మిథిలీన్ బ్లూ కణాల్లోకి ఎలా ప్రవేశిస్తుంది: క్షయీకరణ, పునరాక్సీకరణ, పొరలో విభజన

ఒక పాత్రలోని ఎండోథీలియల్ కణాలు మిథిలీన్ బ్లూను గ్రహించడాన్ని చూస్తే, వెంటనే కలిగే అభిప్రాయమే తప్పు అభిప్రాయం కూడా అవుతుంది. మాధ్యమం తన నీలి రంగును కోల్పోతుంది, కణాల్లో నీలి కణికలు ఏర్పడతాయి; కాబట్టి రంగు పదార్థం నీలి అణువుగానే పొర గుండా ప్రవేశించి ఉండాలి అనిపిస్తుంది. ప్రయోగాలు మాత్రం వేరే విషయాన్ని చెబుతున్నాయి. నీలి రూపం పొరను దాటడం చాలా తక్కువ. దాటేది రంగులేని రూపం; లోపల కనిపించే నీలి రంగు, ప్రవేశించిన తర్వాత అక్కడే ఏర్పడుతుంది.

ఈ తారుమారు ప్రక్రియ ముఖ్యమైనది, ఎందుకంటే రంగు పట్టడం ద్వారా ఏమి తెలుసుకోవచ్చో, ఏమి తెలుసుకోలేమో అదే నిర్ణయిస్తుంది. నీలి కణికలు పునరాక్సీకరణ చెంది కణాంగాల్లో చిక్కుకున్న ఆక్సీకృత రంగు పదార్థాన్ని సూచిస్తాయి. అవి కణంలోని మొత్తం రంగు పదార్థాన్ని సూచించవు, క్షయీకృత రూపంలో ఉన్న నిల్వను సూచించవు, జీవసంబంధ ప్రభావాన్ని కొలవవు. ఎందుకో అర్థం చేసుకోవడానికి ఈ మూడు దశలను అనుసరించండి: ఉపరితలంపై క్షయీకరణ, క్షయీకృత రూపం వ్యాపనం, లోపల పునరాక్సీకరణతో చిక్కుకోవడం.

రెండు రూపాలు వేర్వేరు అణువుల్లా ప్రవర్తిస్తాయి

ఆక్సీకృత మిథిలీన్ బ్లూ సమతలమైన, ధన విద్యుదావేశం కలిగిన వలయ వ్యవస్థ. ఇది నీటిలో కరుగుతుంది, సుమారు 600 నుంచి 700 nanometers పరిధిలో కాంతిని బలంగా శోషిస్తుంది, నీలంగా కనిపిస్తుంది. ఇక్కడ విద్యుదావేశమే కీలకం. విద్యుదావేశం కలిగి, నీటితో కలిసే అణువు లిపిడ్ పొర గుండా సులభంగా జారిపోదు. అందుకే శాస్త్రీయ సాహిత్యంలో జాగ్రత్తగా వాడే పదబంధం పొరను అసలు దాటలేనిది అని కాదు, సాపేక్షంగా పొరను దాటలేనిది అని.

ల్యూకోమిథిలీన్ బ్లూ అని పిలిచే క్షయీకృత మిథిలీన్ బ్లూ రంగులేనిది, విద్యుదావేశం లేనిది, కొవ్వులో కరిగేది. విద్యుదావేశాన్ని తొలగిస్తే, పొర ఇక గోడలా అడ్డుపడదు. క్షయీకృత అణువు సులభంగా పొర గుండా వ్యాపిస్తుంది. మరింత ఆక్సీకరణ అనుకూల వాతావరణం ఉన్న కణ విభాగంలోకి చేరిన తర్వాత, అది మళ్లీ ఎలక్ట్రాన్లను కోల్పోయి నీలి రంగు, విద్యుదావేశం కలిగిన, లోపల చిక్కుకునే రూపానికి తిరిగి మారవచ్చు. కాబట్టి రంగు పదార్థం యొక్క రెడాక్స్ రసాయనశాస్త్రం దాని రవాణా యంత్రాంగం కూడా. ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్యను మార్చితే, పొరను దాటే సామర్థ్యం కూడా మారుతుంది.

మొదటి దశకు అవసరమైన ఎలక్ట్రాన్లు కణం నుంచే వస్తాయి. క్షీరద కణాలు ప్లాస్మా పొర గుండా ఎలక్ట్రాన్ రవాణాను నిర్వహిస్తాయి; కణాంతర దాతల నుంచి క్షయీకరణ సామర్థ్యాన్ని ఉపరితలంలోని గ్రహీతలకు బయటివైపు బదిలీ చేస్తాయి. ప్లాస్మా పొరను దాటే ఈ చర్య సాధారణ కణ విధి; ఇది చాలా రకాల కణాల్లో కనిపిస్తుంది. థయాజిన్ రంగు పదార్థాలను క్షయీకరించే ఎండోథీలియల్ ఉపరితల రిడక్టేజ్, ఒక ముఖ్యమైన విషయంలో ఇతర రిడక్టేజ్‌ల మాదిరిగానే ప్రవర్తిస్తుంది: తర్వాతి దశలను నిలిపివేసే మోతాదుల్లో సయనైడ్, అజైడ్ ఉన్నప్పటికీ అది పనిచేస్తూనే ఉంటుంది. ఈ దశల మధ్య తేడానే మొత్తం కథకు కీలకం.

ముందుగా విభజన నమూనా వచ్చింది; అది గ్రహణాన్ని దాదాపుగా వివరించింది

1929లో, రాక్‌ఫెల్లర్ ఇన్‌స్టిట్యూట్‌లోని మేరియన్ ఇర్విన్ మరింత సరళమైన ప్రశ్న అడిగారు. బహుశా రంగు పదార్థం ప్రవేశం అనేది నీరు, కణంలోని కొవ్వు పొరల మధ్య విభజన మాత్రమే కావచ్చు; ప్రయోగశాలలో ఆ కొవ్వు పొరలకు ప్రతినిధిగా క్లోరోఫామ్ పొరను ఉపయోగించవచ్చు. ఆమె స్పెక్ట్రోఫోటోమెట్రిక్ చొచ్చుకుపోయే లక్షణాల అధ్యయనాల్లో నీటిలోని రంగు పదార్థ ద్రావణాలను క్లోరోఫామ్‌తో కలిపి కుదిపి, సేంద్రీయ దశలోకి వెళ్లిన పదార్థాన్ని సజీవ శైవల కణాల్లోకి ప్రవేశించిన పదార్థంతో పోల్చారు.

ఆ పరిశోధనలోని రెండు ఫలితాలు ఇప్పటికీ శ్రద్ధ పెట్టదగినవి. మొదటిది, వాణిజ్య మిథిలీన్ బ్లూ ద్రావణాల్లో ట్రైమిథైల్ థయోనిన్ ఉండేది; ఇప్పుడు దానిని azure B అంటారు. ఈ మలినం మిథిలీన్ బ్లూ కంటే వేగంగా చొచ్చుకుపోయింది, ముఖ్యంగా లిపిడ్‌లో కరిగే స్వేచ్ఛా క్షార రూపం అధికంగా ఉండే క్షార pH వద్ద. మిథిలీన్ బ్లూ ప్రవేశించినట్లు కనిపించిన కొన్ని సందర్భాలు వాస్తవానికి azure B ఎంపికగా ప్రవేశించినవే. రెండవది, అయనీకరణ స్థితిని నిర్ణయించడం ద్వారా pH ఫలితాన్ని నిర్ణయించింది; దెబ్బతిన్న కణాలు చెక్కుచెదరని కణాల కంటే చాలా ఎక్కువ రంగు పదార్థాన్ని లోనికి అనుమతించాయి. కృత్రిమ వ్యవస్థ, సజీవ కణం ఒక్కొక్కటి ఏమి గ్రహిస్తాయో విభజన గుణకాలు, విద్యుదావేశ స్థితి నియంత్రించాయి. రెండింటి మధ్య పోలిక, కణ సరిహద్దులో జలేతర పొరలు ఉన్నాయనే భావనకు మద్దతిచ్చింది.

లిపిడ్లు, అయనీకరణ గురించి ఆ నమూనా ముందుచూపుతో కూడినది. కానీ తన అసలు రూపంలోనే విభజన చెందే రంగు పదార్థానికీ, ఉపరితలంపై రసాయనికంగా మారి, వేరే రూపంలో పొరను దాటి, లోపల మళ్లీ అసలు రూపానికి మారే రంగు పదార్థానికీ మధ్య తేడాను అది గుర్తించలేకపోయింది. ఆ తేడాను తెలుసుకోవడానికి వేరొక ప్రయోగం అవసరమైంది; అది డెబ్బై సంవత్సరాల తర్వాత ఊపిరితిత్తుల ఎండోథీలియంలో జరిగింది.

బయట క్షయీకరణ, లోపల చిక్కుకోవడం

మెర్కర్, సహచరులు కల్చర్‌లో పెంచిన పశువుల ఊపిరితిత్తుల ధమని ఎండోథీలియల్ కణాలతో పనిచేసి, మూడు దశల క్రమాన్ని ప్రతిపాదించారు: ఆక్సీకృత రంగు పదార్థం కణ ఉపరితలంపై తన రంగులేని, లిపిడ్‌లో కరిగే రూపానికి క్షయీకరణ చెందుతుంది; క్షయీకృత రూపం లోపలికి వ్యాపిస్తుంది; కణాంతర పునరాక్సీకరణ పొరను దాటలేని ఆక్సీకృత రూపాన్ని మళ్లీ ఉత్పత్తి చేస్తుంది, అది పేరుకుపోతుంది. ఆ తర్వాత వారి ఎండోథీలియల్ థయాజిన్ గ్రహణ అధ్యయనం నిర్దిష్ట దశలను అడ్డుకోవడానికి ప్రయత్నించడం ద్వారా ఈ క్రమాన్ని పరీక్షించింది.

మొదటి సాధనం ఫెర్రిసయనైడ్; ఇది కణంలోకి ప్రవేశించలేని ఎలక్ట్రాన్ గ్రహీత. ఉపరితల ఎంజైమ్‌లు కణం బయట నీలి రంగు పదార్థాన్ని రంగులేని రూపానికి క్షయీకరించినప్పుడు, ఫెర్రిసయనైడ్ ఆ ఎలక్ట్రాన్లను తిరిగి తీసుకోగలదు. దాంతో రంగు పదార్థం పొరను దాటకముందే మాధ్యమంలో మళ్లీ నీలి రంగు పదార్థం ఏర్పడుతుంది. ఫెర్రిసయనైడ్ అధికంగా ఉన్నంతసేపు (10 micromolar రంగు పదార్థానికి 50 నుంచి 500 micromolar ఫెర్రిసయనైడ్), రంగు పదార్థ గ్రహణం దాదాపుగా ఆగిపోయింది. ఫెర్రిసయనైడ్ ఖర్చయిపోయిన తర్వాతే గ్రహణం తన సాధారణ వేగంతో తిరిగి మొదలైంది. గతిశాస్త్ర ఫలితాలు కూడా ఇదే విషయాన్ని మరో విధంగా తెలిపాయి. ఫెర్రిసయనైడ్ దాదాపు స్థిరమైన వేగంతో తగ్గిపోయింది; ఇది మళ్లీ మళ్లీ చక్రీకరణ చెందగల మధ్యవర్తికి ఎలక్ట్రాన్లను అందించే స్థిరమైన ఉపరితల క్షయీకరణ ప్రవాహానికి అనుగుణంగా ఉంది. అదే సమయంలో, కణం బయట ఉన్న రంగు పదార్థం తన నిల్వ తరిగే కొద్దీ ఘాతాంక పద్ధతిలో తగ్గిపోయింది. స్థిరమైన ప్రవాహం, తరిగిపోతున్న నిల్వ రెండూ కలిసి సూచించేది ఏమిటంటే, ఫెర్రిసయనైడ్ సంకేతం నిరంతర క్షయీకరణను తెలియజేస్తుంది; రంగు పదార్థ అణువులు ద్రావణాన్ని వదిలి వెళ్లడాన్ని కాదు.

రెండవ సాధనం పొరను దాటే దశనే పూర్తిగా తొలగించింది. థయాజిన్ కుటుంబానికి చెందిన దగ్గరి బంధువు టోలుయిడిన్ బ్లూ Oను, ఏ ఆక్సీకరణ స్థితిలోనూ కణంలోకి ప్రవేశించలేనంత పెద్ద పాలీఅక్రిలమైడ్ గొలుసుకు బృందం అనుసంధానించింది. అయినప్పటికీ కణాలు ఆ గొలుసుకు బంధించిన రంగు పదార్థాన్ని క్షయీకరించాయి. కాబట్టి క్షయీకరణకు కణాంతర ప్రవేశం అవసరం లేదు. ఈ ప్రక్రియను నిర్వహించే వ్యవస్థ ఉపరితలంపై అందుబాటులో ఉంటుంది లేదా దానితో విద్యుత్‌పరంగా అనుసంధానమై ఉంటుంది.

ఆ తర్వాత, పరిశోధనా పత్రానికి శీర్షికను ఇచ్చిన దశల విభజన స్పష్టమైంది. 2 millimolar వద్ద సయనైడ్, అజైడ్ రంగు పదార్థం పేరుకుపోవడాన్ని బలంగా అణచివేశాయి. సూక్ష్మదర్శినిలో, సాధారణంగా కేంద్రకం చుట్టూ కనిపించే ముదురు నీలం, ఊదా రంగు సమూహాలు దాదాపుగా మాయమయ్యాయి. కానీ ఈ రెండు నిరోధకాలలో ఏదీ కణం బయట జరిగే క్షయీకరణను నెమ్మదింపలేదు: ఫెర్రిసయనైడ్ చక్రీకరణ ఏమాత్రం తగ్గకుండా కొనసాగింది; పొరను దాటని పాలిమర్‌కు క్షయీకరణ కూడా జరుగుతూనే ఉంది. అడ్డంకి తర్వాతి దశలో ఉంది. సయనైడ్, అజైడ్ కణాంతర పునరాక్సీకరణను, వేరుగా బంధించి నిల్వ చేయడాన్ని ఆపుతున్నాయి; ఉపరితల క్షయీకరణను కాదు. కణాల జీవనసామర్థ్యాన్ని పరీక్షించే నియంత్రణ పరీక్షలు ఈ అర్థానికి మద్దతిచ్చాయి. ఈ ప్రయోగ పరిస్థితుల్లో కణాలు తమ సైటోసాలిక్ సూచిక ఎంజైమ్ అయిన లాక్టేట్ డీహైడ్రోజినేజ్‌ను నిలుపుకున్నాయి. కాబట్టి గ్రహణం తగ్గిపోవడం కేవలం విషప్రభావం లేదా పొర చిట్లిపోవడం వల్ల కాదు.

ఆ పరిశోధనా పత్రంలోని ఒక హెచ్చరిక ఇప్పటికీ వర్తిస్తుంది. నీలి సమూహాలు కేంద్రకం చుట్టూ ఉన్నాయి, కానీ కేంద్రకంలో లేవు. ఇది ఉపకణ స్థాయి కణాంగాల లోపల ఆక్సీకరణ జరగడానికీ అనుగుణంగా ఉంది; అయితే అవి ఏ కణాంగాలో అధ్యయనం గుర్తించలేదు. ఇతర కణ రకాల్లో కనిపించిన ఇలాంటి నమూనాలను పరిమిత ఆధారాలతో లైసోసోమ్‌లకు చెందినవిగా పేర్కొన్నారు. చిక్కుకోవడం నిర్ధారితమైనదిగా, అది జరిగే స్థానం తాత్కాలిక నిర్ధారణగా పరిగణించండి. ఎలక్ట్రాన్లు తర్వాత ఎక్కడికి వెళ్తాయో తెలుసుకోవాలనుకునే పాఠకులు మైటోకాండ్రియల్ ఎలక్ట్రాన్ రవాణా, రెడాక్స్ నిర్వహణ గురించి, మరింత విస్తృతంగా ప్రవేశ మార్గాన్ని బట్టి శోషణ, పంపిణీ గురించి చదవవచ్చు.

రంగు పట్టడం అంటే అందిన పరిమాణం కాదు

ఈ గ్రహణ ప్రక్రియను జీవసంబంధ కొలతతో కలిపి చూసినప్పుడు ఏమి జరుగుతుందో మూడవ అధ్యయనం చూపిస్తుంది. వలయాకార చక్కెర నిర్మాణమైన మిథైల్ బీటా సైక్లోడెక్స్‌ట్రిన్ మిథిలీన్ బ్లూతో నేరుగా బంధిస్తుందని స్కాట్, సహచరులు కనుగొన్నారు. ఈ అంతఃస్థాపన సంక్లిష్టానికి సంయోగ స్థిరాంకం సుమారు 310 per molar; రంగు పదార్థం ద్వితయాలుగా ఏర్పడటానికి అది సుమారు 5846 per molar. L929 ఫైబ్రోబ్లాస్ట్‌లలో ఈ బంధం కణాలకు రంగు పట్టడాన్ని, గ్లూకోజ్ గ్రహణం ప్రేరేపించబడటాన్ని రెండింటినీ అడ్డుకుంది: ముందుగా సైక్లోడెక్స్‌ట్రిన్‌తో ఇంక్యుబేట్ చేయడం నీలి రంగు పట్టకుండా చేసింది; తర్వాత దానిని జోడించడం రంగు తొలగిపోవడాన్ని వేగవంతం చేసింది. కణాల నుంచి దృశ్య నీలి సంకేతం తగ్గిపోతున్న కొద్దీ, ఉత్తేజిత గ్లూకోజ్ రవాణా కూడా దానికి దగ్గరగా సమాంతరంగా తగ్గిపోయింది.

దీర్ఘకాలం కొనసాగే ఆక్సీకరణ ఒత్తిడి యంత్రాంగం కంటే, రంగు పదార్థానికీ గ్లూకోజ్ రవాణా ప్రోటీన్‌ను ఉత్తేజితం చేసే మార్గంలోని ఒక ప్రోటీన్‌కీ మధ్య ప్రత్యక్ష పరస్పర చర్యకు ఈ సహసంబంధం మద్దతిస్తుందని రచయితలు భావించారు. ఆ నిర్ధారణ సహేతుకమే, కానీ దానికి పరిమితులు ఉన్నాయి. ఈ ప్రయోగం ఆ ప్రోటీన్ ఏదో చెప్పదు, రవాణా ప్రోటీన్‌తోనే బంధం ఏర్పడుతుందని చూపించదు. రంగు తొలగిపోవడానికీ ప్రభావం తగ్గిపోవడానికీ మధ్య సహసంబంధం ఉన్నంత మాత్రాన రెడాక్స్ ద్వారా జరిగే అన్ని మార్గాలనూ తోసిపుచ్చలేము.

ఇక్కడ నిలిచిపోయే పాఠం కొలత గురించి. దృశ్యంగా రంగు పట్టడం, కనిపించే ఆక్సీకృత రూపంలోని కణంతో సంబంధం ఉన్న రంగు పదార్థాన్ని సూచిస్తుంది. రంగులేని క్షయీకృత నిల్వను అది పూర్తిగా గుర్తించలేకపోతుంది. కాబట్టి లేతగా కనిపించే కణంలో కూడా రంగు పదార్థానికి సమానమైన పరిమాణం ఉండవచ్చు; గాఢంగా రంగు పట్టిన కణం మాత్రం చిక్కుకున్న ఆక్సీకృత రంగు పదార్థాన్ని సూచిస్తుంది, కణజాలానికి అందిన మొత్తం పరిమాణాన్నో ప్రభావ పరిమాణాన్నో కాదు. ఇదే హెచ్చరిక పెద్ద స్థాయిలోనూ వర్తిస్తుంది: వేర్వేరు కణ రకాల మధ్య రంగు పట్టడాన్ని పోల్చడం, లేదా ముదురు రంగులో ఉన్న కణజాల విభాగాన్ని ఎక్కువ పరిమాణం అందిందనడానికి రుజువుగా పరిగణించడం, మొదట పాత్రలోని కణాలను చూసి చేసిన పొరపాటునే పునరావృతం చేస్తుంది. గ్రహణం అనేది క్షయీకరణ, వ్యాపనం, పునరాక్సీకరణల చక్రం. నీలి రూపాన్ని ఏ ఒక్క క్షణంలో చూసినా ఆ చక్రంలోని ఒక భాగం మాత్రమే కనిపిస్తుంది. ప్రయోగశాలలో రంగు పట్టించడం, నిర్వహణ విషయంలోనూ, మోతాదు మరియు అందిన పరిమాణం గురించి చేసే వాదనలను అర్థం చేసుకోవడంలోనూ దీని ఆచరణాత్మక పరిణామాలు నేరుగా వర్తిస్తాయి.