Jinsi bluu ya methilini inavyoingia kwenye seli: reduksioni, uoksidishaji upya, na mgawanyo kwenye utando

Ukiangalia sahani ya seli za endotheliamu zikiingiza bluu ya methilini, tafsiri inayoonekana dhahiri pia ndiyo isiyo sahihi. Kimiminika cha ukuzaji hupoteza rangi yake ya bluu, na seli hupata chembechembe za bluu, hivyo inaonekana kwamba rangi hiyo imevuka utando ikiwa molekuli ya bluu. Majaribio yanaonyesha vinginevyo. Umbo la bluu huvuka kwa kiwango kidogo sana. Kinachovuka ni umbo lisilo na rangi, na bluu unayoiona ndani hutengenezwa humo baada ya kuingia.

Mgeuko huo ni muhimu kwa sababu unaamua utiaji rangi unaweza kukuambia nini na hauwezi kukuambia nini. Chembechembe za bluu huonyesha rangi iliyooksidishwa upya na kunaswa katika organeli. Hazionyeshi jumla ya rangi ndani ya seli, hazionyeshi kiasi kilicho katika hali ya reduksioni, wala hazipimi athari ya kibayolojia. Ili kuelewa sababu, fuatilia hatua tatu: reduksioni kwenye uso, usambaaji wa umbo lililofanyiwa reduksioni, na uoksidishaji upya pamoja na kunaswa ndani.

Maumbo hayo mawili hutenda kama molekuli tofauti

Bluu ya methilini iliyooksidishwa ina mfumo bapa wa pete wenye chaji chanya. Huyeyuka katika maji, hufyonza mwanga kwa nguvu karibu na 600 hadi 700 nanometers, na huonekana bluu. Chaji ndiyo jambo kuu. Molekuli yenye chaji na inayopendelea maji haipenyi kwa urahisi kupitia utando wa lipidi, hivyo maelezo makini katika maandiko ya kisayansi ni kwamba haipiti utando kwa urahisi, si kwamba haiwezi kuupita kabisa.

Bluu ya methilini iliyofanyiwa reduksioni, inayoitwa leukobluu ya methilini, haina rangi wala chaji, na huyeyuka katika mafuta. Chaji ikiondolewa, utando huacha kuwa kizuizi. Molekuli iliyofanyiwa reduksioni husambaa kupitia utando kwa urahisi, na ikishaingia katika eneo lenye uwezo mkubwa zaidi wa kuoksidisha, inaweza kupoteza elektroni tena na kurudi katika umbo la bluu, lenye chaji, linalonaswa ndani. Kwa hiyo, kemia ya redoksi ya rangi hiyo pia ndiyo utaratibu wake wa usafirishaji. Ukibadilisha idadi ya elektroni, unabadilisha uwezo wake wa kupenya utando.

Elektroni za hatua ya kwanza hutoka kwenye seli yenyewe. Seli za mamalia husafirisha elektroni kupitia utando wa plasma, zikihamisha nguvu ya reduksioni kutoka kwa watoaji wa elektroni ndani ya seli kwenda kwa wapokeaji kwenye uso. Shughuli hii ya kuvuka utando wa plasma ni kazi ya kawaida ya seli, inayopatikana katika aina nyingi za seli. Enzimu ya reduktasi kwenye uso wa endotheliamu inayoshughulikia rangi za thiazini hutenda kama nyingine kwa namna moja yenye kufichua mengi: huendelea kufanya kazi katika uwepo wa sianidi na azidi kwa dozi zinazozuia hatua zinazofuata. Tofauti hiyo ndiyo msingi wa maelezo haya yote.

Mgawanyo ulianza kuchunguzwa, na karibu ueleze uingizaji

Mwaka 1929, Marian Irwin katika Taasisi ya Rockefeller aliuliza swali rahisi zaidi. Huenda kuingia kwa rangi ni mgawanyo tu kati ya maji na tabaka za mafuta za seli, na tabaka la klorofomu linaweza kuwakilisha tabaka hizo za mafuta katika jaribio la maabara. Katika tafiti zake za upenyaji kwa kutumia spektrofotometria, alitikisa miyeyusho ya rangi ya majini pamoja na klorofomu, kisha akalinganisha kilichohamia katika awamu ya kikaboni na kilichoingia katika seli hai za mwani.

Matokeo mawili ya kazi hiyo bado yanastahili kuzingatiwa. Kwanza, miyeyusho ya kibiashara ya bluu ya methilini ilikuwa na trimethili thionini, ambayo sasa huitwa azure B, na uchafu huo ulipenya haraka zaidi kuliko bluu ya methilini yenyewe, hasa katika pH ya alkali ambako umbo la besi huru linaloyeyuka katika lipidi hutawala. Baadhi ya kile kilichoonekana kuwa uingizaji wa bluu ya methilini kilikuwa kwa kweli uingizaji teule wa azure B. Pili, pH iliamua matokeo kwa kuamua hali ya uainishaji, na seli zilizoharibika ziliingiza rangi nyingi zaidi kuliko seli zisizoharibika. Vigawo vya mgawanyo na hali ya chaji vilitawala kiasi kilichofyonzwa na mfumo wa kuiga na seli hai, na kufanana kwa mifumo hiyo miwili kuliunga mkono wazo la kuwepo kwa tabaka zisizo za majini kwenye mpaka wa seli.

Muundo huo ulitangulia uelewa wa lipidi na uainishaji, lakini haukuweza kutofautisha rangi inayogawanyika ikiwa yenyewe na rangi inayobadilishwa kikemia kwenye uso, ikavuka katika umbo tofauti, kisha ikabadilishwa tena ndani. Tofauti hiyo ilihitaji jaribio jingine, ambalo lilifanyika miaka sabini baadaye katika endotheliamu ya mapafu.

Reduksioni nje, kunaswa ndani

Merker na wenzake walifanya kazi na seli za endotheliamu ya ateri za mapafu ya ng'ombe zilizokuzwa maabara, na wakapendekeza mfuatano wa hatua tatu: rangi iliyooksidishwa hufanyiwa reduksioni kwenye uso wa seli na kuwa umbo lisilo na rangi linalopendelea lipidi; umbo hilo husambaa na kuingia ndani; kisha uoksidishaji upya ndani ya seli hurejesha umbo lililooksidishwa lisilopita utando, ambalo hujikusanya. Kisha utafiti wao wa uingizaji wa thiazini kwenye endotheliamu ulijaribu mfuatano huo kwa kuuzuia katika hatua maalumu.

Nyenzo ya kwanza ilikuwa ferisianidi, kipokeaji cha elektroni kisichoweza kuingia kwenye seli. Enzimu za uso zinapofanyia rangi ya bluu reduksioni na kuigeuza kuwa umbo lisilo na rangi nje ya seli, ferisianidi inaweza kuchukua elektroni hizo tena, na kurejesha rangi ya bluu katika kimiminika cha ukuzaji kabla haijavuka utando. Mradi ferisianidi ilikuwepo kwa ziada (rangi ya 10 micromolar ikilinganishwa na ferisianidi ya 50 hadi 500 micromolar), uingizaji wa rangi ulikaribia kusimama. Uingizaji ulirudia kasi yake ya kawaida baada tu ya ferisianidi kutumika na kuisha. Mwenendo wa kasi ulionyesha jambo hilohilo kwa njia ya pili. Ferisianidi ilipungua kwa kasi takribani isiyobadilika, jambo linalolingana na mtiririko thabiti wa reduksioni kwenye uso unaosambaza elektroni kupitia mpatanishi anayeweza kutumika tena. Wakati huo huo, rangi nje ya seli ilipungua kwa namna ya kielelezo kadiri kiasi chake kilivyokwisha. Mtiririko usiobadilika pamoja na kiasi kinachopungua humaanisha kuwa ishara ya ferisianidi inaonyesha reduksioni inayoendelea, si molekuli za rangi zinazotoka kwenye myeyusho.

Nyenzo ya pili iliondoa kabisa hatua ya kuvuka utando. Kikundi hicho kiliunganisha bluu ya toluidini O, jamaa wa karibu wa thiazini, kwenye mnyororo mkubwa wa poliakrilamidi uliokuwa mkubwa mno kuingia kwenye seli katika hali yoyote ya uoksidishaji. Seli bado zilifanyia reduksioni rangi hiyo iliyofungwa kwenye mnyororo. Kwa hiyo, reduksioni haihitaji kufikia ndani ya seli. Mfumo unaofanya kazi hiyo uko kwenye uso au umeunganishwa nao kwa njia ya umeme.

Kisha ikaja tofauti inayolipa andiko hilo kichwa chake. Sianidi na azidi katika 2 millimolar zilipunguza sana mkusanyiko wa rangi, na chini ya hadubini, mikusanyiko ya bluu iliyokolea na zambarau ambayo kwa kawaida huzunguka kiini ilikaribia kutoweka. Hata hivyo, hakuna mojawapo ya vizuizi hivyo iliyopunguza kasi ya reduksioni nje ya seli: mzunguko wa ferisianidi uliendelea bila kupungua, na polima isiyopenya bado ilifanyiwa reduksioni. Kizuizi kilikuwa katika hatua za baadaye. Sianidi na azidi zilikuwa zikizuia uoksidishaji upya na uwekaji wa rangi katika maeneo maalumu ndani ya seli, si reduksioni kwenye uso. Vipimo vya uhai wa seli viliunga mkono tafsiri hiyo, kwa kuwa seli zilibaki na enzimu yao ya kiashiria cha sitosoli, laktati dehidrojenasi, wakati wa hatua hizo za majaribio. Kwa hiyo, kupungua kwa uingizaji hakukutokana tu na athari ya sumu au kupasuka kwa utando.

Tahadhari moja kutoka kwenye andiko hilo bado inatumika. Mikusanyiko ya bluu ilikuwa karibu na kiini lakini si ndani yake, jambo linalolingana na uoksidishaji ndani ya organeli za seli, lakini utafiti haukubaini ni organeli zipi. Miundo inayofanana katika aina nyingine za seli ilikuwa imehusishwa na lisosomu kwa ushahidi hafifu. Chukulia kunaswa kama jambo lililothibitishwa, lakini eneo lake halisi kama jambo la muda linalohitaji uthibitisho. Wasomaji wanaofuatilia elektroni zinakoenda baadaye wanaweza kuendelea na usafirishaji wa elektroni kwenye mitokondria na ushughulikiaji wa redoksi pamoja na maelezo mapana zaidi ya ufyonzwaji na usambazaji kulingana na njia ya kuingia.

Utiaji rangi hauonyeshi kiwango cha dutu kilichofikia seli au tishu

Utafiti wa tatu unaonyesha kinachotokea mantiki hii ya uingizaji inapolinganishwa na kipimo cha kibayolojia. Scott na wenzake waligundua kwamba methili beta siklodekstrini, sukari yenye umbo la pete, hufungamana moja kwa moja na bluu ya methilini. Kiwango chake thabiti cha kufungamana ni karibu 310 per molar kwa changamani ya kuingizwa ndani ya pete, ikilinganishwa na takribani 5846 per molar kwa kuungana kwa molekuli mbili za rangi. Katika fibroblasti za L929, kufungamana huku kulizuia utiaji rangi kwenye seli na uchocheaji wa uingizaji wa glukosi : kuziweka pamoja na siklodekstrini kabla kulizuia utiaji rangi ya bluu, na kuiongeza baadaye kuliharakisha kuondoka kwa rangi. Kadiri ishara ya bluu inayoonekana ilivyoondoka kwenye seli, usafirishaji wa glukosi uliokuwa umechochewa ulipungua kwa mwenendo unaolingana kwa karibu.

Waandishi walitafsiri uwiano huu kuwa unaunga mkono mwingiliano wa moja kwa moja kati ya rangi na protini katika njia ya uanzishaji wa kisafirishaji cha glukosi, badala ya utaratibu wa msongo wa kioksidishaji unaodumu kwa muda mrefu. Hitimisho hilo lina msingi, lakini lina mipaka. Jaribio halibainishi protini hiyo, halionyeshi kufungamana na kisafirishaji chenyewe, na uwiano kati ya kuondoka kwa rangi na kupotea kwa athari hauwezi kuondoa uwezekano wa kila njia inayopatanishwa na redoksi.

Funzo linalodumu linahusu upimaji. Utiaji rangi unaoonekana kwa mwanga huonyesha rangi inayoonekana, iliyooksidishwa na inayohusishwa na seli. Hauonyeshi kabisa kiasi kisicho na rangi kilichofanyiwa reduksioni, hivyo seli yenye rangi hafifu bado inaweza kuwa na dutu inayolingana na rangi hiyo. Seli iliyotiwa rangi kwa nguvu huonyesha rangi iliyooksidishwa na kunaswa, badala ya kiwango cha jumla cha dutu kilichofikia tishu au ukubwa wa athari. Tahadhari hiyo hiyo inatumika pia katika kiwango kikubwa zaidi: kulinganisha utiaji rangi kati ya aina za seli, au kuchukulia sehemu ya tishu yenye rangi iliyokolea kama uthibitisho wa kiwango kikubwa zaidi cha dutu, hurudia kosa la awali la sahani ya seli. Uingizaji ni mzunguko wa reduksioni, usambaaji na uoksidishaji upya, na picha yoyote ya umbo la bluu katika wakati mmoja huonyesha sehemu moja tu ya mzunguko huo. Athari za vitendo kwa utiaji rangi na ushughulikiaji maabara na kwa kutafsiri madai kuhusu dozi na kiwango cha dutu kinachofikia seli au tishu hutokana moja kwa moja na hilo.