მელანინის ქიმია

მელანინი არის მუქი, ბუნებრივად მომხდარი პიგმენტი, რომელიც გვხვდება რამდენიმე ფორმით და პასუხისმგებელია ადამიანთა კანის ფერის დიდ ნაწილზე. მას აწარმოებენ უჯრედები, რომლებსაც ე.წ. მელანოციტები, რომლებიც კანის ყველაზე შორეულ ფენის ღრმა ნაწილში სხედან. ამ მელანინის დიდ ნაწილს უჯრედებში ეწოდება ე.წ. კერატინოციტები, რომლებიც ბევრად უფრო მრავალრიცხოვანია, ვიდრე მელანოციტები.

მელანინის სინთეზის შემდეგ ის ინახება სხეულებში მელანოციტების ე.წ. მელანოსომები. სხვადასხვა სახის მელანინის ყველაზე გავრცელებულს უწოდებენ ეუმელანინი, რაც ნიშნავს "კარგ მელანინს". როდესაც უამრავი eumelanin არის უფრო დიდი რაოდენობით, უფრო მუქი, მოყავისფრო კანის შედეგია, ხოლო ამ პიგმენტის დაბალი სიმკვრივე გვხვდება მსუბუქი კანის მქონე ადამიანებში.

როდესაც ადამიანები გამოირჩევიან კანის ფერის განსხვავებებით, რაც ძირითადად გამოწვეულია კანის მელანინის შემცველობაში, ეს არ არის იმის გამო, რომ ადამიანები მკვეთრად განსხვავდებიან ნომერი მათ აქვთ მელანოციტები. ამის ნაცვლად, ზოგიერთი ადამიანი ინდივიდუალური მელანოციტები ბევრად უფრო აქტიურები არიან, ვიდრე სხვები.

სხეულის მრავალი ნივთიერების მსგავსად, მელანინის ქიმიური შემადგენლობა შეიცავს ნახშირბადის, წყალბადის, ჟანგბადის და აზოტის ნარევს. მელანინის ქიმიური ფორმულა არის C₁₈ჰ₁₀ნ₂ო₄, მელანინს აძლევს მოლეკულურ წონას, ან მოლურ მასას 318 გრამი მოლზე (გ / მოლი).

(ისტორიული მიზეზების გამო, ა მოლი არის ნივთიერების რაოდენობა გრამებში, რომელიც შეიცავს 6 x 10 ²³ მოლეკულები და არის მოლეკულის ზომის ძირითადი საზომი.)

მელანინი შედგება სამი ექვსწევრიანი რგოლისგან (ექვსი ატომი განლაგებულია ცენტრალური წერტილის გარშემო) ხაზში, თითოეულს აქვს ხუთწევრიანი ბეჭედი, რომელიც განლაგებულია ერთ-ერთ კუთხეში თავისსა და მის მეზობელთან. ეს ხუთწევრიანი რგოლები შეიცავს მელანინის ორი აზოტის ატომს ან ერთს და მოლეკულის მოპირდაპირე მხარეებზე ზის.

მელანინის ჟანგბადის ოთხი ატომი უკავშირდება ნახშირბადებს თითოეულ ბოლოს ექვს ატომურ რგოლზე, ორიდან თითოეულ ბეჭედზე. ეს ორმაგად არის შეკრული, და C = O წყობა მდებარეობს ბეჭდის მოპირდაპირე მხარეს, საიდანაც ხუთწევრიანი რგოლებია დამაგრებული.

თუ გსურთ გამოხატოთ მელანინის ფორმულა უფრო მკაფიო ფორმით, ხატვის მიმართვის გარეშე მოდელის, შეგიძლიათ დაწეროთ გამარტივებული მოლეკულური შეყვანის ხაზის შესვლის სისტემაში (SMILES) გამოყენებული ფორმით:

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

სადაც ციფრები არ არის ხელმოწერა, მაგრამ მითითებაა ცალკეული რგოლების ატომების რიცხვითი პოზიციების შესახებ. წყალბადის ატომები მელანინში არ შედის, მაგრამ მათი რიცხვი და პოზიციები შეიძლება განისაზღვროს ზემოთ მოცემული სტრუქტურის ნებისმიერი "ხარვეზის" შევსებით, გაითვალისწინეთ, რომ თითოეული ნახშირბადი ქმნის ოთხ ბმას.

ადამიანური კანი აქვს სამი შრე, რომელიც გარედან გარედან არის ეპიდერმისი, დერმი და კანქვეშა ქსოვილის ფენა. ეპიდერმისი თავისთავად იყოფა მრავალ ფენად, რომელთაგან ყველაზე ღრმა ეწოდება ფენა germinativum (ზოგჯერ მას ბაზალა ფენას უწოდებენ). ეს ფენა, რომელიც ემიგრანტობს ეპიდერმისს დერმატისგან, გამოყოფს სარდაფურ გარსს, სადაც წარმოიქმნება მელანოციტები.

მიკროსკოპიით, მელანოციტებს აქვთ დამახასიათებელი არარეგულარული ფორმა. რამდენად მელანოციტები წარმოქმნიან მელანინს, დამოკიდებულია იმაზე, თუ რამდენად გენი მელანინისთვის არის გამოხატული, ან ჩართულია. იფიქრეთ "გენის გამოხატვაზე", როგორც ქარხანაში ჩართვის ჩართვა კონკრეტული პროდუქტის, ამ შემთხვევაში ცილის შესაქმნელად.

თითქმის ყველა ადამიანს აქვს უამრავი მელანინი "ქარხნები" (მელანოციტები), მაგრამ რამდენად იყენებენ ადამიანები ამ "ქარხნებს" გამოყენებაში, განსხვავდება როგორც ინდივიდებს, ასევე ეთნიკურ პოპულაციებს შორის.

მზის სინათლე ადამიანთა უმეტესობაში გარკვეულწილად იწვევს მელანინის გამომუშავებას; ეს არის კანის მოკლევადიანი გამუქების პროცესი, რომელსაც "გარუჯვა" უწოდებენ. მსუბუქი სტიმულის მიერ წარმოებული მელანინი მოქმედებს დანარჩენი სხეულის გარკვეულწილად დასაცავად მავნე ულტრაიისფერი (UV) გამოსხივება მზის შუქზე.

როდესაც სხეული აღარ გრძნობს UV სხივების სიჭარბეს გარემოში, როგორც ეს ხდება შემოდგომაზე და ზამთარში, ასევე მცირდება მელანინის წარმოების საჭიროება და კანი უფრო მსუბუქდება სეზონები

ასევე, მიუხედავად იმისა, რომ მელანოციტები აწარმოებენ მელანინს, აგრეთვე ინახავენ და ათავისუფლებენ მას, ბევრად უფრო გავრცელებული ეპიდერმული უჯრედებია ცნობილი კერატინოციტები ქარი, როგორც პიგმენტის უდიდესი მიმღები. მელანოცინის მოძრაობას მელანოციტებიდან კერატინოციტებში ხელს უწყობს მრავალი საცეცი (40 – მდე ან ასე), რომლებიც თითოეული მელანოციტიდან გარედან ვრცელდება.

მელანოციტებში ჩამოყალიბებული მელანოსომები მიდიან კერატინოციტებში და განლაგდებიან უჯრედის მემბრანასა და ბირთვს შორის, რაც ხელს უწყობს ფარის დაცვას დნმ (დეოქსირიბონუკლეინის მჟავა, ადამიანის "გენეტიკური მასალა" და სიცოცხლის ყველა ცნობილი ფორმა) ამ ბირთვში UV გამოსხივების დაზიანებისგან.

მიუხედავად იმისა, რომ ეუმელანინი არის მელანინის ყველაზე უხვი ტიპი, რომელსაც ადამიანი აწარმოებს, ის შორს არის მხოლოდ გავრცელებული ტიპისგან. ის არსებობს კიდევ ორი ​​ძირითადი ფორმით, ფეომელანინი და ნეირომელანინი. ეუმელანინს და ფეომელანინს ფუნქციურად და ქიმიურად ბევრი საერთო აქვთ, ხოლო ნეირომელანინი რაღაც საძაგელია.

ეუმელანინს და ფეომელანინს ამზადებენ მელანოციტები ეპიდერმისის ყველაზე დაბალ ფენაში (ფენა). ეს უჯრედები იწყება მელანობლასტები ქსოვილში, რომელიც ნერვული მილისგან მიიღება ადამიანის ემბრიონის განვითარების დროს. თითოეული მათგანის სინთეზი იწყება ტიროზინისგან, ამინომჟავის ფენილალანინთან მჭიდროდ დაკავშირებული მოლეკულა. ტიროზინი მალე გარდაიქმნება დოპაკინონად, რომელსაც შეუძლია დაიცვას სხვადასხვა ქიმიური გზა, რაც საბოლოოდ იწვევს მელანინის გამომუშავებას.

ნეირომელანინი წარმოიქმნება თავის ტვინში, როგორც ნეიროტრანსმიტრის დაშლის ნაწილი დოფამინი, ფენილალანინის და ტიროზინის კიდევ ერთი ახლო ქიმიური ნათესავი. ეს ხდება ტვინის ნაწილში, რომელსაც ეწოდება ნივთიერება ნიგრა. ნეირომელანინი, ადამიანის მელანინის სხვა ორი ფორმისგან განსხვავებით, არ არის კანის ფერის განსაზღვრის მონაწილე.

მელანინის პრეტენზია ბიოლოგიურ დიდებაზე მისი წვლილი შეიტანება კანის ფერში, მაგრამ ის ასრულებს რიგ დაკავშირებულ და არ უკავშირდება ფიზიოლოგიურ ფუნქციებსაც. მელანინი გავლენას ახდენს თმის ფერზე და ის ასევე იცავს კანს და თვალებს მზის სინათლისა და ელექტრომაგნიტური გამოსხივების სხვა წყაროებისგან.

ეუმელანინი უფრო მოყავისფრო-შავი ფერისაა, ხოლო ფეომელანინი უფრო მოყვითალო-წითელი. ადამიანის კანის ზედმეტი ფერი განისაზღვრება ამ ორი ტიპის მელანინის თანაფარდობისა და ცალკეული უჯრედების მელანოსომების საერთო სიმკვრივის კომბინაციით.

ასევე, მელანინის სხვადასხვა ტიპები ჭარბობს სხეულის სხვადასხვა ნაწილში ერთსა და იმავე ინდივიდში. მაგალითად, ტუჩები, რომლებიც უფრო ვარდისფერია, უფრო მაღალია ფეომელანინის შემცველობით.

მსუბუქი ფერის კანს ჩვეულებრივ აქვს ორი ან სამი მელანოსომის სიმკვრივე ერთ მტევანში მელანოციტების შიგნით, ხოლო მუქი კანი უფრო "მოძრავ" მელანოციტებს ახასიათებს, რომ ეს გრანულები უფრო მეტად არის განზავებული მეზობლად გავრცელებისთვის კერატინოციტები.

ადამიანის ევოლუციის გარკვეულ ეტაპზე, ინდივიდების სხვადასხვა პოპულაცია ერთმანეთისგან შორს დასახლდა ზოგი ეკვატორთან უფრო ახლოს რჩება და სხვები ჩრდილოეთ გრძედისკენ მიისწრაფვიან, ძირითადად ევროპაში პირველი. მზიან და ცხელ გარემოში ყოფნის შედეგად, ეკვატორთან დაახლოებულმა ადამიანებმა დაკარგეს სხეულის თმის უმეტესობა უფრო ჩრდილოეთით განწყობილ კოლეგებთან შედარებით.

ითვლება, რომ თმის შედარებითი განაწილების ამ ცვლილებამ განაპირობა მელანოგენეზის დიფერენციალური განვითარება მსოფლიოს სხვადასხვა პოპულაციაში. ეკვატორთან უფრო ახლოს მცხოვრები ადამიანები ახლა ავლენენ ეუმელანინის და ფეომელანინის უფრო მაღალ თანაფარდობას, რის შედეგადაც ხდება არა მხოლოდ მუქი ფერის კანი, არამედ UV გამოსხივების უფრო დიდი შესაძლებლობა. სამაგიეროდ, უფრო გრილ ადგილებში მზის ნაკლები სხივების მქონე ადამიანები ცხოვრობენ, ეუმელანინის და ფეომელანინის დაბალი თანაფარდობა აქვთ და, შესაბამისად, უფრო მგრძნობიარეა ულტრაიისფერი კანის დაზიანების, კიბოს ჩათვლით.

2015 წელს იელის უნივერსიტეტის მკვლევარებმა განაცხადეს, რომ მათ იპოვნეს გზა, რომლის მიხედვითაც UV სინათლე რეაგირებს თაგვებში მელანინში ისე, რომ ხელს უწყობს კიბოს წარმოქმნას რამდენიმე საათში. ეს, როგორც ჩანს, ხაზს უსვამს მელანინის დახვეწილ "ორპირი" ბუნებას. ყველა სფეროსთვის, სადაც მას შეუძლია ჯანმრთელობის აქტივი იყოს, როგორც ჩანს, ჯანმრთელობის ვალდებულება სხვაგან წარმოადგენს.

ვიტამინი D, რომელიც მნიშვნელოვანია ორგანიზმის მიერ მინერალური კალციუმის დამუშავებისას, უნდა დაექვემდებაროს UV სინათლეს, მისი მიღების შემდეგ მის აქტიურ ფორმაში გადაკეთება. ეს ნიშნავს, რომ ჩრდილოეთ განედებზე მცხოვრები ადამიანები უფრო მგრძნობიარენი არიან D ვიტამინის დეფიციტით, რადგან მათი სხეულები წლის განმავლობაში საშუალოდ ნაკლებად იღებენ მზის სხივებს, ვიდრე ეკვატორთან უფრო ახლოს მყოფი ადამიანები კეთება.

UV სინათლესა და მელანინს შორის ურთიერთობის კიდევ ერთი გავლენა არის ის, რომ მუქი კანის ადამიანები, არ აქვს მნიშვნელობა სად უნდა იყოს მონიტორინგი D ვიტამინის დონის პრობლემების გამო, რადგან მათი მელანოსომების მაღალი სიმკვრივე, მიუხედავად იმისა, რომ იცავს UV სხივების საშიშროებას, ასევე აჩვენებს მათ რამდენიმე სასარგებლო ეფექტები.

ულტრაიისფერი სინათლის, მელანინისა და კანის ქცევას შორის მრავალი ურთიერთობა ჯერ კიდევ არ არის გასარკვევი. მაგალითად, ცნობილია, რომ ულტრაიისფერი შუქის კანზე მიღებამ შეიძლება მოკლევადიან პერიოდში აღკვეთოს იმუნური ფუნქცია. ეს შეიძლება სასურველი იყოს იმუნური კომპონენტის მქონე კანის ანთებითი მდგომარეობების გაკონტროლების მცდელობისას, მაგალითად, ფსორიაზი.

იმისდა მიუხედავად, თუ რა იმუნური როლი შეიძლება ჰქონდეს მელანინს სხეულში, გასარკვევია.

ცნობილია მთელი რიგი კლინიკური პირობები, რომლებიც მოიცავს მელანინის სინთეზისა და ტრანსპორტირების დარღვევას. ამან შეიძლება გავლენა მოახდინოს მელანინის ფორმირებისა და მელანინის განაწილების პროცესის თითოეულ საფეხურზე.

Ესენი მოიცავს:

მელანობლასტების დარღვევები. ეს უჯრედები, როგორც გახსოვთ, მელანოციტების წინამორბედია. ისინი უნდა მიგრირდნენ ემბრიონის და ნაყოფის განვითარების ფორმირების ადგილებიდან იმ ადგილებში, სადაც ისინი საბოლოოდ შეასრულებენ დაკისრებულ როლებს.

ამასთან, ზოგჯერ მელანობლასტები ვერ აღწევენ იქ, სადაც უნდა წავიდნენ. ერთი შედეგია ვაარდენბურგის სინდრომი, რომელშიც დაზარალებულებს აქვთ ძალიან მსუბუქი კანის უბნები და ნაადრევი ნაცრისფერი თმა, მელანობლასტების ცხოვრების ამ ასაკში დასახლებაში ჩავარდნის გამო.

მელანოციტების დარღვევები. მათ შორის უფრო ცნობილს შორის არის მდგომარეობა, რომელსაც ეწოდება ვიტილიგო, რაც გულისხმობს მელანოციტების აუტოიმუნურ შუამავლობას არაერთგვაროვანი გზით მთელ კანზე.

ასიმეტრიული ხასიათის გამო, რომლითაც სხეული თავს ესხმის საკუთარ უჯრედებს, კანი აჩვენებს მსუბუქი კანის მკაფიო ლაქებს, რომლებიც ერთმანეთში ერევა კანის დაუზიანებელ უბნებთან.

მელანოსომების დარღვევები. მელანინის შენახვის ადგილებიდან ორი ყველაზე გავრცელებული დარღვევაა ჩედიაკ-ჰიგაშის სინდრომი და გრისელის სინდრომი, ორივე მათგანი მოიცავს კანის პიგმენტაციის თვალსაჩინო პრობლემებს, მაგრამ ასევე შეიცავს ეფექტებს სხეულის სხვა სისტემებშიც.

ჩედიაკ-ჰიგაშის სინდრომის დროს, რომელსაც შეუძლია წარმოქმნას ალბინიზმი (პიგმენტაციის თითქმის სრული ნაკლებობა კანსა და თვალებში), ითვლება რომ გენის მუტაცია აშლილობის მელანინის კომპონენტზე პასუხისმგებელი ასევე ხელს უშლის მნიშვნელოვანი იმუნური სისტემის ქიმიკატების სინთეზს.

ტიროზინაზასთან დაკავშირებული დარღვევები. ტიროზინაზა არის ფერმენტი, ან ბიოლოგიური კატალიზატორი ცილა, რომელიც გარდაქმნის შუალედურ ნაერთს მელანინისა და ფეომელანინის სინთეზში, სახელწოდებით დიჰიდროქსიფენილალანინი, დოპაკინონად. როდესაც ეს ფერმენტი ვერ მუშაობს სწორად ან არ არსებობს, მელანინის სინთეზური გზა შეიძლება ჩაიშალოს.

მაგალითად, მემკვიდრეობითი დაავადების დროს ფენილკეტონურია (PKU), სხვადასხვა ფერმენტის უკმარისობა იწვევს ფენილალანინის მნიშვნელოვან დაგროვებას, რომელსაც აქვს მეორადი, ინჰიბიტორული მოქმედება ტიროზინაზზე. ეს იწვევს მოწითალო კანს მელანინის სინთეზის "ქვედა დინების" შემცირების წყალობით.