Chémia melanínu

Melanín je tmavý, prirodzene sa vyskytujúci pigment, ktorý má niekoľko foriem a je zodpovedný za veľkú časť farby kože u ľudí. Produkujú ho bunky tzv melanocyty, ktoré sedia v najhlbšej časti najvzdialenejšej vrstvy kože. Veľká časť tohto melanínu sa dostáva do buniek tzv keratinocyty, ktoré sú oveľa početnejšie ako melanocyty.

Po syntéze melanínu sa ukladá v telách nazývaných melanocyty melanozómy. Najčastejšie sa nazýva najbežnejší z rôznych druhov melanínu eumelanín, čo znamená „dobrý melanín“. Ak je veľa eumelanínu prítomné vo vyššom množstve, vedie k tmavšej a hnedejšej farbe pokožky, zatiaľ čo u ľudí so svetlejšou pokožkou sa vyskytuje nízka hustota tohto pigmentu.

Ak ľudia vykazujú rozdiely vo farbe pleti hlavne kvôli rozdielom v obsahu melanínu v koži, nie je to tak preto, že by sa ľudia veľmi líšili číslo melanocytov, ktoré majú. Namiesto toho niektorí ľudia individuálne melanocyty sú oveľa aktívnejšie ako v iných.

Rovnako ako mnoho iných látok v tele, aj chemická zloženie melanínu zahŕňa zmes uhlíka, vodíka, kyslíka a dusíka. The

(Z historických dôvodov, a Krtko je množstvo látky v gramoch, ktoré obsahuje 6 x 10 ²³ a je základným meradlom veľkosti molekuly.)

Melanín sa skladá z troch šesťčlenných kruhov (šesť atómov usporiadaných okolo centrálneho bodu) v rade, každý s päťčlenným kruhom uloženým v jednom z uhlov medzi sebou a susedom. Každý z týchto päťčlenných kruhov obsahuje jeden z dvoch atómov dusíka v melaníne a sú umiestnené na opačných stranách molekuly.

Štyri atómy kyslíka v melaníne sú viazané na uhlíky na šesťatómovom kruhu na každom konci, dva na každom kruhu. Jedná sa o dvojité väzby a usporiadanie C = O leží na opačných stranách krúžku, odkiaľ sú pripevnené päťčlenné krúžky.

Ak chcete vyjadriť vzorec pre melanín v explicitnejšej podobe bez toho, aby ste sa uchýlili k nakresleniu a model, môžete ho napísať vo forme použitej v Zjednodušenom systéme vstupu a vstupu molekulárneho vstupu (SMILES):

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

kde čísla nie sú dolnými indexmi, ale odkazmi na číselné polohy atómov v jednotlivých kruhoch. Vodík atómy v melaníne nie sú zahrnuté, ale ich počet a polohy je možné určiť vyplnením akýchkoľvek „medzier“ vo vyššie uvedenej štruktúre a nezabúdajte, že každý uhlík tvorí štyri väzby.

Človek koža má tri vrstvy, ktoré sú od najvzdialenejšej po najvnútornejšiu vrstvu epidermis, dermis a podkožného tkaniva. Samotná epidermis je rozdelená do mnohých vrstiev, z ktorých najhlbšia sa nazýva stratum germinativum (niekedy sa nazýva stratum basale). Táto vrstva, ktorá susedí s bazálnou membránou oddeľujúcou epidermis od dermis, je miestom, kde sa vytvárajú melanocyty.

Pri mikroskopii majú melanocyty charakteristický nepravidelný tvar. Rozsah, v akom melanocyty produkujú melanín, závisí od rozsahu, v akom gen pre melanín je vyjadrený, alebo zapnuté. Pod pojmom „génová expresia“ sa dá rozumieť zapnutie prepínača v továrni na výrobu konkrétneho produktu, v tomto prípade proteínu.

Takmer všetci ľudia majú veľa melanín „továrne“ (melanocyty), ale miera, do akej ľudia tieto „továrne“ využívajú, sa veľmi líši medzi jednotlivcami aj etnickými populáciami.

Slnečné svetlo u väčšiny ľudí do istej miery spúšťa produkciu melanínu; toto je proces krátkodobého stmavovania pokožky známy ako „opálenie“. Melanín produkovaný svetelnými stimulmi pôsobí do istej miery na ochranu zvyšku tela pred škodlivé ultrafialové (UV) žiarenie na slnečnom svetle.

Keď telo už necíti dostatok UV lúčov v prostredí, ako to býva na jeseň a v zime, znižuje sa aj vnímaná potreba produkcie melanínu a pokožka má počas nich tendenciu zosvetľovať sa ročné obdobia.

Aj keď melanocyty vyrábajú melanín, skladujú ho a uvoľňujú, omnoho rozšírenejšie epidermálne bunky známe ako keratinocyty skončí ako najväčší príjemca pigmentu. Pohyb melanínu z melanocytov do keratinocytov je uľahčený mnohými chápadlami (až asi 40), ktoré sa tiahnu smerom von z každého melanocytu.

Melanozómy tvorené v melanocytoch putujú do keratinocytov a umiestňujú sa medzi bunkovú membránu a jadro, čo pomáha chrániť DNA (deoxyribonukleová kyselina, „genetický materiál“ človeka a všetky známe formy života) v tomto jadre pred poškodením UV žiarením.

Aj keď je eumelanín najhojnejším typom melanínu produkovaným ľuďmi, nie je zďaleka jediným bežným typom. Existuje v dvoch ďalších hlavných formách, feomelanín a neuromelanín. Eumelanín a feomelanín majú veľa spoločného funkčne i chemicky, zatiaľ čo neuromelanín je niečo nečestné.

Eumelanín aj feomelanín sú tvorené melanocytmi v najnižšej vrstve (vrstve) epidermy. Tieto bunky začínajú ako melanoblasty v tkanive, ktoré je odvodené z neurálnej trubice počas embryonálneho vývoja človeka. Syntéza každého z nich začína tyrozínom, molekulou úzko príbuznou s aminokyselinou fenylalanínom. Tyrozín sa čoskoro prevedie na dopachinón, ktorý môže sledovať množstvo rôznych chemických ciest, ktoré nakoniec vedú k produkcii melanínu.

Neuromelanín sa produkuje v mozgu ako súčasť rozkladu neurotransmiteru dopamín, ďalší blízky chemický príbuzný fenylalanínu a tyrozínu. K tomu dochádza v časti mozgu zvanej substantia nigra. Neuromelanín, na rozdiel od ostatných dvoch foriem ľudského melanínu, nie je účastníkom určovania farby pleti.

Melanín tvrdí, že má biologickú slávu, tým, že prispieva k farbe pleti, ale tiež plní množstvo súvisiacich a nesúvisiacich fyziologických funkcií. Melanín ovplyvňuje farbu vlasov a tiež chráni pokožku a oči pred poškodením svetlom zo slnka a iných zdrojov elektromagnetického žiarenia.

Eumelanín je viac hnedočiernej farby, zatiaľ čo feomelanín je viac žltkasto červený. Podfarbenie kože človeka sa určuje kombináciou pomeru týchto dvoch typov melanínu a celkovej hustoty melanozómov v jednotlivých bunkách.

U toho istého jedinca prevládajú tiež rôzne druhy melanínu v rôznych častiach tela. Napríklad pery, ktoré sú viac ružové, majú vyšší obsah feomelanínu.

Koža, ktorá má svetlejšiu farbu, má zvyčajne v melanocytoch hustotu dvoch alebo troch melanozómov na zhluk, zatiaľ čo tmavšia pokožka obsahuje viac „mobilných“ melanocytov tým, že tieto granuly sú náchylnejšie šíriť sa do susedných keratinocyty.

V určitom okamihu ľudskej evolúcie sa rôzne populácie jednotlivcov usadili ďaleko od seba, s niektoré zostávajú bližšie k rovníku a iné sa odvážia smerovať do severných šírok, väčšinou v Európe o najprv. V dôsledku pobytu v slnečnejšom a teplejšom prostredí stratili ľudia bližšie k rovníku veľkú časť ochlpenia na tele v porovnaní so svojimi severnejšie pôsobiacimi kolegami.

Predpokladá sa, že práve táto zmena v relatívnej distribúcii vlasov podnietila rozdielny vývoj melanogenézy v rôznych populáciách po celom svete. Ľudia žijúci bližšie k rovníku teraz demonštrujú vyšší pomer eumelanínu k feomelanínu, čo vedie nielen k tmavšej pokožke, ale aj k väčšej schopnosti absorbovať UV žiarenie. Ľudia žijúci v chladnejších oblastiach s menším slnečným žiarením majú naopak nižší pomer eumelanínu k feomelanínu a sú tak náchylnejší na UV poškodenie kože vrátane rakoviny.

V roku 2015 vedci z Yale University oznámili, že našli spôsob, ako to dosiahnuť UV svetlo reaguje u melanínu u myší spôsobom, ktorý podporuje tvorbu rakoviny v priebehu niekoľkých hodín. Zdalo sa, že to zvýraznilo vynikajúco „dvojsečnú“ povahu melanínu. Zdá sa, že pre každú oblasť, v ktorej môže slúžiť ako prínos pre zdravie, predstavuje zodpovednosť za zdravie niekde inde.

Vitamín D, ktorý je dôležitý pri zaobchádzaní s minerálom vápnikom v tele, musí byť po požití vystavený UV žiareniu, aby sa mohol premeniť na svoju aktívnu formu. To znamená, že ľudia žijúci v severných šírkach sú vo všeobecnosti náchylnejší na nedostatok vitamínu D, pretože ich telá v priemere prijímajú po celý rok menej slnečného žiarenia ako ľudia bližšie k rovníku robiť.

Ďalším dôsledkom vzťahu medzi UV svetlom a melanínom je, že ľudia s tmavšou pokožkou, nech už sú kdekoľvek žiť (ale najmä na veľmi severných alebo južných miestach), by sa mali sledovať problémy s hladinou vitamínu D, pretože ich vysoká hustota melanozómov, zatiaľ čo poskytuje ochranu pred nebezpečenstvom UV žiarenia, tiež vylučuje ich niekoľko prospešných účinky.

Niekoľko vzťahov medzi UV svetlom, melanínom a chovaním pokožky sa musí ešte úplne objasniť. Je napríklad známe, že aplikácia ultrafialového žiarenia na pokožku môže krátkodobo potlačiť imunitné funkcie. To môže byť žiaduce, keď sa pokúšate potlačiť vzplanutie zápalového ochorenia kože imunitnou zložkou, ako je psoriáza.

Nech už melanín v tele bude hrať akúkoľvek imunitnú úlohu, zostáva objasniť.

Je známych veľa klinických stavov, ktoré zahŕňajú poruchy syntézy a transportu melanínu. Môžu ovplyvniť každý krok procesu tvorby a distribúcie melanínu.

Tie obsahujú:

Poruchy melanoblastov. Tieto bunky, ako si možno pamätáte, sú predchodcami melanocytov. Majú migrovať zo svojich miest formácie v embryonálnom a fetálnom vývoji na miesta, kde budú nakoniec hrať svoje pridelené úlohy.

Melanoblastom sa však niekedy nepodarí dostať tam, kam majú ísť. Jeden výsledok je Waardenburgov syndróm, v ktorých majú postihnutí ľudia oblasti veľmi svetlej kože a predčasne sivé vlasy z dôvodu neschopnosti melanoblastov usadiť sa v týchto oblastiach skôr v živote.

Poruchy melanocytov. Medzi najznámejšie z nich patrí stav tzv vitiligo, ktorá spočíva v autoimunitne sprostredkovanej deštrukcii melanocytov nejednotným spôsobom v celej koži.

Kvôli asymetrickému spôsobu, akým telo napáda svoje vlastné bunky, pokožka vykazuje zreteľné škvrny svetlej pokožky zmiešané s nedotknutými oblasťami pokožky.

Poruchy melanozómov. Dve z najbežnejších porúch týkajúcich sa zásobných miest melanínu sú Chédiak-Higashiho syndróm a Griscelliho syndróm, ktoré zahŕňajú viditeľné problémy s pigmentáciou kože, ale zahŕňajú aj účinky v iných systémoch tela.

Pri syndróme Chédiak-Higashi, ktorý môže produkovať albinizmus (takmer úplný nedostatok pigmentácie na koži a v očiach), predpokladá sa, že génová mutácia zodpovedný za melanínovú zložku poruchy tiež zabraňuje syntéze dôležitých chemických látok imunitného systému.

Poruchy súvisiace s tyrozinázou. Tyrozináza je enzým alebo biologický katalyzátorový proteín, ktorý premieňa medziprodukt pri syntéze melanínu a feomelanínu, ktorý sa nazýva dihydroxyfenylalanín, na dopachinón. Ak tento enzým nefunguje správne alebo chýba, môže dôjsť k narušeniu syntetickej dráhy melanínu.

Napríklad pri dedičnej chorobe fenylketonúria (PKU) vedie zlyhanie iného enzýmu k významnému nahromadeniu fenylalanínu, ktorý má sekundárne, inhibičné účinky na tyrozinázu. To vedie k vzniku škvrnitej kože vďaka „následnému“ zníženiu syntézy melanínu.