Melanine is de naam van het biologische pigment dat de algemene kleur van huid en haar bij mensen bepaalt. Vormen van melanine zijn verantwoordelijk voor de kleuring in de hele dierenwereld; bijvoorbeeld vleugelkleuring bij vogels wordt geproduceerd door melanine. Bovendien kunnen de cellen die melanine produceren, melanocyten genaamd, hun melaninespiegels verhogen of verlagen productie als reactie op veranderingen in de externe omgeving (bijvoorbeeld een toename of afname van de zon) blootstelling).
Hoewel melanine nog steeds vooral bekend staat om zijn rol in de fysiologie, zijn onderzoekers begonnen met het onderzoeken van de stof en zijn derivaten om te bepalen of melanine in verschillende industrieën.
Melanine synthese
Melanine wordt geproduceerd door melanocytcellen in de epidermis, of de buitenste laag van de huid (de dikkere, hardere laag eronder wordt de dermis genoemd). Deze melanocyten liggen in de onderste laag van de epidermis, de stratum basale of "basale laag" genoemd. Melanine is er in verschillende subtypes, de meest voorkomende is eumelanine en een secundair type dat bekend staat als: pheomelanine.
Melanine is een chemische stof met een vrij lage molecuulmassa (318,3 g/mol, minder dan tweemaal die van glucose). De molecuulformule is C18H10nee2O4. Mensen met een donkere huid hebben eigenlijk niet meer melanocyten dan mensen met een lichtere huid; in plaats daarvan wordt bij mensen met een donkerdere huid een grotere fractie van de genen in melanocyten die verantwoordelijk zijn voor de melanineproductie ingeschakeld. Dit betekent dat bij mensen met een donkere huidskleur veel meer melanine per cel wordt geproduceerd, niet dat mensen met een donkere huidskleur meer cellen hebben die hetzelfde outputniveau opleveren. Dit heeft belangrijke implicaties in de evolutionaire antropologie, omdat het suggereert dat Europese mensen met een lichtere huidskleur deel vandaag een diepe voorouders met mensen in Afrika wiens huid vandaag donkerder blijft dankzij verschillende omgevingsfactoren voorwaarden. Veel mensen uit Noordwest-Europa hebben het vermogen verloren om bruin te worden omdat de DNA-streng die ze hebben die codeert voor extra melanine, bestaat maar niet langer kan worden geactiveerd. Het vermogen van dergelijke mensen om ultraviolet (UV) licht in het algemeen te verdragen, is sterk verminderd.
Bij microscopisch onderzoek ziet eumelanine er bruin uit, met een fijnkorrelig uiterlijk. De stof verstrooit het licht niet noemenswaardig, zoals je zou verwachten van iets dat donker lijkt. De individuele melaninekorrels hebben een maximale diameter van ongeveer 800 nanometer, of iets minder dan een miljoenste van een meter (equivalent, een duizendste van een millimeter). Dit onderscheidt melanine van enkele veel voorkomende metabolieten van pigmenten in het bloed, die meestal groter zijn en verstrooien meer licht, en zijn groen, geel of roodbruin van kleur in tegenstelling tot het effen bruin van melanine.
De functie van melanine
Het doel van melanine heeft niets te maken met menselijke ijdelheid en alles met het beschermen van het organisme. UV-straling van de zon is een bekende kankerverwekkende stof en kan bij een blootstelling die hoog genoeg is, leiden tot een aantal verwante soorten melanoom, die maligniteiten van de huid zijn. Melanomen kunnen dodelijk zijn; van de ongeveer 54.000 Amerikanen die jaarlijks met een melanoom worden gediagnosticeerd, sterven er ongeveer 8.000 aan. Het risico op maligne melanoom bij mensen van Europese afkomst is 10 keer zo groot als bij Afro-Amerikanen.
Sommige mensen en dieren hebben heel weinig melanine in hun lichaam. Deze aandoening staat bekend als albinisme en leidt ertoe dat getroffen personen kwetsbaarder zijn voor UV-schade door de zon.
Melanine en huidpigmentatie
Wanneer melanine wordt geproduceerd in melanocyten, wordt dit pigment verpakt in korrels, vergelijkbaar met de manier waarop het groene pigment chlorofyl wordt verpakt in gespecialiseerde intracellulaire "containers" in planten. Wanneer gestimuleerd door UV-licht, waarvan het totale niveau in bepaalde delen van de wereld in bepaalde periodes van het jaar toeneemt, terwijl het afneemt in andere produceren melanocyten meer en grotere korrels, waardoor de huid van mensen zich in de loop van de zomer kan aanpassen en "bruin" kan worden. Net zo opgemerkt, echter, bij sommige mensen is dit vermogen genetisch beperkt en in sommige gevallen bijna afwezig, terwijl het bij andere mensen in wezen is overbodig. U hebt ongetwijfeld mensen gezien die bekend staan om zonnebrand, en misschien bent u er zelf een: mensen die worden beschreven als "lichte huid" en die vaak sproeten hebben met een rode haartint. Dergelijke individuen als groep hebben de minst effectieve afweer tegen UV-straling en worden geadviseerd met speciale aandringen om niet in de zon te gaan zonder zonnebrandcrème, die schadelijke UV-straling kan filteren tot een significante omvang.
Huidpigmentatie en menselijke evolutie
Terwijl te weinig melanine in de huid individuen kan blootstellen aan een hoger risico op zonnebrand en huid maligniteiten, mensen met ongewoon hoge niveaus van melanine in het lichaam kunnen vatbaar zijn voor vitamine D tekort. Dit komt omdat de belangrijkste bron van deze vitamine in het lichaam eigenlijk een natuurlijke vitamine D-precursor is die onder invloed van zonlicht wordt omgezet in de actieve vorm van de vitamine. Omdat donkere oppervlakken de neiging hebben om UV-straling te reflecteren in plaats van te absorberen, absorberen mensen met een donkere huid een kleinere fractie van de UV-straling waaraan ze worden blootgesteld dan anderen. In zekere zin vertegenwoordigt dit een van de talloze evolutionaire compromissen die te zien zijn in de wereld van levende wezens.
Toen de afstammelingen van de moderne mens voor het eerst naar open ruimtes trokken van onder de dekking van bomen om te jagen en water te zoeken, stelden ze zichzelf bloot aan meer zonlicht. Daarbij moesten ze natuurlijk niet alleen meer licht kunnen verdragen, maar ook de extra warmte die ermee gepaard ging. Om koel te blijven in de context van een grotere blootstelling aan de zon, betekende dit dat je meer en effectiever kunt zweten. Om de huid te besprenkelen met een hogere dichtheid van zweetklieren, moest er iets anders weg, en dat "iets" was haar. Mensen hebben duidelijk nog steeds haar op hun armen, benen en romp (sommige aanzienlijk meer dan andere), maar vergeleken met andere apen hebben mensen vrijwel al hun lichaamshaar verloren. Als gevolg hiervan werd de nieuwe zweetgevoelige huid van de vroege mens vatbaarder voor schade door de zon. Dit heeft op zijn beurt geleid tot de toename van melaninekorrelafzettingen die nu worden waargenomen op tropische breedtegraden.
Vitamine D-tekort is genoemd als een ongewenst gevolg van te veel melanine in de huid. Vitamine D is nodig voor de darmen om de elementen calcium en fosfor zo efficiënt mogelijk op te nemen. Beide zijn nodig voor de goede groei en het onderhoud van botten. Hoewel sommige vitamine D kan worden verkregen uit voedingsbronnen zoals eidooiers en bepaalde vissen, wordt 90 procent in de huid gesynthetiseerd uit cholesterolderivaten. Vitamine D is daarom niet alleen nodig voor de integriteit van het skelet, het kan ook helpen bij het voorkomen van sommige vormen van kanker.
Ander gebruik van melanine
In 2017 ontving een groep wetenschappers van de Universiteit van Californië in San Diego een subsidie van $ 7,5 miljoen om mogelijke toepassingen van melanine te bestuderen waarover is getheoretiseerd, maar nooit formeel is nagestreefd. De wetenschappers die bij het project betrokken waren, hoopten de volgorde van reacties die betrokken zijn bij de melaninesynthese op een dieper niveau te leren dan eerder was nagestreefd, en om meer te begrijpen over de verschillende soorten melanine zelf in de hoop de synthese van verwante chemicaliën na te streven met enkele van de bekende beschermende eigenschappen melanine heeft. Het vermogen om niet-biologische materialen een aantal van dezelfde basisbeschermingen te bieden tegen schade door de zon die melanine levende wezens geeft zou duidelijk een aanwinst zijn in verschillende soorten industrieën, aangezien schade door de zon aan verf en verschillende diensten bijna universeel is bezorgdheid.