كيمياء الميلانين

الميلانين هو صبغة داكنة تحدث بشكل طبيعي وهي تأتي في عدة أشكال وهي مسؤولة عن الكثير من لون البشرة لدى البشر. يتم إنتاجه بواسطة خلايا تسمى الخلايا الصباغية، والتي تقع في أعمق جزء من الطبقة الخارجية من الجلد. يجد الكثير من هذا الميلانين طريقه إلى خلايا تسمى الخلايا الكيراتينية، والتي هي أكثر بكثير من الخلايا الصباغية.

بعد تصنيع الميلانين ، يتم تخزينه في أجسام تسمى الخلايا الصباغية الميلانوسومات. يسمى النوع الأكثر شيوعًا من أنواع الميلانين المختلفة يوميلانين، وهو ما يعني "الميلانين الجيد". عندما يوجد الكثير من مادة الإيوميلانين بكميات أكبر ، ينتج لون بشرة داكن وبني أكثر ، بينما تحدث كثافة منخفضة من هذا الصباغ عند الأشخاص ذوي البشرة الفاتحة.

عندما يظهر الناس اختلافات في لون البشرة ناتجة بشكل رئيسي عن الاختلافات في محتوى الميلانين في الجلد ، فهذا ليس لأن الناس يختلفون بشكل كبير من حيث عدد من الخلايا الصباغية لديهم. بدلا من ذلك ، بعض الناس فرد الخلايا الصباغية أكثر نشاطًا مما هي عليه في الآخرين.

مثل العديد من المواد في الجسم ، يشتمل التركيب الكيميائي للميلانين على مزيج من الكربون والهيدروجين والأكسجين والنيتروجين. ال

(لأسباب تاريخية ، أ خلد هي كمية المادة بالجرام التي تحتوي على 6 × 10 ²³ الجزيئات ، وهو مقياس أساسي لحجم الجزيء.)

يتكون الميلانين من ثلاث حلقات سداسية (ست ذرات مرتبة حول نقطة مركزية) في خط ، ولكل منها حلقة من خمسة أعضاء تقع في إحدى الزوايا بينها وبين جارتها. تحتوي كل من هذه الحلقات المكونة من خمس ذرات على إحدى ذرتي النيتروجين في الميلانين ، وتجلس على جانبي الجزيء المتقابلين.

ترتبط ذرات الأكسجين الأربع في الميلانين بالكربون على الحلقة المكونة من ست ذرات في كل طرف ، اثنتان لكل حلقة. هذه روابط مزدوجة ، وترتيبات C = O تقع على جوانب متقابلة من الحلقة حيث يتم توصيل الحلقات المكونة من خمسة أعضاء.

إذا كنت ترغب في التعبير عن صيغة الميلانين بشكل أكثر وضوحًا دون اللجوء إلى الرسم النموذج ، يمكنك كتابته بالشكل المستخدم في نظام إدخال خط الإدخال المبسط الجزيئي (SMILES):

CC1 = C2C3 = C (C4 = CNC5 = C (C (= O) C (= O) C (= C45) C3 = CN2) C) C (= O) C1 = O

حيث لا تكون الأرقام مخطوطات ولكنها تشير إلى المواضع الرقمية للذرات داخل الحلقات الفردية. هيدروجين لا يتم تضمين ذرات الميلانين ولكن يمكن تحديد عددها ومواقعها عن طريق ملء أي "فجوات" في الهيكل أعلاه ، مع الأخذ في الاعتبار أن كل كربون يشكل أربع روابط.

بشر بشرة لها ثلاث طبقات ، من الخارج إلى الأعمق هي البشرة والأدمة وطبقة الأنسجة تحت الجلد. تنقسم البشرة نفسها إلى طبقات عديدة ، يُطلق على أعمقها اسم الطبقة الجرثومية (تسمى أحيانًا الطبقة القاعدية). هذه الطبقة ، التي تجاور الغشاء القاعدي الذي يفصل البشرة عن الأدمة ، هي المكان الذي يتم فيه إنتاج الخلايا الصباغية.

في الفحص المجهري ، يكون للخلايا الصباغية شكل غير منتظم مميز. يعتمد مدى إنتاج الخلايا الصباغية للميلانين على مدى إنتاج خلايا الميلانين الجين للميلانين أعربتأو قيد التشغيل. فكر في "التعبير الجيني" على أنه تشغيل مفتاح في مصنع لصنع منتج معين ، في هذه الحالة بروتين.

تقريبا كل البشر لديهم الكثير من الميلانين "المصانع" (الخلايا الصباغية) ، ولكن مدى استخدام الناس لهذه "المصانع" يختلف اختلافًا كبيرًا بين الأفراد والمجموعات العرقية.

يؤدي ضوء الشمس إلى إنتاج الميلانين إلى حد ما لدى معظم الناس ؛ هذه هي عملية سواد الجلد على المدى القصير والمعروفة باسم "تان". يعمل الميلانين الناتج عن التحفيز الضوئي على حماية باقي الجسم إلى حد ما الأشعة فوق البنفسجية الضارة في ضوء الشمس.

عندما لا يستشعر الجسم وفرة من الأشعة فوق البنفسجية في البيئة كما يحدث في الخريف والشتاء ، تنخفض أيضًا الحاجة الملحوظة لإنتاج الميلانين ويميل الجلد إلى التفتيح أثناء ذلك مواسم.

أيضًا ، بينما تقوم الخلايا الصباغية بتصنيع الميلانين وكذلك تخزينه وإطلاقه ، فإن خلايا البشرة الأكثر انتشارًا والمعروفة باسم الخلايا الكيراتينية ينتهي به الأمر كأعظم متلقي للصبغة. يتم تسهيل حركة الميلانين من الخلايا الصباغية إلى الخلايا الكيراتينية من خلال العديد من المجسات (حتى 40 أو نحو ذلك) الممتدة للخارج من كل خلية صباغية.

تنتقل الميلانوسومات المتكونة في الخلايا الصباغية إلى الخلايا الكيراتينية وتضع نفسها بين غشاء الخلية والنواة ، مما يساعد على حماية الخلايا الكيراتينية. الحمض النووي (حمض الديوكسي ريبونوكلييك ، "المادة الوراثية" للإنسان وجميع أشكال الحياة المعروفة) داخل تلك النواة من أضرار الأشعة فوق البنفسجية.

في حين أن الميلانين هو أكثر أنواع الميلانين التي ينتجها الإنسان وفرة ، إلا أنه ليس النوع الوحيد الشائع. يوجد في شكلين رئيسيين آخرين ، فيوميلانين و نيوروميلانين. يوجد الكثير من العوامل المشتركة بين الإيوميلانين والفيوميلانين وظيفيًا وكيميائيًا ، في حين أن نيوروميلانين شيء شرير.

يتكون كل من الأوميلانين والفيوميلانين من الخلايا الصباغية في الطبقة (الطبقة) السفلية من البشرة. تبدأ هذه الخلايا باسم الخلايا الصباغية في الأنسجة المشتقة من الأنبوب العصبي أثناء التطور الجنيني البشري. يبدأ تركيب كل منها بالتيروزين ، وهو جزيء وثيق الصلة بالحمض الأميني فينيل ألانين. سرعان ما يتحول التيروزين إلى دوباكوينون ، والذي يمكن أن يتبع عددًا من المسارات الكيميائية المختلفة التي تؤدي في النهاية إلى إنتاج الميلانين.

يتم إنتاج نيوروميلانين في الدماغ كجزء من تحلل الناقل العصبي الدوبامين، مادة كيميائية أخرى قريبة من فينيل ألانين والتيروزين. يحدث هذا في جزء من الدماغ يسمى المادة السوداء. على عكس الشكلين الآخرين من الميلانين البشري ، فإن Neuromelanin ليس مشاركًا في تحديد لون البشرة.

إن ادعاء الميلانين للشهرة البيولوجية هو مساهمته في لون البشرة ، لكنه يؤدي أيضًا عددًا من الوظائف الفسيولوجية ذات الصلة وغير ذات الصلة. يؤثر الميلانين على لون الشعر كما أنه يحمي الجلد والعينين من أضرار أشعة الشمس وغيرها من مصادر الإشعاع الكهرومغناطيسي.

الإيوميلانين لونه بني مائل إلى الأسود أكثر ، في حين أن فيوميلانين أحمر مائل للإصفرار. يتم تحديد اللون الزائد لجلد الشخص من خلال مزيج من نسبة هذين النوعين من الميلانين والكثافة الكلية للميلانوزومات داخل الخلايا الفردية.

أيضًا ، تسود أنواع مختلفة من الميلانين في أجزاء مختلفة من الجسم في نفس الفرد. على سبيل المثال ، الشفاه ذات اللون الوردي تكون أعلى في مادة الفيوميلانين.

عادةً ما يكون للبشرة الفاتحة اللون كثافة اثنين أو ثلاثة من الميلانوزومات لكل مجموعة داخل الخلايا الصباغية ، في حين تتميز البشرة الداكنة بوجود عدد أكبر من الخلايا الصباغية "المتنقلة" حيث تميل هذه الحبيبات إلى الانتشار إلى المناطق المجاورة الخلايا الكيراتينية.

في مرحلة ما من التطور البشري ، استقرت مجموعات مختلفة من الأفراد بعيدًا عن بعضهم البعض يبقى البعض أقرب إلى خط الاستواء والبعض الآخر يغامر باتجاه خطوط العرض الشمالية ، ومعظمها في أوروبا عند أول. نتيجة لوجودهم في بيئة مشمسة وسخونة ، فقد الأشخاص القريبون من خط الاستواء الكثير من شعر أجسامهم مقارنة بنظرائهم في أقصى الشمال.

يُعتقد أن هذا التغيير في التوزيع النسبي للشعر قد حفز التطور التفاضلي لتكوين الميلانين في مجموعات سكانية مختلفة في جميع أنحاء العالم. يظهر الأشخاص الذين يعيشون بالقرب من خط الاستواء الآن نسبة أعلى من الإيوميلانين إلى الفيوميلانين ، مما يؤدي ليس فقط إلى البشرة الداكنة ولكن أيضًا إلى قدرة أكبر على امتصاص الأشعة فوق البنفسجية. من ناحية أخرى ، يُظهر الأشخاص الذين يعيشون في مناطق أكثر برودة مع القليل من ضوء الشمس نسبة أقل من يوميلانين إلى فيوميلانين ، وبالتالي يكونون أكثر عرضة لتلف الجلد فوق البنفسجي ، بما في ذلك السرطان.

في عام 2015 ، أفاد باحثون في جامعة ييل أنهم وجدوا طريقة يتفاعل ضوء الأشعة فوق البنفسجية في الميلانين في الفئران بطريقة تعزز تكوين السرطان في غضون ساعات. يبدو أن هذا يسلط الضوء على طبيعة الميلانين الرائعة "ذات الحدين". بالنسبة لكل منطقة يمكن أن تعمل فيها كأصل صحي ، يبدو أنها تمثل مسؤولية صحية في مكان آخر.

فيتامين D ، وهو عنصر مهم في معالجة الجسم لمعدن الكالسيوم ، يجب أن يخضع لضوء الأشعة فوق البنفسجية حتى يتم تحويله إلى شكله النشط بعد تناوله. هذا يعني أن الأشخاص الذين يعيشون في خطوط العرض الشمالية بشكل عام أكثر عرضة لنقص فيتامين (د) ، لأن أجسامهم في المتوسط ​​تتلقى ضوءًا من الشمس على مدار العام أقل من الأشخاص القريبين من خط الاستواء فعل.

ومع ذلك ، هناك تأثير آخر للعلاقة بين ضوء الأشعة فوق البنفسجية والميلانين ، وهو أن الأشخاص ذوي البشرة الداكنة ، بغض النظر عن مكانهم. تعيش (ولكن خاصة في المناطق الشمالية أو الجنوبية جدًا) ، يجب مراقبتها بحثًا عن مشاكل في مستويات فيتامين (د) ، لأن كثافتها العالية من الميلانوزومات ، مع توفير الحماية ضد أخطار الأشعة فوق البنفسجية ، تحجب أيضًا القليل منها المفيدة تأثيرات.

لم يتم بعد توضيح عدد من العلاقات بين ضوء الأشعة فوق البنفسجية والميلانين وسلوك الجلد. من المعروف ، على سبيل المثال ، أن إعطاء الأشعة فوق البنفسجية للجلد يمكن أن يثبط وظيفة المناعة على المدى القصير. قد يكون هذا مرغوبًا عند محاولة السيطرة على تفجر الأمراض الجلدية الالتهابية باستخدام مكون مناعي ، مثل الصدفية.

مهما كان الدور المناعي الذي قد يلعبه الميلانين في الجسم ، فلا يزال يتعين توضيحه.

هناك عدد من الحالات السريرية التي تنطوي على اختلالات في تركيب ونقل الميلانين معروفة جيدًا. يمكن أن تؤثر هذه على كل خطوة من خطوات عملية تكوين الميلانين وتوزيع الميلانين.

وتشمل هذه:

اضطرابات الخلايا الصباغية. هذه الخلايا ، كما قد تتذكر ، هي سلائف الخلايا الصباغية. من المفترض أن يهاجروا من مواقع تكوينهم في التطور الجنيني والجنيني إلى الأماكن التي سيلعبون فيها في النهاية الأدوار المخصصة لهم.

ومع ذلك ، في بعض الأحيان تفشل الخلايا الصباغية في الوصول إلى حيث من المفترض أن تذهب. نتيجة واحدة هي متلازمة واردنبورغ، حيث يكون لدى الأشخاص المصابين مناطق ذات بشرة فاتحة جدًا وشعر رمادي مبكر بسبب فشل الخلايا الميلانينية في الإقامة في هذه المناطق في وقت مبكر من الحياة.

اضطرابات الخلايا الصباغية. من بين هؤلاء الأكثر شهرة هو حالة تسمى البهاق، والذي ينطوي على تدمير الخلايا الصباغية بوساطة المناعة الذاتية بطريقة غير موحدة في جميع أنحاء الجلد.

بسبب الطريقة غير المتكافئة التي يهاجم بها الجسم خلاياه ، يظهر الجلد بقعًا مميزة من الجلد الفاتح تتداخل مع مناطق الجلد غير المصابة.

اضطرابات الميلانوسومات. اثنان من الاضطرابات الأكثر شيوعًا التي تنطوي على مواقع تخزين الميلانين هي متلازمة شدياق هيغاشي و متلازمة جريسيلي، وكلاهما ينطوي على مشاكل تصبغ الجلد المرئي ولكنهما يشملان أيضًا تأثيرات في أنظمة الجسم الأخرى أيضًا.

في متلازمة Chédiak-Higashi ، والتي يمكن أن تنتج المهق (نقص شبه كامل في تصبغ الجلد والعينين) ، يُعتقد أن طفرة جينية المسؤول عن مكون الميلانين للاضطراب يمنع أيضًا تخليق مواد كيميائية مهمة في جهاز المناعة.

الاضطرابات المتعلقة بالتيروزيناز. Tyrosinase هو الإنزيم ، أو بروتين المحفز البيولوجي ، الذي يحول مركبًا وسيطًا في تخليق الميلانين والفيوميلانين ، يسمى ثنائي هيدروكسي فينيل ألانين ، إلى دوباكوينون. عندما يفشل هذا الإنزيم في العمل بشكل صحيح أو يكون غائبًا ، يمكن أن يتعطل مسار الميلانين الاصطناعي.

على سبيل المثال ، في مرض وراثي بيلة الفينيل كيتون (PKU) ، يؤدي فشل إنزيم مختلف إلى تراكم كبير للفينيل ألانين ، والذي له تأثيرات ثانوية مثبطة على التيروزيناز. هذا يؤدي إلى جلد غير مكتمل بفضل انخفاض "المصب" في تخليق الميلانين.