Метахромазия (вар. metachromasy ) — характерное изменение цвета окрашивания , осуществляемого в биологических тканях , проявляющееся определенными красителями при связывании с определенными веществами, присутствующими в этих тканях, называемыми хромотропами. Например, толуидиновый синий становится темно-синим (с диапазоном цветов от сине-красного в зависимости от содержания гликозаминогликанов ) при связывании с хрящом . Другие широко используемые метахроматические красители — это семейство красителей Романовского , которые также содержат тиазиновые красители: ядро лейкоцита окрашивается в фиолетовый цвет, гранулы базофилов — в интенсивный пурпурный, в то время как цитоплазма (мононуклеарных клеток) окрашивается в синий цвет, что называется эффектом Романовского . Отсутствие изменения цвета при окрашивании называется ортохромазией .
Механизм, лежащий в основе метахромазии, требует присутствия полианионов в тканях. Когда эти ткани окрашиваются концентрированным раствором основного красителя, например толуидиновым синим, связанные молекулы красителя располагаются достаточно близко, чтобы образовывать димерные и полимерные агрегаты. Спектры поглощения света этими сложенными друг на друга агрегатами красителя отличаются от спектров поглощения света отдельными мономерными молекулами красителя. Структуры клеток и тканей, которые имеют высокую концентрацию ионизированных сульфатных и фосфатных групп, такие как основное вещество хряща, гепаринсодержащие гранулы тучных клеток и шероховатый эндоплазматический ретикулум плазматических клеток, демонстрируют метахромазию. Это зависит от плотности заряда отрицательных сульфатных и карбоксилатных анионов в гликозаминогликане (ГАГ). Полианион ГАГ стабилизирует сложенные друг на друга положительно заряженные молекулы красителя, что приводит к спектральному сдвигу, поскольку сопряженные π-орбитали двойной связи соседних молекул красителя перекрываются. Чем больше степень укладки, тем больше метахроматический сдвиг. Таким образом, гиалуроновая кислота , лишенная сульфатных групп и имеющая лишь умеренную плотность заряда, вызывает легкую метахромазию; хондроитинсульфат с дополнительным сульфатным остатком на сахаридный димер ГАГ является эффективным метахроматическим субстратом, в то время как гепарин с дальнейшей N-сульфатацией является сильно метахроматическим. Поэтому толуидиновый синий будет казаться фиолетовым или красным, когда он окрашивает эти компоненты.
Метахроматические свойства диметилметиленового синего, тиазинового красителя, тесно связанного с толуидиновым синим, были использованы для анализа гликозаминогликанов, извлеченных из хрящей и других соединительных тканей. Пик поглощения смещается с примерно 630 нм (красное поглощение, следовательно, синий цвет) до примерно 530 нм в присутствии ГАГ. Оригинальный анализ Хамбеля и Этрингера был разработан другими для создания стабильного и широко используемого реагента диметилметиленового синего.
Хотя метахромазия наблюдалась и описывалась с 1875 года Корнилом , Ранвье и другими, именно немецкий ученый Пауль Эрлих (1854-1915) дал ей название и более подробно ее изучил. Современное понимание метахромазии было развито бельгийским гистологом Люсьеном Лизоном , который изучал ее между 1933 и 1936 годами и установил ее ценность в количественном определении сульфатных эфиров высокой молекулярной массы . Он также изучал метахромазию нуклеиновых кислот . Совсем недавно, в 1970 году, Карлхайнц Тёпфер опубликовал спектральные сдвиги с увеличением концентрации тиазиновых красителей, которые соответствовали спектрам смесей краситель:гепарин, ясно показывая, что метахромазию, соответствующую цвету окрашенного хряща, можно воспроизвести высокой концентрацией красителя в растворе. Следовательно, близость молекул красителя была ключевым параметром при определении метахромазии. Другим примером метахроматического красителя (флуорохрома) является акридиновый оранжевый. При определенных условиях он окрашивает одноцепочечные нуклеиновые кислоты, флуоресцируя красным цветом (красная люминесценция), а при взаимодействии с двухцепочечными нуклеиновыми кислотами дает зеленую флуоресценцию. [1]