Введение
Феноловый красный (также известный как фенолсульфонфталеин или PSP) — это индикатор pH, часто используемый в лабораториях клеточной биологии.
Химический состав и свойства
Феноловый красный существует в виде красного кристалла, стабильного на воздухе. Его растворимость составляет 0,77 г/л в воде и 2,9 г/л в этаноле. Это слабая кислота с pKa = 8,00. Раствор фенолового красного используется в качестве индикатора pH, часто в культуре клеток. Его цвет демонстрирует постепенный переход от желтого (λmax = 443 нм) к красному (λmax = 570 нм) в диапазоне pH от 6,8 до 8,2. При pH выше 8,2 феноловый красный приобретает ярко-розовый (фуксиевый) цвет. В кристаллической форме и в растворе при очень кислых условиях (низком pH) соединение существует в виде цвиттериона, как показано на структуре выше, с отрицательно заряженной сульфатной группой и кетоновой группой, несущей дополнительный протон. Эта форма иногда символически записывается как и имеет оранжево-красный цвет. При увеличении pH (pKa = 1,2) протон от кетоновой группы отщепляется, образуя желтый, отрицательно заряженный ион, обозначаемый как HPS−. При дальнейшем увеличении pH (pKa = 7,7) гидроксильная группа фенола теряет протон, образуя красный ион, обозначаемый как PS2−. В ряде источников структура фенолового красного представлена с атомом серы, входящим в состав циклической группы, аналогичной структуре фенолфталеина. Однако эта циклическая структура не была подтверждена рентгеноструктурным анализом. Ряд индикаторов имеет структуру, сходную с феноловым красным, включая бромотимоловый синий, тимоловый синий, бромкрезоловый пурпурный, тимолфталеин и фенолфталеин. (Таблица других распространенных химических индикаторов доступна в статье об индикаторах pH.)
A solution of phenol red is used as a pH indicator, often in cell culture. Its color exhibits a gradual transition from yellow (λmax = 443 nm) to red (λmax = 570 nm) over the pH range 6.8 to 8.2. Above pH 8.2, phenol red turns a bright pink (fuchsia) color. In crystalline form, and in solution under very acidic conditions (low pH), the compound exists as a zwitterion as in the structure shown above, with the sulfate group negatively charged, and the ketone group carrying an additional proton. This form is sometimes symbolically written as and is orange red. If the pH is increased (pKa = 1.2), the proton from the ketone group is lost, resulting in the yellow, negatively charged ion denoted as HPS−. At still higher pH (pKa = 7.7), the phenol's hydroxy group loses its proton, resulting in the red ion denoted as PS2−. In several sources, the structure of phenol red is shown with the sulfur atom being part of a cyclic group, similar to the structure of phenolphthalein. However, this cyclic structure could not be confirmed by X ray crystallography. Several indicators share a similar structure to phenol red, including bromothymol blue, thymol blue, bromocresol purple, thymolphthalein, and phenolphthalein. (A table of other common chemical indicators is available in the article on pH indicators.)
Феносульфонфталеиновый тест
Феноловый красный был использован Леонардом Роунтри и Джоном Герагти в тесте с фенолсульфонфталеином для оценки общего кровотока через почки в 1911 году. Это был первый тест функции почек, который применялся почти столетие, но в настоящее время считается устаревшим. Тест основан на том, что феноловый красный выводится с мочой практически полностью. Раствор фенолового красного вводится внутривенно, а образующаяся моча собирается. Путем колориметрического измерения количества выведенного фенолового красного можно определить функцию почек.
Показатель для клеточных культур
Большинство живых тканей хорошо развиваются при почти нейтральном pH, то есть при pH около 7. Например, pH крови находится в диапазоне от 7,35 до 7,45. При культивировании клеток в тканевой культуре среда, в которой они растут, поддерживается близким к этому физиологическому pH. Небольшое количество фенол-красного, добавленное в эту среду, приобретает розовато-красный цвет в нормальных условиях. Обычно для клеточной культуры используют 15 мг/л. В случае проблем продукты жизнедеятельности отмирающих клеток или избыточный рост контаминантов вызывают изменение pH, что приводит к изменению цвета индикатора. Например, культура относительно медленно делящихся клеток млекопитающих может быть быстро переросла бактериальной контаминацией. Обычно это приводит к закислению среды, в результате чего она становится желтой. Многие биологи считают это удобным способом быстрой оценки состояния тканевых культур. Кроме того, продукты жизнедеятельности самих клеток млекопитающих медленно снижают pH, постепенно изменяя цвет раствора на оранжевый, а затем на желтый. Это изменение цвета указывает на то, что даже при отсутствии контаминации среду необходимо заменить (обычно это следует делать до того, как среда станет полностью оранжевой). Поскольку цвет фенол-красного может мешать некоторым спектрофотометрическим и флуоресцентным анализам, многие типы сред для тканевых культур также доступны без фенол-красного.
Мимика эстрогена
Феноловый красный является слабым аналогом эстрогена и в клеточных культурах может усиливать рост клеток, экспрессирующих рецептор эстрогена. Он использовался для стимулирования дифференцировки эпителиальных клеток яичников у женщин в постменопаузе в клетки, обладающие свойствами ооцитов (яйцеклеток), что имеет потенциальное значение как для лечения бесплодия, так и для исследований стволовых клеток.
Использование в комплектах для испытаний бассейнов
Феноловый красный, иногда обозначаемый другим названием, например, "Раствор Гуардекс №2", используется в качестве индикатора pH в домашних наборах для тестирования воды в бассейнах. Хлор может вызывать обесцвечивание красителя при отсутствии тиосульфата, который подавляет окислительное действие хлора. Высокие концентрации брома могут превращать феноловый красный в бромфеноловый красный (дибромофенолсульфонефталеин), снижение pKa которого приводит к изменению диапазона индикации в кислую сторону – вода с pH 6,8 может показывать результат 7,5 при тестировании. Еще более высокие концентрации брома (>20 ppm) могут приводить к вторичному превращению бромфенолового красного в бромфеноловый синий с еще более низким pKa, что ошибочно создает впечатление об очень высоком pH воды, хотя на самом деле он опасно низок.