Kumaha métilén biru asup kana sel: réduksi, réoksidasi, jeung partisi mémbran

Lamun niténan métilén biru diserep ku sel éndotél dina wadah kultur, tafsiran anu pangécésna téh justru salah. Médium leungit warna biruna, sel meunang granula biru, jadi zat warna éta pasti geus ngaliwatan mémbran salaku molekul biru. Ékspérimén némbongkeun sabalikna. Wangun biruna hésé pisan ngaliwat. Anu ngaliwat téh wangun anu teu boga warna, sarta warna biru anu katempo di jero téh dijieun di jero, sanggeus zatna asup.

Sabalikna ieu penting lantaran nangtukeun naon anu bisa jeung teu bisa dicaritakeun ku ngawarnaan. Granula biru némbongkeun zat warna teroksidasi anu geus diréoksidasi sarta kajebak dina organél. Éta henteu némbongkeun sakabéh zat warna dina sel, henteu némbongkeun kumpulan zat dina wangun tereduksi, sarta henteu ngukur pangaruh biologis. Pikeun ngarti alesanana, tuturkeun tilu léngkah ieu: réduksi dina permukaan, difusi wangun tereduksi, tuluy réoksidasi jeung kajebakna di jero.

Dua wangunna kalakuanana kawas molekul anu béda

Métilén biru teroksidasi mangrupa sistem cingcin datar anu boga muatan positif. Éta larut dina cai, nyerep cahaya kalayan kuat dina kisaran 600 nepi ka 700 nanometers, sarta katingali biru. Muatanana téh bagian anu penting. Molekul anu boga muatan sarta resep kana cai henteu gampang ngaliwatan mémbran lipid, ku kituna istilah anu ati-ati dina literatur nyaéta rélatif teu bisa ngaliwatan mémbran, lain teu bisa ngaliwatan mémbran pisan.

Métilén biru tereduksi, anu disebut leukométilén biru, teu boga warna, teu boga muatan, sarta larut dina lemak. Lamun muatanana dileungitkeun, mémbran henteu deui jadi panghalang. Molekul tereduksi gampang berdifusi ngaliwat, sarta sanggeus aya di jero kompartemén anu leuwih ngoksidasi, éta bisa kaleungitan éléktron deui sarta balik kana wangun biru anu boga muatan jeung kajebak. Ku kituna, kimia rédoks zat warna éta ogé mangrupa mékanisme transportasina. Robah jumlah éléktronna, robah ogé perméabilitasna.

Éléktron pikeun léngkah kahiji asalna tina sel sorangan. Sel mamalia ngalaksanakeun transportasi éléktron ngaliwatan mémbran plasma, mindahkeun ékuivalén réduksi ti donor di jero sel ka akséptor dina permukaan. Kagiatan lintas mémbran plasma ieu mangrupa fungsi sel anu normal, kapanggih dina kalolobaan jinis sel. Réduktase dina permukaan éndotél anu ngolah zat warna tiazin kalakuanana sarua jeung réduktase séjén dina hiji hal anu penting: éta tetep jalan sanajan aya sianida jeung azida dina dosis anu ngeureunkeun léngkah-léngkah saterusna. Bédana ieu jadi konci pikeun sakabéh pedaran.

Partisi ditalungtik heula, sarta ampir ngajelaskeun nyerepna

Dina 1929, Marian Irwin di Rockefeller Institute nanyakeun hal anu leuwih basajan. Bisa jadi asupna zat warna ngan saukur partisi antara cai jeung lapisan lemak sel, sarta lapisan kloroform bisa dipaké pikeun ngawakilan lapisan lemak éta dina ékspérimén laboratorium. Dina panalungtikan penetrasi sacara spéktrofotométri, anjeunna ngocok larutan zat warna dina cai jeung kloroform, tuluy ngabandingkeun naon anu pindah kana fase organik jeung naon anu asup kana sel ganggang hirup.

Dua pamanggihan tina éta panalungtikan masih perlu diperhatikeun. Kahiji, larutan métilén biru komérsial ngandung trimétil tionin, anu ayeuna disebut azure B, sarta pangotor ieu nembus leuwih gancang batan métilén biru sorangan, utamana dina pH basa nalika wangun basa bébas anu larut dina lipid leuwih dominan. Sabagian anu katingalina mangrupa asupna métilén biru saenyana nyaéta asupna azure B sacara seléktif. Kadua, pH nangtukeun hasilna ku nangtukeun kaayaan ionisasi, sarta sel anu ruksak ngasupkeun jauh leuwih loba zat warna batan sel anu gembleng. Koéfisién partisi jeung kaayaan muatan ngatur naon anu diserep ku sistem jieunan jeung ku sel hirup. Kamiripan antara duanana ngadukung gagasan ayana lapisan noncai dina wates sel.

Modél éta geus ngantisipasi pentingna lipid jeung ionisasi, tapi teu bisa ngabédakeun zat warna anu ngalakukeun partisi dina wangun aslina jeung zat warna anu dirobah sacara kimia dina permukaan, ngaliwat dina wangun séjén, tuluy dirobah deui di jero. Pikeun ngabédakeun éta diperlukeun ékspérimén anu béda, anu kakara dilakukeun tujuh puluh taun saterusna dina éndotél paru-paru.

Réduksi di luar, kajebak di jero

Merker jeung batur sapagaweanana ngagunakeun sel éndotél arteri pulmonal sapi anu dikultur, sarta ngusulkeun runtuyan tilu léngkah: zat warna teroksidasi diréduksi dina permukaan sel jadi wangun lipofilik anu teu boga warna, wangun tereduksi berdifusi asup, tuluy réoksidasi di jero sel ngahasilkeun deui wangun teroksidasi anu teu bisa ngaliwatan mémbran sarta ngumpul di jero. Panalungtikan maranéhna ngeunaan nyerepna tiazin ku éndotél tuluy nguji runtuyan éta ku cara nyobaan megatkeunana dina titik-titik husus.

Alat kahiji nyaéta férisianida, akséptor éléktron anu teu bisa asup kana sel. Nalika énzim permukaan ngaréduksi zat warna biru jadi wangun anu teu boga warna di luar sel, férisianida bisa nyokot deui éléktron éta, ngahasilkeun deui zat warna biru dina médium saméméh éta sempet ngaliwat. Salila férisianida aya dina jumlah kaleuwihan (zat warna 10 micromolar dibandingkeun jeung férisianida 50 nepi ka 500 micromolar), nyerepna zat warna ampir eureun. Ngan sanggeus férisianida béak, nyerepna lumangsung deui dina laju normal. Kinétikana némbongkeun hal anu sarua ku cara séjén. Férisianida ngurangan dina laju anu kurang leuwih angger, saluyu jeung aliran réduksi permukaan anu ajeg nyayagikeun éléktron ka médiator anu bisa didaur ulang, sedengkeun zat warna di luar sel ngurangan sacara éksponénsial nalika jumlahna beuki béak. Aliran anu angger dibarengan ku kumpulan zat anu beuki béak hartina sinyal férisianida némbongkeun réduksi anu terus lumangsung, lain molekul zat warna anu kaluar tina larutan.

Alat kadua ngaleungitkeun lengkep léngkah ngaliwatan mémbran. Tim éta nambatkeun toluidin biru O, zat tiazin anu raket patalina, kana ranté poliakrilamida anu badag teuing pikeun asup kana sel dina kaayaan oksidasi mana waé. Sel tetep ngaréduksi zat warna anu ditambatkeun éta. Ku kituna, réduksi henteu merlukeun aksés ka jero sel. Sistem anu ngalaksanakeunana aya dina permukaan atawa nyambung sacara listrik jeung permukaan.

Saterusna aya pamisahan anu jadi dasar judul makalah éta. Sianida jeung azida dina 2 millimolar kuat pisan ngahambat akumulasi zat warna. Dina mikroskop, inklusi biru poék jeung wungu anu biasana ngurilingan inti sel ampir ngaleungit. Sanajan kitu, henteu aya hiji ogé tina dua panghambat éta anu ngalambatkeun réduksi di luar sel: siklus férisianida terus lumangsung tanpa ngurangan, sarta polimér anu teu bisa nembus mémbran tetep diréduksi. Hambatanana aya dina tahap saterusna. Sianida jeung azida ngeureunkeun réoksidasi jeung pangurungan zat di jero sel, lain réduksi dina permukaan. Kontrol viabilitas ngadukung tafsiran ieu, sabab sel tetep nahan énzim pananda sitosolna, laktat déhidrogénase, salila perlakuan éta. Jadi, leungitna nyerepna lain saukur balukar karacunan atawa mémbran anu beubeulahan.

Hiji catetan kawaspadaan tina makalah éta masih lumaku. Inklusi biru aya di sabudeureun inti sel, lain di jerona, saluyu jeung oksidasi dina organél subselular. Tapi panalungtikan éta henteu nangtukeun organél mana. Pola anu sarupa dina jinis sel séjén kungsi disebut aya dina lisosom dumasar kana bukti anu lemah. Anggap kajebakna zat geus kabuktian, tapi lokasina masih saheulaanan. Nu maca anu ngalacak ka mana éléktron indit saterusna bisa neruskeun kana transportasi éléktron mitokondria jeung pangolahan rédoks sarta gambaran anu leuwih lega ngeunaan absorpsi jeung distribusi dumasar kana jalur asupna.

Ngawarnaan lain paparan

Panalungtikan katilu némbongkeun naon anu kajadian nalika logika nyerepna ieu dipatalikeun jeung hasil pangukuran biologis. Scott jeung batur sapagaweanana manggihan yén métil béta siklodékstrin, gula anu wangunna torus siga cingcin, ngabeungkeut métilén biru sacara langsung, kalayan konstanta asosiasi kira-kira 310 per molar pikeun kompléks inklusi dibandingkeun jeung kira-kira 5846 per molar pikeun dimérisasi zat warna. Dina fibroblas L929, beungkeutan ieu ngahalangan boh ngawarnaan sel boh stimulasi nyerepna glukosa: prainkubasi jeung siklodékstrin nyegah ngawarnaan biru, sarta nambahkeunana sanggeusna ngagancangkeun leungitna warna. Nalika sinyal optik biru leungit tina sel, transportasi glukosa anu geus diaktipkeun ogé ngurangan kalayan pola anu sajajar pisan.

Panulis napsirkeun korélasi ieu leuwih ngadukung interaksi langsung antara zat warna jeung hiji protéin dina jalur aktivasi pangangkut glukosa, tibatan mékanisme strés oksidatif anu tahan lila. Kacindekan éta masuk akal, tapi aya watesna. Ékspérimén éta henteu nangtukeun protéinna, henteu némbongkeun beungkeutan kana pangangkutna sorangan, sarta korélasi antara leungitna warna jeung leungitna pangaruh teu bisa ngaluarkeun sakabéh kamungkinan jalur anu dimédiasi ku rédoks.

Palajaran anu tetep penting nyaéta ngeunaan pangukuran. Ngawarnaan optik némbongkeun zat warna anu katingali, teroksidasi, sarta pakait jeung sel. Éta sama sakali teu ngadeteksi kumpulan zat tereduksi anu teu boga warna. Ku kituna, sel anu pucet masih bisa ngandung ékuivalén zat warna, sarta sel anu warnana kacida pekatna némbongkeun zat warna teroksidasi anu kajebak, lain sakabéh paparan jaringan atawa gedéna pangaruh. Kawaspadaan anu sarua ogé lumaku dina skala anu leuwih gedé: ngabandingkeun ngawarnaan antartipe sel, atawa nganggap irisan jaringan anu poék minangka bukti paparan anu leuwih luhur, téh ngulang kasalahan awal nalika niténan wadah kultur. Nyerepna mangrupa siklus réduksi, difusi, jeung réoksidasi, sarta hiji gambaran sakedapan ngeunaan wangun biru ngan némbongkeun hiji bagian tina éta siklus. Balukar praktis pikeun ngawarnaan jeung penanganan di laboratorium sarta pikeun napsirkeun klaim ngeunaan dosis jeung paparan langsung nuturkeun tina ieu pamahaman.