Skip to content
Menu
Steve Walton's
Steve Walton's

ingineria inversă aplicată pe părul uman roșu feomelanina relevă tamponarea Redox ca mecanism Pro-Oxidant

Posted on iunie 17, 2021 by admin
  • caracterizarea inițială
  • caracterizarea chimică
  • ingineria inversă a Melaninelor sintetice
  • caracterizarea inițială pentru identificarea activității Redox
  • estimarea potențialului Redox
  • reversibilitatea activității redox Oxidative specifice Feomelaninei
  • Analiza Dinamică: Variația frecvenței de intrare
  • analiza dinamică: impunerea intrărilor în trepte
  • evaluarea probelor naturale de melanină

caracterizarea inițială

modelele sintetice ale pigmenților feomelaninei și eumelaninei au fost investigate în studiul de față împreună cu probele naturale de melanină35. Melaninele sintetice au fost preparate prin oxidarea enzimatică a dihidroxifenilalaninei (dopa) și 5-s-cisteinildopa principalii precursori biosintetici ai eumelaninei naturale și, respectiv, feomelaninei. Probele naturale de melanină au fost purificate din părul uman prin proceduri proteolitice enzimatice9.

caracterizarea chimică

caracterizarea chimică a filmelor melanină-chitosan s-a realizat cu ajutorul spectroscopiei Raman (figura S1 din informații suplimentare prezintă imagini SEM pentru aceste filme). Figura 2a arată că spectrul pulberii sintetice de eumelanină are două benzi caracteristice distanțate36. Banda 1 (1360 cm−1) și banda 2 (1580 cm−1) care au fost atribuite întinderii liniare a legăturilor C-C în interiorul inelelor aromatice și întinderii în plan a inelelor aromatice, respectiv 36,37. Aceste două benzi caracteristice au fost observate și atunci când eumelanina sintetică a fost prinsă în filmul chitosan (chitosanul nu prezintă benzi în această regiune spectrală).

Figura 2
figura2

caracterizarea Raman a probelor sintetice de melanină și a filmelor de melanină-chitosan.

(a) eumelanină sintetică. (b) feomelanina sintetică.

caracterizarea Raman a pulberii sintetice de feomelanină și a feomelaninei prinse în film este prezentată în Fig. 2b.în comparație cu spectrul pentru eumelanina sintetică, spectrul Raman pentru aceste probe de feomelanină prezintă două vârfuri proeminente suplimentare peste 2000 cm−1 (banda 3 și banda 4). Studiile anterioare sugerează că aceste benzi sunt legate de benzi de ton sau combinație38. Aceste benzi Raman au fost observate, de asemenea, atât pentru probele de feomelanină sintetică cu pulbere, cât și pentru cele cu film.

spectrele Raman ale probelor naturale de melanină (figura S2 din informații suplimentare) prezintă caracteristici care sunt în concordanță cu cele observate pentru pigmenții sintetici,deși mai complexe datorită contribuției matricei proteice 36, 38. În cazul feomelaninei naturale pot fi identificate benzi atribuibile eumelaninei36, sugerând prezența unei componente semnificative a eumelaninei în feomelanina naturală39.

ingineria inversă a Melaninelor sintetice

caracterizarea inițială pentru identificarea activității Redox

o caracterizare electrochimică inițială a melaninelor sintetice a fost realizată prin imersarea electrozilor filmați într-o soluție mixtă de trei mediatori redox (100 inktivm Ir3+, 50 inktivm Fc și 50 inktivm Ru3+) și aplicarea unui potențial ciclic electrodului subiacent (între -0.5 V și +0,8 V la o rată de scanare 2 mV/s). Concentrațiile de mediator utilizate în aceste studii au fost selectate pe baza măsurătorilor inițiale care au servit la „reglarea” condițiilor pentru a obține semnale de ieșire utile. Rezultatele obținute de la electrozii acoperiți cu chitosan cu eumelanină prinsă în capcană (91%/ml) sau feomelanină (104%/mL) au fost comparate cu un electrod acoperit cu chitosan de control (fără melanină prinsă în capcană). Voltamograma ciclică (CVs) din Fig. 3a, B prezintă patru regiuni majore de interes.

Figura 3
figura3

caracterizarea electrochimică inițială a melaninelor sintetice.

voltamograme ciclice ale filmelor care conțin (A) probe sintetice de eumelanină și (b) probe sintetice de feomelanină comparativ cu filmele de chitosan de control (rata de scanare de 2 mV/s) în prezența a 3 mediatori. (c,d) parcele termodinamice care ilustrează schimbul de electroni între melaninele sintetice și cei 3 mediatori pentru reacția redox-ciclică reductivă. Regiunea D este unică pentru feomelanină. (e,f) parcele termodinamice pentru reacția ciclică oxidativ-redox între melaninele sintetice și 3 mediatori.

în regiunea ” A ” din Fig. 3A, B, potențialul a fost măturat într-o direcție de reducere de la 0 V la -0,5 v vs Ag/AgCl și electrodul a acționat ca o sursă de electroni. În acest interval de potențial, mediatorul Ru3 + este redus electrochimic la Ru2 + generând un curent pozitiv (reducător). Pentru electrodul acoperit cu chitosan de control, se observă un mic curent reducător și acest curent este atribuit reducerii electrochimice a ionilor Ru3+ care difuzează prin film către electrod. Fig. 3a, b prezintă o amplificare considerabilă a curenților reducători din regiunea A pentru ambele modele de melanină. Această amplificare se explică prin mecanismul redox-ciclic reductiv din partea dreaptă sus a Fig. 1b. Mai exact, specia Ru2+ redusă electrochimic difuzează în film și își transferă electronii către melanina prinsă, transformând astfel fragmentele de melanină oxidate în stările lor reduse și regenerând mediatorul Ru3+ oxidat. Astfel, răspunsul de ieșire observat în regiunea A (Ru3 amplificat+ curent de reducere) indică faptul că încorporarea fie a melaninei sintetice conferă activitate redox filmelor.

în regiunea” B”, potențialul este măturat printr-un potențial ușor pozitiv, permițând electrodului să servească drept chiuvetă pentru electroni. În această condiție, mediatorul oxidant Fc donează electroni electrodului pentru a genera curentul negativ (oxidativ). Comparativ cu controlul chitosanului, electrodul acoperit cu eumelanină-chitosan (Fig. 3a) prezintă o amplificare considerabilă a curentului oxidant în regiunea B, care se explică prin mecanismul redox-ciclic oxidativ din stânga sus a Fig. 1b.în acest caz, specia Fc+ oxidată electrochimic este redusă în film prin acceptarea electronilor din eumelanina prinsă (transformând astfel fragmentele reduse de eumelanină în stările lor Oxidate). Electrodul acoperit cu filmul feomelanin-chitosan (Fig. 3b) prezintă o amplificare mai mică în această regiune B comparativ cu proba de eumelanină.

în regiunea „C”, potențialul este măturat la un potențial mai pozitiv pentru a permite oxidarea unui alt mediator oxidant Ir3+. În aceste condiții mai oxidative, Ir3 + poate fi oxidat la electrod pentru a genera un curent negativ. Figura 3a, b arată că curenții de oxidare din această regiune C sunt amplificați atât pentru filmele de eumelanină, cât și pentru cele de feomelanină. Analog argumentelor de mai sus pentru regiunea B, curenții oxidativi amplificați din regiunea C rezultă dintr-un mecanism oxidativ de redox-ciclism în care Ir3+ transferă electronii de la melanina prinsă la electrod. Din nou, răspunsul de ieșire observat (curenți de oxidare amplificați în regiunile B și C) indică faptul că melanina conferă activitate redox filmelor.

în regiunea „D”, potențialul este măturat în direcția de reducere de la +0,4 V la 0 V, ceea ce permite Fc+ oxidat să fie redus electrochimic la Fc. Figura 3b arată că în regiunea D se observă curenți de ieșire amplificați pentru feomelanină, dar nu și pentru probele de eumelanină (Fig. 3a).

prima caracteristică importantă de răspuns observată în Fig. 3 este amplificarea asociată a curenților de oxidare și reducere care oferă dovezi că ambele modele sintetice de melanină sunt redox-active. Mai exact, amplificările pereche ale curenților de oxidare și reducere este o semnătură caracteristică a ciclării redox24 și sugerează că melaninele pot participa atât la ciclarea redox oxidativă, cât și la cea reductivă, prin trecerea la o stare redusă (prin acceptarea electronilor de la mediatori; regiunile A sau D) și la o stare oxidată (prin donarea de electroni mediatorilor; regiunile B și C).

un al doilea răspuns important caracteristic Fig. 3 este că amplificările pereche apar la diferite potențiale care sugerează că eumelanina sintetică și feomelanina sunt oxidate/reduse la diferite potențiale. Termodinamica constrânge reacțiile redox astfel încât electronii „curg” de la specii cu potențiale redox mai negative la specii cu potențiale redox mai pozitive. Această constrângere termodinamică împreună cu observațiile experimentale este utilizată pentru a estima potențialele de reducere pentru eumelanină (Fig. 3c) și feomelanină (Fig. 3d) și în mod similar pentru a estima potențialele de oxidare (Fig. 3e, f). Eumelanina are o regiune de reducere amplificată (regiunea a) și două regiuni de oxidare amplificată (regiunile B și C), indicând faptul că potențialul de reducere-oxidare (redox) al eumelaninei prinse este între paranteze la capătul reducător cu E-ul de Ru3+ (-0,2 v vs Ag/AgCl) și la capătul oxidant cu E-ul de Fc (+0,25 V). Răspunsul distinctiv de ieșire al eșantionului de feomelanină prins în film (amplificarea regiunii D) indică faptul că poate suferi un redox reductiv-ciclism prin acceptarea electronilor de la Fc (și apoi donarea lor către Ir3+). Aceasta oferă dovezi inițiale că feomelanina este un oxidant mai puternic, cu un potențial redox, care este între paranteze la capătul reducător cu E-ul Fc (+0,25 V) și la capătul oxidant cu E-ul Ir3+ (+0,55 v).

Tabelul 1 sugerează reacții redox presupuse pentru aceste probe de melanină. Propunem ca activitatea redox a eumelaninei să implice oxidarea grupărilor 5,6-dihdroxiindol pentru a forma chinone extinse40. Propunem ca activitatea redox a feomelaninei să fie legată de grupele benzotiazinice ale feomelaninei, iar reacțiile presupuse sunt sugerate în tabelul 141,42,43.

Tabelul 1 a propus reacții redox ale melaninelor.

este important de menționat că caracteristicile de răspuns electrochimic observate indică faptul că ambele melanine sintetice sunt redox-active. Măsurătorile electrochimice pe perioade prelungite (figura S3 din informații suplimentare) indică faptul că aceste activități redox sunt stabile și melanina poate fi oxidată și redusă în mod repetat. Astfel, în timp ce electrochimia nu oferă informații structurale chimice ale fragmentelor individuale (chinonă, semi-chinonă și hidrochinonă)32,44, aceasta indică faptul că distribuția între aceste stări este dinamică în funcție de contextul de mediu.

estimarea potențialului Redox

pentru a confirma estimările inițiale ale potențialelor redox pentru melaninele sintetice, am probat probele cu doi mediatori redox pentru a detecta răspunsurile de ieșire (amplificarea pereche a curenților de oxidare și reducere) care caracterizează ciclul redox. Ciclarea redox susținută necesită cel puțin doi mediatori, iar potențialele redox ale mediatorilor trebuie să includă potențialul redox al probei. Astfel, acest test permite estimarea potențialului redox al unei probe.

figura 4a prezintă curbele curent-potențial pentru pheomelanin-chitosan și electrodul acoperit cu chitosan de control într-o soluție mixtă de 100 CTF Ir3+ și 50 CTF Fc. Prin comparație cu controlul chitosanului, proba de feomelanină prezintă o amplificare pereche a curenților de reducere în regiunea D și a curenților de oxidare în regiunea C. Această amplificare asociată sugerează că feomelanina poate suferi ciclism redox cu Fc servind ca agent reducător și Ir3+ servind ca oxidant. Pentru cazul eumelaninei, Fig. 4B nu prezintă amplificare asociată, deoarece nu este evidentă nicio reducere amplificată. Aceste rezultate confirmă faptul că modelul feomelanin, dar nu eumelanin, are activitate redox în intervalul potențial cuprins între e-urile s ale Ir3+ și Fc (+0,25 V-uri +0,55 V).

Figura 4
figura4

sondarea regiunilor potențiale redox pentru semnăturile ciclismului redox (2 mediatori).

voltamograme ciclice (CVs) pentru (a,C,e) filme sintetice de feomelanină-chitosan și (b,d,f) filme sintetice de eumelanină-chitosan (rată de scanare de 2 mV/s). Feomelanina prezintă activitate redox la un potențial mai oxidativ în comparație cu eumelanina.

în continuare am comparat filmele de control chitosan și pheomelanin-chitosan folosind perechea mediator Fc-Ru3+. Figura 4c prezintă amplificări mici în curenții reducători din regiunea a (Ru3+) și curenții de oxidare din regiunea B (Fc). Amplificarea pereche a curenților de oxidare și reducere oferă dovezi că feomelanina sintetică poate avea activitate redox suplimentară între -0,2 V și +0,25 V. Pentru cazul Eumelaninei, Fig. 4D prezintă amplificări pereche substanțiale (reducerea Ru3+ în regiunea a și oxidarea Fc în regiunea B) confirmând că eumelanina este redox-activă cu un potențial redox între -0,2 V și +0,25 V.

în cele din urmă, am comparat chitosanul de control și filmele melanină-chitosan folosind perechea mediator Ir3+ -Ru3+ care se întinde pe cea mai mare gamă de potențiale redox (între -0,2 V și +0.55 V). Așa cum este indicat în partea de jos în Fig. 4E, f, gama largă redox fiind probată de perechea mediator Ir3+ -Ru3+ se întinde pe ferestrele redox mai înguste în care a fost observată activitatea redox pentru feomelanină (Fig. 4a) și eumelanină (Fig. 4d). Deoarece Fc a fost eliminat din acest amestec mediator, Fig. 4e, f arată că nu se observă vârfuri în regiunea B (oxidarea Fc) sau regiunea D (reducerea Fc). Cu toate acestea, atât probele de feomelanină, cât și cele de eumelanină au prezentat amplificări pereche puternice pe o regiune potențială mare, ceea ce susține în continuare concluzia că ambele melanine sintetice au activitate redox.

reversibilitatea activității redox Oxidative specifice Feomelaninei

în continuare ne-am concentrat asupra regiunii potențialului oxidativ pentru a furniza dovezi suplimentare pentru activitatea redox a feomelaninei. Experimental, am imersat electrozii acoperiți cu melanină-chitosan în soluții care conțin toți cei trei mediatori și am impus aportul potențial ilustrat în Fig. 5a. „pre-tratamentul” inițial (-0,4 v vs Ag/AgCl timp de 5 minute) angajează mediatorul Ru3+ în ciclul redox reductiv pentru a transfera electroni de la electrod la proba de melanină (adică pentru a reduce unele dintre fragmentele redox active). Apoi am probat eșantionul prin ciclarea repetată a potențialului între -0,1 V și +0,8 v, ceea ce împiedică mediatorul Ru3+ să participe în continuare la reacțiile redox (adică mediatorul Ru3+ rămâne „tăcut” în timpul acestei etape de sondare).

Figura 5
figura5

examinarea repetată a ferestrei potențialului oxidativ pentru dovezi ale activității redox reversibile a feomelaninei sintetice.

(a) secvența tensiunilor de intrare utilizate pentru a sonda fereastra potențialului oxidativ al feomelaninei. Ieșire curentă pentru filmul feomelanin-chitosan exprimată ca (b) voltamogramă ciclică sau (c) curbă de ieșire. Ieșire curentă pentru filmul eumelanin-chitosan exprimată ca (d) voltamogramă ciclică sau (e) curbă de ieșire. Amplificarea asociată a feomelaninei a curenților de reducere a oxidării și ieșirea „constantă” indică faptul că activitatea redox oxidativă a feomelaninei este reversibilă.

figura 5b prezintă răspunsul curent al electrodului acoperit cu feomelanină-chitosan la potențialul ciclic impus afișat ca voltammagram ciclic standard (CV), în timp ce Fig. 5c arată rezultatele ca o curbă de ieșire (pentru claritate, rezultatele pentru filmul de chitosan de control sunt prezentate numai în Fig. 5c). Există două observații importante din aceste parcele. În primul rând, amplificarea oxidării Ir3+ (Regiunea C) este asociată cu o amplificare a reducerii Fc (regiunea D). În al doilea rând, ambele amplificări apar aproape „constante” în timp: în mod specific, curbele CV din Fig. 5B sunt aproximativ suprapuse și curbele de ieșire din Fig. 5c par a fi similare pentru fiecare ciclu consecutiv (notă: Figura S4 din informațiile suplimentare arată că producția nu este tocmai constantă, ci mai degrabă există un mic transfer net de sarcină oxidativă în timpul fiecărui ciclu). Această amplificare aproape constantă demonstrează că activitatea redox oxidativă a feomelaninei implică fragmente care pot fi oxidate și reduse în mod repetat.

rezultatele cu feomelanină sintetică pot fi contrastate cu cele pentru eumelanină sintetică observate în Fig. 5d, e. Mai exact, curentul de oxidare amplificat nu este asociat cu un curent de reducere amplificat care indică o epuizare netă a electronilor din proba de melanină. În concordanță cu această explicație este observația că ieșirea pentru eumelanină nu este constantă: curbele CV nu se suprapun (Fig. 5D) și curenții de oxidare de vârf sunt atenuați cu fiecare ciclu consecutiv (Fig. 5e). Aceste observații indică faptul că electronii transferați inițial în proba de eumelanină prin pretratarea Ru3+ sunt epuizați în timpul fiecărei etape de oxidare Ir3+.

Analiza Dinamică: Variația frecvenței de intrare

analiza dinamică este utilizată în mod obișnuit pentru ingineria inversă a Sistemelor Tehnologice. Figura 6a ilustrează faptul că am probat dinamic probele de melanină prinse în film prin variația frecvenței intrării potențiale oscilante impuse (intervalul potențial de la -0,5 V la +0,8 v; intervalul ratei de scanare de la 2 la 1000 MV/S) în prezența tuturor celor trei mediatori (Ir3+, Fc și Ru3+). Așa cum este ilustrat în Fig. 6A, frecvența de intrare controlează adâncimea regiunii filmului sondată de ciclismul redox al Mediatorilor. Pentru analiză, Fig. 6b arată că ne-am concentrat pe semnalele asociate cu reducerea Fc (regiunea D) și oxidarea Fc (regiunea B) și am folosit două rapoarte de curenți de vârf pentru a corela rezultatele. Primul raport, raportul de amplificare (ar), compară răspunsul filmelor care conțin melanină cu răspunsul filmului chitosan. Așa cum era de așteptat, Fig. 6c arată că acest raport de amplificare este mai mare la rate de scanare mai mici, în timp ce acest raport se apropie de 1 la rate de scanare ridicate (adică filmele care conțin probe și filmul de chitosan de control se comportă similar).

Figura 6
figura6

sondarea dinamică a ferestrei potențialului oxidativ al feomelaninei sintetice la rate de scanare diferite.

(a) schematică care ilustrează faptul că rata de scanare afectează adâncimea filmului care este cercetat. (b) raporturile parametrilor utilizate pentru caracterizarea ciclului redox în fereastra potențialului oxidativ al feomelaninei (scanare CV ilustrativă pentru filmul feomleanin-chitosan; 2 mV/s). (c) raportul de amplificare arată că cea mai mare diferență față de filmul de chitosan de control este observată la ratele scăzute de scanare (așa cum era de așteptat). (d) rapoartele de rectificare arată că Fc servește ca oxidant cu eumelanină (RRFc < 1), dar un reductant pentru feomelanină (Rrfc > 1).

al doilea raport este o măsură operațională de rectificare. Figura 6d arată că, la frecvențe înalte, RRFc pentru cele două probe de melanină și controlul chitosanului se apropie 1. La frecvențe joase, Fig. 6D arată RR > 1 Pentru feomelanină, dar RR < 1 pentru eumelanină, care este în concordanță cu observațiile anterioare. Mai exact, feomelanina angajează Fc în redox-ciclism cu Fc servind ca reductant (regiunea D) în timp ce eumelanina angajează Fc în redox-ciclism cu Fc servind ca oxidant (regiunea B).

analiza dinamică: impunerea intrărilor în trepte

s-a efectuat un test electrochimic final utilizând o secvență de modificări potențiale în trepte în prezența tuturor celor trei mediatori. Figura 7a arată că o tensiune inițială de -0,4 V a fost utilizată pentru a iniția ciclul Ru3+ redox pentru a transfera electroni pentru a reduce proba de melanină prinsă în film. Primul pas se schimbă de la -0,4 la +0.8 V permite atât Fc, cât și Ir3+ să fie oxidat și să inițieze ciclul redox oxidativ pentru a transfera electronii de la melanina prinsă la electrod. Așa cum este indicat în Fig. 7a, acest potențial a fost menținut timp de 5 minute timp în care transferul de electroni a fost măsurat așa cum se arată în Fig. 7b. transferul cumulativ de sarcină (după 5 minute) pentru filmul de chitosan de control a fost atribuit difuziei simple a mediatorilor prin film și această valoare a fost scăzută din transferul cumulativ de sarcină măsurat pentru filmele care conțin proba de melanină. Această diferență (QFilm) a fost atribuită ciclismului redox în film și servește ca măsură a numărului de electroni transferați din melanină. În principiu, această metodologie ar putea fi utilizată pentru a determina capacitatea totală de redox a eșantionului de melanină, cu toate acestea, o perioadă de 5 minute este insuficientă pentru a transfera exhaustiv electroni din probele de particule (de exemplu, ar fi necesare mai multe ore)45. Astfel, capacitatea noastră redox calculată (NFilm; nmole electron/cm2) este o măsură operațională utilă pentru comparația semicantitativă.

Figura 7
figura7

impunerea pas potențiale modificări la sonda de transfer de încărcare.

(a) secvența modificărilor treptelor permite sondarea oxidării și reducerii. (b) transferul de sarcină observat după o schimbare de pas pentru oxidare (QFilm și NFilm sunt măsuri cantitative ale transferului de electroni). (c) transferul de încărcare observat după schimbarea treptei pentru reducere. (d) Rezumatul valorilor NFilm pentru diferite etape de reducere a oxidării cu melanine sintetice.

figura 7a arată că, după etapa inițială de oxidare, s-a impus o etapă de reducere de la +0,8 la -0,4 V. această etapă permite unui ciclu Ru3+ redox să reducă melanina prin deplasarea electronilor de la electrod la melanină. Această etapă potențială permite, de asemenea, Fc+ la ciclul redox reductiv cu feomelanină. Figura 7c prezintă rezultatele acestei etape de reducere și indică faptul că transferul de sarcină către ambele probe de melanină este mai mare decât transferul de sarcină observat cu filmul de control. Capacitatea acestor probe de a dona ambii electroni (Fig. 7b) și acceptă electroni (Fig. 7c) susține concluzia că ambele probe sintetice de melanină sunt redox active.

figura 7d rezumă rezultatele acestor experimente. Intrările din Fig. 7d sunt pentru experimentele de oxidare din Fig. 7B și experimente de reducere din Fig. 7c, respectiv. Diferențele cantitative ale valorilor NFilm între aceste condiții reflectă probabil diferențele cinetice. De exemplu, forța motrice pentru oxidarea eumelaninei (atât prin Ir3+, cât și prin Fc) este considerabil mai mare decât forța motrice pentru reducerea eumelaninei (prin Ru3+) și acest lucru poate explica Nfilmul mai mare al eumelaninei în etapa de oxidare (65 nmoli/cm2) comparativ cu etapa sa de reducere (12 nmoli/cm2). Argumente similare pot explica diferențele observate între reducerea eumelaninei și a feomelaninei în a doua intrare din Fig. 7d: forța motrice pentru reducerea feomelaninei (atât cu Ru3+, cât și cu Fc+) este mai mare decât pentru reducerea eumelaninei (cu Ru3+).

evaluarea probelor naturale de melanină

în continuare am evaluat probele naturale de eumelanină și feomelanină pentru a furniza dovezi pentru cele două observații majore din studiile cu modele sintetice: (i) melanina este redox activă; și (ii) feomelanina are o activitate pro-oxidantă mai mare pe bază de redox. În cadrul acestor studii, s-au preparat pelicule de melanină-chitosan cu conținut de melanină de 248/ml și 484/ml pentru eumelanină naturală și, respectiv, feomelanină. Am imersat electrodul acoperit cu film într-o soluție care conține cei trei mediatori redox (100 mm IR3+, 50 mm FC și 50 mm Ru3+) și am aplicat intrări potențiale variabile. În primul studiu, a fost impusă o intrare potențială ciclică (-0,5 până la +0,8 v vs Ag/AgCl; rata de scanare de 2 mV/s) și Fig. 8 prezintă amplificări semnificative ale curenților de oxidare și reducere atât pentru probele de eumelanină, cât și pentru cele de feomelanină. Amplificarea asociată a curenților de oxidare și reducere susține prima concluzie că ambele melanine naturale sunt redox-active și pot fi comutate între stările reduse și oxidate.

figura 8
figura8

dovada că melaninele naturale sunt redox-active.

voltamograme ciclice ale filmelor care conțin probe de melanină (rata de scanare de 2 mV/s) în prezența a 3 mediatori. Amplificarea asociată în curenții de oxidare și reducere oferă dovezi că melaninele naturale sunt redox active și pot suferi atât cicluri redox oxidative, cât și reductive.

interesant, semnătura caracteristică a feomelaninei sintetice-amplificarea în regiunea D observată în Fig. 3 – nu este evident cu proba naturală de feomelanină. Posibil, o atenuare a acestui vârf caracteristic D poate reflecta natura polimerică mixtă a melaninelor naturale. O abordare experimentală pentru a acomoda această natură polimerică mixtă este de a compara comportamentul probelor naturale de melanină împotriva unui amestec de melanine sintetice46,47,48. Pentru studiul nostru, am pregătit filme care conțin amestecuri de eumelanină sintetică și feomelanină și am probat aceste filme folosind trei intrări potențiale diferite, așa cum este ilustrat de panourile superioare din Fig. 9 (A se vedea figura S5 din informațiile suplimentare pentru detalii suplimentare). Așa cum este indicat de panourile din mijloc din Fig. 9, ieșirile au fost analizate prin integrarea curenților pentru a determina sarcina totală transferată în timpul reducerii (QRed) și oxidării (QOx) și apoi crearea unui raport de reducere la oxidare (raportul Redox). Se așteaptă ca o probă cu o activitate pro-oxidantă mai mare pe bază de redox să aibă un raport Redox mai mare, deoarece ar atrage mai mulți electroni din electrod.

Figura 9
figura9

dovezi că pheomelanina naturală are o activitate pro-oxidantă mai mare pe bază de redox.

au fost impuse trei potențiale de intrare diferite pe probe (panouri superioare), datele au fost analizate ca raport de transfer de sarcină reductivă la oxidativă (panouri medii) și rezultatele cu melanină naturală au fost comparate cu rezultatele amestecurilor de eumelanină sintetică și feomelanină sintetică. (a) voltametrie ciclică. (b) Cronocoulometria. (c) voltametrie ciclică pentru cicluri multiple.

în primul test, am efectuat voltametrie ciclică (de exemplu, ca în Fig. 8) și a analizat rezultatele așa cum este ilustrat de panoul superior din Fig. 9a. Pentru amestecurile sintetice de melanină, rezultatele din panoul inferior din Fig. 9a prezintă o creștere liniară a raportului Redox cu fracția de feomelanină sintetică. Această tendință observată este de așteptat din activitatea pro-oxidantă mai mare a feomelaninei sintetice. Suprapus pe graficul liniar din Fig. 9a sunt linii orizontale pentru rezultatele probelor naturale de melanină care arată că raportul Redox pentru feomelanină este mai mare decât cel pentru eumelanină. Interesant este faptul că intersecția liniei orizontale pentru feomelanină cu rezultatele amestecurilor sintetice sugerează că conținutul de eumelanină din eșantionul natural de feomelanină este de aproximativ 40%, ceea ce este în concordanță cu analiza chimică a părului uman roșu39.

în al doilea test, panoul superior din Fig. 9b arată că am impus intrări potențiale treptate la fiecare dintre electrozii filmați cu melanină timp de 5 min și am măsurat transferul de sarcină atât pentru schimbarea treptei la condițiile de reducere, cât și la condițiile de oxidare (Analog experimentelor din Fig. 7). Parcela din Fig. 9b arată din nou că pentru amestecurile sintetice de melanină, raportul Redox a crescut liniar cu fracția de feomelanină sintetică. Rezultatele pentru melaninele naturale (linii orizontale) arată din nou că raportul Redox pentru feomelanină este mai mare decât pentru eumelanină.

testul final a fost efectuat prin ciclarea potențialului de 10 ori între -0,1 V și 0,8 v pentru a testa gama de potențial redox mai oxidativ (Analog experimentelor din Fig. 5). Așa cum este indicat de panoul din mijloc din Fig. 9c, am calculat în medie încărcătura transferată din ultimele trei cicluri și am calculat raportul Redox. În concordanță cu cele două teste anterioare, raportul Redox a crescut liniar cu fracția de feomelanină sintetică din film, iar feomelanina naturală a avut un raport Redox mai mare decât eumelanina naturală.

în concluzie, rezultatele pentru melaninele naturale sunt în concordanță calitativă cu cele pentru modelele sintetice: melaninele sunt redox active și feomelanina are o activitate pro-oxidantă mai mare pe bază de redox.

Lasă un răspuns Anulează răspunsul

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *

Articole recente

  • Dynamic calendar grid
  • Cum de a schimba numele de ecran de utilizator pe AOL Mail
  • vizitați Santa Barbara
  • 19 februarie 2015tipic și atipic Angina: ce să caute
  • Lawrence H. Summers
  • numele copilului Wizard
  • BUKU 2019 setați orele, harta festivalului și multe altele!

Arhive

  • ianuarie 2022
  • decembrie 2021
  • noiembrie 2021
  • octombrie 2021
  • septembrie 2021
  • august 2021
  • iulie 2021
  • iunie 2021
  • mai 2021
  • aprilie 2021

Meta

  • Autentificare
  • Flux intrări
  • Flux comentarii
  • WordPress.org

Language

  • Deutsch
  • Nederlands
  • Svenska
  • Norsk
  • Dansk
  • Español
  • Français
  • Português
  • Italiano
  • Română
  • Polski
  • Čeština
  • Magyar
  • Suomi
  • 日本語
  • 한국어
©2022 Steve Walton's | Powered by WordPress & Superb Themes