A Química da Melanina

A melanina é um pigmento natural escuro que vem em várias formas e é responsável por grande parte da cor da pele em humanos. É produzido por células chamadas melanócitos, que se situam na parte mais profunda da camada mais externa da pele. Grande parte dessa melanina encontra seu caminho para as células chamadas queratinócitos, que são muito mais numerosos do que os melanócitos.

Depois que a melanina é sintetizada, ela é armazenada em corpos dentro dos melanócitos chamados melanossomas. O mais comum dos vários tipos de melanina é chamado eumelanina, que significa "boa melanina". Quando muita eumelanina está presente em quantidades maiores, o resultado é uma cor de pele mais escura e mais marrom, ao passo que uma baixa densidade desse pigmento ocorre em pessoas com pele mais clara.

Quando as pessoas mostram diferenças na cor da pele resultantes principalmente de diferenças no teor de melanina da pele, não é porque as pessoas diferem amplamente em termos de número de melanócitos que eles têm. Em vez disso, algumas pessoas Individual os melanócitos são muito mais ativos do que em outros.

Como muitas substâncias no corpo, a composição química da melanina inclui uma mistura de carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio. O fórmula química da melanina é C₁₈H₁₀N₂O₄, dando à melanina um peso molecular, ou massa molar, de 318 gramas por mole (g / mol).

(Por razões históricas, um toupeira é a quantidade de uma substância em gramas que contém 6 x 10 ²³ moléculas e é uma medida básica do tamanho de uma molécula.)

A melanina consiste em três anéis de seis membros (seis átomos dispostos em torno de um ponto central) em uma linha, cada um com um anel de cinco membros aninhado em um dos ângulos entre ele e seu vizinho. Cada um desses anéis de cinco membros contém um dos dois átomos de nitrogênio da melanina e fica em lados opostos da molécula.

Os quatro átomos de oxigênio na melanina estão ligados a carbonos no anel de seis átomos em cada extremidade, dois em cada anel. Eles são duplamente ligados e os arranjos C = O ficam em lados opostos do anel de onde os anéis de cinco membros são fixados.

Se você deseja expressar a fórmula da melanina de uma forma mais explícita, sem recorrer ao desenho de um modelo, você pode escrevê-lo na forma usada no Sistema de entrada de linha de entrada molecular simplificado (SMILES):

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

onde os números não são subscritos, mas referências às posições numéricas dos átomos dentro de anéis individuais. Hidrogênio átomos na melanina não estão incluídos, mas seu número e posições podem ser determinados preenchendo quaisquer "lacunas" na estrutura acima, tendo em mente que cada carbono forma quatro ligações.

Humano pele tem três camadas, que da mais externa para a mais interna são a epiderme, a derme e a camada de tecido subcutâneo. A própria epiderme é dividida em várias camadas, a mais profunda das quais é chamada de Stratum germinativum (às vezes chamado de estrato basal). Essa camada, que se junta à membrana basal que separa a epiderme da derme, é onde os melanócitos são produzidos.

Na microscopia, os melanócitos têm uma forma irregular característica. A extensão em que os melanócitos produzem melanina depende da extensão em que o gene para melanina é expresso, ou ligado. Pense na "expressão gênica" como ligar um botão em uma fábrica para fazer um produto específico, neste caso uma proteína.

Quase todos os seres humanos têm abundância de melanina "fábricas" (melanócitos), mas a extensão em que as pessoas colocam essas "fábricas" em uso varia amplamente entre indivíduos e populações étnicas.

A luz solar ativa a produção de melanina até certo ponto na maioria das pessoas; este é o processo de escurecimento da pele a curto prazo conhecido como "bronzeado". A melanina produzida pelo estímulo luminoso atua protegendo o resto do corpo até certo ponto contra radiação ultravioleta (UV) prejudicial na luz do sol.

Quando o corpo não sente mais uma abundância de raios ultravioleta no ambiente, como ocorre no outono e inverno, a necessidade percebida de produção de melanina diminui também e a pele tende a clarear durante esses temporadas.

Além disso, enquanto os melanócitos fabricam melanina, bem como a armazenam e liberam, as células epidérmicas mais prevalentes conhecidas como queratinócitos acabará como o maior receptor do pigmento. O movimento da melanina dos melanócitos para os queratinócitos é facilitado pelos muitos tentáculos (até 40 ou mais) que se estendem para fora de cada melanócito.

Os melanossomas formados nos melanócitos viajam para os queratinócitos e se posicionam entre a membrana celular e o núcleo, ajudando a proteger o DNA (ácido desoxirribonucléico, o "material genético" dos humanos e todas as formas de vida conhecidas) dentro desse núcleo devido aos danos da radiação UV.

Embora a eumelanina seja o tipo mais abundante de melanina produzida por humanos, está longe de ser o único tipo comum. Ele existe em duas outras formas principais, feomelanina e neuromelanina. A eumelanina e a feomelanina têm muito em comum funcional e quimicamente, enquanto a neuromelanina é uma espécie de velhaco.

A eumelanina e a feomelanina são produzidas por melanócitos no estrato (camada) inferior da epiderme. Essas células começam como melanoblastos em tecido que é derivado do tubo neural durante o desenvolvimento embrionário humano. A síntese de cada um deles começa com a tirosina, uma molécula intimamente relacionada ao aminoácido fenilalanina. A tirosina é logo convertida em dopaquinona, que pode seguir várias vias químicas diferentes que acabam resultando na produção de melanina.

A neuromelanina é produzida no cérebro como parte da decomposição do neurotransmissor dopamina, outro parente químico próximo da fenilalanina e da tirosina. Isso ocorre em uma parte do cérebro chamada de substantia nigra. A neuromelanina, ao contrário das outras duas formas de melanina humana, não participa da determinação da cor da pele.

A reivindicação da melanina à fama biológica é sua contribuição para a cor da pele, mas ela também desempenha uma série de funções fisiológicas relacionadas e não relacionadas. A melanina influencia a cor do cabelo e também protege a pele e os olhos dos danos causados ​​pela luz do sol e de outras fontes de radiação eletromagnética.

A eumelanina é mais preta acastanhada, enquanto a feomelanina é mais vermelha amarelada. A sobrecolor da pele de uma pessoa é determinada por uma combinação da proporção desses dois tipos de melanina e a densidade geral dos melanossomas nas células individuais.

Além disso, diferentes tipos de melanina predominam em diferentes partes do corpo no mesmo indivíduo. Por exemplo, os lábios, que são mais rosados, têm mais feomelanina.

A pele que é de cor mais clara normalmente tem uma densidade de dois ou três melanossomas por cluster dentro dos melanócitos, enquanto pele mais escura apresenta melanócitos mais "móveis", pois esses grânulos são mais propensos a se espalhar para os vizinhos queratinócitos.

Em algum ponto da evolução humana, diferentes populações de indivíduos se estabeleceram longe umas das outras, com alguns permanecendo mais perto do equador e outros se aventurando em direção às latitudes do norte, principalmente na Europa em primeiro. Como consequência de estarem em um ambiente mais ensolarado e quente, as pessoas mais próximas ao equador perderam muitos dos pelos corporais em relação às pessoas que vivem mais ao norte.

É esta mudança na distribuição relativa do cabelo que se acredita ter estimulado o desenvolvimento diferencial da melanogênese em diferentes populações em todo o mundo. Pessoas que vivem perto do equador agora demonstram uma proporção maior de eumelanina para feomelanina, resultando não apenas em pele mais escura, mas em uma maior capacidade de absorver a radiação ultravioleta. Pessoas que vivem em áreas mais frias e com menos luz solar, por outro lado, apresentam uma proporção mais baixa de eumelanina para feomelanina e, conseqüentemente, são mais suscetíveis a danos ultravioleta na pele, incluindo câncer.

Em 2015, pesquisadores da Universidade de Yale relataram que encontraram uma maneira de A luz ultravioleta reage na melanina em camundongos de uma maneira que promove a formação de câncer em questão de horas. Isso parecia destacar a natureza primorosamente "de dois gumes" da melanina. Para cada área em que pode servir como um ativo para a saúde, parece apresentar um risco para a saúde em outro lugar.

Vitamina D, que é importante no manuseio do mineral cálcio pelo corpo, deve ser submetido à luz ultravioleta para ser convertido em sua forma ativa após ser ingerido. Isso significa que as pessoas que vivem nas latitudes do norte geralmente são mais suscetíveis à deficiência de vitamina D, porque seus corpos recebem, em média, menos luz solar ao longo do ano do que as pessoas mais próximas do equador Faz.

Outra implicação da relação entre a luz ultravioleta e a melanina, no entanto, é que as pessoas de pele mais escura, não importa onde vivos (mas especialmente aqueles em locais muito ao norte ou ao sul), devem ser monitorados para problemas com os níveis de vitamina D, porque sua alta densidade de melanossomos, ao mesmo tempo que confere proteção contra os perigos dos raios ultravioleta, também protege seus poucos benefícios efeitos.

Várias relações entre a luz ultravioleta, a melanina e o comportamento da pele ainda precisam ser totalmente esclarecidas. Sabe-se, por exemplo, que a administração de luz ultravioleta na pele pode suprimir a função imunológica a curto prazo. Isso pode ser desejável ao tentar controlar surtos de doenças inflamatórias da pele com um componente imunológico, como a psoríase.

Qualquer papel imunológico que a melanina possa desempenhar no corpo ainda precisa ser elucidado.

Uma série de condições clínicas envolvendo distúrbios na síntese e transporte da melanina são bem conhecidas. Isso pode afetar todas as etapas do processo de formação e distribuição da melanina.

Esses incluem:

Desordens de melanoblastos. Essas células, como você deve se lembrar, são as precursoras dos melanócitos. Eles devem migrar de seus locais de formação no desenvolvimento embrionário e fetal para os locais onde, em última instância, desempenharão seus papéis atribuídos.

No entanto, às vezes os melanoblastos não conseguem chegar onde deveriam ir. Um resultado é Síndrome de Waardenburg, em que as pessoas afetadas têm áreas de pele muito clara e cabelos grisalhos prematuramente devido à falha dos melanoblastos em fixar residência nessas áreas no início da vida.

Desordens de melanócitos. Entre as mais notórias delas está a condição chamada vitiligo, que envolve a destruição autoimune mediada dos melanócitos de forma não uniforme em toda a pele.

Devido à forma assimétrica como o corpo ataca suas próprias células, a pele mostra manchas distintas de pele clara mescladas com áreas não afetadas da pele.

Desordens de melanossomas. Dois dos distúrbios mais comuns que envolvem os locais de armazenamento de melanina são Síndrome de Chédiak-Higashi e Síndrome de Griscelli, ambos envolvem problemas de pigmentação da pele visíveis, mas também incluem efeitos em outros sistemas do corpo.

Na síndrome de Chédiak-Higashi, que pode produzir albinismo (uma falta quase total de pigmentação na pele e nos olhos), acredita-se que o Mutação de Gene responsável pelo componente melanina do distúrbio também impede a síntese de importantes substâncias químicas do sistema imunológico.

Transtornos relacionados à tirosinase. A tirosinase é a enzima, ou proteína catalisadora biológica, que converte um composto intermediário na síntese de melanina e feomelanina, denominado diidroxifenilalanina, em dopaquinona. Quando essa enzima deixa de funcionar corretamente ou está ausente, a via de síntese da melanina pode ser interrompida.

Por exemplo, na doença hereditária fenilcetonúria (PKU), a falha de uma enzima diferente leva a um acúmulo significativo de fenilalanina, que tem efeitos inibitórios secundários sobre a tirosinase. Isso leva a uma pele irregular, graças a uma diminuição "a jusante" da síntese de melanina.