Меланин - это название биологического пигмента, который определяет общий цвет кожи и волос человека. Формы меланина ответственны за окраску всего животного мира; например, окраска крыльев у птиц вызывается меланином. Кроме того, клетки, вырабатывающие меланин, называемые меланоцитами, могут увеличивать или уменьшать уровень меланина. производство в ответ на изменения внешней среды (например, увеличение или уменьшение солнечного экспозиция).
Хотя меланин по-прежнему известен главным образом своей ролью в физиологии, исследователи начали исследовать вещества и его производных, чтобы определить, может ли меланин найти применение в различных отрасли.
Синтез меланина
Меланин вырабатывается клетками меланоцитов в эпидермисе или самом внешнем слое кожи (более толстый и прочный слой под ним называется дермой). Эти меланоциты лежат в самом нижнем слое эпидермиса, называемом базальным слоем или «базальным слоем». Меланин бывает нескольких подтипов, наиболее распространенным из которых является эумеланин, и второстепенный тип, известный как феомеланин.
Меланин - это химическое вещество с довольно низкой молекулярной массой (318,3 г / моль, что в два раза меньше, чем у глюкозы). Его молекулярная формула - C18ЧАС10N2О4. У людей с более темной кожей меланоцитов не больше, чем у людей со светлой кожей; вместо этого у людей с более темной кожей включается более высокая доля генов в меланоцитах, ответственных за выработку меланина. Это означает, что у темнокожих людей на клетку вырабатывается намного больше меланина, а не то, что у темнокожих людей больше клеток, дающих такой же уровень выработки. Это имеет важное значение для эволюционной антропологии, поскольку предполагает, что светлокожие европейцы сегодня разделяют глубокую родословную с людьми Африки, чья кожа сегодня остается темнее из-за различных экологических условия. Многие люди из Северо-Западной Европы потеряли способность загорать, потому что цепочка ДНК, которая у них кодирует дополнительный меланин, существует, но больше не может быть активирована. Способность таких людей переносить ультрафиолетовый (УФ) свет в целом резко снижена.
При микроскопическом исследовании эумеланин выглядит коричневым с мелкими зернами. Вещество не рассеивает свет в значительной степени, как можно было бы ожидать от чего-то, что кажется темным. Отдельные гранулы меланина имеют максимальный диаметр около 800 нанометров или чуть меньше одной миллионной метра (что эквивалентно одной тысячной миллиметра). Это отличает меланин от некоторых общих метаболитов пигментов в крови, которых, как правило, больше. и больше рассеивают свет, и имеют зеленый, желтый или красно-коричневый цвет в отличие от простого коричневого цвета меланин.
Функция меланина
Цель Меланина не имеет ничего общего с человеческим тщеславием и имеет отношение только к защите организма. Ультрафиолетовое излучение солнца является хорошо известным канцерогеном и при достаточно высоком воздействии может привести к ряду родственных типов меланомы, которые являются злокачественными новообразованиями кожи. Меланомы могут быть фатальными; из примерно 54 000 американцев, у которых ежегодно диагностируется меланома, около 8 000 умирают от нее. Риск злокачественной меланомы среди людей европейского происхождения в 10 раз выше, чем у афроамериканцев.
У некоторых людей и животных в организме вообще очень мало меланина. Это состояние, известное как альбинизм, приводит к тому, что люди, страдающие этим заболеванием, становятся более уязвимыми к ультрафиолетовому излучению.
Меланин и пигментация кожи
Когда меланин вырабатывается в меланоцитах, этот пигмент упаковывается в гранулы, подобно тому, как зеленый пигмент хлорофилл упаковывается в специальные внутриклеточные «контейнеры» у растений. При воздействии ультрафиолетового света, общий уровень которого увеличивается в большинстве частей мира в определенное время года, а в определенное время года снижается. другие, меланоциты производят все больше и больше гранул, позволяя коже людей адаптироваться в течение лета и приобретать «загар». В виде Однако отмечалось, что у некоторых людей эта способность генетически ограничена, а в некоторых случаях почти отсутствует, в то время как у других людей она существенно ограничена. лишнее. Вы, несомненно, видели людей, которые, как известно, склонны к солнечным ожогам, и, возможно, вы сами являетесь одним из них: людей, которых описывают как «светлокожих», у которых часто есть веснушки и рыжий оттенок волос. Такие люди, как группа, имеют наименее эффективную защиту от УФ-излучения, и им рекомендуются специальные настойчивое требование избегать выхода на солнце без солнцезащитного крема, который может отфильтровать вредное ультрафиолетовое излучение до значительного степень.
Пигментация кожи и эволюция человека
В то время как слишком мало меланина в коже может подвергать людей более высокому риску солнечных ожогов и кожи. злокачественные новообразования, люди с необычно высоким уровнем меланина в организме могут быть предрасположены к витамину D дефицит. Это связано с тем, что основным источником этого витамина в организме является естественный предшественник витамина D, который превращается в активную форму витамина под действием солнечного света. Поскольку более темные поверхности имеют тенденцию отражать, а не поглощать УФ-излучение, люди с более темной кожей поглощают меньшую часть УФ-излучения, которому они подвергаются, чем другие. В некотором смысле это представляет собой один из бесчисленных эволюционных компромиссов, демонстрируемых в мире живых существ.
Когда потомки современных людей впервые вышли на открытые пространства из-под деревьев, чтобы охотиться и искать воду, они подверглись большему воздействию солнечного света. Очевидно, что при этом они должны были выдерживать не только больше света, но и дополнительное тепло, которое с ним связано. Чтобы сохранять прохладу в условиях длительного пребывания на солнце, это означало, что вы могли более обильно и эффективно потеть. Чтобы покрыть кожу более высокой плотностью потовых желез, нужно было что-то еще, и этим «чем-то» были волосы. Очевидно, что у людей все еще есть волосы на руках, ногах и туловищах (у некоторых значительно больше, чем у других), но по сравнению с другими обезьянами, люди потеряли практически все волосы на теле. В результате кожа древних людей, недавно способная потоотделить, осталась более восприимчивой к повреждениям от солнца. Это, в свою очередь, стимулировало увеличение отложений гранул меланина, наблюдаемое сейчас в тропических широтах.
Дефицит витамина D упоминается как нежелательное последствие слишком большого количества меланина в коже. Витамин D необходим кишечнику для наиболее эффективного усвоения кальция и фосфора. Оба они необходимы для правильного роста и поддержания костей. Хотя некоторое количество витамина D может быть получено из пищевых источников, таких как яичные желтки и определенная рыба, 90 процентов синтезируется в коже из производных холестерина. Поэтому витамин D необходим не только для целостности скелета, он также может быть полезен для предотвращения некоторых форм рака.
Другое использование меланина
В 2017 году группа ученых из Калифорнийского университета в Сан-Диего получила грант в размере 7,5 миллионов долларов на изучение потенциального использования меланина, о котором предполагалось, но формально никогда не применялось. Ученые, участвовавшие в проекте, надеялись изучить последовательность реакций, участвующих в синтезе меланина, на более глубоком уровне, чем это проводилось ранее, и узнать больше о различных типах меланина в надежде продолжить синтез родственных химических веществ с некоторыми из известных защитных свойств меланин имеет. Способность предлагать небиологическим материалам некоторые из тех же основных средств защиты от солнечных лучей, которые меланин дает живым существам. очевидно, будет активом в различных отраслях промышленности, поскольку солнечное повреждение краски и различных услуг является почти универсальным беспокойство.