Melanina è il nome del pigmento biologico che determina il colore generale della pelle e dei capelli nell'uomo. Forme di melanina sono responsabili della colorazione in tutto il mondo animale; per esempio, la colorazione delle ali negli uccelli è prodotta dalla melanina. Inoltre, le cellule che producono melanina, chiamate melanociti, possono aumentare o diminuire i loro livelli di melanina produzione in risposta ai cambiamenti nell'ambiente esterno (ad esempio, un aumento o una diminuzione del sole esposizione).
Sebbene la melanina sia ancora nota principalmente per il suo ruolo nella fisiologia, i ricercatori hanno iniziato a studiare la sostanza e suoi derivati per determinare se la melanina potrebbe avere applicazioni in una varietà di differenti industrie.
Sintesi di melanina
La melanina è prodotta dalle cellule dei melanociti nell'epidermide, o strato più esterno della pelle (lo strato sottostante più spesso e più duro è chiamato derma). Questi melanociti si trovano nello strato più basso dell'epidermide, chiamato strato basale o "strato basale". La melanina è disponibile in diversi sottotipi, il più comune è l'eumelanina e un tipo secondario noto come feomelanina.
La melanina è una sostanza chimica di massa molecolare abbastanza bassa (318,3 g/mol, meno del doppio di quella del glucosio). La sua formula molecolare è C18H10no2oh4. Le persone con la pelle più scura in realtà non hanno più melanociti rispetto alle persone dalla pelle più chiara; invece, nelle persone con la pelle più scura, viene attivata una frazione più elevata dei geni nei melanociti responsabili della produzione di melanina. Ciò significa che viene prodotta molta più melanina per cellula nelle persone dalla pelle più scura, non che le persone dalla pelle più scura hanno più cellule che producono lo stesso livello di output. Questo ha importanti implicazioni nell'antropologia evolutiva, perché suggerisce che le persone europee dalla pelle più chiara di oggi condividono profonde origini con le persone dell'Africa la cui pelle rimane più scura oggi grazie a diversi fattori ambientali condizioni. Molte persone dell'Europa nord-occidentale hanno perso la capacità di sviluppare l'abbronzatura perché il filamento di DNA che hanno codifica per la melanina aggiuntiva esiste ma non può più essere attivato. La capacità di queste persone di tollerare la luce ultravioletta (UV) in generale è nettamente ridotta.
All'esame microscopico, l'eumelanina appare marrone, con un aspetto a grana fine. La sostanza non disperde la luce in misura apprezzabile, come ci si aspetta da qualcosa che appare oscuro. I singoli granuli di melanina hanno un diametro massimo di circa 800 nanometri, ovvero poco meno di un milionesimo di metro (equivalentemente un millesimo di millimetro). Questo distingue la melanina da alcuni comuni metaboliti dei pigmenti nel sangue, che tendono ad essere più grandi e diffondono maggiormente la luce, e sono di colore verde, giallo o rosso-marrone in contrasto con il semplice marrone di melanina.
La funzione della melanina
Lo scopo della melanina non ha nulla a che fare con la vanità umana e tutto a che fare con la protezione dell'organismo. Le radiazioni UV del sole sono un noto cancerogeno e in esposizioni sufficientemente elevate possono portare a una serie di tipi correlati di melanoma, che sono tumori maligni della pelle. I melanomi possono essere fatali; dei circa 54.000 americani a cui viene diagnosticato un melanoma ogni anno, circa 8.000 ne muoiono. Il rischio di melanoma maligno tra le persone di origine europea è 10 volte superiore a quello degli afroamericani.
Alcune persone e animali hanno pochissima melanina nei loro corpi. Questa condizione è nota come albinismo e fa sì che le persone affette siano più vulnerabili ai danni dei raggi UV.
Melanina e pigmentazione della pelle
Quando la melanina viene prodotta nei melanociti, questo pigmento viene confezionato in granuli, non diversamente dal modo in cui la clorofilla del pigmento verde viene confezionata in "contenitori" intracellulari specializzati nelle piante. Quando stimolato dalla luce UV, il cui livello totale aumenta nella maggior parte del mondo in determinati periodi dell'anno mentre diminuisce in altri, i melanociti producono granuli sempre più grandi, consentendo alla pelle delle persone di adattarsi nel corso dell'estate e diventare "abbronzata". Come notato, tuttavia, in alcune persone questa capacità è geneticamente limitata e in alcuni casi quasi assente, mentre in altre persone è essenzialmente superfluo. Senza dubbio hai visto persone che sono notoriamente inclini alle scottature solari, e forse lo sei anche tu: persone descritte come "pelle chiara" e che sono spesso lentigginose con una sfumatura di capelli rossa. Tali individui come gruppo hanno le difese meno efficaci contro le radiazioni UV e sono consigliati con speciali insistenza per evitare di esporsi al sole senza protezione solare, che può filtrare le radiazioni UV dannose in modo significativo estensione.
Pigmentazione della pelle ed evoluzione umana
Mentre una quantità insufficiente di melanina nella pelle può esporre gli individui a un rischio maggiore di scottature e pelle tumori maligni, le persone con livelli insolitamente elevati di melanina nel corpo possono essere predisposti alla vitamina D carenza. Questo perché la principale fonte di questa vitamina nel corpo è in realtà un precursore naturale della vitamina D che viene convertito nella forma attiva della vitamina sotto l'azione della luce solare. Poiché le superfici più scure tendono a riflettere piuttosto che ad assorbire le radiazioni UV, le persone con la pelle più scura assorbono una frazione minore della radiazione UV a cui sono esposte rispetto ad altre. In un certo senso, questo rappresenta uno degli innumerevoli compromessi evolutivi in mostra nel mondo degli esseri viventi.
Quando i discendenti degli umani moderni si spostarono per la prima volta in spazi aperti da sotto la copertura degli alberi per cacciare e cercare acqua, si esposero a più luce solare. Nel processo, ovviamente, dovevano essere in grado di tollerare non solo più luce, ma anche il calore aggiuntivo che ne derivava. Per mantenersi freschi in un contesto di maggiore esposizione al sole, questo significava poter sudare in modo più copioso ed efficace. Per insaporire la pelle con una maggiore densità di ghiandole sudoripare, doveva andare qualcos'altro, e quel "qualcosa" erano i capelli. Gli umani hanno chiaramente ancora peli sulle braccia, sulle gambe e sul tronco (alcuni considerevolmente più di altri) ma rispetto ad altre scimmie, gli umani hanno perso praticamente tutti i peli del corpo. Di conseguenza, la pelle di recente sudata dei primi esseri umani è stata lasciata più suscettibile ai danni del sole. Questo è a sua volta stimolato dall'aumento dei depositi di granuli di melanina ora osservati alle latitudini tropicali.
La carenza di vitamina D è stata menzionata come una conseguenza indesiderata di troppa melanina nella pelle. La vitamina D è necessaria affinché l'intestino assorba in modo più efficiente gli elementi calcio e fosforo. Entrambi sono necessari per la corretta crescita e mantenimento delle ossa. Sebbene una parte della vitamina D possa essere derivata da fonti alimentari come tuorli d'uovo e alcuni pesci, il 90% è sintetizzato nella pelle dai derivati del colesterolo. La vitamina D non è quindi solo necessaria per l'integrità dello scheletro, ma può anche essere utile per prevenire alcune forme di cancro.
Altri usi della melanina
Nel 2017, un gruppo di scienziati dell'Università della California a San Diego ha ricevuto una sovvenzione di $ 7,5 milioni per studiare potenziali usi della melanina che sono stati teorizzati ma mai perseguiti formalmente. Gli scienziati coinvolti nel progetto speravano di apprendere la sequenza delle reazioni coinvolte nella sintesi della melanina a un livello più profondo di quanto fosse stato perseguito in precedenza, e di capire di più sui diversi tipi di melanina stessi nella speranza di perseguire la sintesi di sostanze chimiche correlate con alcune delle capacità protettive note melanina ha. La capacità di offrire materiali non biologici alcune delle stesse protezioni di base dai danni del sole che la melanina conferisce agli esseri viventi sarebbe chiaramente un vantaggio in vari tipi di industrie, poiché i danni solari alla vernice e ai vari servizi sono quasi universali preoccupazione.
