הכימיה של המלנין

מלנין הוא פיגמנט כהה, המופיע באופן טבעי, המגיע בכמה צורות והוא אחראי על חלק ניכר מצבע העור בבני אדם. הוא מיוצר על ידי תאים הנקראים מלנוציטים, היושבים בחלק העמוק ביותר של שכבת העור החיצונית ביותר. הרבה ממלנין זה מוצא את דרכו לתאים הנקראים קרטינוציטים, שהם רבים בהרבה ממלנוציטים.

לאחר שסונתז מלנין, הוא מאוחסן בגופים בתוך מלנוציטים הנקראים מלנוזומים. הנפוץ ביותר מבין סוגי המלנין השונים נקרא eumelanin, שפירושו "מלנין טוב". כאשר קיים כמות גדולה של אומלנין בכמויות גבוהות יותר, נוצר צבע עור כהה וחום יותר, ואילו צפיפות נמוכה של פיגמנט זה מתרחשת אצל אנשים עם עור בהיר יותר.

כאשר אנשים מראים הבדלים בצבע העור הנובעים בעיקר מהבדלים בתכולת המלנין בעור, זה לא בגלל שאנשים נבדלים מאוד מבחינת מספר של מלנוציטים שיש להם. במקום זאת, אנשים מסוימים אִישִׁי מלנוציטים פעילים הרבה יותר מאשר אחרים.

כמו חומרים רבים בגוף, ההרכב הכימי של המלנין כולל תערובת של פחמן, מימן, חמצן וחנקן. ה נוסחה כימית מלנין הוא C₁₈ה₁₀נ₂או₄, המעניק למלנין משקל מולקולרי, או מסת טוחנת, של 318 גרם לשומה (גרם / מול).

(מסיבות היסטוריות, א חֲפַרפֶּרֶת הוא כמות החומר בגרמים המכילה 6 x 10 ²³ מולקולות, והוא מדד בסיסי לגודל המולקולה.)

המלנין מורכב משלוש טבעות בעלות שישה פרקים (שישה אטומים המסודרים סביב נקודה מרכזית) בקו, כל אחד עם טבעת בת חמש פרקים השוכנת באחת הזוויות בינה לבין שכנה. הטבעות האלה בעלות חמשת החברים מכילות כל אחת אחת משני אטומי החנקן במלנין, ויושבות משני צידיה של המולקולה.

ארבעת אטומי החמצן במלנין קשורים לפחמנים על טבעת ששת האטומים בכל קצה, שניים לכל טבעת. אלה קשורים כפול, וסידורי C = O שוכנים משני צדי הטבעת שממנו מחוברות הטבעות בעלות חמשת החברים.

אם תרצה להביע את הנוסחה למלנין בצורה מפורשת יותר מבלי לנקוט בציור א מודל, אתה יכול לכתוב את זה בצורה המשמשת במערכת הכניסה של קו קלט מולקולרי פשוט (SMILES):

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

כאשר המספרים אינם מנויים אלא הפניות למיקומים המספריים של אטומים בטבעות בודדות. מֵימָן אטומים במלנין אינם כלולים אך ניתן לקבוע את מספרם ומיקומם על ידי מילוי כל "פערים" במבנה הנ"ל, תוך התחשבות כי כל פחמן יוצר ארבעה קשרים.

בן אנוש עור בעל שלוש שכבות, אשר מהחלק החיצוני עד הפנימי ביותר הן האפידרמיס, הדרמיס ושכבת הרקמה התת עורית. האפידרמיס מחולק בעצמו למספר רבדים, שהעמוק שבהם נקרא שכבה germinativum (נקרא לפעמים שכבה בסיסית). שכבה זו, הצמודה לקרום המרתף המפריד בין האפידרמיס לדרמיס, היא המקום בו מיוצרים מלנוציטים.

במיקרוסקופיה, למלנוציטים צורה לא סדירה אופיינית. המידה בה מלנוציטים מייצרים מלנין תלויה במידת ה גֵן כי המלנין הוא הביע, או מופעל. חשבו על "ביטוי גנים" כעל הפעלת מתג במפעל לייצור מוצר מסוים, במקרה זה חלבון.

כמעט לכל בני האדם יש הרבה מלנין "מפעלים" (מלנוציטים), אך עד כמה אנשים משתמשים ב"מפעלים "אלה משתנה מאוד בין יחידים לבין אוכלוסיות אתניות.

אור השמש מעורר ייצור מלנין במידה מסוימת אצל רוב האנשים; זהו תהליך כהת העור לטווח קצר המכונה "שזוף". המלנין המיוצר על ידי גירוי אור פועל להגנה על שאר הגוף במידה מסוימת מפני קרינה אולטרה סגולה (UV) מזיקה באור שמש.

כאשר הגוף כבר לא חש שפע של קרני UV בסביבה, כפי שקורה בסתיו ובחורף, הצורך הנתפס בייצור מלנין פוחת גם כן והעור נוטה להבהיר במהלך אלה עונות השנה.

כמו כן, בעוד שמלנוציטים מייצרים מלנין וכן מאחסנים אותו ומשחררים אותו, תאי האפידרמיס הנפוצים הרבה יותר המכונים קרטינוציטים לסיים כמקבל הגדול ביותר של הפיגמנט. תנועת המלנין ממלנוציטים לקרטינוציטים מקלה על ידי המחושים הרבים (עד 40 לערך) המשתרעים החוצה מכל מלנוציט.

מלנוזומים הנוצרים במלנוציטים עוברים לקרטינוציטים וממקמים את עצמם בין קרום התא לגרעין, ועוזרים להגן על DNA (חומצה דאוקסיריבונוקלאית, "החומר הגנטי" של בני האדם וכל צורות החיים הידועות) בתוך אותו גרעין מפגיעות קרינת UV.

אומלנין הוא אמנם השפע הנפוץ ביותר של מלנין המיוצר על ידי בני אדם, אך הוא רחוק מהסוג הנפוץ היחיד. זה קיים בשתי צורות עיקריות אחרות, פיומלנין ו נוירומלנין. לאומלנין ולפומלנין יש הרבה מן המשותף מבחינה תפקודית וכימית, ואילו נוירומלנין הוא משהו נוכל.

Eumelanin ו- pheomelanin מיוצרים שניהם על ידי מלנוציטים בשכבה (השכבה) הנמוכה ביותר של האפידרמיס. תאים אלה מתחילים כמו מלנובלסטים ברקמה שמקורה בצינור העצבי במהלך התפתחות עוברית אנושית. הסינתזה של כל אחד מאלה מתחילה בטירוזין, מולקולה שקשורה קשר הדוק לחומצת האמינו פנילאלנין. הטירוזין הופך במהרה לדופאקינון, שיכול לעקוב אחר מספר מסלולים כימיים שונים שבסופו של דבר גורמים לייצור מלנין.

נוירומלנין מיוצר במוח כחלק מהפירוק של הנוירוטרנסמיטר דופמין, קרוב משפחה כימי קרוב נוסף של פנילאלנין וטירוזין. זה קורה בחלק של המוח שנקרא substantia nigra. נוירומלנין, בניגוד לשתי הצורות האחרות של מלנין אנושי, אינו משתתף בקביעת צבע העור.

הטענה של מלנין לתהילה ביולוגית היא תרומתה לצבע העור, אך היא מבצעת גם מספר פונקציות פיזיולוגיות הקשורות ולא קשורות. המלנין משפיע על צבע השיער והוא גם מגן על העור והעיניים מפני נזקי אור מהשמש וממקורות אחרים של קרינה אלקטרומגנטית.

צבע האומלנין הוא חום-שחור יותר, ואילו פיומלנין הוא צהבהב-אדום יותר. צבע העור העודף של האדם נקבע על ידי שילוב בין היחס בין שני סוגי המלנין לבין הצפיפות הכוללת של המלנוזומים בתאים בודדים.

כמו כן, סוגים שונים של מלנין שולטים בחלקים שונים של הגוף אצל אותו אדם. לדוגמא, השפתיים, שהן ורודות יותר, גבוהות יותר בפיומלנין.

עור בעל צבע בהיר יותר בדרך כלל בעל צפיפות של שניים או שלושה מלנוזומים לכל אשכול בתוך המלנוציטים, ואילו לעור. עור כהה יותר כולל מלנוציטים "ניידים" בכך שגרגירים אלה נוטים יותר להתפשט לשכנות קרטינוציטים.

בשלב כלשהו באבולוציה האנושית, אוכלוסיות שונות של אנשים התיישבו רחוק זו מזו, עם חלקם נותרים קרובים יותר לקו המשווה ואחרים יוצאים לקווי הרוחב הצפוניים, בעיקר באירופה ראשון. כתוצאה מהיותם בסביבה שטופת שמש וחמה יותר, אנשים קרובים יותר לקו המשווה איבדו הרבה משיער גופם ביחס לעמיתיהם הצפוניים יותר.

השינוי הזה בפיזור השיער היחסי הוא האמין שדרבן את ההתפתחות הדיפרנציאלית של המלנוגנזה באוכלוסיות שונות ברחבי העולם. אנשים החיים קרוב יותר לקו המשווה מדגימים כעת יחס גבוה יותר של eumelanin ל- pheomelanin, וכתוצאה מכך לא רק עור כהה יותר אלא יכולת לספוג קרינת UV. לעומת זאת, אנשים החיים באזורים קרירים יותר עם פחות אור שמש, מציגים יחס נמוך יותר של eumelanin ו- pheomelanin, וכתוצאה מכך הם רגישים יותר לפגיעה בעור UV, כולל סרטן.

בשנת 2015, חוקרים מאוניברסיטת ייל דיווחו כי הם מצאו דרך אור UV מגיב במלנין בעכברים באופן המקדם היווצרות סרטן תוך מספר שעות. נראה שהדבר מדגיש את האופי המעולה "הדו-קצוות" של המלנין. בכל תחום בו הוא יכול לשמש נכס בריאותי, נראה שהוא מציג אחריות בריאותית במקום אחר.

וִיטָמִין D, החשוב בטיפול בגוף במינרל הסידן, חייב להיות נתון לאור UV על מנת להמיר אותו לצורתו הפעילה לאחר בליעתו. משמעות הדבר היא שאנשים החיים בקווי רוחב צפוניים בדרך כלל רגישים יותר למחסור בוויטמין D, מכיוון שגופם מקבל בממוצע פחות אור שמש לאורך השנה מאשר אנשים הקרובים לקו המשווה לַעֲשׂוֹת.

משמעות נוספת של הקשר בין אור UV למלנין, לעומת זאת, היא שאנשים כהי עור, לא משנה היכן הם חיים (אך במיוחד אלה במקומות מאוד צפוניים או דרומיים), יש לפקח על בעיות ברמות ויטמין D, כי הצפיפות הגבוהה שלהם של מלנוזומים, למרות שהם מעניקים הגנה מפני הסכנות של קרני UV, מסננים גם את מעטותיהם המועילות אפקטים.

מספר קשרים בין אור UV, מלנין והתנהגות העור טרם הובהר לחלוטין. ידוע, למשל, כי מתן אור UV לעור יכול לדכא את תפקוד המערכת החיסונית בטווח הקצר. זה יכול להיות רצוי כשמנסים לשלוט בהתלקחויות של מצבי עור דלקתיים עם רכיב חיסוני, כמו פסוריאזיס.

לא משנה איזה תפקיד חיסוני מלנין יכול לשחק בגוף, יש לברר.

מספר מצבים קליניים הכוללים הפרעות בסינתזת מלנין והובלתם ידועים. אלה יכולים להשפיע על כל שלב בתהליך היווצרות המלנין והפצת המלנין.

אלו כוללים:

הפרעות במלנובלסטים. תאים אלה, כזכור, הם מבשרי המלנוציטים. הם אמורים לנדוד מאתרי היווצרותם בהתפתחות עוברית ועובר למקומות בהם הם בסופו של דבר ימלאו את תפקידם המוקצה.

עם זאת, לפעמים מלנובלסטים לא מצליחים להגיע לאן שהם אמורים להגיע. תוצאה אחת היא תסמונת וורדנבורג, שבהם לאנשים מושפעים יש אזורים של עור בהיר מאוד ושיער אפור בטרם עת, עקב כישלון של מלנובלסטים להתגורר באזורים אלה מוקדם יותר בחיים.

הפרעות במלנוציטים. בין הידועים לשמצה שבהם נמצא המצב שנקרא ויטיליגו, הכוללת הרס בתיווך אוטואימוניות של מלנוציטים בצורה לא אחידה בכל העור.

בגלל הדרך הא-סימטרית בה הגוף תוקף את תאיו שלו, העור מראה כתמי עור בהירים המשולבים באזורי עור שאינם מושפעים.

הפרעות במלנוזומים. שתיים מההפרעות השכיחות יותר הקשורות לאתרי האחסון של המלנין הן תסמונת Chédiak-Higashi ו תסמונת גריסלי, שניהם קשורים לבעיות בפיגמנטציה של העור, אך כוללים גם השפעות במערכות גוף אחרות.

בתסמונת Chédiak-Higashi, שיכולה לייצר לַבקָנוּת (חוסר כמעט מוחלט בפיגמנטציה בעור ובעיניים), הוא האמין כי מוטציה גנטית האחראי על מרכיב המלנין בהפרעה מונע גם סינתזה של כימיקלים חשובים של מערכת החיסון.

הפרעות הקשורות לטירוזינאז. טירוזינאז הוא האנזים, או חלבון הזרז הביולוגי, ההופך תרכובת ביניים בסינתזת מלנין ופיאומלנין, המכונה דיהידרוקסי פנילאלנין, לדופאקינון. כאשר אנזים זה לא עובד כראוי או נעדר, ניתן לשבש את המסלול הסינתטי של המלנין.

לדוגמא, במחלה התורשתית פנילקטונוריה (PKU), כישלון של אנזים אחר מוביל להצטברות משמעותית של פנילאלנין, שיש לו השפעות משניות ומעכבות על טירוזינאז. זה מוביל לעור מטושטש הודות לירידה "במורד הזרם" בסינתזת המלנין.