Melanins kjemi

Melanin er et mørkt, naturlig forekommende pigment som kommer i flere former og er ansvarlig for mye av hudfargen hos mennesker. Den produseres av celler som kalles melanocytter, som sitter i den dypeste delen av det ytterste hudlaget. Mye av dette melaninet finner veien inn i celler som kalles keratinocytter, som er langt flere enn melanocytter.

Etter at melanin er syntetisert, lagres det i legemer som kalles melanocytter melanosomer. Den vanligste av de forskjellige typene melanin kalles eumelanin, som betyr "god melanin." Når mye eumelanin er tilstede i større mengder, oppstår en mørkere, mer brun hudfarge, mens en lav tetthet av dette pigmentet forekommer hos mennesker med lysere hud.

Når folk viser forskjeller i hudfarge som hovedsakelig skyldes forskjeller i hudens melanininnhold, er dette ikke fordi folk er vidt forskjellige når det gjelder Nummer av melanocytter de har. I stedet for noen individuell melanocytter er langt mer aktive enn de er i andre.

Som mange stoffer i kroppen inkluderer den kjemiske sammensetningen av melanin en blanding av karbon, hydrogen, oksygen og nitrogen. De

(Av historiske grunner, a muldvarp er mengden av et stoff i gram som inneholder 6 x 10 ²³ molekyler, og er et grunnleggende mål på et molekyls størrelse.)

Melanin består av tre seksleddede ringer (seks atomer ordnet rundt et sentralt punkt) i en linje, hver med en femleddet ring plassert i en av vinklene mellom seg selv og naboen. Disse ringene med fem ledd inneholder hvert av de to nitrogenatomer i melanin, og sitter på hver sin side av molekylet.

De fire oksygenatomene i melanin er bundet til karbon på seksatomringen i hver ende, to til hver ring. Disse er dobbeltbundet, og C = O-arrangementene ligger på motsatte sider av ringen der de femleddede ringene er festet.

Hvis du ønsker å uttrykke formelen for melanin i en mer eksplisitt form uten å ty til å tegne en modell, kan du skrive den i skjemaet som brukes i det forenklede molekyl-inngangssystemet (SMILES):

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

der tallene ikke er abonnement, men referanser til atommers numeriske posisjon i individuelle ringer. Hydrogen atomer i melanin er ikke inkludert, men deres antall og posisjoner kan bestemmes ved å fylle ut eventuelle "hull" i strukturen ovenfor, med tanke på at hvert karbon danner fire bindinger.

Menneskelig hud har tre lag, som fra ytterste til innerste er overhuden, dermis og det subkutane vevslaget. Overhuden er i seg selv delt inn i flere lag, den dypeste av dem kalles stratum germinativum (noen ganger kalt stratum basale). Dette laget, som grenser til kjellermembranen som skiller epidermis fra dermis, er der melanocytter produseres.

Ved mikroskopi har melanocytter en karakteristisk uregelmessig form. I hvilken grad melanocytter produserer melanin, avhenger av i hvilken grad gen for melanin er uttrykte, eller slått på. Tenk på "genuttrykk" som å slå på en bryter på en fabrikk for å lage et bestemt produkt, i dette tilfellet et protein.

Nesten alle mennesker har rikelig med melanin "fabrikker" (melanocytter), men i hvilken grad folk bruker disse "fabrikkene" til å bruke varierer mye mellom både individer og etniske befolkninger.

Sollys utløser melaninproduksjon til en viss grad hos de fleste; dette er prosessen med kortsiktig hudmørking kjent som en "solbrunhet". Melanin produsert av lysstimulans virker til å skjerme resten av kroppen til en viss grad fra skadelig ultrafiolett (UV) stråling i sollys.

Når kroppen ikke lenger registrerer en overflod av UV-stråler i miljøet, slik det skjer om høsten og vinteren, det opplevde behovet for melaninproduksjon avtar også, og huden har en tendens til å lyse under disse årstider.

Mens melanocytter produserer melanin i tillegg til å lagre det og frigjøre det, er de langt mer utbredte epidermale celler kjent som keratinocytter avvikle som den største mottakeren av pigmentet. Bevegelsen av melanin fra melanocytter til keratinocytter lettes av de mange tentaklene (opptil 40 eller så) som strekker seg utover fra hver melanocytt.

Melanosomer dannet i melanocytter beveger seg til keratinocyttene og posisjonerer seg mellom cellemembranen og kjernen, og hjelper til med å skjerme DNA (deoksyribonukleinsyre, det "genetiske materialet" til mennesker og alle kjente livsformer) i den kjernen fra UV-strålingsskader.

Mens eumelanin er den mest utbredte typen melanin produsert av mennesker, er det langt fra den eneste vanlige typen. Den eksisterer i to andre hovedformer, pheomelanin og nevromelanin. Eumelanin og pheomelanin har mye til felles funksjonelt og kjemisk, mens neuromelanin er noe av en rogue.

Eumelanin og pheomelanin er begge laget av melanocytter i det nederste sjiktet (laget) av epidermis. Disse cellene begynner som melanoblaster i vev som er avledet fra nevralrøret under menneskelig embryonal utvikling. Syntesen av hver av disse starter med tyrosin, et molekyl nært knyttet til aminosyren fenylalanin. Tyrosinen blir snart omdannet til dopakinon, som kan følge en rekke forskjellige kjemiske veier som til slutt resulterer i melaninproduksjon.

Nevromelanin produseres i hjernen som en del av nedbrytningen av nevrotransmitteren dopamin, en annen nær kjemisk slektning av fenylalanin og tyrosin. Dette skjer i en del av hjernen som kalles substantia nigra. Neuromelanin, i motsetning til de to andre formene for humant melanin, er ikke en deltaker i bestemmelsen av hudfarge.

Melanins påstand om biologisk berømmelse er dens bidrag til hudfarge, men det utfører også en rekke beslektede og ikke-relaterte fysiologiske funksjoner. Melanin påvirker hårfargen, og den beskytter også huden og øynene mot lysskader fra solen og andre kilder til elektromagnetisk stråling.

Eumelanin er mer brunsvart i fargen, mens pheomelanin er mer gulrød. Overfargen på en persons hud bestemmes av en kombinasjon av forholdet mellom disse to typene melanin og den totale tettheten av melanosomer i individuelle celler.

Også forskjellige typer melanin dominerer i forskjellige deler av kroppen i samme person. For eksempel har leppene, som er mer rosa, høyere pheomelanin.

Hud som har lysere farge har vanligvis en tetthet på to eller tre melanosomer per klynge i melanocyttene, mens mørkere hud har mer "mobile" melanocytter ved at disse granulatene er mer tilbøyelige til å spre seg til naboene keratinocytter.

På et eller annet tidspunkt i menneskelig evolusjon bosatte forskjellige befolkningsgrupper seg enkelt fra hverandre, med noen forblir nærmere ekvator og andre våger seg mot nordlige breddegrader, mest i Europa kl først. Som en konsekvens av å være i et solrikere og varmere miljø, mistet folk nærmere ekvator mye av kroppshåret i forhold til sine mer nordlige kolleger.

Det er denne endringen i relativ hårfordeling som antas å ha ansporet differensialutviklingen av melanogenese i forskjellige populasjoner over hele verden. Mennesker som bor nærmere ekvator viser nå et høyere forhold mellom eumelanin og pheomelanin, noe som ikke bare resulterer i mørkere hud, men i større evne til å absorbere UV-stråling. Mennesker som bor i kjøligere områder med mindre sollys viser derimot et lavere forhold mellom eumelanin og pheomelanin, og er følgelig mer utsatt for UV-hudskader, inkludert kreft.

I 2015 rapporterte forskere ved Yale University at de hadde funnet en måte å gjøre det på UV-lys reagerer i melanin hos mus på en måte som fremmer kreftdannelse i løpet av noen timer. Dette så ut til å markere den utsøkt "tokantede" naturen til melanin. For hvert område der det kan tjene som en helseeffekt, ser det ut til å presentere et helseplikt et annet sted.

Vitamin D, som er viktig i kroppens håndtering av mineralet kalsium, må være utsatt for UV-lys for å konverteres til sin aktive form etter at den er inntatt. Dette betyr at mennesker som bor på nordlige breddegrader generelt er mer utsatt for vitamin D-mangel, fordi kroppene deres i gjennomsnitt får mindre sollys gjennom året enn folk nærmere ekvator gjøre.

En annen implikasjon av forholdet mellom UV-lys og melanin er imidlertid at mørkere mennesker, uansett hvor de bor (men spesielt de i svært nordlige eller sørlige steder), bør overvåkes for problemer med vitamin D-nivåer, fordi deres høye tetthet av melanosomer, samtidig som de gir beskyttelse mot farene ved UV-stråler, viser også de få fordelaktige effekter.

En rekke forhold mellom UV-lys, melanin og oppførselen til huden har ennå ikke blitt fullstendig avklart. Det er for eksempel kjent at administrering av UV-lys til huden kan undertrykke immunfunksjonen på kort sikt. Dette kan være ønskelig når du prøver å kontrollere oppblussing av inflammatoriske hudsykdommer med en immunkomponent, som psoriasis.

Uansett hvilken immunrolle melanin kan spille i kroppen, gjenstår det å bli belyst.

En rekke kliniske tilstander som involverer forstyrrelser i melaninsyntese og transport er velkjente. Disse kan påvirke hvert trinn i melanindannelsen og melanindistribusjonsprosessen.

Disse inkluderer:

Forstyrrelser av melanoblaster. Disse cellene er, som du kanskje husker, forløperne til melanocytter. De skal migrere fra dannelsesstedene sine i embryonal og fosterutvikling til stedene der de til slutt vil spille sine tildelte roller.

Noen ganger klarer melanoblaster imidlertid ikke å komme dit de skal. Ett resultat er Waardenburg syndrom, der berørte mennesker har områder med veldig lys hud og for tidlig grått hår på grunn av at melanoblaster ikke har bosatt seg i disse områdene tidligere i livet.

Forstyrrelser av melanocytter. Blant de mer beryktede av disse er tilstanden som kalles vitiligo, som involverer autoimmunmediert ødeleggelse av melanocytter på en ikke-ensartet måte gjennom huden.

På grunn av den asymmetriske måten kroppen angriper sine egne celler på, viser huden tydelige flekker av lys hud blandet med upåvirkede hudområder.

Forstyrrelser av melanosomer. To av de vanligste lidelsene som involverer lagringsplassene for melanin er Chédiak-Higashi syndrom og Griscelli syndrom, begge involverer synlige hudpigmenteringsproblemer, men inkluderer også effekter i andre kroppssystemer.

I Chédiak-Higashi syndrom, som kan produsere albinisme (en nesten total mangel på pigmentering i hud og øyne), antas det at genmutasjon ansvarlig for melaninkomponenten i forstyrrelsen forhindrer også syntesen av viktige immunsystemkjemikalier.

Forstyrrelser relatert til tyrosinase. Tyrosinase er enzymet, eller det biologiske katalysatorproteinet, som omdanner en mellomforbindelse i melanin- og feomelaninsyntese, kalt dihydroksyfenylalanin, til dopakinon. Når dette enzymet ikke fungerer ordentlig eller er fraværende, kan den melaninsyntetiske banen forstyrres.

For eksempel i arvelig sykdom fenylketonuri (PKU), fører svikt i et annet enzym til en betydelig opphopning av fenylalanin, som har sekundære, hemmende effekter på tyrosinase. Dette fører til flekkete hud takket være en "nedstrøms" reduksjon i melaninsyntese.