Melaniini keemia

Melaniin on tume, looduslikult esinev pigment, mis on mitmel kujul ja vastutab inimese nahavärvi eest. Seda toodavad rakud, mida nimetatakse melanotsüüdid, mis asuvad naha välimise kihi kõige sügavamas osas. Suur osa sellest melaniinist leiab tee nn rakkudesse keratinotsüüdid, mida on palju rohkem kui melanotsüüte.

Pärast melaniini sünteesimist hoitakse seda melanotsüütides, mida nimetatakse melanosoomid. Erinevatest melaniini tüüpidest nimetatakse kõige tavalisemat eumelaniin, mis tähendab "head melaniini". Kui palju eumelaniini on suuremas koguses, tekib tumedam ja pruunim nahavärv, heledama nahaga inimestel esineb selle pigmendi madal tihedus.

Kui inimestel ilmnevad nahavärvi erinevused, mis tulenevad peamiselt naha melaniini sisalduse erinevustest, ei tulene sellest, et inimesed erinevad number melanotsüütidest, mis neil on. Selle asemel mõned inimesed individuaalne melanotsüüdid on palju aktiivsemad kui teistes.

Nagu paljud kehas olevad ained, sisaldab ka melaniini keemiline koostis süsiniku, vesiniku, hapniku ja lämmastiku segu. The

(Ajaloolistel põhjustel a sünnimärk on aine kogus grammides, mis sisaldab 6 x 10 ²³ ja see on molekuli suuruse põhimõõt.)

Melaniin koosneb kolmest kuueliikmelisest rõngast (kuus aatomit, mis on paigutatud keskpunkti ümber), millest igaühel on viieliikmeline rõngas, mis on asetatud ühte nurka enda ja naabri vahel. Need viieliikmelised rõngad sisaldavad kumbki melaniinis kahest lämmastikuaatomist ja asuvad molekuli vastaskülgedel.

Neli hapniku aatomit melaniinis on seotud süsinikega kuue aatomi tsüklis mõlemas otsas, kaks mõlemas ringis. Need on topelsidemed ja C = O paigutused asuvad rõnga vastaskülgedel, kust viieliikmelised rõngad on kinnitatud.

Kui soovisite melaniini valemit väljendada selgemalt, ilma et peaksite joonistama a mudeli, võite selle kirjutada vormis, mida kasutatakse lihtsustatud molekulaarse sisendi rea sisestussüsteemis (SMILES):

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

kus numbrid ei ole abonendid, vaid viited aatomite numbrilisele positsioonile üksikute rõngaste sees. Vesinik Melaniini aatomeid ei kaasata, kuid nende arvu ja positsiooni saab määrata, täites ülaltoodud struktuuri mis tahes "lüngad", pidades meeles, et iga süsinik moodustab neli sidet.

Inimene nahk sellel on kolm kihti, mis äärmisest sisimani on epidermis, pärisnahk ja nahaaluse koe kiht. Epidermis on ise jagatud arvukateks kihtideks, millest kõige sügavamat nimetatakse kiht germinativum (mõnikord nimetatakse seda stratum basale). See kiht, mis külgneb epidermist pärisnahast eraldava basaalmembraaniga, on see, kus toodetakse melanotsüüte.

Mikroskoopias on melanotsüütidel iseloomulik ebakorrapärane kuju. Melanotsüütide melaniini tootmise ulatus sõltub sellest, mil määral geen sest melaniin on väljendasvõi sisse lülitatud. Mõelge "geeniekspressioonile" kui tehases lüliti sisselülitamisele konkreetse toote, antud juhul valgu valmistamiseks.

Peaaegu kõigil inimestel on neid palju melaniin "tehased" (melanotsüüdid), kuid see, kuivõrd inimesed neid "tehaseid" kasutusele võtavad, varieerub nii üksikisikute kui ka etniliste elanikkonniti.

Päikesevalgus käivitab melaniini tootmise enamikul inimestel mingil määral; see on naha lühiajaline tumenemine, mida nimetatakse "taniks". Valguse stiimuli tekitatud melaniin kaitseb ülejäänud keha mingil määral selle eest kahjulik ultraviolettkiirgus (UV) päikese käes.

Kui keha ei taju enam keskkonnas UV-kiirte rohkust, nagu see toimub sügisel ja talvel, väheneb ka tajutav vajadus melaniini tootmise järele ja nahk kipub nende ajal heledamaks muutuma aastaajad.

Samal ajal, kui melanotsüüdid melaniini toodavad, seda ka hoiustavad ja vabastavad, on tunduvalt levinumad epidermise rakud tuntud kui keratinotsüüdid lõpetada pigmendi suurima vastuvõtjana. Melaniini liikumist melanotsüütidest keratinotsüütideks hõlbustavad paljud kombitsad (kuni umbes 40), mis ulatuvad igast melanotsüütist väljapoole.

Melanotsüütides moodustunud melanosoomid liiguvad keratinotsüütidesse ja asetuvad rakumembraani ja tuuma vahele, aidates varjata DNA (deoksüribonukleiinhape, inimese "geneetiline materjal" ja kõik teadaolevad eluvormid) selles tuumas UV-kiirguse kahjustuste eest.

Kui eumelaniin on kõige levinum melaniini tüüp, mida inimesed toodavad, pole see kaugeltki ainus levinud tüüp. See eksisteerib kahes teises põhivormis, feomelaniin ja neuromelaniin. Eumelaniinil ja feomelaniinil on funktsionaalselt ja keemiliselt palju ühist, samas kui neuromelaniin on midagi petturit.

Eumelaniini ja feomelaniini toodavad mõlemad epidermise madalaimas kihis (kihis) olevad melanotsüüdid. Need rakud algavad kui melanoblastid koes, mis on saadud närvitorust inimese embrüonaalse arengu ajal. Kõigi nende süntees algab türosiinist, molekulist, mis on tihedalt seotud aminohappe fenüülalaniiniga. Türosiin muundatakse peagi dopokinooniks, mis võib kulgeda mitmel erineval keemilisel teel, mille tulemuseks on lõpuks melaniini tootmine.

Neuromelaniini toodetakse ajus neurotransmitteri lagunemise osana dopamiin, fenüülalaniini ja türosiini teine ​​lähedane keemiline sugulane. See juhtub aju osas, mida nimetatakse substantia nigra. Neuromelaniin, erinevalt inimese melaniini kahest muust vormist, ei osale nahavärvi määramisel.

Melanini väide bioloogilisele kuulsusele on selle panus nahavärvi, kuid see täidab ka mitmeid seotud ja mitteseotud füsioloogilisi funktsioone. Melaniin mõjutab juuksevärvi ning kaitseb nahka ja silmi ka päikese ja muude elektromagnetkiirguse allikate põhjustatud valguskahjustuste eest.

Eumelaniini värvus on rohkem pruunikas-must, feomelaniini kollakaspunane. Inimese naha ülevärvuse määrab nende kahe melaniini tüübi suhe ja melanosoomide üldine tihedus üksikute rakkude vahel.

Samuti domineerivad sama indiviidi erinevates kehaosades erinevad melaniini tüübid. Näiteks huultel, mis on rohkem roosad, on feomelaniini sisaldus suurem.

Heledama naha tihedus on melanotsüütides tavaliselt kaks või kolm melanosoomi klastri kohta, samas kui tumedam nahk sisaldab rohkem "liikuvaid" melanotsüüte, kuna need graanulid kalduvad levima naaberriikidesse keratinotsüüdid.

Inimese evolutsiooni mingil hetkel asustasid isendite erinevad populatsioonid üksteisest kaugel mõned jäävad ekvaatorile lähemale ja teised seisklevad põhja laiuskraadide suunas, enamasti Euroopas kõigepealt. Päikesepaistelisemas ja kuumamas keskkonnas viibimise tagajärjel kaotasid ekvaatorile lähemal olevad inimesed põhjaosa ulatuvate kolleegidega võrreldes suure osa oma juustest.

Arvatakse, et just see suhteline juuste jaotumine on ergutanud melanogeneesi erinevat arengut erinevates populatsioonides kogu maailmas. Inimesed, kes elavad ekvaatorile lähemal, näitavad nüüd kõrgemat eumelaniini ja feomelaniini suhet, mille tulemuseks on mitte ainult naha tumedus, vaid suurem UV-kiirguse neeldumisvõime. Inimestel, kes elavad jahedamates kohtades, kus on vähem päikesevalgust, on seevastu madalam eumelaniini ja feomelaniini suhe ning seetõttu on nad vastuvõtlikumad UV-kiirgusega nahakahjustustele, sealhulgas vähile.

2015. aastal teatasid Yale'i ülikooli teadlased, et nad on leidnud viisi UV-valgus reageerib hiirtel melaniinis viisil, mis soodustab vähi teket mõne tunni jooksul. Tundus, et see tõstis esile melaniini peenelt "kahe otsaga" olemust. Igas valdkonnas, kus seda saab kasutada tervisevarana, näib see olevat tervisekohustus kusagil mujal.

Vitamiin D-vitamiin, mis on oluline mineraalse kaltsiumi käitlemisel organismis, peab allutama UV-kiirgusele, et see saaks pärast allaneelamist muuta selle aktiivseks vormiks. See tähendab, et põhjapoolsetel laiuskraadidel elavad inimesed on D-vitamiini puudusele vastuvõtlikumad, sest nende keha saab aasta jooksul keskmiselt vähem päikesevalgust kui ekvaatorile lähemal olevad inimesed tegema.

UV-valguse ja melaniini vahelise suhte teine ​​järeldus on aga see, et tumedama nahaga inimesed, olenemata sellest, kus nad asuvad elusaid (kuid eriti põhja- või lõunaosas asuvaid), tuleks jälgida D-vitamiini tasemega seotud probleemide suhtes, sest nende suur melanosoomide tihedus kaitseb UV-kiirte ohtude eest, kuid kaitseb ka nende väheseid kasulikke aineid mõju.

Mitmed seosed UV-valguse, melaniini ja naha käitumise vahel tuleb veel täielikult selgitada. Näiteks on teada, et UV-valguse manustamine nahale võib lühiajaliselt pärssida immuunfunktsiooni. See võib olla soovitav, kui proovite kontrollida põletikuliste nahahaiguste ägenemist immuunkomponendiga, näiteks psoriaasiga.

Ükskõik mis immuunroll võib melaniinil kehas mängida, tuleb veel selgitada.

Mitmed kliinilised seisundid, mis hõlmavad melaniini sünteesi ja transpordi muutusi, on hästi teada. Need võivad mõjutada melaniini moodustumise ja melaniini jaotamise protsessi kõiki samme.

Need sisaldavad:

Melanoblastide häired. Need rakud, nagu te mäletate, on melanotsüütide eelkäijad. Eeldatakse, et nad rändavad embrüonaalse ja loote arengupaikadesse kohtadesse, kus nad lõpuks neile määratud rolle täidavad.

Mõnikord ei õnnestu melanoblastidel siiski jõuda sinna, kuhu nad peaksid minema. Üks tulemus on Waardenburgi sündroom, kus kahjustatud inimestel on väga hele nahk ja enneaegselt hallid juuksed, kuna melanoblastid ei suuda varem nendes piirkondades elama asuda.

Melanotsüütide häired. Neist kurikuulsamate hulgas on seisund, mida nimetatakse vitiligo, mis hõlmab melanotsüütide autoimmuunse vahendatud hävitamist ebaühtlasel viisil kogu nahas.

Asümmeetrilise viisi tõttu, kuidas keha oma rakke ründab, ilmnevad nahal erinevad heleda naha laigud, mis on segunenud mõjutamata nahapiirkondadega.

Melanosoomide häired. Kaks melaniini säilitamiskohtadega seotud levinumat häiret on Chédiak-Higashi sündroom ja Griscelli sündroom, mis mõlemad hõlmavad naha nähtavaid pigmentatsiooniprobleeme, kuid hõlmavad ka mõjusid teistes kehasüsteemides.

Chédiak-Higashi sündroomi korral, mis võib toota albinismi (naha ja silmade pigmentatsiooni peaaegu täielik puudumine), arvatakse, et geenimutatsioon häire melaniinikomponendi eest vastutav inimene hoiab ära ka oluliste immuunsüsteemi kemikaalide sünteesi.

Türosinaasiga seotud häired. Türosinaas on ensüüm ehk bioloogiline katalüsaatorvalk, mis muudab melaniini ja feomelaniini sünteesis sisalduva vaheühendi, mida nimetatakse dihüdroksüfenüülalaniiniks, dopokinooniks. Kui see ensüüm ei tööta korralikult või puudub, võib melaniini sünteetiline rada olla häiritud.

Näiteks päriliku haiguse korral fenüülketonuuria (PKU), põhjustab teise ensüümi ebaõnnestumine märkimisväärset fenüülalaniini kogunemist, millel on sekundaarne, inhibeeriv toime türosinaasile. See viib naha laiguliseks tänu melaniini sünteesi "allavoolu" vähenemisele.