Chimia melaninei

Conţinut

• Structura chimică a melaninei
• Formula chimică alternativă a melaninei
• Bazele culorii pielii
• Alți factori în culoarea pielii
• Tipuri de melanină
• Funcțiile melaninei
• Protecție împotriva melaninei și UV
• Alte roluri fiziologice ale melaninei
• Boli legate de melanină

Melanina este un pigment natural întunecat, care vine sub mai multe forme și este responsabil pentru o mare parte a culorii pielii la oameni. Este produs de celule numite melanocite, care stau în partea cea mai adâncă a stratului exterior al pielii. O mare parte din această melanină își găsește drumul în celule numite keratinocite, care sunt mult mai numeroase decât melanocitele.

După sintetizarea melaninei, aceasta este păstrată în corpuri în melanocite numite melanozomi. Cel mai frecvent dintre diferitele tipuri de melanină este numit eumelanin, ceea ce înseamnă „melanină bună”. Atunci când multă eumelanină este prezentă în cantități mai mari, rezultă o culoare mai închisă, mai maro, a pielii, în timp ce o densitate scăzută a acestui pigment apare la persoanele cu o piele mai deschisă la culoare.

Atunci când oamenii prezintă diferențe de culoare a pielii care rezultă în principal din diferențele de conținut de melanină a pielii, acest lucru nu se datorează faptului că oamenii diferă foarte mult în ceea ce privește număr de melanocite pe care le au. În schimb, unele popoare individual melanocitele sunt mult mai active decât în ​​altele.

Structura chimică a melaninei

Ca multe substanțe din organism, machiajul chimic al melaninei include un amestec de carbon, hidrogen, oxigen și azot. formula chimică melanină este c₁₈H₁₀N₂O₄, oferind melaninei o masă moleculară sau o masă molară de 318 grame pe mol (g / mol).

(Din motive istorice, a cârtiță este cantitatea unei substanțe în grame care conține 6 x 10 ²³ molecule și este o măsură de bază a mărimii moleculelor.)

Melanina este formată din trei inele cu șase membri (șase atomi aranjați în jurul unui punct central) într-o linie, fiecare cu un inel cu cinci membri încastrat într-unul dintre unghiurile dintre el și vecinul său. Aceste inele cu cinci membri conțin fiecare unul dintre cei doi atomi de azot în melanină și stau pe părțile opuse ale moleculei.

Cei patru atomi de oxigen din melanină sunt legați de carboni pe inelul cu șase atomi la fiecare capăt, câte doi la fiecare inel. Acestea sunt duble legături, iar aranjamentele C = O se află pe laturile opuse ale inelului de unde sunt atașate inelele cu cinci membri.

Formula chimică alternativă a melaninei

Dacă doriți să exprimați formula melaninei într-o formă mai explicită, fără a recurge la desenarea unui model, puteți să o scrieți în formularul utilizat în Sistemul de intrare liniară simplificată (SMILES):

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

unde numerele nu sunt subscriptii, ci trimiteri la pozitiile numerice ale atomilor din inelele individuale. Atomii de hidrogen din melanină nu sunt incluși, dar numărul și pozițiile lor pot fi determinate prin completarea oricărui „goluri” din structura de mai sus, ținând cont de faptul că fiecare carbon formează patru legături.

Bazele culorii pielii

Pielea umană are trei straturi, care de la exterior la interior sunt epiderma, dermul și stratul de țesut subcutanat. Epiderma este ea însăși împărțită în numeroase straturi, dintre care cel mai adânc este numit strat germinativum (uneori numit strat bazale). Acest strat, care se alătură membranei subsolului care separă epiderma de derm, este locul în care sunt produse melanocite.

La microscopie, melanocitele au o formă neregulată caracteristică. Măsura în care melanocitele produc melanină depinde de măsura în care este gena melaninei exprimate, sau pornit. Gândiți-vă la „expresia genelor” ca la pornirea unui comutator dintr-o fabrică pentru a face un anumit produs, în acest caz o proteină.

Aproape toate ființele umane au o mulțime de „fabrici” de melanină (melanocite), dar măsura în care oamenii îi folosesc aceste „fabrici” variază foarte mult atât de la indivizi, cât și de la populațiile etnice.

Alți factori în culoarea pielii

Lumina soarelui declanșează într-o oarecare măsură producția de melanină la majoritatea oamenilor; acesta este procesul de întunecare a pielii pe termen scurt cunoscut sub numele de "bronz". Melanina produsă de stimulul luminos acționează pentru a proteja restul corpului într-o oarecare măsură de radiațiile ultraviolete (UV) dăunătoare din lumina soarelui.

Atunci când organismul nu mai simte o abundență de raze UV ​​în mediu, așa cum se întâmplă toamna și iarna, nevoia percepută de producție de melanină scade și pielea tinde să se aprindă în aceste anotimpuri.

De asemenea, în timp ce melanocitele produc melanină, precum și o depozitează și o eliberează, celulele epidermice mult mai răspândite cunoscute sub numele de keratinocite vinde ca cel mai mare primitor al pigmentului. Mișcarea melaninei de la melanocite la keratinocite este facilitată de numeroasele tentacule (până la 40 de ani) care se extind spre exterior de la fiecare melanocit.

Melanozomii formați în melanocite se deplasează către keratinocite și se poziționează între membrana celulară și nucleu, contribuind la scutirea ADN-ului (acid dezoxiribonucleic, „materialul genetic” al omului și toate formele de viață cunoscute) din interiorul acelui nucleu de deteriorarea radiațiilor UV.

Tipuri de melanină

În timp ce eumelanina este cel mai abundent tip de melanină produsă de oameni, este departe de singurul tip comun. Există în alte două forme principale, pheomelanin și neuromelanin. Eumelanina și feomelanina au o mulțime în comun funcțional și chimic, în timp ce neuromelanina este ceva necinstit.

Eumelanina și feomelanina sunt ambele realizate de melanocite în stratul (stratul) cel mai de jos al epidermei. Aceste celule încep ca. melanoblasts în țesutul care este derivat din tubul neural în timpul dezvoltării embrionare umane. Sinteza fiecăruia dintre acestea începe cu tirozina, o moleculă strâns legată de aminoacidul fenilalanină. Tirozina este în curând transformată în dopaquinonă, care poate urma o serie de căi chimice diferite, care în cele din urmă duc la producerea melaninei.

Neuromelanina este produsă în creier ca parte a descompunerii neurotransmițătorului dopamina, o altă rudă chimică apropiată de fenilalanină și tirozină. Acest lucru apare într-o parte a creierului numită substantia nigra. Neuromelanina, spre deosebire de celelalte două forme de melanină umană, nu este un participant la determinarea culorii pielii.

Funcțiile melaninei

Melaninele susțin că faima biologică este contribuția sa la culoarea pielii, dar îndeplinește și o serie de funcții fiziologice asociate și fără legătură. Melanina influențează culoarea părului și protejează, de asemenea, pielea și ochii de deteriorarea ușoară a soarelui și a altor surse de radiații electromagnetice.

Eumelanina are o culoare mai maronie-neagră, în timp ce feomelanina este mai roșu-gălbui. Culoarea excesivă a pielii persoanelor este determinată de o combinație între raportul dintre aceste două tipuri de melanină și densitatea totală a melanozomilor din celulele individuale.

De asemenea, diferite tipuri de melanină predomină în diferite părți ale corpului la același individ. De exemplu, buzele, care sunt mai roz, sunt mai mari în feomelanină.

Pielea care are o culoare mai deschisă, de obicei, are o densitate de două sau trei melanozomi per cluster în melanocite, în timp ce pielea mai închisă prezintă melanocite mai "mobile", prin faptul că aceste granule sunt mai înclinate să se răspândească în keratinocitele vecine.

Protecție împotriva melaninei și UV

La un moment dat în evoluția umană, diferite populații de indivizi s-au așezat departe unul de celălalt, unii rămânând mai aproape de ecuator și alții se aventurează spre latitudinile nordice, mai ales în Europa la început. Ca urmare a faptului că se află într-un mediu mai însorit și mai cald, oamenii mai apropiați de ecuator și-au pierdut o mare parte din părul corpului în raport cu omologii lor mai nordici.

Această schimbare a distribuției relative a părului este cea care a stimulat dezvoltarea diferențială a melanogenezei în diferite populații din întreaga lume. Oamenii care trăiesc mai aproape de ecuator demonstrează acum un raport mai mare între eumelanină și feomelanină, rezultând nu numai pe pielea mai închisă, ci într-o capacitate mai mare de a absorbi radiațiile UV. Oamenii care trăiesc în zone mai răcoroase, cu mai puțină lumină solară, pe de altă parte, prezintă un raport mai mic între eumelanină și feomelanină și, în consecință, sunt mai susceptibili la afectarea pielii UV, inclusiv cancerul.

În 2015, cercetătorii de la Universitatea Yale au raportat că au găsit o modalitate în care lumina UV reacționează la melanină la șoareci, într-o manieră care promovează formarea cancerului în câteva ore. Acest lucru părea să scoată în evidență natura excelentă „cu două tăișuri” a melaninei. Pentru fiecare domeniu în care poate servi drept atu pentru sănătate, pare să prezinte o altă răspundere pentru sănătate în altă parte.

Alte roluri fiziologice ale melaninei

Vitamina D, care este importantă în manipularea corporală a calciului mineral, trebuie să fie supusă luminii UV pentru a putea fi transformată în forma activă după ce a fost ingerată. Acest lucru înseamnă că persoanele care trăiesc în latitudinile nordice sunt în general mai sensibile la deficiență de vitamina D, deoarece organismele lor în medie primesc mai puțin soare pe tot parcursul anului decât oamenii mai apropiați de ecuator.

O altă implicație a relației dintre lumina UV și melanină este, totuși, că persoanele cu pielea mai închisă, indiferent unde locuiesc (dar mai ales cele din localitățile foarte nordice sau sudice), ar trebui monitorizate pentru problemele cu nivelurile de vitamina D, deoarece acestea sunt ridicate densitatea melanozomilor, asigurând, în același timp, protecție împotriva pericolelor razelor ultraviolete, de asemenea, se evidențiază puținele efecte benefice ale acestora.

O serie de relații între lumina UV, melanină și comportamentul pielii nu au fost încă clarificate pe deplin. Este cunoscut, de exemplu, faptul că administrarea de lumină UV pe piele poate suprima funcția imunitară pe termen scurt. Acest lucru poate fi de dorit atunci când încercați să controlați sclipirile afecțiunilor inflamatorii ale pielii cu o componentă imună, cum ar fi psoriazisul.

Orice rol imunitar pe care îl poate juca melanina în organism rămâne elucidat.

Boli legate de melanină

Sunt cunoscute o serie de afecțiuni clinice care implică tulburări în sinteza și transportul melaninei. Acestea pot afecta fiecare etapă a procesului de formare a melaninei și distribuției melaninei.

Acestea includ:

Tulburări ale melanoblastelor. După cum vă puteți aminti, aceste celule sunt precursorii melanocitelor. Se presupune că vor migra de la locurile lor de formare în dezvoltarea embrionară și fetală în locurile în care în cele din urmă își vor juca rolurile atribuite.

Cu toate acestea, uneori, melanoblastii nu reușesc să ajungă acolo unde se presupune că vor merge. Un rezultat este Sindromul Waardenburg, în care persoanele afectate au zone de piele foarte ușoară și păr prematur gri, din cauza eșecului melanoblastelor de a-și reședința în aceste zone mai devreme în viață.

Tulburări ale melanocitelor. Printre cele mai notorii dintre acestea se află și condiția numită vitiligo, care implică distrugerea auto-imună a melanocitelor într-un mod neuniform pe întreaga piele.

Datorită modului asimetric în care organismul își atacă propriile celule, pielea prezintă pete distincte de piele ușor amestecate cu zone ale pielii neafectate.

Tulburări ale melanozomilor. Două dintre cele mai frecvente tulburări care implică locurile de depozitare a melaninei sunt Sindromul Chédiak-Higashi și Sindromul GriscelliAmbele implică probleme vizibile de pigmentare a pielii, dar includ și efecte în alte sisteme ale corpului.

În sindromul Chédiak-Higashi, care poate produce albinism (o lipsă aproape totală de pigmentare la nivelul pielii și ochilor), se crede că mutația genică responsabilă de componenta melaninei a tulburării previne, de asemenea, sinteza substanțelor chimice importante ale sistemului imunitar.

Tulburări legate de tirozinază. Tirosinasa este enzima, sau proteina catalizatorului biologic, care transformă un compus intermediar în sinteza melaninei și a feomelaninei, numită dihidroxifenilalanină, în dopaquinonă. Când această enzimă nu funcționează corect sau lipsește, calea sintetică a melaninei poate fi perturbată.

De exemplu, în boala ereditară fenilcetonurie (PKU), eșecul unei enzime diferite duce la o acumulare semnificativă de fenilalanină, care are efecte secundare, inhibitoare asupra tirozinazei. Aceasta duce la pielea neplăcută datorită unei scăderi „în aval” a sintezei melaninei.