Kemija melanina

Melanin je temen naravni pigment, ki je v več oblikah in je odgovoren za večino barve kože pri ljudeh. Proizvajajo ga celice, imenovane melanociti, ki ležijo v najglobljem delu najbolj zunanje plasti kože. Velik del tega melanina se znajde v imenovanih celicah keratinociti, ki so veliko bolj številni kot melanociti.

Po sintetiziranju melanina se shrani v telesih znotraj imenovanih melanocitov melanosomi. Najpogostejša izmed različnih vrst melanina se imenuje eumelanin, kar pomeni "dober melanin." Kadar je v večjih količinah prisotnega veliko eumelanina, nastane temnejša, bolj rjava barva kože, medtem ko se pri ljudeh s svetlejšo kožo pojavi majhna gostota tega pigmenta.

Kadar ljudje kažejo razlike v barvi kože, ki so predvsem posledica razlik v vsebnosti melanina v koži, to ni zato, ker se ljudje zelo razlikujejo glede na številko melanocitov, ki jih imajo. Namesto tega nekateri posameznik melanociti so veliko bolj aktivni kot drugi.

Tako kot številne snovi v telesu tudi kemična sestava melanina vključuje mešanico ogljika, vodika, kisika in dušika. The

(Iz zgodovinskih razlogov a Krt je količina snovi v gramih, ki vsebuje 6 x 10 ²³ in je osnovno merilo velikosti molekule.)

Melanin je sestavljen iz treh šestčlenskih obročev (šest atomov, razporejenih okoli osrednje točke) v črti, vsak s petčlenskim obročem, ugnezdenim v enem od kotov med seboj in sosedom. Vsak od teh petčlenskih obročev vsebuje enega od dveh atomov dušika v melaninu in sedi na nasprotnih straneh molekule.

Štirje atomi kisika v melaninu so vezani na ogljike na šestatomskem obroču na obeh koncih, dva na vsak obroč. Ti so dvojno vezani, razporeditve C = O pa ležijo na nasprotnih straneh obroča, od koder so pritrjeni petčlenski obroči.

Če želite formulo za melanin izraziti v bolj jasni obliki, ne da bi se zatekli k risanju a model, bi ga lahko zapisali v obliki, ki se uporablja v poenostavljenem sistemu za vnos linij za vnos molekulskega vnosa (SMILES):

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

pri čemer številke niso indeksi, temveč sklici na številčne položaje atomov znotraj posameznih obročev. Vodik atomi v melaninu niso vključeni, vendar lahko njihovo število in položaje določimo tako, da zapolnimo "praznine" v zgornji strukturi, pri čemer upoštevamo, da vsak ogljik tvori štiri vezi.

Človek kožo ima tri plasti, ki so od zunanjega do najbolj notranjega povrhnjica, dermis in podkožna plast. Povrhnjica je sama razdeljena na številne plasti, najgloblje pa se imenuje stratum germinativum (včasih imenovan stratum basale). V tej plasti, ki meji na bazalno membrano, ki ločuje povrhnjico od dermisa, nastajajo melanociti.

Na mikroskopiji imajo melanociti značilno nepravilno obliko. Obseg, v katerem melanociti proizvajajo melanin, je odvisen od tega, v kolikšni meri gen za melanin je izraženoali vklopljen. Pomislite na "izražanje genov", kot da v tovarni vklopite stikalo za izdelavo določenega izdelka, v tem primeru beljakovine.

Skoraj vsi ljudje imajo veliko melanin "tovarne" (melanociti), vendar se obseg, v katerem ljudje uporabljajo te "tovarne", zelo razlikuje med posamezniki in narodnostnimi skupinami.

Sončna svetloba pri večini ljudi do neke mere sproži proizvodnjo melanina; to je postopek kratkotrajnega zatemnitve kože, znan kot "zagorelost". Melanin, ki ga proizvaja svetlobni dražljaj, deluje do neke mere za zaščito preostalega telesa škodljivo ultravijolično (UV) sevanje na sončni svetlobi.

Ko telo ne zazna več UV-žarkov v okolju, kot se to zgodi jeseni in pozimi, zmanjša se tudi zaznana potreba po proizvodnji melanina in koža se med njimi navadno posvetli letni časi.

Medtem ko melanociti proizvajajo melanin, ga tudi shranjujejo in sproščajo, so veliko bolj razširjene epidermalne celice, znane kot keratinociti konča kot največji prejemnik pigmenta. Premikanje melanina od melanocitov do keratinocitov olajšajo številni lovci (do približno 40), ki segajo navzven od vsakega melanocita.

Melanosomi, ki nastanejo v melanocitih, potujejo do keratinocitov in se postavijo med celično membrano in jedro ter pomagajo zaščititi DNK (deoksiribonukleinska kislina, "genski material" ljudi in vse znane življenjske oblike) v tem jedru zaradi poškodb UV-sevanja.

Čeprav je eumelanin najpogostejša vrsta melanina, ki jo proizvajajo ljudje, še zdaleč ni edina pogosta vrsta. Obstaja v dveh drugih glavnih oblikah, feomelanin in nevromelanin. Eumelanin in feomelanin imata med seboj funkcionalno in kemijsko veliko skupnega, medtem ko je nevromelanin nekaj prevara.

Eumelanin in feomelanin tvorijo melanociti v najnižjem sloju (plasti) povrhnjice. Te celice se začnejo kot melanoblasti v tkivu, ki izvira iz živčne cevi med človeškim embrionalnim razvojem. Sinteza vsakega od njih se začne s tirozinom, molekulo, ki je tesno povezana z aminokislino fenilalanin. Tirozin se kmalu pretvori v dopakinon, ki lahko sledi številnim različnim kemijskim potim, ki na koncu povzročijo proizvodnjo melanina.

Nevromelanin se v možganih proizvaja kot del razgradnje nevrotransmiterja dopamin, še en bližnji kemijski sorodnik fenilalanina in tirozina. To se zgodi v delu možganov, imenovanem substantia nigra. Neuromelanin za razliko od drugih dveh oblik človeškega melanina ni udeleženec pri določanju barve kože.

Zahteva Melanina do biološke slave je njen prispevek k barvi kože, vendar opravlja tudi številne sorodne in nepovezane fiziološke funkcije. Melanin vpliva na barvo las, poleg tega pa kožo in oči ščiti pred sončnimi poškodbami in drugimi viri elektromagnetnega sevanja.

Eumelanin je bolj rjavkasto črne barve, medtem ko je feomelanin bolj rumenkasto rdeč. Prebarvnost človekove kože je določena s kombinacijo razmerja med tema dvema vrstama melanina in celotne gostote melanosomov v posameznih celicah.

Tudi pri istem posamezniku v različnih delih telesa prevladujejo različne vrste melanina. Na primer, ustnice, ki so bolj rožnate, imajo več feomelanina.

Koža svetlejše barve ima običajno gostoto dveh ali treh melanosomov na skupino znotraj melanocitov, medtem ko temnejša koža ima bolj "mobilne" melanocite, saj se te granule bolj nagibajo k širjenju v sosednje keratinociti.

Na neki točki človeškega razvoja so se različne populacije posameznikov naselile daleč drug od drugega, z nekateri ostajajo bližje ekvatorju, drugi pa se odpravljajo proti severnim širinam, večinoma v Evropi na najprej. Zaradi bolj sončnega in vročega okolja so ljudje, ki so bližje ekvatorju, izgubili večino las na telesu v primerjavi s svojimi severnejšimi kolegi.

Verjetno je, da je ta sprememba v relativni porazdelitvi las spodbudila različen razvoj melanogeneze v različnih populacijah po vsem svetu. Ljudje, ki živijo bližje ekvatorju, zdaj kažejo večje razmerje med eumelaninom in feomelaninom, kar ima za posledico ne le temnejšo kožo, ampak tudi večjo sposobnost absorpcije UV sevanja. Ljudje, ki živijo na hladnejših območjih z manj sončne svetlobe, pa kažejo nižje razmerje med eumelaninom in feomelaninom in so posledično bolj dovzetni za UV poškodbe kože, vključno z rakom.

Leta 2015 so raziskovalci z univerze Yale poročali, da so našli način, kako UV-svetloba pri miših reagira na melanin na način, ki spodbuja nastajanje raka v nekaj urah. Zdelo se je, da to poudarja izjemno "dvorezno" naravo melanina. Zdi se, da za vsako področje, na katerem lahko služi kot zdravstveno dobro, nekje drugje predstavlja zdravstveno odgovornost.

Vitamin D, ki je pomemben pri telesnem ravnanju z mineralom kalcijem, mora biti izpostavljen UV svetlobi, da se po zaužitju pretvori v svojo aktivno obliko. To pomeni, da so ljudje, ki živijo na severnih širinah, na splošno bolj dovzetni za pomanjkanje vitamina D, ker njihova telesa v povprečju skozi leto prejmejo manj sončne svetlobe kot ljudje, ki so bližje ekvatorju naredi.

Naslednja posledica odnosa med UV svetlobo in melaninom pa je, da imajo temnejši ljudje ne glede na to, kje so v živo (predvsem pa na zelo severnih ali južnih lokacijah), je treba spremljati morebitne težave z vsebnostjo vitamina D, ker njihova velika gostota melanosomov, medtem ko zagotavlja zaščito pred nevarnostmi UV-žarkov, odkriva tudi nekaj njihovih koristnih snovi učinki.

Številne povezave med UV svetlobo, melaninom in vedenjem kože še niso popolnoma razjasnjene. Na primer, znano je, da lahko dajanje UV svetlobe na kožo kratkoročno zatre imunsko funkcijo. To je lahko zaželeno pri poskusih obvladovanja vnetij kožnih stanj z imunsko komponento, kot je luskavica.

Kakršno koli vlogo imunske vloge melanina v telesu je še treba razjasniti.

Znana so številna klinična stanja, ki vključujejo motnje v sintezi in transportu melanina. Ti lahko vplivajo na vsak korak tvorbe in distribucije melanina.

Tej vključujejo:

Motnje melanoblastov. Te celice so, kot se spomnite, predhodnice melanocitov. Preselili naj bi se iz mest nastanka v razvoju zarodka in ploda do krajev, kjer bodo na koncu igrali dodeljene vloge.

Vendar včasih melanoblasti ne uspejo priti tja, kamor naj bi šli. En rezultat je Waardenburgov sindrom, na katerem imajo prizadeti ljudje področja zelo svetle kože in prezgodaj sive lase zaradi neuspeha melanoblastov na teh območjih prej v življenju.

Motnje melanocitov. Med bolj razvpitimi med njimi je stanje, imenovano vitiligo, ki vključuje avtoimunsko posredovanje uničenja melanocitov na neenakomeren način po koži.

Zaradi asimetričnega načina, kako telo napada lastne celice, ima koža razločne madeže svetle kože, pomešane z nepoškodovanimi predeli kože.

Motnje melanosomov. Dve najpogostejši motnji, ki zajemata mesti za shranjevanje melanina, sta Sindrom Chédiak-Higashi in Griscellijev sindrom, oba vključujeta vidne težave s pigmentacijo kože, vključujeta pa tudi učinke v drugih telesnih sistemih.

Pri Chédiak-Higashi sindromu, ki lahko povzroči albinizem (skoraj popolno pomanjkanje pigmentacije v koži in očeh), se domneva, da genska mutacija odgovoren za melaninsko komponento motnje tudi preprečuje sintezo pomembnih kemikalij imunskega sistema.

Motnje, povezane s tirozinazo. Tirozinaza je encim ali biološki katalizatorski protein, ki pretvori vmesno spojino v sintezi melanina in feomelanina, imenovano dihidroksifenilalanin, v dopakinon. Če ta encim ne deluje pravilno ali ga ni, lahko sintetična pot melanina prekine.

Na primer pri dedni bolezni fenilketonurija (PKU), odpoved drugega encima povzroči znatno kopičenje fenilalanina, ki ima sekundarne inhibitorne učinke na tirozinazo. To vodi do neenakomerne kože, zahvaljujoč zmanjšanju sinteze melanina "navzdol".