Chimia melaninei

Melanina este un pigment întunecat, natural, care apare în mai multe forme și este responsabil pentru o mare parte a culorii pielii la om. Este produs de celulele numite melanocite, care stau în partea cea mai adâncă a stratului exterior al pielii. O mare parte din melanină își găsește drumul în celulele numite keratinocite, care sunt mult mai numeroase decât melanocitele.

După ce melanina este sintetizată, aceasta este stocată în corpuri în melanocite numite melanozomi. Cel mai frecvent dintre diferitele tipuri de melanină se numește eumelanin, care înseamnă „melanină bună”. Când o cantitate mai mare de eumelanină este prezentă în cantități mai mari, rezultă o culoare a pielii mai închisă, mai maro, în timp ce o densitate scăzută a acestui pigment apare la persoanele cu pielea mai deschisă.

Când oamenii prezintă diferențe în culoarea pielii rezultate în principal din diferențele în conținutul de melanină al pielii, acest lucru nu se datorează faptului că oamenii diferă mult în ceea ce privește

La fel ca multe substanțe din organism, compoziția chimică a melaninei include un amestec de carbon, hidrogen, oxigen și azot. formula chimică a melaninei este c₁₈H₁₀N₂O₄, conferind melaninei o greutate moleculară sau masă molară de 318 grame pe mol (g / mol).

(Din motive istorice, a cârtiță este cantitatea unei substanțe în grame care conține 6 x 10 ²³ molecule și este o măsură de bază a dimensiunii unei molecule.)

Melanina este formată din trei inele cu șase membri (șase atomi dispuși în jurul unui punct central) într-o linie, fiecare cu un inel cu cinci membri cuibărit într-unul dintre unghiurile dintre sine și vecinul său. Aceste inele cu cinci membri conțin fiecare unul dintre cei doi atomi de azot din melanină și stau pe părțile opuse ale moleculei.

Cei patru atomi de oxigen din melanină sunt legați de carboni pe inelul cu șase atomi la fiecare capăt, doi la fiecare inel. Acestea sunt dublu legate, iar aranjamentele C = O se află pe laturile opuse ale inelului de unde sunt atașate inelele cu cinci membri.

Dacă ați dori să exprimați formula pentru melanină într-o formă mai explicită fără a recurge la desenarea unui, puteți să-l scrieți în forma utilizată în sistemul simplificat de intrare pe linie de intrare moleculară (SMILES):

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

unde numerele nu sunt indicii, ci referințe la pozițiile numerice ale atomilor din inele individuale. Hidrogen atomii din melanină nu sunt incluși, dar numărul și pozițiile lor pot fi determinate prin completarea oricăror „goluri” din structura de mai sus, ținând cont de faptul că fiecare carbon formează patru legături.

Uman piele are trei straturi, care de la exterior la interior sunt epiderma, derma și stratul de țesut subcutanat. Epiderma este ea însăși împărțită în numeroase straturi, dintre care cel mai adânc se numește strat germinativum (numit uneori strat bazal). Acest strat, care se învecinează cu membrana bazală care separă epiderma de derm, este locul în care se produc melanocite.

La microscopie, melanocitele au o formă neregulată caracteristică. Măsura în care melanocitele produc melanină depinde de măsura în care genă căci melanina este exprimat, sau pornit. Gândiți-vă la „expresia genică” ca la pornirea unui comutator la o fabrică pentru a produce un anumit produs, în acest caz o proteină.

Aproape toate ființele umane au destule melanină „fabrici” (melanocite), dar măsura în care oamenii folosesc aceste „fabrici” variază foarte mult între indivizi și populații etnice.

Lumina soarelui declanșează producția de melanină într-o oarecare măsură la majoritatea oamenilor; acesta este procesul de întunecare a pielii pe termen scurt, cunoscut sub numele de „bronz”. Melanina produsă de stimulul luminos acționează pentru a proteja restul corpului într-o oarecare măsură de radiații ultraviolete nocive (UV) în lumina soarelui.

Când corpul nu mai simte o abundență de raze UV ​​în mediu, așa cum se întâmplă în toamnă și iarnă, nevoia percepută de producere a melaninei scade, de asemenea, iar pielea tinde să se lumineze în timpul acestora anotimpuri.

De asemenea, în timp ce melanocitele produc melanină și o păstrează și o eliberează, celulele epidermice mult mai răspândite cunoscute sub numele de keratinocite terminați ca cel mai mare beneficiar al pigmentului. Mișcarea melaninei de la melanocite la keratinocite este facilitată de numeroasele tentacule (până la aproximativ 40) care se extind spre fiecare melanocit.

Melanozomii formați în melanocite se deplasează către keratinocite și se poziționează între membrana celulară și nucleu, ajutând la protejarea ADN (acidul dezoxiribonucleic, „materialul genetic” al oamenilor și al tuturor formelor de viață cunoscute) din acel nucleu din cauza deteriorării radiațiilor UV.

În timp ce eumelanina este cel mai abundent tip de melanină produsă de oameni, este departe de a fi singurul tip comun. Există în alte două forme principale, feomelanină și neuromelanină. Eumelanina și feomelanina au multe lucruri în comun din punct de vedere funcțional și chimic, în timp ce neuromelanina este ceva asemănător.

Eumelanina și feomelanina sunt produse de melanocite în cel mai mic strat (strat) al epidermei. Aceste celule încep ca. melanoblaste în țesutul care este derivat din tubul neural în timpul dezvoltării embrionare umane. Sinteza fiecăruia dintre acestea începe cu tirozina, o moleculă strâns legată de aminoacidul fenilalanină. Tirosina este transformată în curând în dopaquinonă, care poate urma o serie de căi chimice diferite care duc în cele din urmă la producerea de melanină.

Neuromelanina este produsă în creier ca parte a descompunerii neurotransmițătorului dopamina, o altă rudă chimică apropiată a fenilalaninei și tirozinei. Acest lucru se întâmplă într-o parte a creierului numită substantia nigra. Neuromelanina, spre deosebire de celelalte două forme de melanină umană, nu participă la determinarea culorii pielii.

Revendicarea melaninei faimei biologice este contribuția sa la culoarea pielii, dar îndeplinește și o serie de funcții fiziologice conexe și fără legătură. Melanina influențează culoarea părului și protejează, de asemenea, pielea și ochii de daunele luminoase cauzate de soare și de alte surse de radiații electromagnetice.

Eumelanina are o culoare mai maro-neagră, în timp ce feomelanina este mai roșu-gălbuie. Culoarea excesivă a pielii unei persoane este determinată de o combinație a raportului dintre aceste două tipuri de melanină și densitatea totală a melanozomilor din celulele individuale.

De asemenea, diferite tipuri de melanină predomină în diferite părți ale corpului la același individ. De exemplu, buzele, care sunt mai roz, sunt mai înalte în feomelanină.

Pielea care are o culoare mai deschisă are de obicei o densitate de doi sau trei melanozomi pe grup în interiorul melanocitelor, întrucât pielea mai închisă are mai multe melanocite „mobile” prin faptul că aceste granule sunt mai înclinate să se răspândească în vecinătate keratinocite.

La un moment dat în evoluția umană, diferite populații de indivizi s-au stabilit departe unul de altul, cu unele rămânând mai aproape de ecuator și altele se aventurează spre latitudini nordice, mai ales în Europa la primul. Ca o consecință a faptului că se află într-un mediu mai însorit și mai fierbinte, oamenii mai apropiați de ecuator și-au pierdut o mare parte din părul corpului în raport cu omologii lor mai nordici.

Se crede că această schimbare în distribuția relativă a părului a stimulat dezvoltarea diferențială a melanogenezei la diferite populații din întreaga lume. Oamenii care trăiesc mai aproape de ecuator demonstrează acum un raport mai mare între eumelanină și feomelanină, rezultând nu numai în pielea mai închisă, ci într-o capacitate mai mare de a absorbi radiațiile UV. Pe de altă parte, persoanele care trăiesc în zone mai reci, cu mai puțină lumină solară, prezintă un raport mai scăzut dintre eumelanină și feomelanină și, în consecință, sunt mai susceptibile la deteriorarea UV a pielii, inclusiv la cancer.

În 2015, cercetătorii de la Universitatea Yale au raportat că au găsit o modalitate prin care Lumina UV reacționează în melanină la șoareci într-un mod care promovează formarea cancerului în câteva ore. Acest lucru părea să evidențieze natura deosebit de „cu două tăișuri” a melaninei. Pentru fiecare domeniu în care poate servi drept activ de sănătate, pare să prezinte o obligație de sănătate în altă parte.

Vitamina D, care este important în manipularea calciului mineral de către organism, trebuie să fie supus luminii UV pentru a fi transformat în forma sa activă după ce este ingerat. Aceasta înseamnă că oamenii care trăiesc la latitudini nordice sunt, în general, mai susceptibili la deficiența de vitamina D, deoarece corpurile lor primesc în medie mai puțină lumină solară pe tot parcursul anului decât oamenii mai apropiați de ecuator do.

O altă implicație a relației dintre lumina ultravioletă și melanină este însă faptul că persoanele cu pielea mai închisă la culoare, indiferent unde se află vii (dar mai ales cele din locații foarte nordice sau sudice), ar trebui să fie monitorizate pentru probleme cu nivelul de vitamina D, deoarece densitatea lor ridicată de melanozomi, în timp ce conferă protecție împotriva pericolelor razelor UV, protejează, de asemenea, puținele lor benefice efecte.

O serie de relații între lumina UV, melanină și comportamentul pielii nu au fost încă complet clarificate. Se știe, de exemplu, că administrarea de lumină UV pe piele poate suprima funcția imună pe termen scurt. Acest lucru poate fi de dorit atunci când se încearcă controlul apariției afecțiunilor inflamatorii ale pielii cu o componentă imună, cum ar fi psoriazisul.

Orice rol imunitar ar putea juca melanina în organism rămâne de clarificat.

O serie de afecțiuni clinice care implică tulburări în sinteza și transportul melaninei sunt bine cunoscute. Acestea pot afecta fiecare etapă a procesului de formare și distribuție a melaninei.

Acestea includ:

Tulburări ale melanoblastelor. Aceste celule, după cum vă amintiți, sunt precursorii melanocitelor. Se presupune că migrează de la locurile lor de formare în dezvoltarea embrionară și fetală în locurile în care vor juca în cele din urmă rolurile lor atribuite.

Cu toate acestea, uneori melanoblastii nu reușesc să ajungă acolo unde ar trebui să meargă. Un rezultat este Sindromul Waardenburg, în care persoanele afectate au zone cu piele foarte deschisă și părul prematur cenușiu din cauza eșecului melanoblastelor de a-și stabili reședința în aceste zone mai devreme în viață.

Tulburări ale melanocitelor. Printre cele mai notorii dintre acestea se numără afecțiunea numită vitiligo, care implică distrugerea autoimună a melanocitelor într-un mod neuniform în întreaga piele.

Datorită modului asimetric în care corpul își atacă propriile celule, pielea prezintă pete distincte de piele ușoară amestecate cu zone neafectate ale pielii.

Tulburări ale melanosomilor. Două dintre cele mai frecvente tulburări care implică locurile de stocare a melaninei sunt Sindromul Chédiak-Higashi și Sindromul Griscelli, ambele implicând probleme vizibile de pigmentare a pielii, dar includ și efecte și în alte sisteme ale corpului.

În sindromul Chédiak-Higashi, care poate produce albinism (o lipsă aproape totală de pigmentare în piele și ochi), se crede că mutația genică responsabil pentru componenta melanină a tulburării previne și sinteza substanțelor chimice importante ale sistemului imunitar.

Tulburări legate de tirozinază. Tirosinaza este enzima sau proteina catalizatoare biologică, care transformă un compus intermediar în sinteza melaninei și feomelaninei, numită dihidroxifenilalanină, în dopaquinonă. Atunci când această enzimă nu funcționează corect sau este absentă, calea sintetică a melaninei poate fi întreruptă.

De exemplu, în boala ereditară fenilcetonurie (PKU), eșecul unei enzime diferite duce la o acumulare semnificativă de fenilalanină, care are efecte secundare, inhibitoare asupra tirozinazei. Acest lucru duce la o piele neuniformă datorită unei scăderi „în aval” a sintezei melaninei.