Melaniinien rakenne ja ominaisuudet

Abstract

Melaniinit ovat yleisiä orgaanisia pigmenttejä, joita esiintyy useimmissa eliöissä. Melaniineilla on useita erikoisia ominaisuuksia ja monia erilaisia tehtäviä luonnossa. Ne toimivat värityksen ja kuvioinnin lisäksi esimerkiksi antioksidantteina, pysäyttävät vapaita radikaaleja ja suojaavat auringon säteilyä vastaan.

Melaniineja syntyy kun erilaiset fenoliset yhdisteet hapettuvat ja polymeroituvat. Niiden ominaisuudet riippuvat primaarisen rakenteen lisäksi voimakkaasti myös sekundaarisesta ja tertiaarisesta rakenteesta. Suuri osa melaniinien karakterisista ominaisuuksista johtuu itseasiassa kemiallisesta monimuotoisuudesta ja epäjärjestyksestä.

Ihmisillä ja muilla eläimillä esiintyvä mustanruskea eumelaniini on parhaiten tunnettu melaniinityyppi. Se muodostuu oligomeroituneista 5,6-dihydroksi-indoli- ja 5,6-dihydroksi-indoli-2-karboksyylihappoyksiköistä. Eumelaniini absorboi voimakkaasti UV-Vis-alueella. Myös sen sähköiset ominaisuudet ovat bio-orgaaniselle materiaalille hyvin erikoisia. Se johtaa sähköä ja sillä esiintyy esimerkiksi valojohtavuutta.

Melaniineilla on pysyvät elektronispinresonanssisignaalit, jotka aiheutuvat niissä olevista vapaista radikaalikeskuksista. Radikaalien konsentraation määrää täysin hapettuneiden, täysin pelkistyneiden ja puoliksi pelkistyneiden monomeeriyksiköiden tasapaino eli komproportionaatiotasapaino. Radikaaleilla on suuri vaikutus esimerkiksi melaniinin sähköisiin ominaisuuksiin.

Metallien kelatointi on yksi melaniinien tärkeimmistä tehtävistä luonnossa. Niiden uskotaan vähentävän elimistön oksidatiivista stressiä sitomalla reaktiivisia metalli-ioneja. Kevyet metalli-ionit sitoutuvat heikommin kuin raskasmetallit ja melaniinin uskotaan toimivan niille varastona.

Melaniinit ovat mielenkiintoisia myös tulevaisuuden kehittyneiden funktionaalisten materiaalien kannalta. Niitä voidaan käyttää esimerkiksi luontoa matkivissa sovellutuksissa ja bioelektroniikassa. Tätä tarkoitusta varten on kehitetty uusia menetelmiä, joiden avulla melaniinista voidaan valmistaa korkealaatuisia ohutkalvoja.