La chimie de la mélanine

La mélanine est un pigment foncé et naturel qui se présente sous plusieurs formes et qui est responsable d'une grande partie de la couleur de la peau chez l'homme. Il est produit par des cellules appelées mélanocytes, qui se trouvent dans la partie la plus profonde de la couche la plus externe de la peau. Une grande partie de cette mélanine se retrouve dans les cellules appelées kératinocytes, qui sont beaucoup plus nombreux que les mélanocytes.

Une fois la mélanine synthétisée, elle est stockée dans des corps à l'intérieur de mélanocytes appelés mélanosomes. Le plus commun des différents types de mélanine est appelé eumélanine, ce qui signifie "bonne mélanine". Lorsque beaucoup d'eumélanine est présente en quantités plus élevées, une couleur de peau plus foncée et plus brune en résulte, alors qu'une faible densité de ce pigment se produit chez les personnes à la peau plus claire.

Lorsque les gens présentent des différences de couleur de peau résultant principalement de différences dans la teneur en mélanine de la peau, ce n'est pas parce que les gens diffèrent considérablement en termes de

Comme de nombreuses substances dans le corps, la composition chimique de la mélanine comprend un mélange de carbone, d'hydrogène, d'oxygène et d'azote. le formule chimique de la mélanine est C₁₈H₁₀N₂O₄, donnant à la mélanine un poids moléculaire, ou masse molaire, de 318 grammes par mole (g/mol).

(Pour des raisons historiques, un Môle est la quantité d'une substance en grammes qui contient 6 x 10 ²³ molécules, et est une mesure de base de la taille d'une molécule.)

La mélanine se compose de trois cycles à six chaînons (six atomes disposés autour d'un point central) en ligne, chacun avec un cycle à cinq chaînons niché dans l'un des angles entre lui-même et son voisin. Ces cycles à cinq chaînons contiennent chacun l'un des deux atomes d'azote de la mélanine et se trouvent sur les côtés opposés de la molécule.

Les quatre atomes d'oxygène de la mélanine sont liés à des atomes de carbone sur le cycle à six atomes à chaque extrémité, deux à chaque cycle. Ceux-ci sont à double liaison et les arrangements C = O se trouvent sur les côtés opposés du cycle d'où les cycles à cinq chaînons sont attachés.

Si vous vouliez exprimer la formule de la mélanine sous une forme plus explicite sans recourir à un dessin modèle, vous pouvez l'écrire sous la forme utilisée dans le Simplified Molecular-Input Line-Entry System (SMILES) :

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

où les nombres ne sont pas des indices mais des références aux positions numériques des atomes dans les anneaux individuels. Hydrogène les atomes de la mélanine ne sont pas inclus, mais leur nombre et leurs positions peuvent être déterminés en comblant les "lacunes" de la structure ci-dessus, en gardant à l'esprit que chaque carbone forme quatre liaisons.

Humain peau a trois couches, qui de la plus externe à la plus interne sont l'épiderme, le derme et la couche de tissu sous-cutané. L'épiderme est lui-même divisé en de nombreuses couches, dont la plus profonde est appelée la Stratum germinativum (parfois appelée strate basale). Cette couche, qui jouxte la membrane basale séparant l'épiderme du derme, est le lieu de production des mélanocytes.

Au microscope, les mélanocytes ont une forme irrégulière caractéristique. La mesure dans laquelle les mélanocytes produisent de la mélanine dépend de la mesure dans laquelle le gène car la mélanine est exprimé, ou allumé. Pensez à « l'expression génétique » comme à l'activation d'un commutateur dans une usine pour fabriquer un produit particulier, dans ce cas une protéine.

Presque tous les êtres humains ont beaucoup de mélanine « usines » (mélanocytes), mais la mesure dans laquelle les gens utilisent ces « usines » varie considérablement entre les individus et les populations ethniques.

La lumière du soleil déclenche la production de mélanine dans une certaine mesure chez la plupart des gens; c'est le processus d'assombrissement de la peau à court terme connu sous le nom de « bronzage ». La mélanine produite par un stimulus lumineux agit pour protéger le reste du corps dans une certaine mesure de rayonnement ultraviolet (UV) nocif au soleil.

Lorsque le corps ne perçoit plus une abondance de rayons UV dans l'environnement, comme cela se produit en automne et en hiver, le besoin perçu de production de mélanine diminue également et la peau a tendance à s'éclaircir au cours de ces saisons.

De plus, alors que les mélanocytes fabriquent de la mélanine, la stockent et la libèrent, les cellules épidermiques beaucoup plus répandues, connues sous le nom de kératinocytes finir comme le plus grand destinataire du pigment. Le mouvement de la mélanine des mélanocytes aux kératinocytes est facilité par les nombreux tentacules (jusqu'à 40 environ) s'étendant vers l'extérieur de chaque mélanocyte.

Les mélanosomes formés dans les mélanocytes se déplacent vers les kératinocytes et se positionnent entre la membrane cellulaire et le noyau, aidant à protéger le ADN (acide désoxyribonucléique, le « matériel génétique » des humains et de toutes les formes de vie connues) dans ce noyau contre les dommages causés par les rayons UV.

Bien que l'eumélanine soit le type de mélanine le plus abondant produit par l'homme, elle est loin d'être le seul type courant. Il existe sous deux autres formes principales, phéomélanine et neuromélanine. L'eumélanine et la phéomélanine ont beaucoup en commun sur le plan fonctionnel et chimique, tandis que la neuromélanine est en quelque sorte un voyou.

L'eumélanine et la phéomélanine sont toutes deux fabriquées par les mélanocytes dans la strate (couche) la plus basse de l'épiderme. Ces cellules commencent comme mélanoblastes dans les tissus dérivés du tube neural au cours du développement embryonnaire humain. La synthèse de chacun d'eux commence avec la tyrosine, une molécule étroitement liée à l'acide aminé phénylalanine. La tyrosine est rapidement convertie en dopaquinone, qui peut suivre un certain nombre de voies chimiques différentes qui aboutissent finalement à la production de mélanine.

La neuromélanine est produite dans le cerveau dans le cadre de la décomposition du neurotransmetteur dopamine, un autre proche parent chimique de la phénylalanine et de la tyrosine. Cela se produit dans une partie du cerveau appelée substance noire. La neuromélanine, contrairement aux deux autres formes de mélanine humaine, ne participe pas à la détermination de la couleur de la peau.

La revendication de la renommée biologique de la mélanine est sa contribution à la couleur de la peau, mais elle remplit également un certain nombre de fonctions physiologiques liées et non liées. La mélanine influence la couleur des cheveux et protège également la peau et les yeux des dommages causés par la lumière du soleil et d'autres sources de rayonnement électromagnétique.

L'eumélanine est de couleur plus noir brunâtre, tandis que la phéomélanine est plus rouge jaunâtre. La surcoloration de la peau d'une personne est déterminée par une combinaison du rapport de ces deux types de mélanine et de la densité globale des mélanosomes dans les cellules individuelles.

En outre, différents types de mélanine prédominent dans différentes parties du corps chez le même individu. Par exemple, les lèvres, plus roses, sont plus riches en phéomélanine.

Une peau de couleur plus claire a généralement une densité de deux ou trois mélanosomes par grappe dans les mélanocytes, alors que la peau plus foncée présente des mélanocytes plus "mobiles" en ce sens que ces granules sont plus enclins à se propager aux voisins kératinocytes.

À un certain moment de l'évolution humaine, différentes populations d'individus se sont installées loin les unes des autres, avec certains restant plus près de l'équateur et d'autres s'aventurant vers les latitudes septentrionales, principalement en Europe à premier. En conséquence d'être dans un environnement plus ensoleillé et plus chaud, les personnes plus proches de l'équateur ont perdu une grande partie de leurs poils par rapport à leurs homologues plus au nord.

C'est ce changement dans la distribution relative des cheveux qui aurait stimulé le développement différentiel de la mélanogenèse dans différentes populations à travers le monde. Les personnes vivant plus près de l'équateur présentent désormais un rapport plus élevé d'eumélanine par rapport à la phéomélanine, ce qui entraîne non seulement une peau plus foncée, mais une plus grande capacité d'absorption des rayons UV. Les personnes vivant dans des zones plus fraîches et moins ensoleillées, en revanche, présentent un rapport plus faible entre l'eumélanine et la phéomélanine et sont donc plus sensibles aux dommages cutanés causés par les UV, y compris le cancer.

En 2015, des chercheurs de l'Université de Yale ont déclaré avoir trouvé un moyen de La lumière UV réagit dans la mélanine chez la souris d'une manière qui favorise la formation de cancer en quelques heures. Cela semblait mettre en évidence la nature exquisement "à double tranchant" de la mélanine. Pour chaque domaine dans lequel il peut servir d'atout de santé, il semble présenter un passif de santé ailleurs.

Vitamine D, qui est important dans la manipulation du corps du calcium minéral, doit être soumis à la lumière UV afin d'être converti en sa forme active après avoir été ingéré. Cela signifie que les personnes vivant aux latitudes nordiques sont généralement plus susceptibles de souffrir d'une carence en vitamine D, parce que leur corps reçoit en moyenne moins de soleil tout au long de l'année que les personnes plus proches de l'équateur fais.

Une autre implication de la relation entre la lumière UV et la mélanine, cependant, est que les personnes à la peau plus foncée, peu importe où elles vivants (mais surtout ceux dans les endroits très au nord ou au sud), doivent être surveillés pour des problèmes avec les niveaux de vitamine D, car leur haute densité de mélanosomes, tout en conférant une protection contre les dangers des rayons UV, fait également écran à leurs quelques bienfaits effets.

Un certain nombre de relations entre la lumière UV, la mélanine et le comportement de la peau doivent encore être complètement clarifiées. Il est connu, par exemple, que l'administration de lumière UV sur la peau peut supprimer la fonction immunitaire à court terme. Cela peut être souhaitable lorsque vous essayez de contrôler les poussées d'affections cutanées inflammatoires avec une composante immunitaire, comme le psoriasis.

Quel que soit le rôle immunitaire que la mélanine peut jouer dans le corps reste à élucider.

Un certain nombre d'états cliniques impliquant des dérangements dans la synthèse et le transport de la mélanine sont bien connus. Ceux-ci peuvent affecter chaque étape du processus de formation et de distribution de la mélanine.

Ceux-ci inclus:

Troubles des mélanoblastes. Ces cellules, vous vous en souvenez peut-être, sont les précurseurs des mélanocytes. Ils sont censés migrer de leurs sites de formation dans le développement embryonnaire et fœtal vers les endroits où ils joueront finalement les rôles qui leur sont assignés.

Cependant, parfois, les mélanoblastes n'arrivent pas là où ils sont censés aller. Un résultat est syndrome de Waardenburg, dans laquelle les personnes atteintes ont des zones de peau très claire et des cheveux prématurément gris en raison de l'incapacité des mélanoblastes à s'installer dans ces zones plus tôt dans la vie.

Troubles des mélanocytes. Parmi les plus notoires d'entre elles est la condition appelée vitiligo, qui implique la destruction auto-immune des mélanocytes de manière non uniforme dans toute la peau.

En raison de la manière asymétrique dont le corps attaque ses propres cellules, la peau présente des plaques distinctes de peau claire mêlées à des zones de peau non affectées.

Troubles des mélanosomes. Deux des troubles les plus courants impliquant les sites de stockage de la mélanine sont Syndrome de Chédiak-Higashi et Syndrome de Griscelli, qui impliquent tous deux des problèmes de pigmentation de la peau visibles, mais également des effets sur d'autres systèmes corporels.

Dans le syndrome de Chédiak-Higashi, qui peut produire albinisme (absence quasi totale de pigmentation de la peau et des yeux), on pense que le Mutation génétique responsable de la composante mélanine du trouble empêche également la synthèse d'importants produits chimiques du système immunitaire.

Troubles liés à la tyrosinase. La tyrosinase est l'enzyme, ou protéine catalytique biologique, qui convertit un composé intermédiaire dans la synthèse de la mélanine et de la phéomélanine, appelé dihydroxyphénylalanine, en dopaquinone. Lorsque cette enzyme ne fonctionne pas correctement ou est absente, la voie de synthèse de la mélanine peut être perturbée.

Par exemple, dans la maladie héréditaire phénylcétonurie (PCU), l'échec d'une enzyme différente conduit à une accumulation importante de phénylalanine, qui a des effets secondaires inhibiteurs sur la tyrosinase. Cela conduit à une peau inégale grâce à une diminution "en aval" de la synthèse de mélanine.