Melaninas quimicamente modificadas: preparação, caracterização, citotoxicidade, atividade antioxidante e interação com espécies catiônicas

Abstract

Melaninas são bio-oligômeros de ocorrência natural que podem ser encontradas na pele, no cabelo, nos olhos, no cérebro e também em alguns animais marinhos. Entretanto, a extração das melaninas naturais nem sempre é viável devido ao custo elevado dos reagentes utilizados e normalmente obtém-se um baixo rendimento no processo. Neste contexto, destacam-se as melaninas sintéticas, que podem ser produzidas em laboratório com um custo mais baixo e considerável rendimento.Um dos precursores das melaninas sintéticas é o L-3,4-dihidroxifenilalanina conhecido como L-DOPA que livre em condições reacionais produz a eumelanina, responsável pela coloração escura e em presença de cisteína produz a feomelanina, que dá origem a coloração mais clara, esses precursores se agregam entre 3 a 9 unidades indol para formar a estrutura oligomérica da melanina.Neste contexto, este trabalho tem por objetivo descrever a preparação, purificação e caracterização de melaninas quimicamente modificadas pelos aminoácidos serina, treonina e cisteína (feomelaninas), a fim de se obter os compostos ser-DOPA, thr-DOPA e cys-DOPA respectivamente e seus complexos de Cu(II) e Zn(II), bem como descrever as interações com o corante catiônico azul de metileno avaliando suas toxicidades e atividades antioxidantes.A caracterização espectroscópica das melaninas modificadas mostrou a presença de três grupamentos majoritários: ácido carboxílico, quinona-imina e catecol. Estudos em solução por titulação potenciométrica mostraram a presença do grupamento tiol na melanina cys-DOPA, e todas as melaninas apresentaram baixa toxicidade em células NIH-3T3 com uma relevante atividade antioxidante tendo destaque para a ser-DOPA que apresentou um EC50 para o ensaio de DPPH de 1,02 µg mL-1, valor esse próximo dos padrões utilizados.Os estudos de interação com os íons Cu(II) e Zn(II) revelaram que a formação dos complexos é altamente dependente do pH, em que na faixa ácida para a ser-DOPA e thr-DOPA ocorre a formação das espécies [M(QI)+] e [M(Ac)+], com o aumento do pH detectou-se a espécie [M(Cat)] e [M(QI)2], e em valores de pH acima de 8 as espécies [M(Cat)22-] e [M(QI)(Cat)-] foram detectadas. Já com a melanina cys-DOPA ocorre a formação das espécies [M(Tiol)+], [M(QI)+] e [M(QI)(Tiol)], com o aumento do pH foi evidenciado as espécies [M(Cat)] e [M(Cat)(Tiol)-], sendo esta última não detectada para Cu(II), e em valores de pH acima de 7 as espécies [M(QI)2] e [M(Cat)22-] foram observadas.Todos os complexos obtidos apresentaram uma baixa toxicidade em células HUVEC, e também uma relevante atividade antioxidante com destaque para o complexo cys-DOPA-Zn(II) com valor de 25,24 µg mL-1 para o ensaio de DPPH.As interações com o corante azul de metileno foram caracterizadas por métodos espectroscópicos, e os resultados obtidos revelaram que a adsorção do azul de metileno pelas melaninas é dependente do pH da solução. A maior adsorção ocorreu em pH 7 e 6 para a ser-DOPA e cys-DOPA respectivamente e a melanina thr-DOPA apresentou baixos valores de adsorção em toda faixa de pH. O modelo cinético que apresentou a melhor correlação entre os dados experimentais foi o de pseudo-segunda ordem para todos os sistemas estudados e os dados de equilíbrio de adsorção foram melhor correlacionados pela isoterma de Langmuir em sua forma linear apresentando qm de 162,07 e 109,89 mg g-1 para as melaninas cys-DOPA e ser-DOPA respectivamente.<br>

Abstract : Melanins are bio-oligomers occurring naturaly. They can be found in skin, hair, eyes, brain, and also in some marine animals, however, the extraction of natural melanins is not always feasible due to the high cost of the reagents used and the low yield in the process. In this context, synthetic melanins can be a praticle solution, which can be produced in the laboratory with a low cost and a high considerable yield.One of the synthetic melanins precursor is L-3,4-dihydroxyphenylalanine, known as L-DOPA that when free in reaction conditions produces eumelanin, responsible for the dark coloring, and in the presence of cysteine produces pheomelanin, which leads to a lighter color pigment, these products are aggregated in 3 to 9 indol units to form the oligomeric structure of melanin.In this context, this work aims to describe the preparation, purification and characterization of melanins chemically modified by the amino acids serine, threonine and cysteine (pheomelanins) resulting in compounds ser-DOPA, thr-DOPA and cys-DOPA respectively, and their complexes with Cu(II) and Zn(II) metal ions, evaluating their antioxidant activities and toxicities; as well as interactions with the cationic dye methylene blue.The spectroscopic characterization of the modified melanins showed the presence of three major groups: carboxylic acid, quinone-imine and catechol, and studies in solution by potentiometric titration showed the presence of thiol grouping cys-DOPA melanin, all melanins presented low toxicity in NIH-3T3 cells and a significant antioxidant activity with emphasis on ser-DOPA which showed an EC50 = 1.02 µg mL-1 for the DPPH assay, a value close to the standards used in this work.Interaction studies with Cu(II) and Zn(II) ions proved that the formation of complexes is highly pH dependent, where in the acidic range for ser-DOPA and thr-DOPA the species [M(QI)+] and [M(Ac)+] were formed, the increase of the pH leads to the formation of [M(Cat)] and [M(QI)2] species and pH above 8 the [M(Cat)22-] and [M(QI)(Cat)-] species were detected. On the other hand, in the cys-DOPA system at acidic pH the species [M(Tiol)+], [M(QI)+] and [M(QI)(Tiol)] were formed, with the increase of the pH the [M(Cat)] and [M(Cat)(Tiol)-] species were evidenced, the latter is undetected for Cu(II) system, and for pH above 7 the species [M(QI)2] e [M(Cat)22-] were observerd.All complexes showed low toxicity in HUVEC cells, and also showed a significant antioxidant activity, highlighting for the complex cys-DOPA-Zn(II) with a value of 25.24 µg mL-1 for the DPPH assay.The adsorption of methylene blue by melanins was characterized by spectroscopic methods, and the results showed that adsorption of methylene blue is dependent on the pH solution. The higher adsorption occurred in pH 7 and 6 for the ser-DOPA and cys-DOPA melanin respectively. Thr-DOPA showed low adsorption values independently of the pH. The kinetic model that showed the best correlation omong the experimental data was the pseudo-second order for all systems studied and the adsorption equilibrium data were best correlated with the linear Langmuir isotherm presenting qm values 162.07 and 109.89 mg g-1 for cys-DOPA melanin ser-DOPA respectively.