Каква е целта на меланина?

Меланинът е името на биологичния пигмент, който определя общия цвят на кожата и косата при хората. Формите на меланин са отговорни за оцветяването в целия животински свят; например оцветяването на крилата при птиците се произвежда от меланин. Освен това клетките, които произвеждат меланин, наречени меланоцити, могат да увеличат или намалят нивата на меланин производство в отговор на промени във външната среда (например увеличаване или намаляване на слънцето излагане).

Въпреки че меланинът все още е известен главно със своята роля във физиологията, изследователите са започнали да изследват вещество и неговите производни, за да се определи дали меланинът може да има различни приложения индустрии.

Меланинът се произвежда от меланоцитни клетки в епидермиса или най-външния слой на кожата (по-дебелият и по-твърд слой отдолу се нарича дерма). Тези меланоцити лежат в най-долния слой на епидермиса, наречен stratum basale или „базален слой“. Меланинът се предлага в няколко подтипа, като най-често срещаният е еумеланин и вторичен тип, известен като феомеланин.

Меланинът е химикал с доста ниска молекулна маса (318,3 g / mol, по-малко от два пъти този на глюкозата). Неговата молекулярна формула е С₁₈Н₁₀н₂О₄. Хората с по-тъмна кожа всъщност нямат повече меланоцити от хората с по-светла кожа; вместо това при хора с по-тъмна кожа се включва по-висока част от гените в меланоцитите, които са отговорни за производството на меланин. Това означава, че при по-тъмнокожите хора се произвежда много повече меланин на клетка, а не че по-тъмнокожите имат повече клетки, даващи същото ниво на продукция. Това има важни последици за еволюционната антропология, защото предполага, че европейците с по-светла кожа на днес споделят дълбоки предци с хора от Африка, чиято кожа днес остава по-тъмна благодарение на различните условия на околната среда условия. Много хора от Северозападна Европа са загубили способността да развиват слънчеви лъчи, тъй като веригата на ДНК, която имат, която кодира допълнителен меланин, съществува, но вече не може да бъде активирана. Способността на такива хора да понасят ултравиолетовата (UV) светлина като цяло е рязко намалена.

При микроскопско изследване еумеланинът изглежда кафяв, с фино зърнест вид. Веществото не разсейва светлината в значителна степен, тъй като се очаква от нещо, което изглежда тъмно. Отделните меланинови гранули имат максимален диаметър от около 800 нанометра или малко под една милионна част от метъра (еквивалентно на една хилядна от милиметъра). Това отличава меланина от някои често срещани метаболити на пигментите в кръвта, които обикновено са по-големи и разсейват повече светлина и са зелени, жълти или червено-кафяви на цвят, за разлика от обикновеното кафяво на меланин.

Целта на Меланин няма нищо общо с човешката суета и всичко свързано със защитата на организма. UV лъчението от слънцето е добре познат канцероген и при достатъчно висока експозиция може да доведе до редица свързани видове меланом, които са злокачествени заболявания на кожата. Меланомите могат да бъдат фатални; от приблизително 54 000 американци, диагностицирани с меланом всяка година, около 8 000 умират от него. Рискът от злокачествен меланом сред хората с европейски произход е 10 пъти по-голям от този на афро-американците.

Някои хора и животни въобще имат много малко меланин в телата си. Това състояние е известно като албинизъм и води до това, че засегнатите хора са по-уязвими към увреждане от UV слънце.

Когато меланинът се произвежда в меланоцити, този пигмент се пакетира в гранули, за разлика от начина, по който зеленият пигмент хлорофил се пакетира в специализирани вътреклетъчни "контейнери" в растенията. Когато се стимулира от UV светлина, чието общо ниво се увеличава в повечето части на света в определени периоди от годината, докато намалява в други, меланоцитите произвеждат все повече и по-големи гранули, което позволява на кожата на хората да се адаптира през лятото и да стане „тен“. Като отбелязва обаче, че при някои хора тази способност е генетично ограничена и в някои случаи почти липсва, докато при други хора тя по същество е излишен. Несъмнено сте виждали хора, които са известни със склонност към слънчеви изгаряния и може би вие самите сте такива: Хората, описани като „светлокожи” и които често са с лунички с червен нюанс на косата. Такива индивиди като група имат най-малко ефективната защита срещу UV лъчение и се съветват със специални настояване да се избягва излизането на слънце без слънцезащитен крем, който може да филтрира вредното UV лъчение до значително степен.

Докато твърде малко меланин в кожата може да изложи хората на по-висок риск от слънчево изгаряне и кожа злокачествени заболявания, хората с необичайно високи нива на меланин в организма могат да бъдат предразположени към витамин D дефицит. Това е така, защото основният източник на този витамин в организма всъщност е естествен предшественик на витамин D, който се превръща в активната форма на витамина под действието на слънчевата светлина. Тъй като по-тъмните повърхности са склонни да отразяват, а не да поглъщат UV лъчение, хората с по-тъмна кожа поглъщат по-малка част от UV лъчението, на което са изложени, отколкото другите. В известен смисъл това представлява един от безбройните еволюционни компромиси, които се показват в света на живите същества.

Когато потомците на съвременните хора за първи път се преместиха на открити пространства изпод покрива на дърветата, за да ловуват и търсят вода, те се изложиха на повече слънчева светлина. В процеса очевидно трябваше да могат да понасят не просто повече светлина, но и допълнителната топлина, свързана с нея. За да се охлади в условията на по-голямо излагане на слънце, това означаваше да можете да се потите по-обилно и ефективно. За да се оцвети кожата с по-висока плътност на потните жлези, трябваше да отиде нещо друго и това „нещо“ беше косата. Хората очевидно все още имат косми по ръцете, краката и хоботите си (някои значително повече от други), но в сравнение с други маймуни, хората са загубили практически всички косми по тялото си. В резултат на това новата способна за изпотяване кожа на ранните хора остана по-податлива на увреждане от слънцето. Това на свой ред стимулира увеличаването на депата на меланинови гранули, наблюдавани сега в тропическите ширини.

Недостигът на витамин D се споменава като нежелана последица от твърде много меланин в кожата. Витамин D е необходим на червата, за да усвои най-ефективно елементите калций и фосфор. И двете са необходими за правилния растеж и поддържане на костите. Въпреки че някои витамин D могат да бъдат получени от хранителни източници като яйчни жълтъци и някои риби, 90 процента се синтезират в кожата от производни на холестерола. Следователно не само витамин D е необходим за целостта на скелета, той може да бъде полезен и за предотвратяване на някои форми на рак.

През 2017 г. група учени от Калифорнийския университет в Сан Диего получиха безвъзмездна финансова помощ от 7,5 милиона долара за проучване на потенциалните употреби на меланин, за които е теоретизирано, но никога официално не са преследвани. Учените, участващи в проекта, се надяваха да научат последователността на реакциите, участващи в синтеза на меланин, на по-дълбоко ниво, отколкото беше преследвано по-рано, и да да разберете повече за различните видове меланин сами с надеждата да продължите синтеза на сродни химикали с някои от известните защитни способности меланин има. Способността да предлагат небиологични материали някои от същите основни защити от увреждане от слънцето, които меланинът дава на живите същества очевидно би било предимство в различни видове индустрии, тъй като слънчевата повреда на боята и различните услуги е почти универсална загриженост.