Aký je účel melanínu?

Melanín je názov biologického pigmentu, ktorý určuje všeobecnú farbu pokožky a vlasov u ľudí. Formy melanínu sú zodpovedné za sfarbenie v celom svete zvierat; napríklad sfarbenie krídel u vtákov produkuje melanín. Okrem toho môžu bunky, ktoré produkujú melanín, nazývané melanocyty, zvyšovať alebo znižovať svoje hladiny melanínu výroba v reakcii na zmeny vonkajšieho prostredia (napríklad prírastok alebo úbytok slnka vystavenie).

Aj keď je melanín stále známy predovšetkým svojou rolou vo fyziológii, vedci začali skúmať látky a jej derivátov na určenie, či melanín môže mať uplatnenie v rôznych rôznych látkach priemyselné odvetvia.

Melanín je produkovaný melanocytovými bunkami v epidermis alebo vonkajšej vrstve kože (hrubšia a tvrdšia vrstva pod ním sa nazýva dermis). Tieto melanocyty ležia v najspodnejšej vrstve epidermy, ktorá sa nazýva stratum basale alebo „bazálna vrstva“. Melanín sa vyskytuje v niekoľkých podtypoch, najbežnejším je eumelanín a sekundárny typ známy ako feomelanín.

Melanín je chemikália s pomerne nízkou molekulovou hmotnosťou (318,3 g / mol, menej ako dvojnásobok glukózy). Jeho molekulárny vzorec je C₁₈H₁₀N₂O₄. Ľudia s tmavšou pokožkou v skutočnosti nemajú viac melanocytov ako ľudia so svetlou pokožkou; namiesto toho je u ľudí s tmavšou pokožkou zapnutá vyššia frakcia génov v melanocytoch, ktoré sú zodpovedné za produkciu melanínu. To znamená, že u ľudí s tmavšou pleťou sa na bunku vyprodukuje oveľa viac melanínu, nie to, že ľudia s tmavšou pokožkou majú viac buniek s rovnakou úrovňou produkcie. To má dôležité dôsledky v evolučnej antropológii, pretože to naznačuje, že obyvatelia Európy s ľahšou pokožkou dnes zdieľajú hlboký pôvod s ľuďmi z Afriky, ktorých pokožka dnes zostáva tmavšia vďaka rozdielnemu prostrediu podmienky. Mnoho ľudí zo severozápadnej Európy stratilo schopnosť rozvíjať opaľovanie, pretože vlákno DNA, ktoré majú a kóduje ďalší melanín, existuje, ale už ich nemožno aktivovať. Schopnosť takýchto ľudí všeobecne tolerovať ultrafialové (UV) svetlo je výrazne znížená.

Po mikroskopickom vyšetrení sa eumelanín javí ako hnedý s jemnozrnným vzhľadom. Látka nerozptyľuje svetlo v citeľnej miere, pretože človek očakáva niečo, čo vyzerá tmavo. Jednotlivé granule melanínu majú maximálny priemer asi 800 nanometrov alebo niečo menej ako jednu milióntinu metra (ekvivalentne tisícinu milimetra). To odlišuje melanín od niektorých bežných metabolitov pigmentov v krvi, ktoré majú tendenciu byť väčšie a viac rozptyľujú svetlo a sú zelené, žlté alebo červenohnedé na rozdiel od obyčajnej hnedej melanín.

Účel melanínu nemá nič spoločné s ľudskou márnivosťou a so všetkým súvisí s ochranou organizmu. UV žiarenie zo slnka je dobre známym karcinogénom a pri dostatočne vysokej expozícii môže viesť k množstvu príbuzných typov melanómu, čo sú zhubné nádory kože. Melanómy môžu byť smrteľné; z približne 54 000 Američanov s diagnostikovanou melanómom každý rok na ňu zomiera asi 8 000. Riziko malígneho melanómu u ľudí európskeho pôvodu je desaťkrát väčšie ako u Afroameričanov.

Niektorí ľudia a zvieratá majú vo svojich telách vôbec veľmi málo melanínu. Tento stav je známy ako albinizmus a vedie k tomu, že postihnuté osoby sú zraniteľnejšie voči poškodeniu UV žiarením.

Keď sa melanín produkuje v melanocytoch, tento pigment sa balí do granúl, na rozdiel od spôsobu balenia zeleného pigmentu chlorofylu do špecializovaných intracelulárnych „nádob“ na rastliny. Pri stimulácii UV svetlom, ktorého celková hladina rastie v niektorých ročných obdobiach vo väčšine častí sveta, zatiaľ čo v roku klesá iné, melanocyty produkujú väčšie a väčšie granule, čo umožňuje pokožke ľudí adaptovať sa v priebehu leta a stať sa „opálenou“. Ako poznamenal, avšak u niektorých ľudí je táto schopnosť geneticky obmedzená a v niektorých prípadoch takmer neprítomná, zatiaľ čo u iných ľudí v podstate nadbytočné. Nepochybne ste videli ľudí, ktorí sú vynikajúco náchylní na popáleniny od slnka, a možno nimi aj sami sú: Ľudia označovaní ako „svetlej pleti“, ktorí často majú pehy s červeným odtieňom vlasov. Jednotlivci ako skupina majú najmenej účinnú obranu proti UV žiareniu a odporúča sa im špeciálna starostlivosť trvať na tom, aby ste nechodili na slnko bez opaľovacích krémov, ktoré môžu výrazne odfiltrovať škodlivé UV žiarenie rozsahu.

Zatiaľ čo príliš malé množstvo melanínu v pokožke môže vystaviť jednotlivcov vyššiemu riziku spálenia slnkom a pokožky zhubné nádory, ľudia s neobvykle vysokou hladinou melanínu v tele môžu mať predispozíciu na vitamín D. nedostatok. Je to preto, že hlavným zdrojom tohto vitamínu v tele je skutočne prírodný prekurzor vitamínu D, ktorý sa pôsobením slnečného žiarenia premieňa na aktívnu formu vitamínu. Pretože tmavšie povrchy majú tendenciu skôr odrážať ako absorbovať UV žiarenie, ľudia s tmavšou pokožkou absorbujú menšiu časť UV žiarenia, ktorému sú vystavení, ako ostatní. V istom zmysle to predstavuje jedno z nespočetných evolučných kompromisov, ktoré sa prejavujú vo svete živých vecí.

Keď sa potomkovia moderných ľudí najskôr presťahovali do otvorených priestorov z pod pokrievky stromov, aby lovili a hľadali vodu, vystavili sa väčšiemu množstvu slnečného žiarenia. Pri tom samozrejme museli byť schopní tolerovať nielen viac svetla, ale aj ďalšie teplo, ktoré s tým bolo spojené. Z dôvodu zachovania chladu v súvislosti s väčším vystavením sa slnku to znamenalo možnosť potiť sa výdatnejšie a efektívnejšie. Aby sa pokožka posypovala vyššou hustotou potných žliaz, muselo ísť ešte niečo do toho a tým „niečím“ boli vlasy. Ľudia zjavne stále majú vlasy na rukách, nohách a kmeňoch (niektoré podstatne viac ako iné), ale v porovnaní s inými ľudoopmi stratili ľudia prakticky všetky vlasy na tele. Výsledkom bolo, že pokožka raných ľudí, ktorá je čerstvo potu, zostala náchylnejšia na poškodenie slnkom. Toto je zase podnietil nárast ložísk melanínových granúl, ktoré sa teraz pozorujú v tropických šírkach.

Nedostatok vitamínu D sa spomínal ako nežiaduci následok príliš veľkého množstva melanínu v pokožke. Vitamín D je potrebný na to, aby črevá najefektívnejšie absorbovali prvky vápnik a fosfor. Oboje je potrebné pre správny rast a údržbu kostí. Aj keď časť vitamínu D možno získať z potravinových zdrojov, ako sú vaječné žĺtky a niektoré ryby, 90 percent sa v pokožke syntetizuje z derivátov cholesterolu. Vitamín D je preto potrebný nielen pre celistvosť kostry, ale môže tiež pomôcť pri prevencii niektorých foriem rakoviny.

V roku 2017 skupina vedcov z Kalifornskej univerzity v San Diegu získala grant vo výške 7,5 milióna dolárov na štúdium potenciálnych použití melanínu, o ktorých sa teoretizovalo, ale nikdy sa o ne formálne nepokračovalo. Vedci zapojení do projektu dúfali, že sa naučia postupnosť reakcií zapojených do syntézy melanínu na hlbšej úrovni, ako sa doteraz sledovalo, a že pochopiť viac o rôznych druhoch melanínu samotných v nádeji, že bude pokračovať v syntéze príbuzných chemikálií s niektorými zo známych ochranných schopností melanín má. Schopnosť ponúkať nebiologickým materiálom rovnakú základnú ochranu pred poškodením slnečným žiarením, ktorú dáva živým veciam melanín by bolo zjavne prínosom v rôznych druhoch priemyselných odvetví, pretože solárne poškodenie laku a rôzne služby sú takmer univerzálne znepokojenie.