மெத்திலீன் நீலமும் லியூகோமெத்திலீன் நீலமும்: ஓர் ஆக்சிஜனேற்ற–ஒடுக்க இணை, இரண்டு நிறங்கள்

ஒரு மாணவி சில துளிகள் நீலச் சாயத்தை ஒரு குடுவையில் சேர்த்து, சுழற்றிக் கலக்கி, நிறம் மறைவதைக் கவனிக்கிறார். குடுவையைக் குலுக்கியதும் நீல நிறம் திரும்புகிறது. எலக்ட்ரான்களும் காற்றுடனான தொடர்பும் தவிர, இந்த இரண்டு நிலைகளுக்கு இடையில் எதுவும் சேர்க்கப்படவோ அகற்றப்படவோ இல்லை. இந்தக் கட்டுரையின் முழுக் கருப்பொருளும் அந்தக் குடுவைக்குள் உள்ளது: மெத்திலீன் நீலமும் அதன் ஒடுக்கப்பட்ட இணையான லியூகோமெத்திலீன் நீலமும், நிறத்தை அளவீட்டுக் குறியீடாகக் கொண்ட மீளக்கூடிய ஆக்சிஜனேற்ற–ஒடுக்க இணையாக ஒன்றிலிருந்து மற்றொன்றாக மாறுகின்றன.

முதலில் நடைமுறை முக்கியத்துவத்தைப் பார்ப்போம். இங்கு நிறமாற்றம் என்பது ஒரு பக்கவிளைவு அல்ல. அதுவே பகுப்பாய்வுக் குறியீடு. மெத்திலீன் நீலத்தைப் பயன்படுத்திக் கலவைகளை உருவாக்குபவர்கள், அளவறி பகுப்பாய்வு செய்பவர்கள் அல்லது கற்பிப்பவர்கள், அதன் அரை வினையை நினைவிலிருந்து எழுதவும், அதை இடப்புறமோ வலப்புறமோ நகர்த்தும் நிபந்தனைகளைக் கூறவும், முடிவைத் தெளிவற்றதாக்கும் மாசுகளை அடையாளப்படுத்தவும் தெரிந்திருக்க வேண்டும்.

ஒரே சமன்பாட்டில் இந்த இணை

ஆக்சிஜனேற்றப்பட்ட மெத்திலீன் நீலம் என்பது மெத்தில்தையோனினியம் நேர்மின் அயனி: மைய வளையத்தில் கந்தகமும் நைட்ரஜனும், இரு முனைகளிலும் தலா ஒரு டைமெத்தில்அமினோ தொகுதியும் கொண்ட தட்டையான ஃபீனோதையாசினியம் அமைப்பு. இது குளோரைடு உப்பாக வழங்கப்படுகிறது. PubChem இதை மெத்தில்தையோனினியம் குளோரைடு, C.I. Basic Blue 9 எனப் பதிவு செய்கிறது. நீரில் இதன் ஒற்றை மூலக்கூறு வடிவம் 664 nm அருகே ஒளியை உறிஞ்சுகிறது; இதனால்தான் கண்ணுக்கு நீல நிறம் தெரிகிறது.

ஒடுக்கப்பட்ட லியூகோமெத்திலீன் நீலம் (LMB) அதே மூலக்கூறு எலும்புக்கூட்டைக் கொண்டது; ஆனால் மைய வளையத்தின் நைட்ரஜன் புரோட்டானைப் பெற்றிருக்கும், நிறத்தை உருவாக்கும் குரோமோஃபோர் அமைப்பு சிதைந்திருக்கும். நடுநிலை pH அருகே இது மின்னூட்டமற்றதாகவும் கிட்டத்தட்ட நிறமற்றதாகவும் உள்ளது. காணக்கூடிய ஒளிப் பகுதியில் இதன் உறிஞ்சல் மிகக் குறைவு; 258 nm அருகே வலுவான புறஊதா உறிஞ்சல் பட்டை உள்ளது (லியூகோமெத்திலீன் நீலத்திற்கான PubChem பதிவு, CAS 613-11-6). ஒடுக்கப்பட்ட வடிவம் அமிலத்தில் புரோட்டான்களைப் பெறுவதால், அரை வினையில் உள்ள புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கை pH-ஐச் சார்ந்தது (தோராயமான pKa மதிப்புகள் 4.5 மற்றும் 5.8 அருகே உள்ளன). நடைமுறை வரம்பை மூன்று நிலைகள் உள்ளடக்குகின்றன:

MB(+) + 2 e(-) + H(+) <=> LMB, நீலம் <=> நிறமற்றது (நடுநிலை pH அருகே, 1 புரோட்டான்)

MB(+) + 2 e(-) + 2 H(+) <=> LMBH(+), நீலம் <=> நிறமற்றது (மிதமான அமிலத்தன்மை, 2 புரோட்டான்கள்)

MB(+) + 2 e(-) + 3 H(+) <=> இருமுறை புரோட்டானேற்றப்பட்ட லியூகோ வடிவம் (வலுவான அமிலத்தன்மை, 3 புரோட்டான்கள்)

இந்த மூன்று சமன்பாடுகளும் வெவ்வேறு புரோட்டானேற்ற நிலைகளில் அதே இணையை விவரிக்கின்றன. தையாசின் சாயங்களின் ஆக்சிஜனேற்ற–ஒடுக்க நடத்தை குறித்த ஆய்வு இலக்கியம் இதை முறையாக விளக்குகிறது. Ox + mH(+) + 2e(-) <=> Red என்பதற்கான நெர்ன்ஸ்ட் சமன்பாட்டைப் பின்பற்றியே pH சார்பு அமைகிறது. m = 1, 2, அல்லது 3 ஆக இருக்கும்போது, ஒவ்வொரு pH அலகுக்கும் முறையே சுமார் 29.6, 59.2, அல்லது 88.7 mV சாய்வு கிடைக்கிறது. அளவிடப்பட்ட சாய்வுகள் ஒவ்வொரு pH அலகுக்கும் 28, 58, மற்றும் 87 mV அருகே இருப்பது இந்த வகைப்படுத்தலை உறுதிப்படுத்துகிறது. எனவே, pH குறிப்பிடப்படாமல் தெரிவிக்கப்படும் மின்னழுத்தம் அர்த்தமற்றது.

கலவை உருவாக்குபவருக்கு இந்தச் சமன்பாடு சொல்வது என்ன

வினைவிகித அளவியலிலிருந்து மூன்று உண்மைகள் கிடைக்கின்றன. முதலாவதாக, ஒவ்வொரு மூலக்கூறுக்கும் இரண்டு எலக்ட்ரான்கள் என்பதால், மெத்திலீன் நீலம் அதன் நிகர வினையில் இரண்டு எலக்ட்ரான் குறிகாட்டியாகவும் இடைமாற்றியாகவும் செயல்படுகிறது; ஒற்றை எலக்ட்ரான் கடத்தியாக அல்ல. இரண்டாவதாக, புரோட்டான்கள் பங்கேற்பதால், மேலே விவரித்தபடி நிபந்தனை மின்னழுத்தம் pH-உடன் மாறுகிறது. மூன்றாவதாக, pH 7-இல் நிபந்தனை மின்னழுத்தம் நிலையான ஹைட்ரஜன் மின்முனையுடன் ஒப்பிடும்போது +0.011 V அருகே உள்ளது (pH 0-இல் சுமார் +0.53 V). இதனால் இந்த இணை மிதமான ஆக்சிஜனேற்றிகளின் வரிசையில் அமைகிறது: NAD(P)H அல்லது அஸ்கார்பேட் போன்ற சிறந்த எலக்ட்ரான் வழங்கிகளிடமிருந்து எலக்ட்ரான்களைப் பெறும் அளவுக்கு வலிமையானது; அவற்றைக் கரைந்த ஆக்சிஜனுக்கோ ஃபெரிக் மையங்களுக்கோ வழங்கும் அளவுக்கு வலிமை குறைந்தது. இந்த இடைநிலையான தன்மையே சாயம் ஒரு முனையில் நிலைத்துவிடாமல் சுழற்சியாக மாறுவதற்குக் காரணம்.

செறிவு மேலும் ஒரு சிக்கலைச் சேர்க்கிறது. நீரில் தோராயமாக நூறு மைக்ரோமோலாருக்கு மேல், ஆக்சிஜனேற்றப்பட்ட நேர்மின் அயனிகள் ஒன்றன்மேல் ஒன்று அடுக்கப்பட்டு இருபடிகளையும் பெரிய திரள்களையும் உருவாக்குகின்றன; அவற்றின் உறிஞ்சல் பட்டை 610 முதல் 615 nm அருகே நகர்கிறது. இது pH 7-இல் தெரிவிக்கப்பட்ட சுமார் 170 முதல் 250 uM வரையிலான ஒற்றைப்படி–இருபடி பிரிகை மாறிலியுடன் ஒத்துள்ளது. எனவே, எதிர்பார்க்கப்பட்ட உச்சத்திலிருந்து விலகியதாகத் தோன்றும் நிறமாலை, மாசைக் குறிக்காமல் திரள்தலைக் குறிக்கலாம். முதலில் நீர்த்துப் போகச் செய்யுங்கள்; பின்னர் மதிப்பிடுங்கள்.

ஒவ்வொரு திசையிலும் வினையை இயக்கும் நிபந்தனைகள்

கீழுள்ள அட்டவணை ஆய்வகப் பணிக்கான குறிப்பு. ஒடுக்கத்திற்கு எலக்ட்ரான் வழங்கி தேவை; மீள் ஆக்சிஜனேற்றத்திற்கு எலக்ட்ரான் ஏற்பி தேவை. பொதுவாகக் காற்றே போதுமானது.

ஒவ்வொரு வரிசையும் அதே சமன்பாட்டுக்குக் கட்டுப்படுகிறது. வினையை இயக்கும் விசை மட்டுமே மாறுகிறது. இந்த அர்த்தத்தில்தான் அந்த இணை மீளக்கூடியது: பாதை ஒன்றுதான்; எதிரெதிர் நிபந்தனைகளில் எதிரெதிர் திசைகளில் பயணிக்கப்படுகிறது.

நீலக் குடுவைச் செயல்விளக்கத்தின் விளக்கம்

இந்தச் செயல்விளக்கம் அந்த இணையின் சிறிய அளவிலான வடிவம் என்பதால், அதன் வினைமுறையைத் தெளிவாக விளக்குவது அவசியம். காரத்தன்மையுள்ள குளுக்கோஸ் கரைசலில், காரம் குளுக்கோஸின் ஈனாலாக்கத்தை ஊக்குவிக்கிறது. அதனால் உருவாகும் ஈனிடையோலேட், மெத்திலீன் நீலத்தை லியூகோமெத்திலீன் நீலமாக ஒடுக்குகிறது; குடுவை நிறமற்றதாகிறது. குலுக்கும்போது, கரைசலுக்கு மேலுள்ள வாயு இடத்திலிருந்து ஆக்சிஜன் கரைகிறது. ஆக்சிஜன் லியூகோ வடிவத்தை மீண்டும் ஆக்சிஜனேற்றுவதால் நீல நிறம் திரும்புகிறது. அசைக்காமல் வைத்திருக்கும்போது, மேற்பரப்பு வினைப் பகுதியின் அருகே கரைந்த ஆக்சிஜன் குறைந்து, குளுக்கோஸின் வினை மீண்டும் மேலோங்குகிறது. குளுக்கோஸ் தீரும்வரை இந்தச் சுழற்சி தொடர்கிறது. ஒவ்வொரு குலுக்கலும் கண்ணுக்குத் தெரியும் நெர்ன்ஸ்ட் சமன்பாடு போன்றது: ஆக்சிஜனேற்றியின் செயல்திறனை அதிகரித்தால், சமநிலை நீல நிறத்தை நோக்கி நகர்கிறது.

இடையில் உள்ள தனியுறுப்பு

நிகர வினையில் இரண்டு எலக்ட்ரான்கள் பரிமாறப்படுகின்றன; ஆனால் அடிப்படை வினைப் படிகளில் ஒவ்வொரு முறையும் ஓர் எலக்ட்ரான்தான் பரிமாறப்படுகிறது. நீல நேர்மின் அயனிக்கும் நிறமற்ற லியூகோ வடிவத்திற்கும் இடையில் செமிகுவினோன் தனியுறுப்பு இடைநிலை உள்ளது. அது பெரும்பாலும் தேங்காமல், விகிதச்சிதைவு அடைந்து மீண்டும் அந்த இரு வடிவங்களாக மாறுகிறது. pH 7-இல் அதன் ஒற்றை எலக்ட்ரான் மின்னழுத்தம் எதிர்மறை 0.23 V அருகே உள்ளது; இது நிகர இரண்டு எலக்ட்ரான் நடுப்புள்ளி மின்னழுத்தத்தைவிட மிகவும் குறைவானது. அதனால்தான் நிலைநிறுத்த நிலையில் தனியுறுப்பு ஒரு சிறுபங்கு வடிவமாகவே இருக்கிறது. இது இரண்டு காரணங்களுக்காக முக்கியமானது. ஒளியூட்டப்படும்போது, சாயம் கிளர்வுற்ற நிலைகளை அடைந்து தனியுறுப்பு வினைப் பாதைகளைத் திறக்கிறது. இதனால்தான் மெத்திலீன் நீலக் கரைசல்கள் ஒளிக்கு உணர்திறன் கொண்டவை; எந்த நிலைத்தன்மைச் சோதனை முறையிலும் ஒளிவேதியியல் இடம்பெற வேண்டியதும் இதனால்தான். மேலும், அதிக செறிவில் ஆக்சிஜனேற்றப்பட்ட வடிவம் இருபடியாகிறது. இது அடிப்படை இணையை மாற்றாமல், நிறமாலையையும் தோற்ற வினைவேகவியலையும் மாற்றுகிறது. இந்த இரண்டுமே மீள்தன்மையை முறிப்பதில்லை. மாறாக, மீளாமை போலத் தோன்றக்கூடிய கவனிப்புகளை இரண்டும் விளக்குகின்றன.

மெத்தில் நீக்கப்பட்ட தொடர்புடைய சேர்மங்கள் அளவுகோலை மாற்றுகின்றன

இரண்டு டைமெத்தில்அமினோ கிளைகளிலிருந்து மெத்தில் தொகுதிகளை நீக்கினாலும், பண்புகள் மாறிய நிலையில் இந்த இணை நீடிக்கிறது. ஒவ்வொரு மெத்தில் நீக்கத்திலும் உறிஞ்சல் உச்சம் தொடர்ந்து நீலத் திசையை நோக்கி நகர்கிறது: மெத்திலீன் நீலம் சுமார் 664 nm, Azure B சுமார் 654, அசூர் A சுமார் 630, அசூர் C சுமார் 615, தையோனின் சுமார் 600 nm. ஒரு மெத்தில் தொகுதி குறைந்த Azure B, மிக நெருங்கிய தொடர்புடைய சேர்மம்: இது மெத்திலீன் நீலத்தின் முக்கிய வளர்சிதை மாற்றப் பொருளும், மெத்திலீன் நீலப் பொருளில் ஆவணப்படுத்தப்பட்ட மாசும் ஆகும். அசூர் A மற்றும் அசூர் C அதே ஆக்சிஜனேற்ற–ஒடுக்கச் செயல்பாடுள்ள எலும்புக்கூட்டுடன் இந்த வரிசையைத் தொடர்கின்றன. இரு அமினோ தொகுதிகளிலிருந்தும் மெத்தில் தொகுதிகள் முழுமையாக நீக்கப்பட்ட தையோனின், வரிசையின் இறுதியில் உள்ளது. pH 7-இல் அதன் நிபந்தனை மின்னழுத்தம் +0.06 V அருகே உள்ளது; மெத்திலீன் நீலத்தின் +0.011 V உடன் ஒப்பிடும்போது, அது குறிப்பிடத்தக்க அளவு எளிதாக ஒடுக்கப்படுகிறது. இந்த வரிசை முழுவதிலும் ஆக்சிஜனேற்ற–ஒடுக்க மின்னழுத்தங்கள் ஊடகத்தையும் மின்முனையையும் சார்ந்துள்ளன. எனவே, ஒரே நிபந்தனைத் தொகுப்பிற்குள் உள்ள மதிப்புகளை மட்டுமே ஒப்பிடுங்கள். இதனால்தான் மாசுகளின் தன்மையைப் பகுப்பாய்வு செய்வது வெறும் தூய்மைச் சரிபார்ப்புப் புள்ளியாக இல்லாமல், ஆக்சிஜனேற்ற–ஒடுக்கம் சார்ந்த விஷயமாகிறது. சில சதவீத Azure B இருப்பது, குடுவையில் சில சதவீதம் வேறொரு ஆக்சிஜனேற்ற–ஒடுக்க இணை இருப்பதைக் குறிக்கிறது. அந்தப் பங்கு எவ்வாறு கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது என்பதை மாசாகவும் வளர்சிதை மாற்றப் பொருளாகவும் Azure B ஆவணப்படுத்துகிறது.

உயிரியல் எங்கு இணைகிறது

சிவப்பு இரத்த அணுவுக்குள், NADPH மெத்திலீன் நீலத்தை லியூகோமெத்திலீன் நீலமாக ஒடுக்குகிறது. லியூகோ வடிவம் ஃபெரிக் ஹீம் இரும்புக்கு எலக்ட்ரான்களை வழங்கி, ஹீமோகுளோபினின் ஃபெரஸ் நிலையை மீட்டெடுக்கிறது. இந்த ஒரு எலக்ட்ரான் தொடர் பரிமாற்றமே, பெறப்பட்ட மெத்ஹீமோகுளோபினீமியாவில் மெத்திலீன் நீலம் பயன்படுத்தப்படுவதற்கான வேதியியல் அடிப்படை. இந்தப் பரிமாற்றத்திற்குப் பிந்தைய அனைத்தும் — ஆற்றல் வளர்சிதை மாற்றம், மைட்டோகாண்ட்ரிய எலக்ட்ரான் ஓட்டம், எந்த உயிரியல் விளைவும் — மைட்டோகாண்ட்ரிய எலக்ட்ரான் கடத்தல் என்ற தலைப்பிற்கு உரியவை; அவை திட்டமிட்டே அங்கு விடப்பட்டுள்ளன.

நிறத்தை மட்டும் அல்ல, இணையை வாங்குங்கள்

ஓர் ஆக்சிஜனேற்ற–ஒடுக்கச் சாயத்தின் தரம் அதன் விவரக்குறிப்பின் தரத்தைப் பொறுத்ததே. உயர் தூய்மை முக்கியமானது. ஏனெனில், USP அல்லாத மெத்திலீன் நீலம் பொதுவாகத் துணிநூல் தரத்தில் இருக்கும்; அதில் Azure B, கன உலோகங்கள் அல்லது எஞ்சிய கரைப்பான்கள் இருக்கலாம். இவை ஆக்சிஜனேற்ற–ஒடுக்க அளவீடுகளை மாற்றி, இறுதிப்புள்ளிகளைத் தெளிவற்றதாக்குகின்றன; எந்தச் சாயமிடல் செயல்முறையும் இவற்றைச் சோதிப்பதில்லை. USP இணக்கத்தைக் கூறும் பெரும்பாலான விற்பனையாளர்கள் கன உலோகங்களை மட்டும் சோதித்துவிட்டு, அனைத்தும் சரியாகிவிட்டதாக அறிவிக்கின்றனர். முழுமையான இணக்கம் என்பது அடையாளம், அளவுத்திறன் மதிப்பீடு, கரிம மாசுகள், எஞ்சிய கரைப்பான்கள், தனிம மாசுகள், எரித்தபின் எச்சம், நுண்ணுயிர் வரம்புகள் மற்றும் பாக்டீரிய எண்டோடாக்சின்கள் ஆகியவற்றை உள்ளடக்கியது. அந்த ஆவணங்களை எவ்வாறு வாசிப்பது என்பதை மருந்துத் தர மெத்திலீன் நீலத்தை எவ்வாறு தேர்ந்தெடுப்பது விளக்குகிறது. Blupreme, மெத்திலீன் நீலத்தைத் தயாரிக்கும் மருந்து உற்பத்தியாளருடன் இணைந்து செயல்படுகிறது; முழு USP விவரக்குறிப்பின்படி சோதித்து, முழுமையான COA-ஐ வெளியிடுகிறது. நிறமே அளவீடாக இருக்கும்போது, அந்த ஆவணங்களும் அளவீட்டுக் கருவியின் ஒரு பகுதியாகும்.