Kemija melanina

Melanin je tamni, prirodni pigment koji dolazi u nekoliko oblika i odgovoran je za veći dio boje kože kod ljudi. Proizvode ga stanice tzv melanociti, koji se nalaze u najdubljem dijelu najudaljenijeg sloja kože. Veći dio ovog melanina pronalazi put u stanice tzv keratinociti, koji su daleko brojniji od melanocita.

Nakon sinteze melanina, on se skladišti u tijelima unutar nazvanih melanocita melanosomi. Nazvana je najčešća od različitih vrsta melanina eumelanin, što znači "dobar melanin". Kad je puno eumelanina prisutno u većim količinama, dolazi do tamnije, smeđe boje kože, dok se kod ljudi sa svjetlijom kožom javlja mala gustoća ovog pigmenta.

Kad ljudi pokazuju razlike u boji kože koje uglavnom proizlaze iz razlika u sadržaju melanina u koži, to nije zato što se ljudi jako razlikuju u pogledu broj melanocita koje imaju. Umjesto toga, neki ljudi pojedinac melanociti su daleko aktivniji od ostalih.

Kao i mnoge tvari u tijelu, i kemijski sastav melanina uključuje mješavinu ugljika, vodika, kisika i dušika. The

(Iz povijesnih razloga, a madež je količina tvari u gramima koja sadrži 6 x 10 ²³ molekula i osnovna je mjera veličine molekule.)

Melanin se sastoji od tri šesteročlana prstena (šest atoma raspoređenih oko središnje točke) u liniji, svaki s petočlanim prstenom smještenim u jednom od kutova između sebe i svog susjeda. Svaki od tih peteročlanih prstenova sadrži jedan od dva atoma dušika u melaninu i nalazi se na suprotnim stranama molekule.

Četiri atoma kisika u melaninu vezana su za ugljike na šestatomskom prstenu na svakom kraju, po dva za svaki prsten. Oni su dvostruko povezani, a C = O aranžmani leže na suprotnim stranama prstena od mjesta na koje su pričvršćeni peteročlani prstenovi.

Ako ste željeli izraziti formulu za melanin u jasnijem obliku bez pribjegavanja crtanju a model, mogli biste ga napisati u obliku koji se koristi u pojednostavljenom sustavu za unos linija (SMILES):

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

pri čemu brojevi nisu indeksi, već reference na numerički položaj atoma unutar pojedinih prstenova. Vodik atomi u melaninu nisu uključeni, ali se njihov broj i položaji mogu odrediti popunjavanjem bilo kojih "praznina" u gornjoj strukturi, imajući na umu da svaki ugljik tvori četiri veze.

Ljudski koža ima tri sloja, koji su od krajnjeg do unutarnjeg sloja epidermisa, dermisa i sloj potkožnog tkiva. Pokožica je i sama podijeljena u brojne slojeve od kojih se najdublji naziva stratum germinativum (ponekad se naziva i stratum basale). U ovom se sloju, koji se nadovezuje na bazalnu membranu koja odvaja epidermu od dermisa, stvaraju melanociti.

Na mikroskopiji melanociti imaju karakterističan nepravilan oblik. U kojoj mjeri melanociti proizvode melanin ovisi o mjeri u kojoj gen jer melanin je izrazioili uključeno. Zamislite „ekspresiju gena“ kao uključivanje tvorničke sklopke za izradu određenog proizvoda, u ovom slučaju proteina.

Gotovo sva ljudska bića imaju dosta melanin "tvornice" (melanociti), ali opseg u kojem ljudi koriste ove "tvornice" uvelike varira između pojedinaca i etničkog stanovništva.

Sunčeva svjetlost kod većine ljudi donekle pokreće proizvodnju melanina; ovo je postupak kratkotrajnog potamnjenja kože poznat kao "preplanuli ten". Melanin proizveden svjetlosnim podražajem djeluje da u određenoj mjeri štiti ostatak tijela štetno ultraljubičasto (UV) zračenje na sunčevoj svjetlosti.

Kada tijelo više ne osjeti obilje UV zraka u okolišu, kao što se događa u jesen i zimu, opažena potreba za proizvodnjom melanina također se smanjuje i koža tijekom njih ima tendenciju da posvijetli godišnja doba.

Također, dok melanociti proizvode melanin, kao i čuvaju ga i oslobađaju, daleko raširenije epidermalne stanice poznate kao keratinociti završi kao najveći primatelj pigmenta. Kretanje melanina iz melanocita u keratinocite olakšavaju mnogi pipci (do 40-ak) koji se protežu prema van iz svakog melanocita.

Melanosomi nastali u melanocitima putuju do keratinocita i postavljaju se između stanične membrane i jezgre, pomažući zaštiti DNK (deoksiribonukleinska kiselina, "genetski materijal" ljudi i svi poznati oblici života) unutar te jezgre zbog oštećenja od UV zračenja.

Iako je eumelanin najrasprostranjenija vrsta melanina koju proizvode ljudi, daleko je od jedine uobičajene vrste. Postoji u dva druga glavna oblika, feomelanin i neuromelanin. Eumelanin i feomelanin imaju puno zajedničkog u funkcionalnom i kemijskom smislu, dok je neuromelanin nešto poput lupeža.

Eumelanin i feomelanin stvaraju melanociti u najnižem sloju (sloju) epiderme. Te stanice počinju kao melanoblasti u tkivu koje je izvedeno iz živčane cijevi tijekom ljudskog embrionalnog razvoja. Sinteza svakog od njih započinje s tirozinom, molekulom usko povezanom s aminokiselinom fenilalaninom. Tirozin se ubrzo pretvara u dopakinon, koji može slijediti niz različitih kemijskih putova koji u konačnici rezultiraju proizvodnjom melanina.

Neuromelanin se proizvodi u mozgu kao dio razgradnje neurotransmitera dopamin, još jedan bliski kemijski srodnik fenilalanina i tirozina. To se događa u dijelu mozga koji se naziva substantia nigra. Neuromelanin, za razliku od druga dva oblika humanog melanina, nije sudionik u određivanju boje kože.

Tvrdnja Melanina o biološkoj slavi njezin je doprinos boji kože, ali ona također obavlja niz povezanih i nepovezanih fizioloških funkcija. Melanin utječe na boju kose, a također štiti kožu i oči od svjetlosnih oštećenja od sunca i drugih izvora elektromagnetskog zračenja.

Eumelanin je smeđe-crne boje, dok je feomelanin žućkasto-crvene boje. Prekomjerna boja kože osobe određuje se kombinacijom omjera ove dvije vrste melanina i ukupne gustoće melanosoma unutar pojedinih stanica.

Također, različite vrste melanina prevladavaju u različitim dijelovima tijela kod iste osobe. Na primjer, usne, koje su više ružičaste, sadrže više feomelanina.

Koža svjetlije boje obično ima gustoću od dva ili tri melanosoma po nakupini unutar melanocita, dok tamnija koža ima više "pokretnih" melanocita jer su te granule sklonije širenju u susjedne keratinociti.

U nekom su se trenutku ljudske evolucije različite populacije pojedinaca nastanile daleko jedna od druge, sa neki su ostali bliže ekvatoru, a drugi se upuštaju prema sjevernim geografskim širinama, uglavnom u Europi na prvi. Kao posljedica boravka u sunčanijem i vrućem okruženju, ljudi bliži ekvatoru izgubili su velik dio dlaka na tijelu u odnosu na sjevernije kolege.

Vjeruje se da je ta promjena u relativnoj raspodjeli dlaka potaknula diferencijalni razvoj melanogeneze u različitim populacijama širom svijeta. Ljudi koji žive bliže ekvatoru sada pokazuju veći omjer eumelanina i feomelanina, što rezultira ne samo tamnijom kožom, već i većim kapacitetom apsorpcije UV zračenja. S druge strane, ljudi koji žive u hladnijim područjima s manje sunčeve svjetlosti pokazuju niži omjer eumelanina i feomelanina, a posljedično su osjetljiviji na UV oštećenja kože, uključujući rak.

2015. istraživači sa sveučilišta Yale izvijestili su da su pronašli način na koji UV svjetlost reagira na melanin kod miševa na način koji promiče stvaranje raka u nekoliko sati. Činilo se da ovo naglašava izvrsnu prirodu melanina "s dvije oštrice". Čini se da za svako područje u kojem može služiti kao zdravstveno dobro, negdje drugdje predstavlja zdravstvenu odgovornost.

Vitamin D, koji je važan za rukovanje tijelom mineralom kalcijem, mora biti izložen UV svjetlu kako bi se nakon unosa pretvorio u svoj aktivni oblik. To znači da su ljudi koji žive na sjevernim širinama općenito osjetljiviji na nedostatak vitamina D, jer njihova tijela u prosjeku dobivaju manje sunčeve svjetlosti tijekom cijele godine nego ljudi bliži ekvatoru čini.

Sljedeća implikacija odnosa između UV svjetla i melanina je međutim da su ljudi tamnije puti, bez obzira gdje se nalazili uživo (ali posebno one na vrlo sjevernim ili južnim lokacijama), treba nadzirati zbog problema s razinom vitamina D, jer njihova velika gustoća melanosoma, dok pruža zaštitu protiv opasnosti UV zraka, također otkriva nekoliko njihovih korisnih sastojaka efekti.

Brojni odnosi između UV svjetla, melanina i ponašanja kože tek trebaju biti u potpunosti razjašnjeni. Na primjer, poznato je da davanje UV svjetla na kožu može kratkoročno suzbiti imunološku funkciju. To može biti poželjno kada se pokušava kontrolirati pojava upalnih stanja kože imunološkom komponentom, poput psorijaze.

Kakvu god imunološku ulogu melanin mogao imati u tijelu, tek treba razjasniti.

Poznati su brojni klinički uvjeti koji uključuju poremećaje u sintezi i transportu melanina. Oni mogu utjecati na svaki korak procesa stvaranja i distribucije melanina.

To uključuje:

Poremećaji melanoblasta. Te su stanice, kao što se sjećate, preteča melanocita. Oni bi trebali migrirati sa svojih mjesta nastanka u embrionalnom i fetalnom razvoju do mjesta na kojima će u konačnici igrati dodijeljene im uloge.

Međutim, ponekad melanoblasti ne uspiju doći tamo gdje bi trebali ići. Jedan rezultat je Waardenburgov sindrom, u kojima zahvaćeni ljudi imaju područja vrlo svijetle kože i prerano sijedu kosu zbog neuspjeha melanoblasta da se nastane na tim područjima ranije u životu.

Poremećaji melanocita. Među poznatijim od njih je stanje tzv vitiligo, koji uključuje autoimuno posredovano uništavanje melanocita na neujednačen način kroz kožu.

Zbog asimetričnog načina na koji tijelo napada vlastite stanice, koža pokazuje izrazite mrlje svijetle kože pomiješane s netaknutim dijelovima kože.

Poremećaji melanosoma. Dva su najčešća poremećaja koja uključuju mjesta skladištenja melanina Chédiak-Higashi sindrom i Griscellijev sindrom, oba koja uključuju vidljive probleme s pigmentacijom kože, ali uključuju i učinke u drugim tjelesnim sustavima.

U Chédiak-Higashi sindromu, koji može proizvesti albinizam (gotovo ukupan nedostatak pigmentacije u koži i očima), vjeruje se da mutacija gena odgovoran za melaninsku komponentu poremećaja također sprječava sintezu važnih kemikalija imunološkog sustava.

Poremećaji povezani s tirozinazom. Tirozinaza je enzim, ili biološki protein katalizatora, koji pretvara međuprodukt u sintezi melanina i feomelanina, nazvan dihidroksifenilalanin, u dopakinon. Kada ovaj enzim ne uspije pravilno funkcionirati ili ga nema, sintetski put melanina može se poremetiti.

Na primjer, kod nasljedne bolesti fenilketonurija (PKU), neuspjeh drugog enzima dovodi do značajne nakupine fenilalanina, koji ima sekundarne, inhibitorne učinke na tirozinazu. To dovodi do neujednačene kože zahvaljujući smanjenju sinteze melanina "nizvodno".