A melanin kémia

A melanin egy sötét, természetben előforduló pigment, amely többféle formában létezik, és felelős az emberek bőrszínének nagy részéért. Az úgynevezett sejtek termelik melanociták, amelyek a legkülső bőrréteg legmélyebb részén ülnek. Ennek a melaninnak a nagy része utat talál az úgynevezett sejtekben keratinociták, amelyek sokkal többen vannak, mint a melanociták.

A melanin szintetizálása után az úgynevezett melanociták testeiben tárolódik melanoszómák. A melanin különféle típusai közül a leggyakoribb ún eumelanin, ami azt jelenti, hogy "jó melanin". Ha sok eumelanin van jelen nagyobb mennyiségben, sötétebb, barnább bőrszín keletkezik, míg a világosabb bőrű embereknél ennek a pigmentnek alacsony a sűrűsége.

Amikor az emberek bőrszínbeli különbségeket mutatnak, elsősorban a bőr melanintartalmának különbségei miatt, ez nem azért van, mert az emberek a szám melanocitáik vannak. Ehelyett néhány ember Egyedi a melanociták sokkal aktívabbak, mint másokban.

Mint a testben található sok anyag, a melanin kémiai összetétele szén, hidrogén, oxigén és nitrogén keverékét is magában foglalja. A

(Történelmi okokból a anyajegy az anyag mennyisége grammban, amely 6 x 10-et tartalmaz ²³ és a molekula méretének alapvető mértéke.)

A melanin három hattagú gyűrűből áll (egy központi pont körül elrendezett hat atom) egy vonalban, mindegyikben egy öttagú gyűrű fészkelődik a szomszédja közötti szögek egyikében. Ezek az öttagú gyűrűk mindegyike a melaninban található két nitrogénatom egyikét tartalmazza, és a molekula ellentétes oldalán helyezkedik el.

A melanin négy oxigénatomja mindkét végén a hatatomos gyűrű szénatomjaihoz kötődik, kettő mindegyikhez. Ezek kettős kötésűek, és a C = O elrendezések a gyűrű ellentétes oldalán helyezkednek el, ahonnan az öttagú gyűrűk kapcsolódnak.

Ha a melanin képletét kifejezettebb formában kívánta kifejezni anélkül, hogy a modellt, az egyszerűsített molekuláris bemeneti vonalbeviteli rendszerben (SMILES) használt formában írhatja:

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

ahol a számok nem előfizetők, hanem hivatkozások az egyes gyűrűk atomjainak numerikus helyzetére. Hidrogén a melanin atomjai nem tartoznak ide, de számuk és helyzetük meghatározható a fenti szerkezet bármely "hiányosságának" kitöltésével, szem előtt tartva, hogy mindegyik szén négy kötést alkot.

Emberi bőr három rétege van, amelyek a legkülsőtől a legbelsőig az epidermisz, a dermis és a szubkután szövetrétegek. Az epidermisz maga is számos rétegre oszlik, amelyek közül a legmélyebb az úgynevezett stratum germinativum (néha rétegnek hívják). Ez a réteg, amely az epidermist és a dermist elválasztó alapmembránhoz kapcsolódik, itt termeli a melanocitákat.

Mikroszkópián a melanociták jellegzetes szabálytalan alakúak. Az, hogy a melanociták milyen mértékben termelik a melanint, attól függ, hogy a gén mert a melanin az kifejezve, vagy be van kapcsolva. Gondoljon a "génexpresszióra" úgy, hogy egy gyárban kapcsolót kapcsol be egy adott termék, jelen esetben fehérje előállításához.

Szinte minden embernek rengeteg van melanin "gyárak" (melanociták), de az emberek milyen mértékben használják ezeket a "gyárakat" mind az egyének, mind az etnikai populációk között.

A napfény az emberek többségében bizonyos mértékig kiváltja a melanin termelését; ez a bőr rövidtávú sötétedésének folyamata, amelyet "barnulásnak" neveznek. A könnyű inger által termelt melanin bizonyos mértékig megvédi a test többi részét káros ultraibolya (UV) sugárzás napfényben.

Amikor a test már nem érzékeli az UV-sugarak bőségét a környezetben, mint ősszel és télen, a melanin termelésének észlelt igénye is csökken és ezek során a bőr könnyedebbé válik évszakok.

Emellett, míg a melanociták melanint termelnek, tárolják és felszabadítják, a sokkal elterjedtebb epidermális sejtek, amelyek keratinociták a pigment legnagyobb befogadójaként. A melanin mozgását a melanocitáktól a keratinocitákig megkönnyíti az egyes melanocitákból kifelé nyúló sok (legfeljebb 40) csáp.

A melanocitákban képződött melanoszómák a keratinocitákba jutnak, és a sejtmembrán és a sejtmag között helyezkednek el, elősegítve ezzel a DNS (dezoxiribonukleinsav, az emberek "genetikai anyaga" és minden ismert életforma) az adott magban az UV sugárzás okozta károsodásoktól.

Míg az eumelanin a legelterjedtebb melanin típus, amelyet az emberek termelnek, korántsem az egyetlen gyakori típus. Két másik fő formában létezik, feomelanin és neuromelanin. Az eumelaninnak és a feomelaninnak funkcionálisan és kémiailag nagyon sok közös vonása van, míg a neuromelanin valami szélhámos.

Az eumelanint és a feomelanint egyaránt az epidermisz legalacsonyabb rétegében (rétegében) lévő melanociták állítják elő. Ezek a sejtek így kezdődnek melanoblasztok olyan szövetben, amely az idegi csőből származik az emberi embrionális fejlődés során. Mindegyik szintézise a tirozinnal kezdődik, amely molekula szorosan kapcsolódik a fenilalanin aminosavhoz. A tirozin hamarosan dopaquinonná alakul, amely számos különféle kémiai utat követhet, amelyek végül melanintermelést eredményeznek.

A neuromelanin az agyban termelődik a neurotranszmitter bomlásának részeként dopamin, a fenilalanin és a tirozin másik közeli kémiai rokona. Ez az agy egy részében fordul elő, az úgynevezett feketeállomány. A neuromelanin az emberi melanin másik két formájától eltérően nem vesz részt a bőrszín meghatározásában.

A melanin a biológiai hírnévre való hivatkozása a bőrszínhez való hozzájárulása, de számos kapcsolódó és egymással nem összefüggő fiziológiai funkciót is ellát. A melanin befolyásolja a haj színét, és védi a bőrt és a szemet is a nap és más elektromágneses sugárforrások által okozott fénykárosodástól.

Az eumelanin színe barnásfekete, míg a feomelanin sárgásvörös. Az ember bőrének színét a kétféle melanin arányának és az egyes sejteken belüli melanoszómák teljes sűrűségének kombinációja határozza meg.

Emellett a melanin különböző típusai dominálnak a test különböző részein ugyanazon egyénnél. Például a rózsaszínű ajkak magasabbak a feomelaninban.

A világosabb színű bőr sűrűsége klaszterenként két vagy három melanoszóma a melanocitákon belül, míg a sötétebb bőr több "mobil" melanocitát tartalmaz, mivel ezek a szemcsék hajlamosabbak a szomszédos területekre terjedni keratinociták.

Az emberi evolúció egy bizonyos pontján az egyének különböző populációi távol telepedtek egymástól Néhányan az Egyenlítőhöz közelebb maradnak, mások pedig az északi szélességek felé merészkednek, főleg Európában első. A naposabb és forróbb környezetben élés következtében az Egyenlítőhöz közelebb eső emberek elvesztették testszőrzetüket az északabbra ható társaikhoz képest.

Úgy gondolják, hogy a relatív hajeloszlásnak ez a változása ösztönözte a melanogenezis differenciális fejlődését a különböző populációkban világszerte. Az Egyenlítőhöz közelebb élő embereknél az eumelanin és a feomelanin aránya magasabb, ami nemcsak a sötétebb bőrt eredményezi, hanem nagyobb mértékben képes elnyelni az UV-sugárzást. A hűvösebb, kevesebb napfényű területeken élő emberek viszont alacsonyabb arányban mutatják az eumelanin és a feomelanin arányát, következésképpen hajlamosabbak az UV sugárzású bőrkárosodásokra, beleértve a rákot is.

2015-ben a Yale Egyetem kutatói arról számoltak be, hogy megtalálták a módját Az UV fény egerekben reagál a melaninban olyan módon, amely órák alatt elősegíti a rák kialakulását. Úgy tűnt, hogy ez kiemeli a melanin kiválóan "kétélű" jellegét. Úgy tűnik, hogy minden olyan területen, ahol egészségügyi eszközként szolgálhat, valahol másutt egészségügyi felelősséget jelent.

Vitamin A D-t, amely fontos az ásványi kalcium testkezelésében, UV-fénynek kell kitenni, hogy lenyelése után aktív formájává válhasson. Ez azt jelenti, hogy az északi szélességi fokon élő emberek hajlamosabbak a D-vitamin-hiányra, mert testük átlagosan kevesebb napfényt kap egész évben, mint az Egyenlítőhöz közelebb eső emberek csinálni.

Az UV fény és a melanin kapcsolatának másik vonzata azonban az, hogy a sötétebb bőrű emberek élő (de különösen a nagyon északi vagy déli területeken élőket) figyelemmel kell kísérni a D-vitamin-szint problémáira, mert nagy sűrűségű melanoszómáik, miközben védelmet nyújtanak az UV-sugarak veszélyei ellen, kiszűrik néhány hasznos anyagukat is hatások.

Az UV fény, a melanin és a bőr viselkedése közötti összefüggéseket még nem sikerült teljesen tisztázni. Ismert például, hogy az UV-fény bőrre juttatása rövid távon elnyomhatja az immunfunkciókat. Ez kívánatos lehet, ha a gyulladásos bőrbetegségek fellángolását immunkomponenssel, például pikkelysömörrel próbálják ellenőrizni.

Bármilyen immunszerepet játszhat a melanin a szervezetben, még tisztázni kell.

Számos olyan klinikai állapot ismert, amelyek a melanin szintézisében és a transzportban bekövetkező eltéréseket jelentenek. Ezek befolyásolhatják a melanin-képződés és a melanin-eloszlás folyamatának minden lépését.

Ezek tartalmazzák:

A melanoblasztok rendellenességei. Ezek a sejtek, amint emlékszel, a melanociták prekurzorai. Állítólag az embrionális és magzati fejlődés során kialakuló helyeikről vándorolnak azokra a helyekre, ahol végső soron el fogják látni a kijelölt szerepeket.

Néha azonban a melanoblasztok nem jutnak el oda, ahová állítólag mennek. Az egyik eredmény az Waardenburg-szindróma, amelyben az érintett embereknek nagyon világos a bőrük és idő előtt ősz a hajuk, mivel a melanoblasztok nem tudnak életük elején elhelyezkedni ezeken a területeken.

A melanociták rendellenességei. Ezek közül a hírhedtebbek között szerepel az ún vitiligo, amely magában foglalja a melanociták autoimmun-közvetített pusztulását, nem egyenletes módon az egész bőrön.

A test saját sejtjeinek megtámadásának aszimmetrikus módja miatt a bőr világos, világos bőrfoltokat mutat, amelyek keverednek a bőr érintetlen területeivel.

A melanoszómák rendellenességei. A melanin tárolási helyeit érintő leggyakoribb rendellenességek közül kettő a Chédiak-Higashi szindróma és Griscelli szindróma, amelyek mind a bőr látható pigmentációs problémáival járnak, mind más testrendszerekben is.

Chédiak-Higashi szindrómában, amely képes produkálni albinizmus (a bőr és a szem pigmentációjának majdnem teljes hiánya), úgy gondolják, hogy az génmutáció a rendellenesség melanin-összetevőjéért felelős személy szintén megakadályozza az immunrendszer fontos vegyi anyagainak szintézisét.

A tirozinázzal kapcsolatos rendellenességek. A tirozináz az az enzim vagy biológiai katalizátor fehérje, amely a melanin és a feomelanin szintézisében egy köztes vegyületet, dihidroxi-fenil-alaninnak nevez, dopaquinonná alakítja. Amikor ez az enzim nem működik megfelelően, vagy hiányzik, a melanin szintetikus útja megszakadhat.

Például örökletes betegség esetén fenilketonuria (PKU), egy másik enzim kudarca a fenilalanin jelentős felhalmozódásához vezet, amelynek másodlagos, gátló hatása van a tirozinázra. Ez foltos bőrhöz vezet a melaninszintézis "downstream" csökkenésének köszönhetően.