मेलेनिन की रसायन शास्त्र

मेलेनिन एक काला, प्राकृतिक रूप से पाया जाने वाला वर्णक है जो कई रूपों में आता है और मनुष्यों में त्वचा के रंग के लिए जिम्मेदार होता है। यह नामक कोशिकाओं द्वारा निर्मित होता है melanocytes, जो त्वचा की सबसे बाहरी परत के सबसे गहरे भाग में बैठते हैं। इस मेलेनिन का अधिकांश भाग कोशिकाओं में अपना रास्ता खोज लेता है केरेटिनकोशिकाओं, जो मेलानोसाइट्स से कहीं अधिक असंख्य हैं।

मेलेनिन के संश्लेषित होने के बाद, यह मेलानोसाइट्स के भीतर शरीर में जमा हो जाता है जिसे कहा जाता है मेलेनोसोम विभिन्न प्रकार के मेलेनिन में सबसे आम को कहा जाता है यूमेलानिन, जिसका अर्थ है "अच्छा मेलेनिन।" जब बहुत अधिक मात्रा में यूमेलानिन मौजूद होता है, तो त्वचा का रंग गहरा, अधिक भूरा होता है, जबकि इस वर्णक का कम घनत्व हल्की त्वचा वाले लोगों में होता है।

जब लोग त्वचा के रंग में अंतर दिखाते हैं, जो मुख्य रूप से त्वचा मेलेनिन सामग्री में अंतर के कारण होता है, ऐसा इसलिए नहीं है क्योंकि लोग व्यापक रूप से भिन्न होते हैं संख्या उनके पास मेलानोसाइट्स हैं। इसके बजाय, कुछ लोगों का व्यक्ति मेलानोसाइट्स दूसरों की तुलना में कहीं अधिक सक्रिय हैं।

मेलेनिन रासायनिक संरचना

शरीर में कई पदार्थों की तरह, मेलेनिन के रासायनिक श्रृंगार में कार्बन, हाइड्रोजन, ऑक्सीजन और नाइट्रोजन का मिश्रण शामिल होता है। मेलेनिन रासायनिक सूत्र सी है18एच10नहीं2हे4, मेलेनिन को 318 ग्राम प्रति मोल (g/mol) का एक आणविक भार, या दाढ़ द्रव्यमान देना।

(ऐतिहासिक कारणों से, ए तिल ग्राम में एक पदार्थ की मात्रा है जिसमें 6 x 10. होता है 23 अणु, और एक अणु के आकार का एक मूल माप है।)

मेलेनिन में एक पंक्ति में तीन छह-सदस्यीय छल्ले (एक केंद्रीय बिंदु के चारों ओर व्यवस्थित छह परमाणु) होते हैं, जिनमें से प्रत्येक में पांच-सदस्यीय वलय अपने और अपने पड़ोसी के बीच के कोणों में से एक में स्थित होता है। इन पांच-सदस्यीय वलय में प्रत्येक में मेलेनिन में दो नाइट्रोजन परमाणुओं में से एक होता है, और अणु के विपरीत पक्षों पर बैठता है।

मेलेनिन में चार ऑक्सीजन परमाणु प्रत्येक छोर पर छह-परमाणु रिंग पर कार्बन से बंधे होते हैं, प्रत्येक रिंग में दो। ये दोहरे बंधन वाले होते हैं, और C=O व्यवस्थाएं रिंग के विपरीत किनारों पर स्थित होती हैं, जहां से पांच-सदस्यीय रिंग जुड़ी होती हैं।

वैकल्पिक मेलेनिन रासायनिक सूत्र

यदि आप ड्राइंग का सहारा लिए बिना मेलेनिन के सूत्र को अधिक स्पष्ट रूप में व्यक्त करना चाहते हैं मॉडल, आप इसे सरलीकृत आणविक-इनपुट लाइन-एंट्री सिस्टम (SMILES) में प्रयुक्त फॉर्म में लिख सकते हैं:

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

जहां संख्याएं सबस्क्रिप्ट नहीं हैं बल्कि व्यक्तिगत रिंगों के भीतर परमाणुओं की संख्यात्मक स्थिति का संदर्भ देती हैं। हाइड्रोजन मेलेनिन में परमाणुओं को शामिल नहीं किया जाता है, लेकिन उनकी संख्या और स्थिति को उपरोक्त संरचना में किसी भी "अंतराल" को भरकर निर्धारित किया जा सकता है, यह ध्यान में रखते हुए कि प्रत्येक कार्बन चार बंधन बनाता है।

त्वचा के रंग की मूल बातें

मानव त्वचा इसकी तीन परतें होती हैं, जो बाह्यतम से अंतरतम तक एपिडर्मिस, डर्मिस और उपचर्म ऊतक परत होती हैं। एपिडर्मिस स्वयं कई परतों में विभाजित है, जिनमें से सबसे गहरी परत को कहा जाता है स्ट्रेटम जर्मिनेटिवम (कभी-कभी स्ट्रैटम बेसल कहा जाता है)। यह परत, जो डर्मिस से एपिडर्मिस को अलग करने वाली बेसमेंट झिल्ली से जुड़ती है, वह जगह है जहां मेलानोसाइट्स का उत्पादन होता है।

माइक्रोस्कोपी पर, मेलानोसाइट्स में एक विशिष्ट अनियमित आकार होता है। मेलेनोसाइट्स किस हद तक मेलेनिन का उत्पादन करते हैं, यह इस बात पर निर्भर करता है कि जीन मेलेनिन के लिए है व्यक्त, या चालू किया गया। "जीन अभिव्यक्ति" के बारे में सोचें कि एक विशेष उत्पाद बनाने के लिए कारखाने में एक स्विच चालू करना, इस मामले में एक प्रोटीन।

लगभग सभी मनुष्यों के पास बहुत कुछ है मेलेनिन "कारखानों" (मेलानोसाइट्स), लेकिन जिस हद तक लोग इन "कारखानों" का उपयोग करते हैं, वह व्यक्तियों और जातीय आबादी दोनों के बीच व्यापक रूप से भिन्न होता है।

त्वचा के रंग में अन्य कारक

अधिकांश लोगों में सूरज की रोशनी कुछ हद तक मेलेनिन उत्पादन को ट्रिगर करती है; यह अल्पकालिक त्वचा के काले पड़ने की प्रक्रिया है जिसे "तन" के रूप में जाना जाता है। प्रकाश उत्तेजना द्वारा निर्मित मेलेनिन शरीर के बाकी हिस्सों को कुछ हद तक से बचाने का काम करता है हानिकारक पराबैंगनी (यूवी) विकिरण धूप में।

जब शरीर अब पर्यावरण में यूवी किरणों की प्रचुरता को महसूस नहीं करता है, जैसा कि पतझड़ और सर्दियों में होता है, मेलेनिन उत्पादन की कथित आवश्यकता भी कम हो जाती है और इस दौरान त्वचा का रंग हल्का हो जाता है मौसम के।

इसके अलावा, जबकि मेलानोसाइट्स मेलेनिन का निर्माण करते हैं और साथ ही इसे स्टोर करते हैं और इसे छोड़ते हैं, अधिक प्रचलित एपिडर्मल कोशिकाओं के रूप में जाना जाता है केरेटिनकोशिकाओं वर्णक के सबसे बड़े प्राप्तकर्ता के रूप में हवा। मेलानोसाइट्स से केराटिनोसाइट्स तक मेलेनिन की गति को प्रत्येक मेलानोसाइट से बाहर की ओर फैले कई टेंटेकल्स (40 या तो तक) द्वारा सुगम बनाया जाता है।

मेलानोसाइट्स में बनने वाले मेलेनोसोम केराटिनोसाइट्स की यात्रा करते हैं और खुद को कोशिका झिल्ली और नाभिक के बीच स्थित करते हैं, जिससे उन्हें ढालने में मदद मिलती है। डीएनए (डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड, मनुष्यों और सभी ज्ञात जीवन रूपों की "आनुवंशिक सामग्री") यूवी विकिरण क्षति से उस नाभिक के भीतर।

मेलेनिन के प्रकार

जबकि यूमेलानिन मनुष्यों द्वारा उत्पादित मेलेनिन का सबसे प्रचुर प्रकार है, यह एकमात्र सामान्य प्रकार से बहुत दूर है। यह दो अन्य मुख्य रूपों में मौजूद है, फोमेलानिन तथा न्यूरोमेलेनिन. यूमेलानिन और फोमेलैनिन में कार्यात्मक और रासायनिक रूप से आम बात है, जबकि न्यूरोमेलेनिन एक दुष्ट चीज है।

यूमेलानिन और फोमेलानिन दोनों एपिडर्मिस के सबसे निचले स्तर (परत) में मेलानोसाइट्स द्वारा बनाए जाते हैं। ये कोशिकाएं के रूप में शुरू होती हैं मेलानोब्लास्ट्स ऊतक में जो मानव भ्रूण के विकास के दौरान तंत्रिका ट्यूब से प्राप्त होता है। इनमें से प्रत्येक का संश्लेषण टाइरोसिन से शुरू होता है, एक अणु जो अमीनो एसिड फेनिलएलनिन से निकटता से संबंधित है। टायरोसिन को जल्द ही डोपाक्विनोन में बदल दिया जाता है, जो कई अलग-अलग रासायनिक मार्गों का अनुसरण कर सकता है जो अंततः मेलेनिन उत्पादन में परिणत होते हैं।

न्यूरोट्रांसमीटर के अपघटन के हिस्से के रूप में मस्तिष्क में न्यूरोमेलेनिन का उत्पादन होता है डोपामिन, फेनिलएलनिन और टायरोसिन का एक और करीबी रासायनिक रिश्तेदार। यह मस्तिष्क के एक हिस्से में होता है जिसे कहा जाता है द्रव्य नाइग्रा. मानव मेलेनिन के अन्य दो रूपों के विपरीत, न्यूरोमेलेनिन त्वचा के रंग के निर्धारण में भागीदार नहीं है।

मेलेनिन के कार्य

जैविक प्रसिद्धि के लिए मेलेनिन का दावा त्वचा के रंग में इसका योगदान है, लेकिन यह कई संबंधित और असंबंधित शारीरिक कार्य भी करता है। मेलेनिन बालों के रंग को प्रभावित करता है और यह त्वचा और आंखों को सूरज और विद्युत चुम्बकीय विकिरण के अन्य स्रोतों से होने वाली हल्की क्षति से भी बचाता है।

यूमेलानिन का रंग अधिक भूरा-काला होता है, जबकि फोमेलैनिन अधिक पीला-लाल होता है। किसी व्यक्ति की त्वचा का अधिक रंग इन दो प्रकार के मेलेनिन के अनुपात और व्यक्तिगत कोशिकाओं के भीतर मेलेनोसोम के समग्र घनत्व के संयोजन से निर्धारित होता है।

साथ ही, एक ही व्यक्ति के शरीर के विभिन्न हिस्सों में विभिन्न प्रकार के मेलेनिन प्रबल होते हैं। उदाहरण के लिए, होंठ, जो अधिक गुलाबी होते हैं, फोमेलैनिन में अधिक होते हैं।

त्वचा का रंग हल्का होता है, आमतौर पर मेलानोसाइट्स के भीतर प्रति क्लस्टर दो या तीन मेलेनोसोम का घनत्व होता है, जबकि गहरे रंग की त्वचा में अधिक "मोबाइल" मेलानोसाइट्स होते हैं, जिसमें ये कणिकाएं पड़ोसी में फैलने के लिए अधिक इच्छुक होती हैं केराटिनोसाइट्स।

मेलेनिन और यूवी संरक्षण

मानव विकास के किसी बिंदु पर, व्यक्तियों की विभिन्न आबादी एक दूसरे से दूर बस गई, जिसमें कुछ भूमध्य रेखा के करीब रहते हैं और अन्य उत्तरी अक्षांशों की ओर बढ़ते हैं, ज्यादातर यूरोप में प्रथम। अधिक धूप और गर्म वातावरण में रहने के परिणामस्वरूप, भूमध्य रेखा के करीब रहने वाले लोगों ने अपने अधिक उत्तर-पूर्वी समकक्षों के संबंध में अपने शरीर के अधिकांश बाल खो दिए।

माना जाता है कि यह सापेक्ष बाल वितरण में यह परिवर्तन है जिसके बारे में माना जाता है कि इसने दुनिया भर में विभिन्न आबादी में मेलेनोजेनेसिस के विभेदक विकास को प्रेरित किया है। भूमध्य रेखा के करीब रहने वाले लोग अब फोमेलैनिन के लिए यूमेलेनिन का उच्च अनुपात प्रदर्शित करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप न केवल गहरे रंग की त्वचा होती है, बल्कि यूवी विकिरण को अवशोषित करने की अधिक क्षमता होती है। दूसरी ओर, कम धूप वाले ठंडे क्षेत्रों में रहने वाले लोग, फोमेलैनिन के लिए यूमेलानिन का कम अनुपात दिखाते हैं, और इसके परिणामस्वरूप कैंसर सहित यूवी त्वचा के नुकसान की संभावना अधिक होती है।

2015 में, येल विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने बताया कि उन्हें एक रास्ता मिल गया है जिसमें यूवी प्रकाश चूहों में मेलेनिन में प्रतिक्रिया करता है इस तरह से जो कुछ ही घंटों में कैंसर के गठन को बढ़ावा देता है। यह मेलेनिन की उत्कृष्ट "दोधारी" प्रकृति को उजागर करने के लिए लग रहा था। हर क्षेत्र के लिए जिसमें यह स्वास्थ्य संपत्ति के रूप में काम कर सकता है, ऐसा लगता है कि यह कहीं और स्वास्थ्य दायित्व पेश करता है।

मेलेनिन की अन्य शारीरिक भूमिकाएं

विटामिन डी, जो खनिज कैल्शियम के शरीर के संचालन में महत्वपूर्ण है, अंतर्ग्रहण के बाद अपने सक्रिय रूप में परिवर्तित होने के लिए यूवी प्रकाश के अधीन होना चाहिए। इसका मतलब है कि उत्तरी अक्षांशों में रहने वाले लोग आमतौर पर विटामिन डी की कमी के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं, क्योंकि उनके शरीर को पूरे वर्ष औसतन भूमध्य रेखा के निकट के लोगों की तुलना में कम धूप प्राप्त होती है कर।

हालांकि, यूवी प्रकाश और मेलेनिन के बीच संबंध का एक और निहितार्थ यह है कि गहरे रंग के लोग, चाहे वे कहीं भी हों लाइव (लेकिन विशेष रूप से बहुत उत्तरी या दक्षिणी स्थानों में), विटामिन डी के स्तर की समस्याओं के लिए निगरानी की जानी चाहिए, क्योंकि मेलेनोसोम का उनका उच्च घनत्व, यूवी किरणों के खतरों से सुरक्षा प्रदान करते हुए, उनके कुछ लाभकारी गुणों को भी प्रदर्शित करता है। प्रभाव।

यूवी प्रकाश, मेलेनिन और त्वचा के व्यवहार के बीच कई संबंधों को अभी तक पूरी तरह से स्पष्ट नहीं किया गया है। उदाहरण के लिए, यह ज्ञात है कि त्वचा के लिए यूवी प्रकाश का प्रशासन अल्पावधि में प्रतिरक्षा समारोह को दबा सकता है। यह वांछनीय हो सकता है जब एक प्रतिरक्षा घटक, जैसे कि सोरायसिस के साथ भड़काऊ त्वचा की स्थिति के भड़कने को नियंत्रित करने की कोशिश की जा रही है।

मेलेनिन शरीर में जो भी प्रतिरक्षा भूमिका निभा सकता है, उसे स्पष्ट किया जाना बाकी है।

मेलेनिन से संबंधित रोग

मेलेनिन संश्लेषण और परिवहन में गड़बड़ी से जुड़ी कई नैदानिक ​​स्थितियां सर्वविदित हैं। ये मेलेनिन-गठन और मेलेनिन-वितरण प्रक्रिया के हर चरण को प्रभावित कर सकते हैं।

इसमे शामिल है:

मेलानोब्लास्ट के विकार। जैसा कि आपको याद होगा, ये कोशिकाएं मेलानोसाइट्स की पूर्वगामी होती हैं। उन्हें भ्रूण और भ्रूण के विकास में अपने गठन के स्थलों से उन स्थानों पर प्रवास करना चाहिए जहां वे अंततः अपनी नियत भूमिका निभाएंगे।

हालांकि, कभी-कभी मेलानोब्लास्ट इसे बनाने में विफल होते हैं जहां उन्हें जाना चाहिए। एक परिणाम है वार्डनबर्ग सिंड्रोम, जिसमें प्रभावित लोगों के जीवन में पहले इन क्षेत्रों में निवास करने के लिए मेलानोब्लास्ट की विफलता के कारण बहुत हल्की त्वचा और समय से पहले भूरे बाल होते हैं।

मेलानोसाइट्स के विकार। इनमें से अधिक कुख्यात में से एक स्थिति है जिसे कहा जाता है सफेद दाग, जिसमें पूरे त्वचा में गैर-समान तरीके से मेलानोसाइट्स का ऑटोइम्यून-मध्यस्थता विनाश शामिल है।

जिस विषम तरीके से शरीर अपनी कोशिकाओं पर हमला करता है, उसके कारण त्वचा त्वचा के अप्रभावित क्षेत्रों के साथ मिलकर हल्की त्वचा के अलग-अलग पैच दिखाती है।

मेलेनोसोम के विकार। मेलेनिन के भंडारण स्थलों से जुड़े दो अधिक सामान्य विकार हैं: चेडियाक-हिगाशी सिंड्रोम तथा ग्रिसेली सिंड्रोम, जिनमें से दोनों में दिखाई देने वाली त्वचा रंजकता के मुद्दे शामिल हैं, लेकिन शरीर के अन्य प्रणालियों में भी प्रभाव शामिल हैं।

चेडियाक-हिगाशी सिंड्रोम में, जो उत्पादन कर सकता है रंगहीनता (त्वचा और आंखों में रंजकता की लगभग पूर्ण कमी), ऐसा माना जाता है कि जीन उत्परिवर्तन विकार के मेलेनिन घटक के लिए जिम्मेदार महत्वपूर्ण प्रतिरक्षा-प्रणाली रसायनों के संश्लेषण को भी रोकता है।

टायरोसिनेस से संबंधित विकार। टायरोसिनेस एंजाइम, या जैविक उत्प्रेरक प्रोटीन है, जो मेलेनिन और फोमेलानिन संश्लेषण में एक मध्यवर्ती यौगिक को परिवर्तित करता है, जिसे डायहाइड्रोक्सीफेनिलएलनिन कहा जाता है, डोपाक्विनोन में। जब यह एंजाइम ठीक से काम करने में विफल रहता है या अनुपस्थित होता है, तो मेलेनिन सिंथेटिक मार्ग बाधित हो सकता है।

उदाहरण के लिए, वंशानुगत रोग में फेनिलकेटोनुरिया (पीकेयू), एक अलग एंजाइम की विफलता से फेनिलएलनिन का एक महत्वपूर्ण निर्माण होता है, जिसका टायरोसिनेस पर द्वितीयक, निरोधात्मक प्रभाव होता है। यह मेलेनिन संश्लेषण में "डाउनस्ट्रीम" कमी के कारण रूखी त्वचा की ओर जाता है।

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