A melanin annak a biológiai pigmentnek a neve, amely meghatározza az emberek bőrének és hajának általános színét. A melanin formái felelősek az állatvilág színeződéséért; például a szárnyak színét a madarakban melanin termeli. Ezenkívül a melanint termelő sejtek, az úgynevezett melanociták növelhetik vagy csökkenthetik a melanin szintjét termelés a külső környezet változásaira adott válaszként (például a nap növekedése vagy csökkenése) kitettség).
Bár a melanin még mindig elsősorban a fiziológiában betöltött szerepéről ismert, a kutatók elkezdték vizsgálni a anyag és származékai annak meghatározása érdekében, hogy a melanin alkalmazható-e különféle módon iparágak.
Melanin szintézis
A melanint az epidermisz melanocita sejtjei vagy a bőr legkülső rétege termeli (az alatta lévő vastagabb, keményebb réteget dermisnek nevezik). Ezek a melanociták az epidermisz legalsó rétegében fekszenek, az úgynevezett stratale basale vagy "bazális réteg". A melanin számos altípusban létezik, a leggyakoribb az eumelanin és egy másodlagos típus feomelanin.
A melanin meglehetősen alacsony molekulatömegű vegyszer (318,3 g / mol, kevesebb mint kétszerese a glükóznak). Molekulaképlete C18H10N2O4. A sötétebb bőrű embereknél valójában nincs több melanocita, mint a világosabb bőrűeknél; ehelyett sötétebb bőrű embereknél a melanocitákban lévő gének nagyobb része bekapcsolódik, amelyek felelősek a melanin termeléséért. Ez azt jelenti, hogy a sötétebb bőrűeknél sokkal több melanin termelődik sejtenként, nem pedig az, hogy a sötétebb bőrű emberek több sejtjével azonos szintű kibocsátást eredményeznek. Ennek fontos következményei vannak az evolúciós antropológiában, mert azt sugallja, hogy a világosabb bőrű európai emberek ma mély ősöket osztanak meg olyan afrikai emberekkel, akiknek a bőre ma sötétebb marad a különböző környezeti hatásoknak köszönhetően körülmények. Északnyugat-Európából sokan elvesztették a napbarnítás kifejlesztésének képességét, mert létezik egy DNS-szál, amely további melanint kódol, de már nem aktiválható. Az ilyen emberek általában elviselik az ultraibolya (UV) fény tolerálhatóságát.
Mikroszkópos vizsgálaton az eumelanin barnának tűnik, finom szemcséjű. Az anyag nem szórja észrevehető mértékben a fényt, mivel az ember valami olyannak számít, ami sötétnek tűnik. Az egyes melaningranulátumok maximális átmérője körülbelül 800 nanométer, vagy valamivel kevesebb, mint egymilliomod méter (ezzel egyenértékű ezred milliméter). Ez megkülönbözteti a melanint a vérben lévő pigmentek néhány gyakori metabolitjától, amelyek általában nagyobbak és jobban szórják a fényt, és zöld, sárga vagy vörösbarna színűek, szemben a sima barnával melanin.
A melanin funkciója
Melanin céljának semmi köze nincs az emberi hiúsághoz és mindenhez a szervezet védelméhez. A napból származó UV-sugárzás jól ismert rákkeltő anyag, és elég nagy expozíció esetén számos hasonló típusú melanoma kialakulásához vezethet, amelyek a bőr rosszindulatú daganatai. A melanómák végzetesek lehetnek; a körülbelül 54 000 amerikaiak közül, akiknél évente diagnosztizáltak melanomát, körülbelül 8000-en halnak meg tőle. A rosszindulatú melanoma kockázata az európai származású emberek körében tízszerese az afro-amerikaiakénak.
Néhány ember és állat testében egyáltalán nagyon kevés melanin található. Ezt az állapotot albinizmusnak nevezik, és azt eredményezi, hogy a sújtott személyek jobban ki vannak téve az UV napsugárzásnak.
Melanin és a bőr pigmentációja
Amikor a melanin melanocitákban termelődik, ezt a pigmentet granulátumba csomagolják, nem úgy, mint a zöld pigment klorofill a növények speciális intracelluláris "tartályaiba". Amikor az UV fény stimulálja, amelynek teljes szintje a világ legnagyobb részén nő az év bizonyos szakaszaiban, miközben csökken másoknál a melanociták egyre nagyobb és nagyobb szemcséket termelnek, lehetővé téve az emberek bőrének, hogy a nyár folyamán alkalmazkodjanak és barnává váljanak. Mint megjegyezte azonban, hogy egyeseknél ez a képesség genetikailag korlátozott és egyes esetekben szinte hiányzik, míg másoknál lényegében felesleges. Kétségtelenül látott olyan embereket, akik híresen hajlamosak a leégésre, és talán Ön is ilyenek: Azokat az embereket írják le, akiket "szép bőrűeknek" neveznek, és akiket gyakran szeplős vörös hajú haj. Az ilyen személyek, mint egy csoport, a legkevésbé hatékonyan védekeznek az UV sugárzással szemben, ezért különös tanácsokkal látják el őket ragaszkodni ahhoz, hogy ne kerüljön ki a napra fényvédő nélkül, ami jelentős mértékben kiszűrheti a káros UV-sugárzást mértékben.
A bőr pigmentációja és az emberi evolúció
Míg a bőrben lévő túl kevés melanin az egyéneket fokozza a leégés és a bőr kockázatának rosszindulatú daganatok, a testben szokatlanul magas melaninszinttel rendelkező emberek hajlamosak lehetnek a D-vitaminra hiány. Ennek a vitaminnak a szervezetben a fő forrása valójában egy természetes D-vitamin prekurzor, amely a napfény hatására a vitamin aktív formájává alakul. Mivel a sötétebb felületek inkább tükrözik, mint elnyelik az UV-sugárzást, a sötétebb bőrűek az UV-sugárzás kisebb részét veszik fel, mint másoknak. Bizonyos értelemben ez számtalan evolúciós kompromisszumot képvisel az élőlények világában.
Amikor a modern emberek leszármazottai először a fák fedezete alól nyílt terekre költöztek vadászni és vizet keresni, több napfénynek tették ki magukat. Ennek során nyilvánvalóan nemcsak a több fényt kellett elviselniük, hanem a vele járó további hőt is. Annak érdekében, hogy hűvösebb maradjon a nagyobb napsugárzás hatására, ez azt jelentette, hogy bőségesebben és hatékonyabban kell izzadni. A verejtékmirigyek nagyobb sűrűségű bőrének borsozásához valami másnak kellett mennie, és ez a "valami" haj volt. Az embereknek nyilvánvalóan még mindig van szőr a karjukon, a lábukon és a csomagtartójukon (némelyiknél jóval több, mint másoknál), de más majmokhoz képest az emberek gyakorlatilag teljes testszőrzetüket elveszítették. Ennek eredményeként a korai emberek újonnan izzadságképes bőrét érzékenyebbé tették a nap okozta károsodásokra. Ez viszont a melanin szemcsék lerakódásainak növekedését ösztönözte a trópusi szélességeken.
A D-vitamin-hiányt a bőr túl sok melaninjának nem kívánt következményeként említik. D-vitamin szükséges ahhoz, hogy a belek a leghatékonyabban szívják fel a kalciumot és a foszfort. Mindkettőre szükség van a csontok megfelelő növekedéséhez és fenntartásához. Bár bizonyos D-vitamin származhat étrendi forrásokból, például tojássárgájából és bizonyos halakból, a bőr 90 százaléka szintetizálódik koleszterinszármazékokból. Ezért nemcsak a D-vitamin szükséges a csontváz integritásához, hanem hasznos lehet a rák egyes formáinak megelőzésében is.
A Melanin egyéb felhasználásai
2017-ben a San Diego-i Kaliforniai Egyetem tudósainak egy csoportja 7,5 millió dolláros támogatást kapott a melanin potenciális felhasználásának tanulmányozásához, amelyről elméletet állítottak be, de hivatalosan soha nem folytattak. A projektben részt vevő tudósok abban reménykedtek, hogy a melaninszintézisben részt vevő reakciók sorrendjét a korábbiaknál mélyebben megismerhetik, és többet megérteni magukról a melanin különböző típusairól abban a reményben, hogy a kapcsolódó vegyi anyagok szintézisét az ismert védelmi képességek egy részével folytatják a melaninnak van. Az a képesség, hogy nem biológiai anyagoknak ugyanolyan alapvető védelmet nyújtanak a napkárosodások ellen, mint a melanin az élőlényeknek nyilvánvalóan eszköz lenne a különféle iparágakban, mivel a festék és a különböző szolgáltatások napkárosodása szinte univerzális vonatkozik.