Forstå, hvad der gør sort pigment sort

Forskere har for første gang "ublandet" det sorte pigment, der farver vores hud og giver bananerne deres pletter.

Forskere ved Ohio State University udførte arbejdet med eumelanin, en form for melanin, der producerer brune eller sorte farver.

Melanin er vigtigt for den menneskelige krop:Det fungerer som en naturlig solcreme, beskytter DNA mod skader forårsaget af solens ultraviolette stråler. Det ødelægger også frie radikaler i kroppen og forhindrer metalioner i at skade organer.

Men på trods af at jeg ved alt det, videnskabsmænd ved ikke en af ​​de mest basale ting om melanin, sagde Bern Kohler, senior forfatter af undersøgelsen, offentliggjort i dag i tidsskriftet Kemisk Videnskab .

"Det mest grundlæggende spørgsmål, der kan stilles om et pigment, er, hvad der giver det dets farve, sagde Kohler, Ohio Eminent Scholar og kemiprofessor ved Ohio State.

"Og det har vi ikke et svar på. Så vi har i det væsentlige udblandet farven sort for at afsløre de underliggende farver."

Kohler sagde, at forståelsen af ​​melanins struktur er afgørende for videnskabelige fremskridt inden for medicin og materialevidenskab.

"En af de helt store gåder om melanin – og det overrasker altid videnskabsmænd, der ikke er melanineksperter – er, at vi ikke har en struktur for melanin. Tænk på DNA-dobbelthelixen:Vi var nødt til at kende strukturen af ​​den dobbeltspiral. før vi kunne forstå, hvad der skete med DNA. At kende strukturen er ofte, hvordan vi gør fremskridt inden for videnskab, " han sagde.

"Eumelanin er dette brun-sorte pigment, der er i hele vores hud og hår, og det er virkelig interessant for en spektroskopist – og det er jeg – fordi det absorberer alle lysets spektrale komponenter. Dette gør det attraktivt til solenergi og andre applikationer, hvor det er vigtigt at fange al energien i sollys."

Overvej et barn, der leger med maling og lærer om farver, sagde Kohler. De kombinerer gul og blå og bliver grønne. De kombinerer rød og gul og bliver orange. Men kombiner alle farverne, og resultatet bliver en dyb, mudret sort.

"Det er melanin, " sagde han. "Og vi ville vide, hvad der skulle til for at lave det - hvilke små farvemolekyler der er i det. "

Kohlers hold, som omfattede Ohio State postdoc-forsker Christopher Grieco og kandidatstuderende Forrest R. Kohl, har arbejdet på et svar på det spørgsmål. besvarer det, han sagde, kan åbne døren til fremtidige opdagelser, der kan hjælpe med at lave bedre solcremer.

For at tage et skridt i den videnskabelige retning, forskerne skabte eumelanin i laboratoriet. Derefter brugte de ekstremt korte lysimpulser på mindre end en milliontedel af en milliontedel af et sekunds varighed til at lede efter forskellige pigmenter.

Nogle lysabsorberende materialer er konstrueret som krystaller, i en symmetrisk, forudsigelig rækkefølge. Melanin er ikke konstrueret sådan, sagde Kohler. I stedet, den består af kromoforer - dele af molekyler, der giver tingene deres farve - samlet på en tilsyneladende tilfældig måde, uordnet måde.

For at forstå mere om strukturen af ​​melanin, Kohler og hans team undersøgte disse kromoforer, fjernede derefter nogle ved hjælp af korte lysimpulser for at se, hvad der ville ske med pigmentet. Ville pigmentets farve ændre sig, for eksempel? Ville de andre kromoforer udfylde hullet?

"Tænk på det som din FM-radio i din bil, " sagde Kohler. "Du kan indstille den til mange forskellige stationer, fordi hver enkelt sender over et begrænset område af radiofrekvensspektret. I stedet for at sende radiobølger, melaninkromoforerne absorberer højfrekvente lysbølger, og vi ønskede at bestemme, hvor meget af det elektromagnetiske spektrum, der er optaget af hver kromoforstation."

"Det, vi spurgte, var, hvor mange stationer der er derude? Inden for det synlige spektrum er der mange kromoforer, der absorberer ved forskellige frekvenser, eller blot nogle få, der bruger det meste af den mulige båndbredde?"

Hvad de fandt, i det væsentlige, er, at tuning af en smal lysimpuls på tværs af det synlige spektrum kunne slå nogle få af disse stationer ud – nogle få kromoforer – ad gangen, efterlader andre kromoforer, der absorberer forskellige farver.

"I vores eksperimenter, da vi slap af med en station, vi stødte ind i nye stationer, " sagde han. "Og hvad vi så er, at disse forskellige kromoforer ikke rigtig taler med hinanden. De opfører sig lidt uafhængigt af hinanden."