Багатофункціональний меланін

Багатофункціональний меланін

Меланін - складна полімерна речовина, що складається з окислених фенолів, належить до групи пігментів. Слово "Меланін" перекладається з грецької мови як "чорний" Меланін трапляється в різних таксономічних групах від одноклітинних до багатоклітинних організмів рослин і тварин. Пігмент "меланін" рослинного, тваринного і синтетичного походження володіє властивостями стабільних вільних радикалів, з довгоживучими парамагнітними центрами, кількість парамагнітних центрів (фактор) g = 2.0030-2.0040 і електрон\спін складає 10 у 17(ступені) і 10 у 19(ступені) не спарених електронів на один грам сухої речовини. Парамагнітний стан визначається d-рівнем розподілу електронів у молекулі. Меланін має властивості напівпровідника і надпровідника. Хімічна будова молекули тваринного, синтетичного і рослинного меланіну різні. Тваринні та синтетичні меланіни мають індольний тип будови, рослинні меланіни володіють пірокатехінним типом будови. Природні меланіни утворюють складну полімерну структуру поліфенолкарбонового комплексу. Хімічна будова природних меланінів досі остаточно не встановлена внаслідок їх надзвичайно складної полімерної структури на відміну від синтетичних. Меланін відповідно до вимог ГОСТ 12.1.007-76 належить до безпечних речовин (4 клас небезпеки). Протипоказань не виявлено.

У зародку ссавців меланін представлений у шарах, з яких формується шкіра та нервова система. Меланін синтезується в меланоцитах з амінокислот тирозину, триптофану, фенілаланіну на білковій матриці меланопротеїнового комплексу і накопичується в меланосомах. Одна меланоцитова клітина постачає меланіном 36 поруч розташованих клітин. Таке співвідношення в людській расі постійне і не залежить від кольору шкіри. У нервовій системі меланін представлений у нейронах в органелоїді "Ніссел" у чорному ядрі, у гіпоталамо-гіпофізарній системі, у висхідних і низхідних нервових шляхах. Меланін добре проникає через гематоенцефалічний бар'єр. Представлений у всіх життєво важливих органах і тканинах. Меланін забезпечує стабільність життєво важливих систем, підтримує гомеостаз клітин. Меланін - це жива молекула. Меланінові молекули формують меланінову систему. Білкові та меланінові молекули забезпечують життєдіяльність клітин, тканин і органів біологічних істот. З віком меланін в організмі синтезується менше, зменшується його концентрація в клітинах і тканинах. Найбільший інтерес представляє розчинний у воді меланін. У біологічних системах представлена молекула меланіну розчинна у воді. Меланін має здатність керувати гідрофільними і гідрофобними кінцями молекули, що дає йому можливість володіти властивістю пігменту і водорозчинного

Меланінова молекула має набір складних функцій і властивостей.

1. Взаємодія молекули меланіну з дистильованою водою.

Під час кристалізації розчинного у воді меланіну спостерігається формування кілець Лезегана меланіновою молекулою. Молекула меланіну має функцію самоорганізації. Ефект Лезегана характерний для живих систем і ліотропних структур. Колцеподібні та періодичні структури характерні для мієлінових нервових волокон.

2. Взаємодія молекули меланіну з питною водою.

Відомо, що вода складається з кластерів, 1 мікрон води містить 440 000 кластерів. Кластери утворюють структуру ліотропних кристалів води. Структура ліотропних кристалів води має само подібність або фрактальність. Структура ліотропних кристалів води важливіша за хімічний стан води. Водорозчинний рослинний меланін, що добре реагує з водою, входить у структуру ліотропних кристалів води і цим покращує структуру ліотропних кристалів води. Структура ліотропного кристала стає кращою, ніж вона зустрічається в природі: з двовимірних кристалів вони починають формувати тривимірне утворення, в центрі якого знаходиться меланін. Структурування меланіном ліотропних кристалів води є світовим відкриттям.

3. Взаємодія молекули меланіну з фізіологічним розчином 0.9%.

З'єднання молекул водорозчинного меланіну з фізіологічним розчином хлориду натрію 0.9% демонструє утворення структурної впорядкованості ліотропного кристала у водно-сольового розчину. У контрольному водно-сольовому розчині без меланіну структура ліотропного кристала відсутня.

Встановлено американськими дослідниками Мічиганського університету, що ліотропні кристали представлені в рідкому середовищі здорових клітинах, у хворих клітинах, незалежно від патології, ліотропні кристали зруйновані та відсутні.

4. Молекула водорозчинного меланіну має антиоксидантні функції.

Під час дослідження антиоксидантних властивостей було відзначено, що в культурі клітин, які зазнали руйнівної дії перекису, процес гальмування процесів руйнування клітин при додаванні водорозчинного меланіну відбувається протягом 20 секунд. У порівнянні з токоферолом час обчислюється годинами. Підтвердилася здатність меланіну захищати організм у разі радіаційного ураження. Вплив радіоактивного випромінювання на організм схожий на ланцюгову реакцію. Частинки іонізуючої радіації передають атомам живої речовини свою надлишкову енергію, яка спричиняє в них вторинну іонізацію, ці іонізовані атоми, своєю чергою, передають надлишкову енергію оточуючим. Збуджені додатковою енергією атоми живих клітин вступають у реакцію з вільним молекулярним киснем. Антиоксидант меланін розчинний у воді блокує вступ збуджених атомів клітин у реакцію з вільним молекулярним киснем.

5. Вільно радикальна теорія старіння живих систем тісно пов'язана з меланіном.

Водорозчинний меланін гасить фізико-хімічну активність осколків молекул, що утворилися під впливом радіаційного випромінювання, біохімічних та інших чинників так званих вільних радикалів. Вільні радикали мають надзвичайно високу реакційну активність, руйнують важливі структури клітини, порушують на молекулярному рівні біохімічні механізми синтезу і розпаду, руйнують ДНК. З руйнуванням молекули ДНК пов'язані процеси старіння організму. Водорозчинний меланін сприяє відновленню молекули ДНК, відновлює і захищає гуанінову кислоту азотистої основи молекули ДНК від радіотоксинів і вільних радикалів, меланін дає можливість зберігати здоров'я. Вченими генетиками встановлено, що один із механізмів старіння зумовлений руйнуванням молекули ДНК, а водорозчинний меланін захищає і відновлює молекулу ДНК від руйнувань, і таким шляхом запобігає процесам старіння.

6 Меланіну характерні радіопрожекторні функції.

Після аварії 1986 р. на Чорнобильській атомній електростанції, на забрудненій території радіонуклідами склалися умови, за яких населенню доводиться перебувати тривалий час у радіаційних полях низької інтенсивності. Найнебезпечніший компонент радіації радіотоксинів - це альфа-випромінювання, яке бомбардує атоми, перетворюючи їх на іони, а ті зі свого боку можуть пошкодити генетичний код клітин. Встановлено, що альфа-випромінювання становить для живих істот у 20 разів більшу небезпеку порівняно з бета-випромінюванням. Тому проблема хіміопрофілактики організму на основі сучасних уявлень первинних механізмів радіобіологічних ефектів є найбільш актуальною. Пошук нових способів (нових речовин) профілактики на основі застосування перехоплювачів супероксидів і гідроксильних радикалів, що взаємодіють з ДНК молекулою. Дослідження ролі меланіну показало, що вони беруть участь у вільно-радикальних процесах. Було показано, що меланінам характерна радіопрожекторна властивість. Обумовлена безпосередньою взаємодією меланіну з вільними радикалами. Взаємодія виникає під час опромінення біологічних об'єктів. Меланін гальмує вміст гідроксильних радикалів Гідроксильні радикали через свою високу електрофільність і термохімічну реакційність є основним радикалом кисню, який активно реагує з ДНК, активує її руйнування, та активує канцерогенез. Водорозчинний меланін випробуваний як радіопрожекторна речовина 1% розчин внутрішньочеревне мишам по 0.5-1.0 мл. Виживаність тварин за дози 800 рентген - виживаність 95 %. Дезактивація радіоактивного забруднення від 100-500 мг/мл β-радіоактивності до ГДК і нижче. Меланін, що застосовується всередину, здатний захищати живі системи і людину від згубного впливу радіації.

7. Роль меланіну в діяльності біологічно активних точок.

Останні 300 років китайська медицина активно шукає речовини, що допомагають підтримувати рівновагу між речовинами стимулювальної та блокуючої дії. Такою речовиною є водорозчинний меланін, який за своїми інтегрувальними функціями та властивостями характеризується як жива молекула. Дослідження біологічно активних точок, що представлені знаннями китайської медицини за всіма відомими меридіанами, на тлі вживання рослинного водорозчинного меланіну демонструє інтелектуальну здатність меланіну, що проявляється у здатності інтегрувати електричні параметри біологічно активних точок у "коридорі здоров'я". Такими здібностями не володіють інші лікарські засоби, тому що вони стимулюють, або гальмують процеси.

Меланін має терапевтичні властивості.

1.Водорозчинний меланін як фенольні сполуки мають властивості зупиняти розвиток ракових пухлин і метастазів в організмі. Меланін вступає в реакцію з нуклеїновими кислотами і білками ракових клітин і перешкоджає синтезу їхньої ДНК, гальмує розвиток ракової пухлини. Водорозчинний меланін руйнує бар'єр, зведений раковою клітиною в місці її нового прикріплення, і тим самим дає можливість лімфоцитам т-хелперам безперешкодно знищувати ракові клітини. У дослідах, для перевірки меланіну на канцерогенну активність, у тварин не було виявлено жодних змін.

2. Водорозчинний меланін досліджували на процеси виразкоутворення у тварин. Дослід показав, що меланін у дозі 10 мг\кг сприяв активному гальмуванню виразкоутворення в шлунку.

3. Водорозчинний меланін у вигляді 1% розчину "меланіновий екстракт" позитивно діє на імунну систему людини з глибоким пригніченням клітинного та гуморального імунітету. Позитивний ефект водорозчинний рослинний меланін показав під час лікування інсульту. Меланін відновлює цукор у крові та регулює роботу печінки й підшлункової залози. Меланін відновлює гормональний статус щитоподібної залози. Вживання "Меланінового екстракту" зменшує дистрофічно-деструктивні зміни в печінці, гіпоталамусі, щитоподібній залозі та надниркових залозах, спричинені комбінованою дією іонізуючого випромінювання. Меланін блокує рецептори gp120 і gp60 вірусів СНІД, і вони не можуть проникнути в клітини крові. Адсорбує важкі метали та виводить з організму. Один (1 гр.) грам меланіну до 80% міді, 60% кадмію, 50% ртуті та інших шкідливих домішок, що потрапляють у харчові продукти. За сукупністю позитивної дії на організм людини другої подібної речовини в природі немає.

Дослідження фізичних властивостей і функцій у прикладній фізиці

1. Водорозчинний меланін є органічним напівпровідником. Уперше у світі на основі водорозчинного меланіну було отримано меланінову напівпровідникову плівку. Виготовлення меланінової напівпровідникової плівки стає реальним у промисловому виробництві генераторів, що перетворюють енергію сонячного світла в електрику (сонячні батареї). Параметри органічних напівпровідників не досліджені, тому меланінову напівпровідникову плівку порівнювали з неорганічними напівпровідниками. Меланінова напівпровідникова плівка генерує електричні характеристики під час проходження світла, схожі на Cd2O4 та CdO2, від 2.1 електрона вольта при створенні багатошарової системи проходження світла "бутербродної" вище 4 електрона вольта. Таку "бутербродну" конструкцію не можна виготовити для кремнієвих напівпровідників. На основі водорозчинного меланіну реально створення електроніки нового покоління органічних польових транзисторів. На монокристалічні пластинки кремнію (156х156-250 мкм) наклали меланінову плівку - отримано мікронну меланінову плівку, що має кристалічну структуру. Досліджено гетероструктури кремній-монокристал меланінова плівка і спектр контактних груп кремній-метал, меланін-діелектрик-меланін-метал. Отримані електрофізичні характеристики контактних переходів кремній меланін, а також фотоелектричні параметри плівок розчинного меланіну гетероструктури меланін-монокристал кремнію. Зразки гетероструктури меланін-монокристал кремнію виготовлено у вигляді пластин кремнію (156х156-250 мкм) і у вигляді меланінових плівок на діелектричних підкладках. Виміряно струми фотоемісії зразків. Експериментально досліджено можливі механізми квантових колективних станів у меланінових плівках. Експериментально досліджено тунельний ефект на потенційному бар'єрі меланінова плівка на поверхні монокристала кремнію. Оцінений коефіцієнт перетворення енергії фотона у видимому спектрі Кефф -30% за розрахункового максимуму-37%. Реальний середній Кефф для всіх систем фотовольтаїчної генерації на використаних при створенні гетероструктури монокристалічних пластинах кремнію становить 16% (Silicon-2010). . Досліджено надпровідність меланіну за кімнатної температури.

Водорозчинний меланін - це єдиний і неповторний, рідкий, органічний напівпровідник живої природи.

2. Меланін є парамагнетиком, відомо, що феромагнетики і парамагнетики мають магнітний момент (амперові струми однаково спрямовані як у парамагнетиках, так і феромагнетиках). Парамагнітні речовини збільшують магнітний потік котушки. Це збільшення потоку в разі заповнення котушки парамагнітною речовиною вказує на те, що в парамагнітних речовинах під дією зовнішнього магнітного поля елементарні струми орієнтуються так, що напрямок їхній збігається з напрямком струму обмотки. Відомо, що феримагнітні осердя використовуються для зберігання інформації, вперше описані Джеймсом Форестером. Тому меланін може використовуватися для зберігання інформації.

Квантова складова в молекулі меланіну.

Парамагнетизм меланіну властивість, яка відсутня в неорганічних напівпровідниках. Меланін - це парамагнітна молекула з великою кількістю неспарених електронів. Вільні електрони в такому вигляді відрізняється від механізмів виникнення електронів у неорганічних напівпровідниках. У меланіні за відсутності зовнішнього постійного магнітного поля неспарені електрони мають однакову енергію. У разі накладення магнітного поля високої однорідності завдяки ефекту просторового квантування неспарені електрони виявляються розподіленими на двох різних енергетичних рівнях. На нижньому енергетичному рівні спіни електронів орієнтовані паралельно напрямку магнітного поля, а на верхньому - антипаралельно. Якщо на меланін подати електромагнітне випромінювання, квант енергії дорівнюватиме різниці між цими енергетичними рівнями (резонансна частота), відбудеться поглинання енергії випромінювання електронами, що розташовані на нижньому рівні, та перехід їх на верхній енергетичний рівень з одночасною зміною спіна. При цьому частина електронів, що випромінює квант електромагнітної енергії, переходить на нижній рівень (індукована емісія). У звичайних умовах на цьому рівні завжди перебуває дещо більше неспарених електронів, ніж на верхньому і тому поглинання, як правило, підвищує індуковану емісію. Тому електрон у меланіні легко переходить із вищої заповненої зони в нижчу вільну. Створення "елемента логіки" де електрон у самій молекулі змінює місце розташування з однієї орбіти на іншу представляє модель одноелектронного транзистора на основі молекули. Дослідження парамагнітних центрів молекули меланіну ЕПР (електронно-парамагнітним резонансом) і ЯМР (ядерним магнітним резонансом) лежить в основі роботи квантового комп'ютера. Робота квантового комп'ютера на основі електронних спінів (ЕПР) має перевагу над ядерними спінами (ЯМР), бо робота з електронними спінами задовольняє вимогам тонкого спінового переходу між електронами і ядром для введення і зчитування квантових даних. Кожен парамагнітний центр має свою частоту резонансу в даному магнітному полі. Під час впливу імпульсом на резонансній частоті одного з парамагнітних центрів він починає реагувати на імпульс, інші парамагнітні центри "мовчать", для того, щоб змусити реагувати на імпульс інший парамагнітний центр, треба взяти іншу частоту і дати імпульс на ній. У магнітному полі частота ЕПР дорівнює 56ГГц і через високу Зееманівську енергію електронні спіни дають змогу працювати аж до частот у гігагерцовому діапазоні, в той час як ядерні спіни (ЯМР) дають змогу працювати тільки до 75 кГц. Процес обчислень керується імпульсом змінного магнітного поля. Необхідно написати алгоритм (математичну модель) поставленого завдання. Наприклад, 1000 у ступені 3 (тобто мільярд) операцій в алгоритмі Шора для 1000-розрядного числа - це мільярд впливів на окремі спини і на їхні пари. У молекулі меланіну є прямий зв'язок між спінами, які є заготівлею, основою, базою для квантового комп'ютера і самим спектрометром ЯМР або ЕПР, готовим "процесором" для цього квантового комп'ютера. Наразі вдається працювати із системами із загальним числом спінів не більше п'яти-семи, тоді як для вирішення завдання зі створення квантового комп'ютера їх необхідно близько 1000. Меланін має стабільні парамагнітні центри 5.4× 1017 і 1019 на 1 грам чистого меланіну, такої кількості центрів достатньо для створення необхідного 1000 спінів. Перевага квантового комп'ютера полягає в тому, що квантовий комп'ютер оперує під час обчислення квантовим станом. Виконується паралельне опрацювання одразу всіх комплексних імпульсів, тоді як для класичного комп'ютера подібна операція потребувала певної кількості окремих елементарних кроків. Створення "елемента логіки" на основі меланіну дасть змогу створити квантовий пристрій для квантового комп'ютера. Поведінка надпровідника (в теорії Гінзбурга-Ландау) описується мікроскопічною фазою, яка і за походженням, і за властивостями близька до фази хвильової функції мікрочастинки. Використання надпровідності стає перспективним напрямком у створенні квантового комп'ютера і тоді проблема поєднання властивостей мікрооб'єктів і макрооб'єкта стає менш гострою. Надпровідність меланіну - унікальне відкриття, використання якого дасть змогу збільшити на кілька порядків можливість функціонування "елемента логіки".

Ядерна складова в молекулі меланіну.

Дослідження під керівництвом Катерини Дадачової (Ekaterina Dadachova) з медичного коледжу Альберта Ейнштейна (Нью-Йорк) розпочалося 5 років тому під враженням від інформації про те, що запущений всередину зруйнованого реактора Чорнобильської електростанції робот доставив зразки багатих на меланін грибків чорного кольору, які мешкають на стінах реактора в умовах високого рівня іонізуючого випромінювання.

Автори припустили, що ці грибки використовують радіаційне випромінювання як джерело необхідної для підтримки життєдіяльності енергії. Для перевірки гіпотези вчені протестували реакцію трьох різних видів нижчих грибів, які синтезують меланін, на вплив бета-випромінювання, яке випромінює цезій-137, і яке приблизно в 500 разів перевищує допустимий фоновий рівень. Цезій-137 є продуктом атомного розпаду урану і плутонію, використовуваних як атомне паливо.

Ріст грибків усіх трьох видів посилювався в присутності радіоактивного ізотопу. Водночас грибки, які не синтезують меланін, ніяк не реагували на випромінювання. Фізико-хімічний аналіз показав, що вплив радіації змінює електронну структуру молекули меланіну, що дає йому змогу вловлювати іонізуюче випромінювання і трансформувати його в інші форми енергії.

Дослідницька група відділу "Циклотрон У-120" інституту ядерних досліджень Національної академії наук України на наданих матеріалах і зразках водорозчинного меланіну отримала такі результати.

Випробування водного 1% розчину меланіну на гарматі "Циклотрон У-120" відзначили здатність меланінового розчину під час опромінення генерувати α-10⁸ мега електроно-вольт. Коефіцієнт корисної дії Атомної електростанції становить 5-7%. При промиванні твелів водним 1% розчином меланіну коефіцієнт корисної дії становитиме 50% (зростання 5-6 разів). Використання кремнію як неорганічного напівпровідника для генерації електрики з іонізуючих речовин не дало результату, оскільки радіація руйнує кремній до дрібних частинок. Водний розчин 1% меланіну показав особливу поведінку води в розчині 1% меланіну і високу стабільність під впливу радіації.

Меланін, парамагнетизм, терапевтичні властивості, ракові пухлини, виразкоутворення, імунна система, гормональний статус, виведення шкідливих речовин, лікування, природні сполуки