Хемија меланина

Меланин је тамни, природни пигмент који се јавља у неколико облика и одговоран је за већи део боје коже код људи. Производе га ћелије тзв меланоцити, који се налазе у најдубљем делу најудаљенијег слоја коже. Велики део овог меланина проналази свој пут у ћелијама тзв кератиноцити, који су далеко бројнији од меланоцита.

Након синтезе меланина, он се складишти у телима која се називају меланоцити меланосоми. Најчешћи од различитих врста меланина се назива еумеланин, што значи „добар меланин“. Када је пуно еумеланина присутно у већим количинама, добија се тамнија, смеђа боја коже, док се код људи са светлијом кожом јавља мала густина овог пигмента.

Када људи показују разлике у боји коже које су углавном последица разлика у садржају меланина у кожи, то није зато што се људи увелико разликују у погледу број меланоцита које имају. Уместо тога, неки људи појединац меланоцити су много активнији него код других.

Као и многе супстанце у телу, хемијски састав меланина укључује мешавину угљеника, водоника, кисеоника и азота. Тхе

(Из историјских разлога, а кртица је количина супстанце у грамима која садржи 6 к 10 ²³ молекула и основно је мерило величине молекула.)

Меланин се састоји од три шесточлана прстена (шест атома распоређених око централне тачке) у линији, сваки са петочланим прстеном угнежђеним у једном од углова између себе и свог суседа. Сваки од ових петерочланих прстенова садржи један од два атома азота у меланину и седи на супротним странама молекула.

Четири атома кисеоника у меланину везана су за угљенике на шестоатомском прстену на сваком крају, по два за сваки прстен. Они су двоструко повезани, а Ц = О аранжмани леже на супротним странама прстена одакле су причвршћени петочлани прстенови.

Ако сте желели да изразите формулу за меланин у експлицитнијем облику без прибегавања цртању а модел, могли бисте га написати у облику који се користи у поједностављеном систему за унос линијског уноса молекуларног уноса (СМИЛЕС):

ЦЦ1 = Ц2Ц3 = Ц (Ц4 = ЦНЦ5 = Ц (Ц (= О) Ц (= О) Ц (= Ц45) Ц3 = ЦН2) Ц) Ц (= О) Ц1 = О

при чему бројеви нису индекси већ референце на нумерички положај атома у оквиру појединих прстенова. Водоник атоми у меланину нису укључени, али њихов број и положаји могу се одредити попуњавањем било којих „празнина“ у горњој структури, имајући на уму да сваки угљеник формира четири везе.

Људски коже има три слоја, а од крајњег до унутрашњег су епидермис, дермис и слој поткожног ткива. Сама епидерма је подељена на бројне слојеве од којих се најдубљи назива стратум герминативум (понекад се назива и стратум басале). У овом слоју, који се спаја са базалном мембраном која одваја епидермис од дермиса, настају меланоцити.

На микроскопији, меланоцити имају карактеристичан неправилан облик. У којој мери меланоцити производе меланин зависи од мере до које ген за меланин је израженаили укључен. Замислите „експресију гена“ као укључивање фабричке склопке да бисте направили одређени производ, у овом случају протеин.

Готово сва људска бића имају доста меланин „фабрике“ (меланоцити), али степен у коме људи користе ове „фабрике“ широко варира између појединаца и етничке популације.

Сунчева светлост у већој мери покреће производњу меланина; ово је процес краткотрајног затамњења коже познат под називом „препланулост“. Меланин произведен светлосним стимулусом делује у одређеној мери да штити остатак тела штетно ултраљубичасто (УВ) зрачење на сунчевој светлости.

Када тело више не осети обиље УВ зрака у околини, као што се дешава у јесен и зими, опажена потреба за производњом меланина такође се смањује и током тога кожа постаје светлија годишња доба.

Такође, док меланоцити производе меланин, као и чувају га и ослобађају, далеко распрострањеније епидермалне ћелије познате као кератиноцити заврши као највећи прималац пигмента. Премештање меланина из меланоцита у кератиноците олакшавају многи пипци (до око 40) који се пружају према споља од сваког меланоцита.

Меланосоми настали у меланоцитима путују до кератиноцита и постављају се између ћелијске мембране и језгра, помажући да се заштити ДНК (деоксирибонуклеинска киселина, „генетски материјал“ људи и сви познати облици живота) унутар тог језгра од оштећења од УВ зрачења.

Иако је еумеланин најраспрострањенија врста меланина коју производе људи, далеко је од једине уобичајене врсте. Постоји у два друга главна облика, феомеланин и неуромеланин. Еумеланин и феомеланин имају пуно заједничког у функционалном и хемијском погледу, док је неуромеланин нешто попут преваранта.

Еумеланин и феомеланин стварају меланоцити у најнижем слоју (слоју) епидермиса. Ове ћелије почињу као меланобласти у ткиву које је изведено из нервне цеви током људског ембрионалног развоја. Синтеза сваког од њих започиње са тирозином, молекулом уско повезаним са аминокиселином фенилаланином. Тирозин се убрзо претвара у допакинон, који може да следи низ различитих хемијских путева који на крају резултирају производњом меланина.

Неуромеланин се производи у мозгу као део разградње неуротрансмитера допамин, још један блиски хемијски сродник фенилаланина и тирозина. То се дешава у делу мозга који се назива субстантиа нигра. Неуромеланин, за разлику од друга два облика хуманог меланина, није учесник у одређивању боје коже.

Тврдња Меланина о биолошкој слави доприноси боји коже, али такође обавља бројне сродне и неповезане физиолошке функције. Меланин утиче на боју косе, а такође штити кожу и очи од светлосних оштећења од сунца и других извора електромагнетног зрачења.

Еумеланин је смеђе-црне боје, док је феомеланин жућкасто-црвене боје. Прекомерна боја коже особе одређује се комбинацијом односа ове две врсте меланина и укупне густине меланосома у појединачним ћелијама.

Такође, различите врсте меланина преовлађују у различитим деловима тела код исте особе. На пример, усне, које су више ружичасте, садрже више феомеланина.

Кожа светлије боје обично има густину од два или три меланосома по грозду унутар меланоцита, док тамнија кожа има више „покретних“ меланоцита јер су ове грануле склоније ширењу у суседне кератиноцити.

У неком тренутку људске еволуције, различите популације појединаца настаниле су се далеко једна од друге, са неки су остали ближи екватору, а други се упуштају ка северним географским ширинама, углавном у Европи на први. Као последица боравка у сунчанијем и врућем окружењу, људи ближи екватору изгубили су већи део косе на телу у односу на колеге севернијег домета.

Верује се да је та промена у релативном распореду длака подстакла диференцијални развој меланогенезе у различитим популацијама широм света. Људи који живе ближе екватору сада показују већи однос еумеланина и феомеланина, што резултира не само тамнијом кожом, већ и већим капацитетом да апсорбује УВ зрачење. С друге стране, људи који живе у хладнијим областима са мање сунчеве светлости показују нижи однос еумеланина и феомеланина, те су сходно томе подложнији УВ оштећењима коже, укључујући рак.

2015. истраживачи са Универзитета Јејл известили су да су пронашли начин на који УВ светлост реагује на меланин код мишева на начин који промовише стварање рака за неколико сати. Чинило се да ово наглашава изврсну природу меланина „са две оштрице“. Чини се да за сваку област у којој може служити као здравствено добро, здравствена одговорност представља негде другде.

Витамин Д, који је важан у телесном руковању минералним калцијумом, мора бити подложан УВ светлости да би се након уноса претворио у свој активни облик. То значи да су људи који живе на северним географским ширинама углавном подложнији недостатку витамина Д, јер њихова тела у просеку примају мање сунчеве светлости током целе године него људи ближи екватору урадите.

Друга импликација односа између УВ светлости и меланина је, међутим, да су људи тамније пути, без обзира где се налазили живе (али посебно оне на веома северним или јужним локацијама), треба надгледати због проблема са нивоом витамина Д, јер њихова велика густина меланосома, истовремено пружајући заштиту од опасности УВ зрака, такође открива неколико њихових корисних састојака ефекти.

Бројни односи између УВ светлости, меланина и понашања коже тек треба да буду у потпуности разјашњени. На пример, познато је да администрација УВ светлости на кожи може краткорочно сузбити имунолошку функцију. Ово може бити пожељно када покушавате да контролишете појаву упалних стања коже имунолошком компонентом, попут псоријазе.

Какву год имунолошку улогу меланин може имати у телу, остаје да се разјасни.

Бројни клинички услови који укључују поремећаје у синтези и транспорту меланина су добро познати. Они могу утицати на сваки корак процеса стварања и дистрибуције меланина.

Ови укључују:

Поремећаји меланобласта. Као што се сећате, ове ћелије су претеча меланоцита. Требало би да мигрирају са својих места формирања у ембрионалном и феталном развоју до места где ће на крају играти додељене улоге.

Међутим, понекад меланобласти не успевају да стигну тамо где би требало да иду. Један резултат је Ваарденбург синдром, у којима погођени људи имају подручја врло светле коже и прерано седе косе због неуспеха меланобласта да се настане у овим областима раније у животу.

Поремећаји меланоцита. Међу познатијим од њих је стање тзв витилиго, који укључује аутоимуно посредовано уништавање меланоцита на неједнолик начин на целој кожи.

Због асиметричног начина на који тело напада сопствене ћелије, кожа показује изразите мрље светле коже измешане са непромењеним деловима коже.

Поремећаји меланосома. Два најчешћа поремећаја која укључују места за складиштење меланина су Цхедиак-Хигасхи синдром и Грисцелли синдром, оба која укључују видљиве проблеме са пигментацијом коже, али укључују и ефекте у другим системима тела.

У Цхедиак-Хигасхи синдрому, који може да произведе албинизам (готово тотални недостатак пигментације у кожи и очима), верује се да мутација гена одговоран за меланинску компоненту поремећаја такође спречава синтезу важних хемикалија имуног система.

Поремећаји повезани са тирозиназом. Тирозиназа је ензим, или биолошки протеин катализатора, који претвара интермедијерно једињење у синтези меланина и феомеланина, названо дихидроксифенилаланин, у допакинон. Када овај ензим не ради правилно или је одсутан, синтетички пут меланина може бити поремећен.

На пример, код наследне болести фенилкетонурија (ПКУ), отказивање другог ензима доводи до значајног накупљања фенилаланина, који има секундарне, инхибиторне ефекте на тирозиназу. То доводи до неравнине на кожи захваљујући смањењу синтезе меланина „низводно“.