Application of EPR spectroscopy in qualitative and quantitative examinations of paramagnetic centers in melanin

Abstract

Spektroskopia elektronowego rezonansu paramagnetycznego (<i>electron paramagnetic resonance</i> – EPR) jest metodą przydatną w biologii i medycynie do badania substancji paramagnetycznych, ich roli w procesach chorobowych oraz terapii. Celem pracy jest przedstawienie podstaw fizycznych spektroskopii EPR oraz dokonanie przeglądu zastosowań metody EPR do badań jakościowych i ilościowych centrów paramagnetycznych melanin. Omówiono możliwości spektroskopii EPR i procedury eksperymentalne stosowane do wyznaczenia rodzajów centrów paramagnetycznych występujących w melaninach syntetycznych oraz w biopolimerach melaninowych. Parametrem spektroskopowym przydatnym do określenia rodzaju centrów paramagnetycznych jest współczynnik rozszczepienia spektroskopowego g, który zależy od lokalizacji niesparowanego elektronu w cząsteczce. W melaninach występują o-semichinonowe wolne rodniki o spinie S = 1/2 oraz birodniki o spinie S = 1. Wolne rodniki i birodniki można odróżnić spektroskopowo poprzez analizy wpływu temperatury pomiaru na intensywność integralną linii EPR. Koncentracja centrów paramagnetycznych w melaninie jest proporcjonalna do intensywności integralnej widma EPR. Przedstawiono wpływ paramagnetycznych i diamagnetycznych jonów metali oraz tlenu na koncentrację centrów paramagnetycznych w melaninie. Dokonano przeglądu publikacji dotyczących wpływu substancji leczniczych na koncentrację centrów paramagnetycznych w melaninie. Przedstawiono przydatność spektroskopii EPR w identyfikowaniu melaniny w próbkach biologicznych, m.in. komórkach nowotworowych, bakteriach i grzybach.