Chemie melaninu

Melanin je tmavý, přirozeně se vyskytující pigment, který má několik forem a je zodpovědný za většinu barvy kůže u lidí. Produkují jej buňky zvané melanocyty, které sedí v nejhlubší části nejvzdálenější vrstvy kůže. Velká část tohoto melaninu se dostává do buněk zvaných keratinocyty, které jsou mnohem početnější než melanocyty.

Poté, co je melanin syntetizován, je uložen v tělech nazývaných melanocyty melanosomy. Nazývá se nejběžnější z různých typů melaninu eumelanin, což znamená „dobrý melanin“. Pokud je ve větším množství přítomno velké množství eumelaninu, dojde k tmavší a hnědší barvě kůže, zatímco u lidí se světlejší pokožkou dochází k nízké hustotě tohoto pigmentu.

Když lidé vykazují rozdíly v barvě kůže vyplývající hlavně z rozdílů v obsahu melaninu v kůži, není to tak proto, že se lidé značně liší číslo melanocytů, které mají. Místo toho někteří lidé individuální melanocyty jsou mnohem aktivnější než v jiných.

Stejně jako mnoho jiných látek v těle zahrnuje chemická složení melaninu směs uhlíku, vodíku, kyslíku a dusíku. The

(Z historických důvodů, a krtek je množství látky v gramech, které obsahuje 6 x 10 ²³ a je základním měřítkem velikosti molekuly.)

Melanin se skládá ze tří šestičlenných kruhů (šest atomů uspořádaných kolem středového bodu) v řadě, každý s pětičlenným prstencem zasazeným v jednom z úhlů mezi sebou a sousedem. Každý z těchto pětičlenných kruhů obsahuje jeden ze dvou atomů dusíku v melaninu a sedí na opačných stranách molekuly.

Čtyři atomy kyslíku v melaninu jsou vázány na uhlíky na šestatomovém kruhu na každém konci, dva na každém kruhu. Jedná se o dvojné vazby a uspořádání C = O leží na opačných stranách kruhu, odkud jsou připojeny pětičlenné kruhy.

Pokud byste chtěli vyjádřit vzorec pro melanin ve více explicitní formě, aniž byste se uchýlili k nakreslení a model, můžete jej napsat ve formě použité v systému SMILES (Simplified Molecular-Input Line-Entry System):

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

kde čísla nejsou indexy, ale odkazy na číselné polohy atomů v jednotlivých kruzích. Vodík atomy v melaninu nejsou zahrnuty, ale jejich počet a polohy lze určit vyplněním jakýchkoli „mezer“ ve výše uvedené struktuře, přičemž je třeba mít na paměti, že každý uhlík tvoří čtyři vazby.

Člověk kůže má tři vrstvy, které jsou od nejvzdálenější k nejvnitřnější vrstvě epidermis, dermis a subkutánní tkáně. Samotná epidermis je rozdělena do mnoha vrstev, z nichž nejhlubší se nazývá stratum germinativum (někdy se tomu říká stratum basale). Tato vrstva, která navazuje na bazální membránu oddělující epidermis od dermis, je místem, kde se produkují melanocyty.

Při mikroskopii mají melanocyty charakteristický nepravidelný tvar. Míra, v jaké melanocyty produkují melanin, závisí na tom, do jaké míry gen pro melanin je vyjádřenýnebo zapnuto. Přemýšlejte o „genové expresi“ jako o zapnutí přepínače v továrně na výrobu konkrétního produktu, v tomto případě proteinu.

Téměř všichni lidé toho mají spoustu melanin „továrny“ (melanocyty), ale míra, v jaké lidé tyto „továrny“ využívají, se velmi liší mezi jednotlivci i etnickými populacemi.

Sluneční světlo u většiny lidí do určité míry spouští produkci melaninu; toto je proces krátkodobého ztmavnutí pokožky známý jako „opálení“. Melanin produkovaný světelným stimulem působí do určité míry na ochranu zbytku těla škodlivé ultrafialové (UV) záření na slunci.

Když tělo již necítí nadměrné množství UV záření v prostředí, jako je tomu na podzim a v zimě, snižuje se také vnímaná potřeba produkce melaninu a pokožka má tendenci se během nich zesvětlovat roční období.

I když melanocyty vyrábějí melanin, skladují jej a uvolňují, mnohem častější epidermální buňky známé jako keratinocyty skončit jako největší příjemce pigmentu. Pohyb melaninu z melanocytů do keratinocytů je usnadněn mnoha chapadly (až přibližně 40), která se táhnou ven z každého melanocytu.

Melanosomy vytvořené v melanocytech putují do keratinocytů a umisťují se mezi buněčnou membránu a jádro, což pomáhá chránit DNA (deoxyribonukleová kyselina, „genetický materiál“ lidí a všech známých forem života) v tomto jádru z poškození UV zářením.

Zatímco eumelanin je nejhojnějším typem melaninu produkovaným lidmi, není zdaleka jediným běžným typem. Existuje ve dvou dalších hlavních formách, feomelanin a neuromelanin. Eumelanin a feomelanin mají hodně společného funkčně i chemicky, zatímco neuromelanin je něco nepoctivého.

Eumelanin i feomelanin jsou vytvářeny melanocyty v nejnižší vrstvě (vrstvě) epidermis. Tyto buňky začínají jako melanoblasty v tkáni, která je odvozena z neurální trubice během embryonálního vývoje člověka. Syntéza každého z nich začíná tyrosinem, molekulou úzce související s aminokyselinou fenylalanin. Tyrosin se brzy přemění na dopachinon, který může sledovat řadu různých chemických cest, které nakonec vedou k produkci melaninu.

Neuromelanin se produkuje v mozku jako součást rozkladu neurotransmiteru dopamin, další blízký chemický příbuzný fenylalaninu a tyrosinu. K tomu dochází v části mozku zvané substantia nigra. Neuromelanin, na rozdíl od ostatních dvou forem lidského melaninu, není účastníkem stanovení barvy pleti.

Melanin má nárok na biologickou slávu tím, že přispívá k barvě kůže, ale také plní řadu souvisejících a nesouvisejících fyziologických funkcí. Melanin ovlivňuje barvu vlasů a také chrání pokožku a oči před poškozením sluncem a jinými zdroji elektromagnetického záření.

Eumelanin je více hnědo-černé barvy, zatímco feomelanin je více žlutavě červený. Přebarvení pokožky člověka je určeno kombinací poměru těchto dvou typů melaninu a celkové hustoty melanosomů v jednotlivých buňkách.

U stejného jedince také převažují různé typy melaninu v různých částech těla. Například rty, které jsou více růžové, mají vyšší obsah feomelaninu.

Kůže, která má světlejší barvu, má obvykle v melanocytech hustotu dvou nebo tří melanosomů na shluk, zatímco tmavší pokožka má více „mobilních“ melanocytů v tom, že tyto granule jsou náchylnější k šíření do sousedních keratinocyty.

V určitém okamžiku lidské evoluce se různé populace jednotlivců usadily daleko od sebe, s některé zůstávají blíže k rovníku a jiné se vydávají směrem k severním zeměpisným šířkám, většinou v Evropě v První. V důsledku pobytu v slunečnějším a teplejším prostředí ztratili lidé blíže k rovníku velkou část vlasů na těle ve srovnání se svými protějšky ze severu.

Předpokládá se, že právě tato změna relativní distribuce vlasů podnítila rozdílný vývoj melanogeneze v různých populacích po celém světě. Lidé žijící blíže k rovníku nyní vykazují vyšší poměr eumelaninu k pheomelaninu, což vede nejen k tmavší pokožce, ale také k větší schopnosti absorbovat UV záření. Lidé žijící v chladnějších oblastech s menším množstvím slunečního světla naopak vykazují nižší poměr eumelaninu k feomelaninu, a jsou proto náchylnější k poškození kůže UV zářením, včetně rakoviny.

V roce 2015 vědci z Yale University uvedli, že našli způsob, jak UV světlo reaguje u melaninu u myší způsobem, který podporuje vznik rakoviny během několika hodin. Zdálo se, že to zvýraznilo nádherně „dvousečnou“ povahu melaninu. Pro každou oblast, ve které může sloužit jako přínos pro zdraví, se zdá, že představuje zdravotní odpovědnost někde jinde.

Vitamín D, který je důležitý při zacházení s minerálem vápníkem v těle, musí být vystaven UV záření, aby se po požití přeměnil na aktivní formu. To znamená, že lidé žijící v severních zeměpisných šířkách jsou obecně náchylnější k nedostatku vitaminu D, protože jejich těla v průměru přijímají po celý rok méně slunečního světla než lidé blíže k rovníku dělat.

Dalším důsledkem vztahu mezi UV zářením a melaninem je, že lidé s tmavší pletí, bez ohledu na to, kde jsou žijí (ale zejména ve velmi severních nebo jižních lokalitách), by měli být sledováni kvůli problémům s hladinou vitaminu D, protože jejich vysoká hustota melanosomů, zatímco poskytuje ochranu před nebezpečím UV paprsků, také odstraňuje jejich několik prospěšných účinky.

Řada vztahů mezi UV zářením, melaninem a chováním pokožky musí být ještě zcela objasněna. Je například známo, že podávání UV světla pokožce může krátkodobě potlačit imunitní funkci. To může být žádoucí, když se snažíte potlačit vzplanutí zánětlivých stavů kůže imunitní složkou, jako je psoriáza.

Ať už může melanin v těle hrát jakoukoli imunitní roli, zbývá objasnit.

Řada klinických stavů zahrnujících poruchy v syntéze a transportu melaninu je dobře známá. Mohou ovlivnit každý krok procesu tvorby a distribuce melaninu.

Tyto zahrnují:

Poruchy melanoblastů. Tyto buňky, jak si možná pamatujete, jsou předchůdci melanocytů. Předpokládá se, že migrují ze svých míst formace v embryonálním a fetálním vývoji do míst, kde budou nakonec hrát své přidělené role.

Někdy se však melanoblasty nedostanou tam, kam mají jít. Jedním z výsledků je Waardenburgův syndrom, u nichž mají postižení lidé oblasti velmi světlé kůže a předčasně šedivé vlasy v důsledku selhání melanoblastů usídlit se v těchto oblastech dříve v životě.

Poruchy melanocytů. Mezi nejznámější z nich patří stav zvaný vitiligo, který zahrnuje autoimunitně zprostředkovanou destrukci melanocytů nejednotným způsobem v celé kůži.

Vzhledem k asymetrickému způsobu, jakým tělo útočí na své vlastní buňky, pokožka vykazuje výrazné skvrny světlé kůže smíchané s nedotčenými oblastmi pokožky.

Poruchy melanosomů. Dvě z častějších poruch zahrnujících místa ukládání melaninu jsou Syndrom Chédiak-Higashi a Griscelliho syndrom, které oba zahrnují problémy s viditelnou pigmentací kůže, ale zahrnují také účinky v jiných systémech těla.

U syndromu Chédiak-Higashi, který může produkovat albinismus (téměř úplný nedostatek pigmentace na pokožce a očích) se předpokládá, že genová mutace zodpovědný za melaninovou složku poruchy také zabraňuje syntéze důležitých chemických látek imunitního systému.

Poruchy související s tyrosinázou. Tyrosináza je enzym nebo protein biologického katalyzátoru, který převádí meziprodukt při syntéze melaninu a feomelaninu, nazývaný dihydroxyfenylalanin, na dopachinon. Pokud tento enzym nefunguje správně nebo chybí, může dojít k narušení syntetické dráhy melaninu.

Například při dědičném onemocnění fenylketonurie (PKU), selhání jiného enzymu vede k významnému nahromadění fenylalaninu, který má sekundární, inhibiční účinky na tyrosinázu. To vede k nerovnoměrné pokožce díky „downstream“ snížení syntézy melaninu.