Biofísica de los monómeros y dímeros de la eumelanina

Abstract

La eumelanina es una clase de pigmento biológico, de color negro o café oscuro, presente en la mayoría de los tejidos animales. Su conformación estructural, no es conocida completamente hasta ahora, sin embargo, existe en la literatura una gran cantidad de evidencias teóricas y experimentales que muestran que a pesar de que la melanina siempre aparece unida a una matriz proteica que es difícil de separar mediante diferentes métodos existentes, se ha demostrado que la formación de la 5,6-indolquinona y sus formas reducidas hidroquinona (HQ) y semiquinona (SQ), desempeñan un papel fundamental en la biosíntesis de las eumelaninas, y por tanto pueden formar la mayor parte de este biopolímero. Nuestro interés en el estudio de la eumelanina es debido a que en los seres humanos desempeña funciones muy importantes como la protección contra la radiación solar especialmente la ultravioleta, y la protección celular como capturador de radicales libres en áreas no iluminadas del cuerpo humano como la sustancia negra del cerebro, que deterioran las células nerviosas generando enfermedades como el mal de Parkinson. Además, desde hace muchos años la eumelanina ha sido objeto de arduas investigaciones relacionadas con su comportamiento como semiconductor, en las que se ha encontrado importantes resultados. Dentro del desarrollo del trabajo se hace el estudio de diferentes propiedades físicas tanto de los monómeros IQ, HQ, SQ, como de los seis dímeros que se forman a partir de la combinación de los tres monómeros en el vacío y en medio acuoso para los estados de carga 0, 1,  2 , para así tratar de vislumbrar las características propias del pigmento que determinan sus posibles funciones en condiciones patológicas como el mal de Parkinson, y su posible desempeño como semiconductor orgánico. Este estudio se hace mediante la aplicación de los métodos teóricos tales como la mecánica cuántica molecular: desprecio del solapamiento diatómico modificado o MNDO, Modelo de Austin 1 o AM1, Tercera Parametrización o PM3, Zerner Intermediate Differential Overlap / Spectroscopy-Configuration Interaction Singlets o ZINDO/S-CIS; de esta forma es posible determinar las características estructurales, electrónicas, y ópticas de los monómeros y dímeros relacionados con la eumelanina. Los resultados obtenidos muestran que todas las estructuras bajo estudio son buenas aceptadoras de electrones tanto en el vacío como en presencia de moléculas de agua, sin embargo, la presencia de un medio acuoso hace que las estructuras alcancen una estabilidad energética mucho mayor. El estudio de las propiedades estructurales indica que el monómero que podría presentarse de manera importante dentro de la formación de la macromolécula eumelanina es la hidroquinona, además a medida que se considera su crecimiento se tiene que el modelo de homopolímero es el más probable, sin embargo se encuentra una alta probabilidad de que los dímeros que se forman a partir de la hidroquinona pueden conformar la eumelanina. El análisis de las propiedades ópticas se hace mediante la simulación de los espectros UV-visible de todos los monómeros y dímeros tanto en vacío como en medios acuosos, en estos se encuentra que las moléculas podrían desempeñarse como buenos semiconductores orgánicos intrínsecos, además las principales transiciones se deben a las presencia de sistemas  conjugados que se encuentran principalmente en los anillos bencénicos. Tanto el momento dipolar como la densidad de carga electrónica y el potencial electrostático son determinados por las propiedades de electronegatividad de los átomos de oxígeno y nitrógeno principalmente.