Mikä on melaniinin tarkoitus?

Melaniini on biologisen pigmentin nimi, joka määrittää ihon ja hiusten yleisen värin ihmisillä. Melaniinin muodot ovat vastuussa väreistä koko eläinmaailmassa; esimerkiksi lintujen siipivärejä tuottaa melaniini. Lisäksi melaniinia tuottavat solut, joita kutsutaan melanosyyteiksi, voivat lisätä tai vähentää melaniinitasojaan tuotanto vastauksena ulkoisen ympäristön muutoksiin (esimerkiksi auringon lisääntyminen tai väheneminen altistuminen).

Vaikka melaniini tunnetaan edelleen pääasiassa roolistaan ​​fysiologiassa, tutkijat ovat alkaneet tutkia aineesta ja sen johdannaisista sen määrittämiseksi, onko melaniinilla sovelluksia monissa eri muodoissa teollisuudelle.

Melaniinia tuottavat melanosyyttisolut orvaskedessä tai ihon uloimmassa kerroksessa (paksumpaa, kovempaa kerrosta alla kutsutaan dermikseksi). Nämä melanosyytit sijaitsevat epidermiksen alimmassa kerroksessa, jota kutsutaan kerrostuloksi tai "tyvikerrokseksi". Melaniinia on useita alatyyppejä, yleisimpiä ovat eumelaniini ja toissijainen tyyppi, joka tunnetaan nimellä feomelaniini.

Melaniini on kemikaali, jolla on melko pieni molekyylipaino (318,3 g / mol, alle kaksinkertainen glukoosiin). Sen molekyylikaava on C₁₈H₁₀N₂O₄. Ihmisillä, joilla on tummempi iho, ei todellakaan ole enemmän melanosyyttejä kuin vaaleammalla iholla; Sen sijaan ihmisillä, joilla on tummempi iho, suurempi osa melanosyyttien geeneistä melanosyytteissä kytketään päälle. Tämä tarkoittaa, että tummansävyisillä ihmisillä tuotetaan paljon enemmän melaniinia solua kohden, eikä sitä, että tummansävyisillä ihmisillä on enemmän soluja, jotka tuottavat saman tuotoksen. Tällä on merkittäviä vaikutuksia evoluutioantropologiassa, koska se viittaa vaaleamman nahan eurooppalaisiin ihmisiin jakavat nykyään syvän alkuperän afrikkalaisten kanssa, joiden iho on nykyään tummempi erilaisten ympäristöolosuhteiden ansiosta olosuhteissa. Monet ihmiset Luoteis-Euroopasta ovat menettäneet kykynsä kehittää rusketuksia, koska heillä on DNA-säike, joka koodaa lisää melaniinia, mutta jota ei voida enää aktivoida. Tällaisten ihmisten kyky sietää ultraviolettivaloa (UV) yleensä heikkenee voimakkaasti.

Mikroskooppisessa tutkimuksessa eumelaniini näyttää ruskealta ja hienorakeiselta. Aine ei hajota valoa tuntuvassa määrin, koska voidaan odottaa jotain, joka näyttää pimeältä. Yksittäisten melaniinirakeiden maksimihalkaisija on noin 800 nanometriä tai vähän alle miljoonasosa metriä (vastaavasti yksi tuhannesosa millimetristä). Tämä erottaa melaniinin joistakin veressä olevien pigmenttien yleisistä metaboliiteista, jotka ovat yleensä suurempia ja sirottavat valoa enemmän, ja ne ovat väriltään vihreitä, keltaisia ​​tai punaruskeat verrattuna ruskeaan melaniini.

Melaniinin tarkoituksella ei ole mitään tekemistä ihmisen turhamaisuuden ja kaiken organismin suojelemisen kanssa. Auringon UV-säteily on tunnettu syöpää aiheuttava aine, ja riittävän suurilla altistuksilla se voi johtaa useisiin vastaaviin melanoomatyyppeihin, jotka ovat ihon pahanlaatuisia kasvaimia. Melanoomat voivat olla kohtalokkaita; noin 54 000 amerikkalaisesta, joilla on diagnosoitu melanooma vuodessa, noin 8000 kuolee siihen. Pahanlaatuisen melanooman riski eurooppalaisten syntyperäisten keskuudessa on kymmenen kertaa suurempi kuin afrikkalaisamerikkalaisilla.

Joillakin ihmisillä ja eläimillä on hyvin vähän melaniinia kehossaan. Tämä tila tunnetaan nimellä albinismi, ja sen seurauksena kärsivät ihmiset ovat alttiimpia UV-auringon vaurioille.

Kun melaniinia tuotetaan melanosyyteissä, tämä pigmentti pakataan rakeisiin, toisin kuin tapa, jolla vihreä pigmentti klorofylli on pakattu erikoistuneisiin solunsisäisiin "astioihin" kasveissa. UV-valon stimuloimana, jonka kokonaispinta nousee suurimmalla osalla maailmaa tietyinä vuodenaikoina ja laskee vuonna toiset, melanosyytit tuottavat enemmän ja suurempia rakeita, jolloin ihmisten iho sopeutuu kesän aikana ja siitä tulee "rusketus". Kuten totesi kuitenkin, että joillakin ihmisillä tämä kyky on geneettisesti rajoitettu ja joissakin tapauksissa lähes olematon, kun taas toisissa ihmisissä se on olennaisesti tarpeeton. Et ole epäilemättä nähnyt ihmisiä, jotka ovat tunnetusti alttiita auringonpolttamille, ja ehkä olet itse yksi niistä: Ihmiset, joita kutsutaan "vaaleaksi nahoiksi" ja jotka ovat usein pisamiainen punaisella sävyllä. Tällaisilla ihmisillä ryhmänä on vähiten tehokas suoja UV-säteilyä vastaan, ja heitä suositellaan erityisellä tavalla vaatimus välttää menemästä auringossa ilman aurinkovoidetta, joka voi suodattaa haitallisen UV-säteilyn merkittäväksi laajuus.

Liian vähän melaniinia ihossa voi altistaa yksilöt suuremmalle auringonpolttamisen ja ihon riskille pahanlaatuiset kasvaimet, ihmiset, joilla on epätavallisen korkea melaniinipitoisuus kehossa, voivat altistua D-vitamiinille puute. Tämä johtuu siitä, että tämän vitamiinin päälähde kehossa on itse asiassa luonnollinen D-vitamiinin esiaste, joka muuttuu vitamiinin aktiiviseksi muodoksi auringonvalon vaikutuksesta. Koska tummemmilla pinnoilla on taipumus heijastaa eikä absorboida UV-säteilyä, ihmiset, joilla on tummempi iho, absorboivat pienemmän osan UV-säteilystä kuin heille altistuvat kuin muut. Tavallaan tämä edustaa yhtä lukemattomista evoluutiokompromisseista, joita näytetään elollisten maailmassa.

Kun nykyajan ihmisen jälkeläiset muuttivat ensin puiden peitteen alta avoimiin tiloihin metsästämään ja etsimään vettä, he altistivat itselleen enemmän auringonvalolle. Prosessissa heidän oli tietysti pystyttävä sietämään paitsi enemmän valoa myös sen mukana tullut ylimääräinen lämpö. Jotta pysyisimme viileinä suuremmassa auringonvalossa, tämä tarkoitti kykyä hikoilla voimakkaammin ja tehokkaammin. Jotta pippuroitaisiin ihoa suuremmalla hikirauhasen tiheydellä, piti mennä jotain muuta, ja tuo "jotain" oli hiuksia. Ihmisillä on selvästi vielä hiukset käsissä, jaloissa ja rungoissa (jotkut huomattavasti enemmän kuin toiset), mutta muihin apinoihin verrattuna ihmiset ovat menettäneet käytännössä kaikki kehon hiukset. Tämän seurauksena varhaisen ihmisen vasta hiki-kykyinen iho jätettiin alttiimmaksi auringon vaurioille. Tämä puolestaan ​​kannusti melaniinirakeiden lisääntymistä, joka on nyt havaittu trooppisilla leveysasteilla.

D-vitamiinin puutos on mainittu ei-toivotuksi seuraukseksi liikaa melaniinia ihossa. D-vitamiinia tarvitaan suoliston absorboimaan tehokkaimmin kalsiumia ja fosforia. Molempia tarvitaan luiden oikeaan kasvuun ja ylläpitoon. Vaikka osa D-vitamiinia voidaan saada ravinnon lähteistä, kuten munankeltuaisesta ja tietyistä kaloista, 90 prosenttia syntesoituu ihossa kolesterolijohdannaisista. D-vitamiinia ei siksi tarvita vain luuston eheyteen, se voi myös olla hyödyllistä ehkäistä joitain syöpämuotoja.

Vuonna 2017 ryhmä tutkijoita Kalifornian yliopistossa San Diegossa sai 7,5 miljoonan dollarin avustuksen melaniinin mahdollisten käyttötarkoitusten tutkimiseen, joista on teoretoitu, mutta joita ei ole koskaan virallisesti pyritty. Hankkeeseen osallistuneet tutkijat toivoivat oppivansa melaniinisynteesiin liittyvien reaktioiden sekvenssin aikaisempaa syvemmällä tasolla ja ymmärtävät enemmän melaniinin erityyppisistä asioista toivoen, että jatketaan vastaavien kemikaalien synteesiä joillakin tunnetuilla suojaominaisuuksilla melaniinilla on. Kyky tarjota ei-biologisia materiaaleja joitain samoja perussuojauksia auringon vaurioilta kuin melaniini antaa eläville olisi selvästi etu erityyppisillä teollisuudenaloilla, koska auringon aiheuttama maali- ja palveluvahinko on lähes universaali koskea.