače, koje osoba koja je unosi gutanjem ne želi. Dodatna zamka je prodavac koji testira samo teške metale i rezultat predstavlja kao potpunu usklađenost. Blupreme sarađuje sa farmaceutskim proizvođačem metilenskog plavog i testira kompletnu specifikaciju: identitet, čistoću, organske nečistoće, rezidualne rastvarače, elementarne nečistoće, ostatak nakon žarenja, mikrobiološke granice i bakterijske endotoksine. Dokument o laboratorijskom testiranju za svaku seriju je objavljen, a izbor dobavljača uglavnom se svodi na proveru da li taj dokument postoji i šta obuhvata.

Jedan reverzibilni par. Nekoliko puteva koji iz njega proizlaze. Put određuje šta se može tvrditi.