La química de la melanina

La melanina es un pigmento oscuro de origen natural que se presenta en varias formas y es responsable de gran parte del color de la piel en los seres humanos. Es producida por células llamadas melanocitos, que se encuentran en la parte más profunda de la capa más externa de la piel. Gran parte de esta melanina llega a unas células llamadas queratinocitos, que son mucho más numerosos que los melanocitos.

Una vez que se sintetiza la melanina, se almacena en cuerpos dentro de melanocitos llamados melanosomas. El más común de los diversos tipos de melanina se llama eumelanina, que significa "buena melanina". Cuando hay mucha eumelanina presente en cantidades más altas, se produce un color de piel más oscuro y moreno, mientras que en personas con piel más clara se produce una baja densidad de este pigmento.

Cuando las personas muestran diferencias en el color de la piel como resultado principalmente de diferencias en el contenido de melanina de la piel, esto no se debe a que las personas difieran ampliamente en términos de

Como muchas sustancias del cuerpo, la composición química de la melanina incluye una mezcla de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. La fórmula química de melanina es C₁₈H₁₀norte₂O₄, dando a la melanina un peso molecular, o masa molar, de 318 gramos por mol (g / mol).

(Por razones históricas, un Topo es la cantidad de una sustancia en gramos que contiene 6 x 10 ²³ moléculas, y es una medida básica del tamaño de una molécula).

La melanina consta de tres anillos de seis miembros (seis átomos dispuestos alrededor de un punto central) en una línea, cada uno con un anillo de cinco miembros ubicado en uno de los ángulos entre ella y su vecino. Estos anillos de cinco miembros contienen cada uno uno de los dos átomos de nitrógeno de la melanina y se encuentran en lados opuestos de la molécula.

Los cuatro átomos de oxígeno de la melanina están unidos a carbonos en el anillo de seis átomos en cada extremo, dos en cada anillo. Estos son de doble enlace y los arreglos C = O se encuentran en lados opuestos del anillo desde donde se unen los anillos de cinco miembros.

Si desea expresar la fórmula de la melanina de una forma más explícita sin recurrir a dibujar un modelo, puede escribirlo en la forma utilizada en el Sistema de entrada de línea de entrada molecular simplificado (SMILES):

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

donde los números no son subíndices sino referencias a las posiciones numéricas de los átomos dentro de anillos individuales. Hidrógeno Los átomos de la melanina no están incluidos, pero su número y posición se pueden determinar completando los "huecos" en la estructura anterior, teniendo en cuenta que cada carbono forma cuatro enlaces.

Humano piel tiene tres capas, que de la más externa a la más interna son la epidermis, la dermis y la capa de tejido subcutáneo. La epidermis en sí está dividida en numerosas capas, la más profunda de las cuales se llama estrato germinativo (a veces llamado estrato basal). Esta capa, que linda con la membrana basal que separa la epidermis de la dermis, es donde se producen los melanocitos.

En microscopía, los melanocitos tienen una forma irregular característica. La medida en que los melanocitos producen melanina depende de la medida en que la gene porque la melanina es expresadoo encendido. Piense en la "expresión genética" como encender un interruptor en una fábrica para hacer un producto en particular, en este caso una proteína.

Casi todos los seres humanos tienen muchas melanina "fábricas" (melanocitos), pero la medida en que la gente usa estas "fábricas" varía mucho entre individuos y poblaciones étnicas.

La luz solar desencadena la producción de melanina hasta cierto punto en la mayoría de las personas; este es el proceso de oscurecimiento de la piel a corto plazo conocido como "bronceado". La melanina producida por el estímulo lumínico actúa para proteger al resto del cuerpo hasta cierto punto de radiación ultravioleta (UV) dañina a la luz del sol.

Cuando el cuerpo ya no detecta una gran cantidad de rayos ultravioleta en el medio ambiente, como ocurre en el otoño y el invierno, la necesidad percibida de producción de melanina también disminuye y la piel tiende a aclararse durante estos estaciones.

Además, mientras que los melanocitos fabrican melanina además de almacenarla y liberarla, las células epidérmicas mucho más prevalentes conocidas como queratinocitos terminar como el mayor receptor del pigmento. El movimiento de la melanina de los melanocitos a los queratinocitos se ve facilitado por los numerosos tentáculos (hasta 40 aproximadamente) que se extienden hacia afuera desde cada melanocito.

Los melanosomas formados en los melanocitos viajan a los queratinocitos y se colocan entre la membrana celular y el núcleo, ayudando a proteger el ADN (ácido desoxirribonucleico, el "material genético" de los seres humanos y todas las formas de vida conocidas) dentro de ese núcleo debido al daño de la radiación ultravioleta.

Si bien la eumelanina es el tipo de melanina más abundante producida por los seres humanos, está lejos de ser el único tipo común. Existe en otras dos formas principales, feomelanina y neuromelanina. La eumelanina y la feomelanina tienen mucho en común funcional y químicamente, mientras que la neuromelanina es una especie de pícaro.

La eumelanina y la feomelanina son producidas por melanocitos en el estrato (capa) más bajo de la epidermis. Estas células comienzan como melanoblastos en el tejido que se deriva del tubo neural durante el desarrollo embrionario humano. La síntesis de cada uno de estos comienza con tirosina, una molécula estrechamente relacionada con el aminoácido fenilalanina. La tirosina pronto se convierte en dopaquinona, que puede seguir varias vías químicas diferentes que finalmente dan como resultado la producción de melanina.

La neuromelanina se produce en el cerebro como parte de la descomposición del neurotransmisor. dopamina, otro pariente químico cercano de la fenilalanina y la tirosina. Esto ocurre en una parte del cerebro llamada sustancia negra. La neuromelanina, a diferencia de las otras dos formas de melanina humana, no participa en la determinación del color de la piel.

El reclamo de la melanina a la fama biológica es su contribución al color de la piel, pero también realiza una serie de funciones fisiológicas relacionadas y no relacionadas. La melanina influye en el color del cabello y también protege la piel y los ojos del daño de la luz del sol y otras fuentes de radiación electromagnética.

La eumelanina tiene un color más negro pardusco, mientras que la feomelanina es más rojo amarillento. El sobre color de la piel de una persona está determinado por una combinación de la proporción de estos dos tipos de melanina y la densidad general de melanosomas dentro de las células individuales.

Además, los diferentes tipos de melanina predominan en diferentes partes del cuerpo en el mismo individuo. Por ejemplo, los labios, que son más rosados, tienen más feomelanina.

La piel que es de color más claro generalmente tiene una densidad de dos o tres melanosomas por grupo dentro de los melanocitos, mientras que La piel más oscura presenta melanocitos más "móviles" en el sentido de que estos gránulos son más propensos a extenderse a los vecinos. queratinocitos.

En algún momento de la evolución humana, diferentes poblaciones de individuos se asentaron lejos unas de otras, con algunos permanecen más cerca del ecuador y otros se aventuran hacia latitudes del norte, principalmente en Europa en primero. Como consecuencia de estar en un ambiente más soleado y caluroso, las personas más cercanas al ecuador perdieron gran parte de su vello corporal en relación con sus contrapartes más al norte.

Es este cambio en la distribución relativa del cabello lo que se cree que ha estimulado el desarrollo diferencial de la melanogénesis en diferentes poblaciones en todo el mundo. Las personas que viven más cerca del ecuador ahora demuestran una mayor proporción de eumelanina a feomelanina, lo que no solo da como resultado una piel más oscura sino una mayor capacidad para absorber la radiación UV. Las personas que viven en áreas más frías con menos luz solar, por otro lado, muestran una proporción más baja de eumelanina a feomelanina y, en consecuencia, son más susceptibles al daño cutáneo por rayos UV, incluido el cáncer.

En 2015, investigadores de la Universidad de Yale informaron que habían encontrado una forma de La luz ultravioleta reacciona con la melanina en ratones de una manera que promueva la formación de cáncer en cuestión de horas. Esto pareció resaltar la naturaleza exquisitamente "de dos filos" de la melanina. Para cada área en la que puede servir como un activo para la salud, parece presentar un riesgo para la salud en otra parte.

Vitamina D, que es importante en el manejo del cuerpo del calcio mineral, debe someterse a la luz ultravioleta para que se convierta a su forma activa después de su ingestión. Esto significa que las personas que viven en latitudes del norte generalmente son más susceptibles a la deficiencia de vitamina D, porque sus cuerpos, en promedio, reciben menos luz solar durante todo el año que las personas más cercanas al ecuador hacer.

Sin embargo, otra implicación de la relación entre la luz ultravioleta y la melanina es que las personas de piel más oscura, sin importar dónde vivos (pero especialmente aquellos en lugares muy al norte o al sur), deben ser monitoreados para detectar problemas con los niveles de vitamina D, porque su alta densidad de melanosomas, mientras confiere protección contra los peligros de los rayos UV, también filtra sus pocos beneficiosos efectos.

Aún no se han aclarado por completo una serie de relaciones entre la luz ultravioleta, la melanina y el comportamiento de la piel. Se sabe, por ejemplo, que la administración de luz ultravioleta a la piel puede inhibir la función inmunológica a corto plazo. Esto puede ser deseable cuando se intenta controlar los brotes de afecciones inflamatorias de la piel con un componente inmunitario, como la psoriasis.

Cualquiera que sea el papel inmunológico que pueda desempeñar la melanina en el cuerpo, queda por dilucidar.

Se conocen bien varias afecciones clínicas que implican alteraciones en la síntesis y el transporte de melanina. Estos pueden afectar cada paso del proceso de formación y distribución de melanina.

Éstas incluyen:

Trastornos de los melanoblastos. Estas células, como recordará, son las precursoras de los melanocitos. Se supone que deben migrar desde sus sitios de formación en el desarrollo embrionario y fetal a los lugares donde finalmente desempeñarán sus roles asignados.

Sin embargo, a veces los melanoblastos no llegan a donde se supone que deben ir. Un resultado es Síndrome de Waardenburg, en el que las personas afectadas tienen áreas de piel muy clara y canas prematuras debido a que los melanoblastos no se establecieron en estas áreas más temprano en la vida.

Trastornos de los melanocitos. Entre los más notorios se encuentra la condición llamada vitiligo, que implica la destrucción de melanocitos mediada por autoinmunidad de forma no uniforme en toda la piel.

Debido a la forma asimétrica en la que el cuerpo ataca a sus propias células, la piel muestra parches distintos de piel clara entremezclados con áreas de piel no afectadas.

Trastornos de los melanosomas. Dos de los trastornos más comunes que involucran los sitios de almacenamiento de melanina son Síndrome de Chédiak-Higashi y Síndrome de Griscelli, los cuales involucran problemas visibles de pigmentación de la piel, pero también incluyen efectos en otros sistemas corporales.

En el síndrome de Chédiak-Higashi, que puede producir albinismo (una falta casi total de pigmentación en la piel y los ojos), se cree que el mutación genética responsable del componente melanina del trastorno también previene la síntesis de importantes sustancias químicas del sistema inmunológico.

Trastornos relacionados con la tirosinasa. La tirosinasa es la enzima, o proteína catalizadora biológica, que convierte un compuesto intermedio en la síntesis de melanina y feomelanina, llamado dihidroxifenilalanina, en dopaquinona. Cuando esta enzima no funciona correctamente o está ausente, la vía sintética de la melanina se puede interrumpir.

Por ejemplo, en la enfermedad hereditaria fenilcetonuria (PKU), la falla de una enzima diferente conduce a una acumulación significativa de fenilalanina, que tiene efectos inhibidores secundarios sobre la tirosinasa. Esto produce manchas en la piel gracias a una disminución "descendente" de la síntesis de melanina.