Metilen mavisi nasıl çalışır: elektron transferi ve elektronların ulaştığı yerler

Bir laboratuvar tezgâhındaki tıpalı bir balon, metilen mavisinin nasıl çalıştığını açıklamanın en kısa ve dürüst yoludur. Su, glikoz, bir tutam sodyum hidroksit ve sıvıyı koyu, kolayca ayırt edilen bir maviye çevirecek kadar boya. Birkaç dakika bekleyin; balon su doluymuş gibi görünene kadar mavi renk kaybolur. Çalkalayın, renk aniden geri gelir. Sonra yeniden solar ve elektron vermeye hazır glikoz ile onları almaya hazır oksijen bulunduğu sürece bu döngü devam eder.

Boyayla ilgili değişen tek şey, taşıdığı elektronların sayısıdır. Oksitlenmiş hâlde mavidir. İndirgenmiş hâlde değildir. Bu molekülle ilgili tedavi ve araştırma literatüründeki neredeyse her şey bu tek tersinir adımdan kaynaklanır; çünkü elektronları bir ortaktan alıp diğerine verebilen bir molekül bir aktarıcıdır ve aktarıcı kendi başına hiçbir şey yapmaz. Ne yaptığı, tamamen iki ucunda ne bulunduğuna bağlıdır.

İki form ve bu çiftin neden önemli olduğu

Oksitlenmiş form, düzlemsel ve pozitif yüklü bir halka sistemidir. Bu düz ve yüklü yapı; nükleik asitlerle üst üste yığılmasının, hücre zarlarındaki sialillenmiş yapılara bağlanmasının ve insan gözünün mavi olarak algıladığı spektrum bölgesi olan yaklaşık 600 ile 700 nanometres arasında görünür ışığı güçlü biçimde soğurmasının nedenidir.

İndirgenmiş form ise farklı özelliklere sahiptir. Yük taşımaz, suda değil yağda çözünür ve renksizdir. Vücut içindeki pH düzeyinde iyonlaşması çok düşüktür, birkaç per cent mertebesindedir. Bu nedenle indirgenmiş molekül difüzyonla hücre zarını kolayca geçer ve içeri girdikten sonra, ortamın daha oksitleyici olduğu yerde yeniden oksitlenerek fiilen içeride tutulabilir. Oksitlenmiş halka sistemi düzdür; indirgenmiş olan ise bükülebilir. Bu yapısal sonuçlar ve renk değişiminin kendisi, iki formun öyküsünün başlı başına parçalarıdır ve metilen mavisi ile lökometilen mavisinin karşılaştırılmasında daha ayrıntılı olarak ele alınır.

Elektronları kabul etmek

Oksitlenmiş boya çok çeşitli vericilerden elektron kabul eder. Gösteri balonundaki glikoz bunlardan biridir. Hücre içinde indirgenmiş piridin nükleotitleri ve mitokondriyal elektron taşıma zincirinin bileşenleri diğer örneklerdir. Metilen mavisi oksijen içeren bir dokuda indirgendiğinde, oluşturduğu döngü hem indirgen maddeyi hem de oksijeni tüketir ve başlıca hidrojen peroksit olmak üzere reaktif oksijen türleri üretir. Boya döngüden değişmeden çıkar ve yeniden aynı işlemi yapmaya hazır hâle gelir.

Bu son nokta, aksi hâlde özensiz görünen bir çelişkiyi açıklar. Metilen mavisi literatürde hem pro-oksidan hem de antioksidan olarak tanımlanır ve iki tanım da savunulabilir. Yapay bir elektron alıcısı olarak davranıp elektron akışını, oksijenin aksi durumda süperoksit radikallerine dönüştürüleceği enzim bölgelerinden uzaklaştırarak süperoksit üretimini baskılayabilir. Karaciğer hücresi kültürlerinde, tiyoredoksin redüktaz 1 ve NADPH kinon oksidoredüktaz dâhil faz-2 antioksidan savunma enzimlerini indüklediği gösterilmiştir. Bu iki yüzden hangisini gördüğünüz, o anda aktarımın hangi ucunda elektron eksik olduğuna bağlıdır. "Metilen mavisi bir antioksidan mıdır?" gibi bir soru; hangi sistemde, hangi konsantrasyonda ve ortamda başka nelerin bulunduğu belirtilmeden doğru biçimde kurulmuş değildir.

Elektronları aktarmak

Boya fazladan bir elektron taşıdığında, ardından birbirinden oldukça farklı üç şey olabilir ve bunlar genellikle tek bir başlık altında anlatılır. Böyle yapılmamalıdır.

Elektronu bir metal merkezine aktarabilir. En açık örnek, demirli durumdan demirik duruma oksitlenmiş haemoglobindir. Bu durumda oksijen taşıyamaz. Kırmızı kan hücrelerinde bir enzim boyayı indirger ve indirgenmiş boya daha sonra elektronları oksitlenmiş haem demirine enzimatik olmayan biçimde aktararak çalışan haemoglobini geri kazandırır ve boyayı yeniden oksitlenmiş formuna döndürür. Boya bu süreçte tüketilmez; döngüye girer. Bu reaksiyona dayanan klinik tablo hastane ortamına ait bir konudur ve methemoglobinemide metilen mavisinin açıklaması nasıl kullanıldığını ve neden bu kadar yakından gözetim altında tutulduğunu ele alır.

Kaynakların okunmasına ilişkin önemli bir not: Bu makalenin dayandığı iki derleme, enzim basamağı için aynı indirgen kofaktörü belirtmez; biri NADH, diğeri NADPH der. Bu uyuşmazlık gerçektir ve burada mevcut kaynaklarda çözümlenmemiştir; bu nedenle güvenli tanım, tek bir kofaktör adı vermek yerine her bileşenin oynadığı rolü açıklamaktır.

Işık varsa enerjiyi veya bir elektronu oksijene aktarabilir. Bu yol yalnızca aydınlatma altında vardır. Uyarılmış boya üçlü duruma ulaşır ve buradan iki mekanizma mümkündür. İlkinde uyarılmış boya komşu bir molekülle doğrudan etkileşir, bir hidrojen alır veya elektron aktarır ve bu da radikaller oluşturur; suyla bu şekilde reaksiyona girmesi hidroksil radikalleri üretir. İkincisinde uyarılma enerjisi doğrudan oksijene aktarılır ve mikrosaniyeler içinde bozunan, oldukça elektrofilik bir tür olan singlet oksijen oluşur. Bunun, ışıkla uyarılmış metilen mavisinin mikrobiyal hücrelere zarar vermesindeki başlıca yol olduğu genel olarak kabul edilir. Hücre zarfındaki lipitler ve peptitlerle ve DNA'daki guanin bazlarıyla gerçekleşen reaksiyonlar belgelenmiş sonuçlar arasındadır.

Bu yolun pratik sonucu, aydınlatmanın değerleri mertebeler düzeyinde değiştirmesidir. Wainwright ve Crossley tarafından derlenen verilerde, metilen mavisinin Pseudomonas aeruginosa'ya karşı minimum bakterisidal konsantrasyonu karanlıkta yaklaşık 500 micromolar, 12 joules per square centimetre ışık dozu altında ise yaklaşık 25 micromolar'dır. Bir Staphylococcus aureus suşuna karşı karanlık ve aydınlatılmış koşullardaki değerlerin ikisi de 5 micromolar'dır. Başka bir deyişle, molekülün antimikrobiyal sayılıp sayılmaması yalnızca molekülün bir özelliği değildir; molekül ile ışığın birlikte oluşturduğu bir özelliktir.

Aktarıcıyı kullanmadan doğrudan bir enzim bölgesinde etkili olabilir. Metilen mavisi nitrik oksit sentaza bağlı demirli demiri oksitler ve bu da enzimi devre dışı bırakır. Çözünür guanilat siklazı bloke eder ve bu amaçla kullanılan standart laboratuvar konsantrasyonu 1 ile 10 micromolar arasındadır. Tip A monoamin oksidazı 27 ile 180 nanomolar arasında bir IC50 ile inhibe eder; serotonin geri alım inhibitörleriyle iyi belgelenmiş etkileşimin arkasındaki mekanizma budur ve metilen mavisinin ilaç etkileşimlerinin neden ayrı bir kategori oluşturduğunu açıklar.

Bu üç yol kimyasal olarak birbirinden farklıdır. Hepsini metilen mavisinin redoks döngüsüyle çalıştığı şeklinde tek bir iddiaya indirgemek, bu konuda yazılan pek çok metnin aynı anda hem kendinden emin hem de belirsiz görünmesinin başlıca nedenidir.

Bir mekanizma ifadesinin anlamlı olup olmadığını belirleyen dört ayrım

Hangi form. İndirgenmiş boya, oksitlenmiş boyayla birbirinin yerine kullanılamaz. Asetilkolinesteraz inhibisyonu bu tuzağı gösterir: uzun süren bir in vitro inkübasyonda metilen mavisi giderek renksiz formuna indirgenir ve inhibisyon azalır, çünkü indirgenmiş molekül bu enzimi inhibe etmez. Formu değiştirecek kadar uzun süren bir test daha zayıf bir etki bildirecek ve yanlış bir açıklamaya zemin hazırlayacaktır.

Hangi konsantrasyon. Çözünür guanilat siklaz inhibisyonu için laboratuvar aralığı 1 ile 10 micromolar'dır. Sıçan hipokampal kesitlerinde glutamat aracılı iletimin ortadan kaldırılması 5 ile 50 micromolar gerektirmiştir. Hücre kültüründe toksik etkiler 100 micromolar üzerindeki değerlerde bildirilmiştir. Bunlar aynı deney değildir ve 50 micromolar'da doğrulanan bir mekanizma, plazma konsantrasyonu bunun yalnızca bir kısmı olan bir hastada otomatik olarak geçerli değildir.

Hangi uygulama yolu. Mutlak oral biyoyararlanım yaklaşık 72 per cent'tir ve terminal plazma yarı ömrü 5 ile 7 hours'dır. Oral uygulama bağırsak ve karaciğerde daha yüksek konsantrasyonlara; intravenöz uygulama ise beyinde daha yüksek konsantrasyonlara yol açar. Hangi dokunun elektronlarla karşılaşacağını uygulama yolu belirler.

Hangi model ve ışıklar açık mıydı. Mekanizma literatürünün büyük bölümü hücre kültürü ve kemirgen çalışmalarından oluşur ve bu molekülle ilgili in vitro sonuçlar ışık maruziyetine, zar potansiyeline ve hücrelerin redoks durumuna bağlıdır; çünkü bir mikroskop lambası bile onu fotosensitize etmeye yeter. Uygulanan bir dozun 65 ile 85 per cent'i kırmızı kan hücrelerinde ve periferik dokuda renksiz forma indirgenir. Bu değişkenlerin her biri, laboratuvar kabındaki temiz bir mekanizma ile bir insan hakkında ileri sürülen iddia arasında yer alır.

Saflık sorusu neden bir kimya sorusudur

Aydınlatma metilen mavisinin demetilasyonuna yol açar. İlk ürün Azure B, ardından Azure A, sonra da tiyonindir ve daha yüksek ışık şiddeti daha düşük şiddete kıyasla daha fazla parçalanmaya yol açar. Kullanışlılığı elektron kabul edip verebilmesine dayanan bir molekülün muhtemel bozunma ürünleri de aynı çözeltide kalan yakın kimyasal akrabalardır. Bu nedenle kaptaki maddenin bileşimi kozmetik bir ayrıntı değildir.

Bu nedenle bir alıcı için anlamlı test, USP spesifikasyonuna uygunluktur. Buna uymayan bir ürün boyadır ve boya, onu yutan bir kişinin istemeyeceği Azure B, ağır metaller ve kalıntı çözücüler dâhil safsızlıklar taşır. Bir diğer tuzak, yalnızca ağır metalleri test edip sonucu tam uygunluk olarak sunan satıcıdır. Blupreme, bir farmasötik metilen mavisi üreticisiyle ortaklık kurmuştur ve tam spesifikasyonu test eder: kimlik, saflık, organik safsızlıklar, kalıntı çözücüler, elementel safsızlıklar, yakma kalıntısı, mikrobiyal limitler ve bakteriyel endotoksinler. Her partinin arkasındaki laboratuvar test belgesi yayımlanır ve tedarikçi seçmek büyük ölçüde bu belgenin mevcut olup olmadığını ve neleri kapsadığını kontrol etme meselesidir.

Tek bir tersinir çift. Ondan çıkan birkaç farklı yol. İddianın ne anlama gelebileceğini yol belirler.