Melanīna ķīmija

Melanīns ir tumšs, dabiski sastopams pigments, kas ir vairākos veidos un ir atbildīgs par lielu ādas krāsas daļu cilvēkiem. To ražo šūnas, ko sauc melanocīti, kas atrodas visattālākā ādas slāņa dziļākajā daļā. Liela daļa šī melanīna nonāk šūnās, kuras sauc keratinocīti, kuru ir daudz vairāk nekā melanocītos.

Pēc melanīna sintezēšanas tas tiek uzglabāts ķermeņos, kurus sauc par melanocītiem melanosomas. Visizplatītākais no dažādiem melanīna veidiem tiek saukts eumelanīns, kas nozīmē "labs melanīns". Ja daudz eumelanīna ir lielākos daudzumos, rodas tumšāka, brūnāka ādas krāsa, turpretī zems šī pigmenta blīvums rodas cilvēkiem ar gaišāku ādu.

Kad cilvēkiem parādās ādas krāsas atšķirības, kas galvenokārt rodas no ādas melanīna satura atšķirībām, tas nav tāpēc, ka cilvēki ļoti atšķiras numuru no viņiem piemītošajiem melanocītiem. Tā vietā daži cilvēki individuāls melanocīti ir daudz aktīvāki nekā citos.

Tāpat kā daudzas ķermeņa vielas, arī melanīna ķīmiskais sastāvs satur oglekļa, ūdeņraža, skābekļa un slāpekļa maisījumu. The

(Vēsturisku iemeslu dēļ a kurmis ir vielas daudzums gramos, kas satur 6 x 10 ²³ un ir molekulas lieluma pamatmērķis.)

Melanīns sastāv no trim sešu locekļu gredzeniem (seši atomi, kas izvietoti ap centrālo punktu) līnijā, un katram no tiem ir piecu locekļu gredzens, kas atrodas vienā no leņķiem starp sevi un kaimiņu. Šie piecu locekļu gredzeni katrs satur vienu no diviem melanīna slāpekļa atomiem un atrodas molekulas pretējās pusēs.

Četri skābekļa atomi, kas atrodas melanīnā, ir saistīti ar ogļiem uz sešu atomu gredzena katrā galā, pa diviem katram gredzenam. Tās ir divreiz saistītas, un C = O izkārtojumi atrodas pretējās gredzena pusēs, no kurām piestiprināti piecu locekļu gredzeni.

Ja vēlaties izteikt melanīna formulu skaidrākā formā, neizmantojot a modeli, jūs to varētu uzrakstīt formā, kas izmantota vienkāršotajā molekulārās ievades līnijas ievadīšanas sistēmā (SMILES):

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

kur skaitļi nav abonementi, bet gan atsauces uz atomu skaitliskajām pozīcijām atsevišķos gredzenos. Ūdeņradis melanīna atomi nav iekļauti, bet to skaitu un pozīciju var noteikt, aizpildot jebkuras iepriekšminētās struktūras "nepilnības", paturot prātā, ka katrs ogleklis veido četras saites.

Cilvēks āda ir trīs slāņi, kas no visattālākajiem līdz iekšējiem ir epidermas, dermas un zemādas audu slānis. Pati epidermu sadala daudzos slāņos, no kuriem dziļāko sauc par slānis germinativum (dažreiz to sauc par stratum basale). Šis slānis, kas atrodas blakus bazālajai membrānai, kas atdala epidermu no dermas, ir vieta, kur tiek ražoti melanocīti.

Mikroskopijā melanocītiem ir raksturīga neregulāra forma. Tas, cik lielā mērā melanocīti ražo melanīnu, ir atkarīgs no tā, cik lielā mērā melanocīti ražo melanocītus gēns jo melanīns ir izteiktsvai ieslēgts. Iedomājieties "gēnu ekspresiju" kā rūpnīcas slēdža ieslēgšanu, lai iegūtu konkrētu produktu, šajā gadījumā olbaltumvielu.

Gandrīz visiem cilvēkiem ir daudz melanīns "rūpnīcas" (melanocīti), bet tas, cik lielā mērā cilvēki nodod šīs "rūpnīcas" lietošanai, ir ļoti atšķirīgs gan indivīdu, gan etnisko iedzīvotāju vidū.

Saules gaisma zināmā mērā izraisa melanīna ražošanu lielākajai daļai cilvēku; tas ir īstermiņa ādas aptumšošanas process, kas pazīstams kā "iedegums". Melanīns, ko rada gaismas stimuls, zināmā mērā aizsargā pārējo ķermeni no kaitīgs ultravioletais (UV) starojums saules gaismā.

Kad ķermenis vairs nejūt UV staru pārpilnību vidē, kā tas notiek rudenī un ziemā, samazinās arī vajadzība pēc melanīna ražošanas, un to laikā ādai ir tendence gaišināt gadalaiki.

Lai arī melanocīti ražo melanīnu, kā arī to uzglabā un atbrīvo, daudz izplatītākas epidermas šūnas, kas pazīstamas kā keratinocīti beidzas kā lielākais pigmenta saņēmējs. Melanīna pārvietošanos no melanocītiem uz keratinocītiem veicina daudzi taustekļi (līdz apmēram 40), kas stiepjas uz āru no katra melanocīta.

Melanocītos veidotās melanosomas pārvietojas uz keratinocītiem un novietojas starp šūnu membrānu un kodolu, palīdzot aizsargāt DNS (dezoksiribonukleīnskābe, cilvēku "ģenētiskais materiāls" un visas zināmās dzīvības formas) šajā kodolā no UV starojuma bojājumiem.

Kaut arī eumelanīns ir visizplatītākais melanīna veids, ko ražo cilvēki, tas nebūt nav vienīgais izplatītais veids. Tas pastāv divās citās galvenajās formās, feomelanīns un neiromelanīns. Eumelanīnam un feomelanīnam funkcionāli un ķīmiski ir daudz kopīga, turpretī neiromelanīns ir kaut kas negodīgs.

Eumelanīnu un feomelanīnu abus ražo melanocīti epidermas zemākajā slānī (slānī). Šīs šūnas sākas kā melanoblasti audos, kas iegūti no nervu caurules cilvēka embrija attīstības laikā. Katra no šiem sintēze sākas ar tirozīnu, molekulu, kas ir cieši saistīta ar aminoskābi fenilalanīnu. Tirozīns drīz tiek pārveidots par dopaquinone, kas var iet uz vairākiem dažādiem ķīmiskiem ceļiem, kas galu galā rada melanīna ražošanu.

Neiromelanīns tiek ražots smadzenēs kā daļa no neirotransmitera sadalīšanās dopamīns, vēl viens tuvs fenilalanīna un tirozīna ķīmiskais radinieks. Tas notiek smadzeņu daļā, ko sauc par substantia nigra. Neuromelanīns, atšķirībā no abām pārējām cilvēka melanīna formām, nav ādas krāsas noteikšanas dalībnieks.

Melanīna apgalvojums par bioloģisko slavu ir tā ieguldījums ādas krāsā, taču tas veic arī vairākas saistītas un nesaistītas fizioloģiskās funkcijas. Melanīns ietekmē matu krāsu, kā arī aizsargā ādu un acis no gaismas un saules un citu elektromagnētiskā starojuma avotu bojājumiem.

Eumelanīnam ir vairāk brūnganmelnas krāsas krāsas, savukārt feomelanīnam ir dzeltenīgi sarkana krāsa. Personas ādas virskrāsa tiek noteikta, apvienojot šo divu veidu melanīnu un kopējo melanosomu blīvumu atsevišķās šūnās.

Arī viena un tā paša cilvēka dažādās ķermeņa daļās dominē dažādi melanīna veidi. Piemēram, lūpām, kas ir vairāk sārtas, ir lielāks feomelanīna daudzums.

Gaišākas krāsas ādai blīvums parasti ir divas vai trīs melanosomas vienā klasterī melanocītos, turpretī tumšākai ādai ir vairāk "mobilo" melanocītu, jo šīs granulas ir vairāk tendētas izplatīties uz kaimiņu keratinocīti.

Kādā cilvēka evolūcijas brīdī dažādas indivīdu populācijas apmetās tālu viena no otras ar daži paliek tuvāk ekvatoram, bet citi dodas uz ziemeļu platuma grādiem, galvenokārt Eiropā plkst vispirms. Atrodoties saulainākā un karstākā vidē, cilvēki, kas atrodas tuvāk ekvatoram, zaudēja lielu daļu ķermeņa apmatojuma attiecībā pret kolēģiem, kas atrodas vairāk uz ziemeļiem.

Tiek uzskatīts, ka tieši šīs relatīvā matu sadalījuma izmaiņas ir veicinājušas melanoģenēzes atšķirīgo attīstību dažādās populācijās visā pasaulē. Cilvēki, kas dzīvo tuvāk ekvatoram, tagad parāda augstāku eumelanīna un feomelanīna attiecību, kā rezultātā āda kļūst tumšāka, bet tā spēj absorbēt UV starojumu labāk. Savukārt cilvēkiem, kas dzīvo vēsākās vietās ar mazāk saules gaismas, ir zemāka eumelanīna un feomelanīna attiecība, un tāpēc viņi ir vairāk pakļauti ādas UV bojājumiem, ieskaitot vēzi.

2015. gadā Jeilas universitātes pētnieki ziņoja, ka ir atraduši veidu, kā to izdarīt UV gaisma melanīnā reaģē pelēm tādā veidā, kas dažu stundu laikā veicina vēža veidošanos. Šķiet, ka tas uzsvēra melanīna izsmalcināti "divvirzienu" raksturu. Par katru jomu, kurā tas var kalpot kā veselības līdzeklis, šķiet, ka tas rada veselības saistības kaut kur citur.

Vitamīns D, kas ir svarīgs organisma darbībā ar minerālu kalciju, ir jāpakļauj UV gaismai, lai pēc norīšanas to varētu pārveidot aktīvajā formā. Tas nozīmē, ka cilvēki, kas dzīvo ziemeļu platuma grādos, parasti ir vairāk pakļauti D vitamīna deficītam, jo viņu ķermeņi visa gada laikā vidēji saņem mazāk saules gaismas nekā cilvēki, kas atrodas tuvāk ekvatoram darīt.

Vēl viena UV gaismas un melanīna attiecību saistība ir tāda, ka tumšādaināki cilvēki neatkarīgi no tā, kur viņi dzīvo dzīviem (bet īpaši tiem, kas atrodas ļoti ziemeļu vai dienvidu vietās), jāuzrauga, vai nav problēmu ar D vitamīna līmeni, jo to lielais melanosomu blīvums, vienlaikus nodrošinot aizsardzību pret UV staru briesmām, arī izskata to nedaudzos noderīgos sekas.

Vēl nav pilnībā noskaidrotas vairākas attiecības starp UV gaismu, melanīnu un ādas uzvedību. Piemēram, ir zināms, ka UV gaismas ievadīšana ādā īsā laikā var nomākt imūno funkciju. Tas var būt vēlams, mēģinot kontrolēt iekaisuma ādas slimību uzliesmojumus ar imūno komponentu, piemēram, psoriāzi.

Neatkarīgi no tā, kāda imūnsistēmas loma melanīnam var būt organismā, vēl jānoskaidro.

Ir labi zināmi vairāki klīniski apstākļi, kas saistīti ar melanīna sintēzes un transporta traucējumiem. Tie var ietekmēt katru melanīna veidošanās un melanīna izplatīšanas procesa posmu.

Tie ietver:

Melanoblastu traucējumi. Šīs šūnas, kā jūs atceraties, ir melanocītu priekšteči. Viņiem ir paredzēts migrēt no embriju un augļa attīstības vietām uz vietām, kur viņi galu galā pildīs sev uzticētās lomas.

Tomēr dažreiz melanoblastiem neizdodas nokļūt tur, kur viņiem vajadzētu iet. Viens rezultāts ir Vaardenburgas sindroms, kurā cietušajiem cilvēkiem ir ļoti gaiša āda un priekšlaicīgi sirmi mati, jo melanoblasti nespēj apmeties šajās dzīves vietās agrāk.

Melanocītu traucējumi. Starp bēdīgākajiem no tiem ir saucamais stāvoklis vitiligo, kas ietver melanocītu autoimūnas izraisītu iznīcināšanu neviendabīgā veidā visā ādā.

Asimetriskā veidā, kādā ķermenis uzbrūk savām šūnām, ādā ir izteikti gaišas ādas plankumi, kas sajaukti ar neskartām ādas vietām.

Melanosomu traucējumi. Divi no biežākajiem traucējumiem, kas saistīti ar melanīna uzglabāšanas vietām, ir Chédiak-Higashi sindroms un Griscelli sindroms, kas abi ir saistīti ar redzamām ādas pigmentācijas problēmām, bet ietver arī ietekmi uz citām ķermeņa sistēmām.

Chédiak-Higashi sindromā, kas var izraisīt albinisms (gandrīz pilnīgs pigmentācijas trūkums ādā un acīs), tiek uzskatīts, ka gēnu mutācija atbildīgs par traucējuma melanīna sastāvdaļu arī novērš svarīgu imūnsistēmas ķīmisko vielu sintēzi.

Ar tirozināzi saistīti traucējumi. Tirozināze ir ferments vai bioloģiskais katalizatora proteīns, kas melanīna un feomelanīna sintēzē starpproduktu savienojumu, ko sauc par dihidroksifenilalanīnu, pārvērš par dopaquinone. Kad šis ferments nedarbojas pareizi vai tā nav, melanīna sintētiskais ceļš var tikt traucēts.

Piemēram, iedzimtas slimības gadījumā fenilketonūrija (PKU), cita enzīma mazspēja izraisa ievērojamu fenilalanīna uzkrāšanos, kam ir sekundāra, inhibējoša ietekme uz tirozināzi. Tas noved pie plankumainas ādas, pateicoties melanīna sintēzes samazinājumam pa straumi.