Kimia Melanin

Melanin adalah pigmen gelap, alami yang datang dalam beberapa bentuk dan bertanggung jawab atas banyak warna kulit pada manusia. Ini diproduksi oleh sel yang disebut melanosit, yang berada di bagian terdalam dari lapisan kulit terluar. Sebagian besar melanin ini menemukan jalannya ke dalam sel yang disebut keratinosit, yang jauh lebih banyak daripada melanosit.

Setelah melanin disintesis, itu disimpan dalam tubuh di dalam melanosit yang disebut melanosom. Yang paling umum dari berbagai jenis melanin disebut eumelanin, yang berarti "melanin yang baik." Ketika banyak eumelanin hadir dalam jumlah yang lebih tinggi, hasil warna kulit yang lebih gelap dan lebih coklat, sedangkan kepadatan rendah pigmen ini terjadi pada orang dengan kulit yang lebih terang.

Ketika orang menunjukkan perbedaan warna kulit yang terutama disebabkan oleh perbedaan kandungan melanin kulit, ini bukan karena orang sangat berbeda dalam hal differ jumlah melanosit yang mereka miliki. Sebaliknya, beberapa orang individu melanosit jauh lebih aktif daripada yang lain.

Seperti banyak zat dalam tubuh, susunan kimiawi melanin meliputi campuran karbon, hidrogen, oksigen, dan nitrogen. Itu rumus kimia melanin adalah C₁₈H₁₀tidak₂HAI₄, memberikan melanin berat molekul, atau massa molar, 318 gram per mol (g/mol).

(Untuk alasan historis, a tahi lalat adalah jumlah suatu zat dalam gram yang mengandung 6 x 10 ²³ molekul, dan merupakan ukuran dasar ukuran molekul.)

Melanin terdiri dari tiga cincin beranggota enam (enam atom diatur di sekitar titik pusat) dalam satu garis, masing-masing dengan cincin beranggota lima yang terletak di salah satu sudut antara dirinya dan tetangganya. Cincin beranggota lima ini masing-masing mengandung satu dari dua atom nitrogen dalam melanin, dan duduk di sisi yang berlawanan dari molekul.

Empat atom oksigen dalam melanin terikat pada karbon pada cincin enam atom di setiap ujungnya, dua di setiap cincin. Ini adalah ikatan rangkap, dan susunan C=O terletak pada sisi berlawanan dari cincin tempat cincin beranggota lima dipasang.

Jika Anda ingin mengekspresikan formula melanin dalam bentuk yang lebih eksplisit tanpa menggunakan gambar a model, Anda dapat menuliskannya dalam bentuk yang digunakan dalam Sistem Entri Garis Masukan Molekuler Sederhana (SMILES):

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

di mana angka-angka tersebut bukan subskrip tetapi referensi ke posisi numerik atom dalam cincin individu. Hidrogen atom dalam melanin tidak termasuk tetapi jumlah dan posisinya dapat ditentukan dengan mengisi "celah" apa pun dalam struktur di atas, dengan mengingat bahwa setiap karbon membentuk empat ikatan.

Manusia kulit memiliki tiga lapisan, yang dari terluar sampai terdalam adalah epidermis, dermis dan lapisan jaringan subkutan. Epidermis itu sendiri dibagi menjadi beberapa lapisan, yang terdalam disebut stratum germinativum (kadang-kadang disebut stratum basale). Lapisan ini, yang berbatasan dengan membran basal yang memisahkan epidermis dari dermis, adalah tempat produksi melanosit.

Pada mikroskop, melanosit memiliki bentuk tidak beraturan yang khas. Sejauh mana melanosit menghasilkan melanin tergantung pada sejauh mana gen untuk melanin adalah menyatakan, atau dihidupkan. Pikirkan "ekspresi gen" sebagai menyalakan sakelar di pabrik untuk membuat produk tertentu, dalam hal ini protein.

Hampir semua manusia punya banyak melanin "pabrik" (melanosit), tetapi sejauh mana orang menggunakan "pabrik" ini sangat bervariasi antara individu dan populasi etnis.

Sinar matahari memicu produksi melanin sampai batas tertentu pada kebanyakan orang; ini adalah proses penggelapan kulit jangka pendek yang dikenal sebagai "tan". Melanin yang dihasilkan oleh rangsangan cahaya bertindak untuk melindungi seluruh tubuh sampai batas tertentu dari radiasi ultraviolet (UV) yang berbahaya di bawah sinar matahari.

Ketika tubuh tidak lagi merasakan kelimpahan sinar UV di lingkungan, seperti yang terjadi pada musim gugur dan musim dingin, kebutuhan yang dirasakan untuk produksi melanin juga berkurang dan kulit cenderung menjadi lebih cerah selama ini musim.

Juga, sementara melanosit memproduksi melanin serta menyimpannya dan melepaskannya, sel-sel epidermis yang jauh lebih umum dikenal sebagai: keratinosit berakhir sebagai penerima pigmen terbesar. Pergerakan melanin dari melanosit ke keratinosit difasilitasi oleh banyak tentakel (hingga 40 atau lebih) yang memanjang keluar dari setiap melanosit.

Melanosom yang terbentuk di melanosit berjalan ke keratinosit dan memposisikan diri di antara membran sel dan nukleus, membantu melindungi sel DNA (asam deoksiribonukleat, "bahan genetik" manusia dan semua bentuk kehidupan yang diketahui) di dalam inti itu dari kerusakan radiasi UV.

Sementara eumelanin adalah jenis melanin yang paling banyak diproduksi oleh manusia, itu jauh dari satu-satunya jenis yang umum. Itu ada dalam dua bentuk utama lainnya, feomelanin dan neuromelanin. Eumelanin dan pheomelanin memiliki banyak kesamaan secara fungsional dan kimia, sedangkan neuromelanin adalah sesuatu yang nakal.

Eumelanin dan pheomelanin keduanya dibuat oleh melanosit di lapisan (lapisan) epidermis terendah. Sel-sel ini dimulai sebagai melanoblas dalam jaringan yang berasal dari tabung saraf selama perkembangan embrio manusia. Sintesis masing-masing dimulai dengan tirosin, sebuah molekul yang terkait erat dengan asam amino fenilalanin. Tirosin segera diubah menjadi dopaquinone, yang dapat mengikuti sejumlah jalur kimia berbeda yang pada akhirnya menghasilkan produksi melanin.

Neuromelanin diproduksi di otak sebagai bagian dari dekomposisi neurotransmitter dopamin, kerabat dekat kimia lain dari fenilalanin dan tirosin. Ini terjadi di bagian otak yang disebut substansia nigra. Neuromelanin, tidak seperti dua bentuk melanin manusia lainnya, tidak berperan dalam penentuan warna kulit.

Klaim Melanin untuk ketenaran biologis adalah kontribusinya terhadap warna kulit, tetapi juga melakukan sejumlah fungsi fisiologis yang terkait dan tidak terkait. Melanin mempengaruhi warna rambut dan juga melindungi kulit dan mata dari kerusakan ringan akibat sinar matahari dan sumber radiasi elektromagnetik lainnya.

Eumelanin lebih berwarna hitam kecoklatan, sedangkan pheomelanin lebih berwarna merah kekuningan. Warna kulit seseorang ditentukan oleh kombinasi rasio kedua jenis melanin ini dan kepadatan keseluruhan melanosom dalam sel individu.

Juga, berbagai jenis melanin mendominasi di berbagai bagian tubuh pada individu yang sama. Misalnya, bibir, yang lebih merah muda, lebih tinggi pheomelanin.

Kulit yang berwarna lebih terang biasanya memiliki kepadatan dua atau tiga melanosom per kelompok dalam melanosit kulit yang lebih gelap memiliki lebih banyak melanosit "mobile" karena butiran ini lebih cenderung menyebar ke tetangga keratinosit.

Pada titik tertentu dalam evolusi manusia, populasi individu yang berbeda menetap berjauhan satu sama lain, dengan beberapa tetap lebih dekat ke khatulistiwa dan yang lain menjelajah ke arah garis lintang utara, sebagian besar di Eropa pada pertama. Sebagai konsekuensi dari berada di lingkungan yang lebih cerah dan lebih panas, orang-orang yang lebih dekat ke khatulistiwa kehilangan banyak rambut tubuh mereka dibandingkan dengan rekan-rekan mereka yang lebih utara.

Perubahan dalam distribusi rambut relatif inilah yang diyakini telah mendorong perkembangan diferensial melanogenesis pada populasi yang berbeda di seluruh dunia. Orang yang tinggal lebih dekat ke khatulistiwa sekarang menunjukkan rasio eumelanin terhadap pheomelanin yang lebih tinggi, menghasilkan tidak hanya kulit yang lebih gelap tetapi juga kapasitas yang lebih besar untuk menyerap radiasi UV. Sebaliknya, orang yang tinggal di daerah yang lebih dingin dengan sinar matahari yang lebih sedikit, menunjukkan rasio eumelanin terhadap pheomelanin yang lebih rendah, dan akibatnya lebih rentan terhadap kerusakan kulit akibat sinar UV, termasuk kanker.

Pada tahun 2015, para peneliti di Universitas Yale melaporkan bahwa mereka telah menemukan cara di mana Sinar UV bereaksi dalam melanin pada tikus dengan cara yang mendorong pembentukan kanker dalam hitungan jam. Ini sepertinya menyoroti sifat melanin yang "bermata dua" yang sangat indah. Untuk setiap area di mana ia dapat berfungsi sebagai aset kesehatan, tampaknya menghadirkan kewajiban kesehatan di tempat lain.

Vitamin D, yang penting dalam penanganan mineral kalsium tubuh, harus terkena sinar UV untuk diubah menjadi bentuk aktifnya setelah tertelan. Ini berarti bahwa orang yang tinggal di garis lintang utara umumnya lebih rentan terhadap kekurangan vitamin D, karena tubuh mereka rata-rata menerima lebih sedikit sinar matahari sepanjang tahun daripada orang yang lebih dekat ke khatulistiwa melakukan.

Implikasi lain dari hubungan antara sinar UV dan melanin, bagaimanapun, adalah bahwa orang berkulit lebih gelap, di mana pun mereka berada hidup (tetapi terutama yang berada di lokasi yang sangat utara atau selatan), harus dipantau untuk masalah kadar vitamin D, karena kepadatan tinggi melanosom mereka, sementara memberikan perlindungan terhadap bahaya sinar UV, juga menyaring beberapa manfaat mereka. efek.

Sejumlah hubungan antara sinar UV, melanin dan perilaku kulit belum sepenuhnya diklarifikasi. Diketahui, misalnya, pemberian sinar UV pada kulit dapat menekan fungsi kekebalan tubuh dalam jangka pendek. Hal ini dapat diinginkan ketika mencoba untuk mengontrol kondisi peradangan kulit dengan komponen kekebalan, seperti psoriasis.

Apa pun peran kekebalan yang dimainkan melanin dalam tubuh masih harus dijelaskan.

Sejumlah kondisi klinis yang melibatkan gangguan dalam sintesis dan transportasi melanin telah diketahui dengan baik. Ini dapat mempengaruhi setiap langkah pembentukan melanin dan proses distribusi melanin.

Ini termasuk:

Gangguan melanoblas. Sel-sel ini, seperti yang Anda ingat, adalah prekursor melanosit. Mereka seharusnya bermigrasi dari tempat pembentukannya dalam perkembangan embrionik dan janin ke tempat di mana mereka pada akhirnya akan memainkan peran yang ditugaskan.

Namun, terkadang melanoblas gagal mencapai tujuan yang seharusnya. Salah satu hasilnya adalah Sindrom Waardenburg, di mana orang yang terkena memiliki area kulit yang sangat terang dan rambut beruban sebelum waktunya karena kegagalan melanoblas untuk tinggal di area ini lebih awal dalam kehidupan.

Gangguan melanosit. Di antara yang lebih terkenal adalah kondisi yang disebut vitiligo, yang melibatkan penghancuran melanosit yang dimediasi autoimun dengan cara yang tidak seragam di seluruh kulit.

Karena cara tubuh yang asimetris menyerang sel-selnya sendiri, kulit menunjukkan bercak-bercak berbeda dari kulit terang yang bercampur dengan area kulit yang tidak terpengaruh.

Gangguan melanosom. Dua dari gangguan yang lebih umum yang melibatkan tempat penyimpanan melanin adalah: Sindrom Chediak-Higashi dan Sindrom Griscelli, keduanya melibatkan masalah pigmentasi kulit yang terlihat tetapi juga mencakup efek pada sistem tubuh lainnya juga.

Pada sindrom Chédiak-Higashi, yang dapat menghasilkan albinisme (kekurangan total pigmentasi pada kulit dan mata), diyakini bahwa mutasi gen bertanggung jawab atas komponen melanin dari gangguan ini juga mencegah sintesis bahan kimia sistem kekebalan yang penting.

Gangguan yang berhubungan dengan tirosinase. Tirosinase adalah enzim, atau protein katalis biologis, yang mengubah senyawa antara dalam sintesis melanin dan pheomelanin, yang disebut dihidroksifenilalanin, menjadi dopakuinon. Ketika enzim ini gagal bekerja dengan baik atau tidak ada, jalur sintetis melanin dapat terganggu.

Misalnya pada penyakit keturunan fenilketonuria (PKU), kegagalan enzim yang berbeda menyebabkan penumpukan fenilalanin yang signifikan, yang memiliki efek penghambatan sekunder pada tirosinase. Hal ini menyebabkan kulit tidak merata berkat penurunan "hilir" dalam sintesis melanin.