Melaniinin kemia

Sisältö

• Melaniinin kemiallinen rakenne
• Vaihtoehtoinen melaniinin kemiallinen kaava
• Ihon värin perusteet
• Muut ihonvärin tekijät
• Melaniinityypit
• Melaniinin toiminnot
• Melaniini- ja UV-suoja
• Muut melaniinin fysiologiset roolit
• Melaniiniin liittyvät sairaudet

Melaniini on tumma, luonnossa esiintyvä pigmentti, jota esiintyy useissa muodoissa ja joka on vastuussa suuresta osasta ihon ihonväriä. Sitä tuottavat solut, joita kutsutaan melanosyyttien, jotka sijaitsevat uloimman ihokerroksen syvimmässä osassa. Suuri osa tästä melaniinista löytää tiensä soluihin, joita kutsutaan keratinosyytit, joita on paljon enemmän kuin melanosyyttejä.

Kun melaniini on syntetisoitu, se varastoituu kehiin melanosyyttien nimeltä melanosomeja. Eri tyyppisistä melaniineista yleisintä kutsutaan eumelaniinia, joka tarkoittaa "hyvää melaniinia". Kun paljon eumelaniinia on läsnä suurempina määrinä, tuloksena on tummempi, ruskeampi ihonväri, kun taas tämän pigmentin alhainen tiheys esiintyy ihmisissä, joilla on vaaleampi iho.

Kun ihmisen ihonväri eroaa pääasiassa ihon melaniinisisällön eroista, tämä ei johdu siitä, että ihmiset eroavat toisistaan ​​huomattavasti määrä melanosyyteistä. Sen sijaan jotkut kansakunnat yksilö melanosyytit ovat paljon aktiivisempia kuin muut.

Melaniinin kemiallinen rakenne

Kuten monet kehon aineet, myös melaniinin kemiallinen koostumus sisältää hiilen, vedyn, hapen ja typen seoksen. melaniinin kemiallinen kaava on C₁₈H₁₀N₂O₄, jolloin melaniinin molekyylipaino tai moolimassa on 318 grammaa moolia kohti (g / mol).

(Historiallisista syistä a mooli on aineen määrä grammoina, joka sisältää 6 x 10 ²³ molekyylejä, ja se on molekyylin koon perusmitta.)

Melaniini koostuu kolmesta kuusijäsenisestä renkaasta (kuusi atomia, jotka on järjestetty keskipisteen ympärille) linjassa, joista jokaisessa on viisijäseninen rengas, joka on sijoitettu yhteen kulmasta itsensä ja naapurinsa välillä. Nämä viisijäseniset renkaat sisältävät kukin yhden melaniinin kahdesta typpiatomista ja sijaitsevat molekyylin vastakkaisilla puolilla.

Melaniinin neljä happiatomia ovat sitoutuneet hiileihin kuuden atomin renkaassa kummassakin päässä, kaksi kummassakin renkaassa. Ne ovat kaksoissidottuja, ja C = O-järjestelyt sijaitsevat renkaan vastakkaisilla puolilla, joihin viisijäseniset renkaat on kiinnitetty.

Vaihtoehtoinen melaniinin kemiallinen kaava

Jos halusit ilmaista melaniinikaavan tarkemmassa muodossa turvautumatta mallin piirtämiseen, voit kirjoittaa sen muotoon, jota käytetään yksinkertaistetussa molekyylisisääntulolinjan syöttämisjärjestelmässä (SMILES):

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

jossa numerot eivät ole alaindeksejä, vaan viittauksia atomien numeerisiin sijaintiin yksittäisissä renkaissa. Melaniinin vetyatomeja ei sisälly tähän, mutta niiden lukumäärä ja sijainti voidaan määrittää täyttämällä kaikki yllä olevat rakenteet "aukot" pitäen mielessä, että kukin hiili muodostaa neljä sidosta.

Ihon värin perusteet

Ihmisen iholla on kolme kerrosta, jotka uloimmista sisimpiin ovat orvaskesi, dermis ja ihonalainen kudoskerros. Iho on itse jaettu lukuisiin kerroksiin, joista syvinta kutsutaan germinativum -kerros (jota joskus kutsutaan pohjakerrokseksi). Tämä kerros, joka vieressä on kellarikerros, joka erottaa orvaskeden dermosta, tuottaa melanosyyttejä.

Mikroskopialla melanosyyteillä on ominainen epäsäännöllinen muoto. Se, missä määrin melanosyytit tuottavat melaniinia, riippuu siitä, missä määrin melaniinin geeni on ilmaisi, tai kytketty päälle. Ajattele "geeniekspressiota" kytkimen kytkemisestä päälle tehtaalla tietyn tuotteen, tässä tapauksessa proteiinin, valmistamiseksi.

Melkein kaikilla ihmisillä on runsaasti melaniini "tehtaita" (melanosyyttejä), mutta missä määrin ihmiset asettavat nämä "tehtaat" käytettäväksi, vaihtelee suuresti sekä yksilöiden että etnisten ryhmien välillä.

Muut ihonvärin tekijät

Auringonvalo laukaisee melaniinin tuotannon jossain määrin useimmissa ihmisissä; tämä on ihon lyhytaikaisen tummenemisen prosessi, joka tunnetaan nimellä "rusketus". Valoärsykkeen tuottama melaniini suojaa muuta vartaloa jossain määrin auringonvalon haitalliselta ultravioletti (UV) säteilyltä.

Kun vartalo ei enää tunne UV-säteilyä ympäristössä, kuten tapahtuu syksyllä ja talvella, myös melaniinin tuotannon tarve vähenee ja iholla on taipumus vaalentua näinä vuodenaikoina.

Samoin, kun melanosyytit valmistavat melaniinia sekä varastoivat sitä ja vapauttavat sen, niin paljon yleisemmät epidermisolut, jotka tunnetaan nimellä keratinosyytit loppuun pigmentin suurimpana vastaanottajana. Melaniinin liikettä melanosyyteistä keratinosyyteihin helpottaa monta lonkeroa (enintään 40), jotka ulottuvat kustakin melanosyytistä ulospäin.

Melanosyyteissä muodostuneet melanosomit kulkevat keratinosyyteihin ja sijoittuvat itsensä solukalvon ja ytimen väliin auttaen suojaamaan kyseisessä ytimessä olevaa DNA: ta (deoksiribonukleiinihappo, ihmisten "geneettinen aine" ja kaikki tunnetut elämän muodot) UV-säteilyvaurioilta.

Melaniinityypit

Vaikka eumelaniini on yleisin ihmisten tuottama melaniinityyppi, se ei ole kaukana ainoasta yleisestä tyypistä. Se on olemassa kahdessa muussa päämuodossa, pheomelanin ja neuromelaniinin. Eumelaniinilla ja pheomelaniinilla on paljon yhteistä toiminnallisesti ja kemiallisesti, kun taas neuromelaniinilla on jotain roistoa.

Eumelaniinia ja pheomelaniinia tekevät molemmat melanosyytit orvaskeden alimmassa kerroksessa (kerroksessa). Nämä solut alkavat melanoblasteja kudoksessa, joka on johdettu neuraaliputkesta ihmisen alkion kehityksen aikana. Kunkin näistä synteesi alkaa tyrosiinilla, molekyylillä, joka liittyy läheisesti aminohappoon fenyylialaniiniin. Tyrosiini muuttuu pian dopakinoniksi, joka voi seurata useita erilaisia ​​kemiallisia reittejä, jotka lopulta johtavat melaniinin tuotantoon.

Neuromelaniinia tuotetaan aivoissa osana välittäjäaineen hajoamista dopamiini, toinen fenyylialaniinin ja tyrosiinin läheinen kemiallinen sukulainen. Tämä tapahtuu aivojen osassa, jota kutsutaan rodia nigra. Toisin kuin ihmisen melaniinin kaksi muuta muotoa, neuromelaniini ei osallistu ihon värin määrittämiseen.

Melaniinin toiminnot

Melaniinien väite biologisesta maineesta on sen vaikutus ihon väriin, mutta se suorittaa myös joukon liittyviä ja toisiinsa liittymättömiä fysiologisia toimintoja. Melaniini vaikuttaa hiusten väriin ja suojaa ihoa ja silmiä myös auringon ja muiden sähkömagneettisen säteilyn aiheuttamilta vaurioilta.

Eumelaniini on väriltään ruskehtavanmusta, kun taas pheomelaniini on kellertävänpunaista. Henkilöiden ihon yliväri määritetään yhdistämällä näiden kahden melaniinityypin suhde ja melanosomien kokonaistiheys yksittäisissä soluissa.

Eri tyyppiset melaniinit ovat vallitsevia saman ruumiin eri osissa. Esimerkiksi huulet, jotka ovat vaaleanpunaisempia, ovat korkeampia pheomelaniinissa.

Väriltään vaaleammalla iholla on tyypillisesti kaksi tai kolme melanosomia tiheyttä kohden melanosyyttien ryhmää, kun taas tummemassa iholla on enemmän "liikkuvia" melanosyyttejä, koska nämä rakeet ovat taipuvaisempia leviämään vierekkäisiin keratinosyyteihin.

Melaniini- ja UV-suoja

Ihmisen evoluution jossain vaiheessa yksilöiden erilaiset populaatiot asettuivat kaukana toisistaan, ja jotkut pysyivät lähempänä päiväntasaajaa ja toiset pääsivät pohjoisiin leveysasteisiin, lähinnä ensin Euroopassa. Päiväntasaajaa lähemmäs ihmiset ovat menettäneet aurinkoisemman ja lämpimämmän ympäristön, joten ne menettivät suuren osan vartalon hiuksista suhteessa pohjoisempaan suuntaan.

Juuri tämän suhteellisen hiusjakauman muutoksen uskotaan kannustaneen melanogeneesin erilaiseen kehitykseen eri populaatioissa ympäri maailmaa. Päiväntasaajan läheisyydessä asuvat ihmiset osoittavat nyt suuremman eumelaniini-suhteen pheomelaniiniin, mikä johtaa paitsi ihon tummemiseen, myös suurempaan kykyyn absorboida UV-säteilyä. Toisaalta ihmisillä, jotka asuvat viileämmillä alueilla, joissa on vähemmän auringonvaloa, eumelaniinin ja pheomelaniinin suhde on alhaisempi, ja siksi he ovat alttiimpia UV-ihovaurioille, mukaan lukien syöpä.

Yale-yliopiston tutkijat kertoivat vuonna 2015 löytäneensä tavan, jolla UV-valo reagoi hiirten melaniiniin tavalla, joka edistää syövän muodostumista muutamassa tunnissa. Tämä näytti korostavan melaniinin hienosti "kaksiteräistä" luonnetta. Kaikilla alueilla, joilla se voi toimia terveysvaroina, se näyttää aiheuttavan terveysvastuun muualla.

Muut melaniinin fysiologiset roolit

D-vitamiini, joka on tärkeä kehon käsitellessä mineraalikalsiumia, on altistettava UV-valolle, jotta se muuttuu aktiiviseen muotoonsa nauttimisen jälkeen. Tämä tarkoittaa, että pohjoisilla leveysasteilla asuvat ihmiset ovat yleensä alttiimpia D-vitamiinin puutokselle, koska heidän ruumiinsa saa keskimäärin vähemmän auringonvaloa ympäri vuoden kuin päiväntasaajalle lähempänä olevia ihmisiä.

Toinen merkitys ultraviolettivalon ja melaniinin välisestä suhteesta on kuitenkin se, että tummemahkaisia ​​ihmisiä, riippumatta siitä, missä he asuvat (mutta etenkin hyvin pohjoisissa tai eteläisissä paikoissa), on tarkkailtava D-vitamiinipitoisuuksien varalta, koska heidän korkean Vaikka melanosomien tiheys tarjoaa suojaa UV-säteilyjen vaaroilta, seuloo myös niiden muutamat hyödylliset vaikutukset.

Lukuisia UV-valon, melaniinin ja ihon käyttäytymisen välisiä suhteita ei ole vielä selvitetty. Tiedetään esimerkiksi, että UV-valon antaminen iholle voi heikentää immuunitoimintaa lyhyellä aikavälillä. Tämä voi olla toivottavaa, kun yritetään hallita tulehduksellisten iho-olosuhteiden ilmaantuvuutta immuunikomponentilla, kuten psoriasis.

Mistä tahansa immuuniroolista melaniini voi olla kehossa, on vielä selvitettävä.

Melaniiniin liittyvät sairaudet

Lukuisia kliinisiä tiloja, joihin liittyy melaniinisynteesin ja kuljetuksen häiriöitä, tunnetaan hyvin. Ne voivat vaikuttaa melaniinin muodostumis- ja jakautumisprosessin jokaiseen vaiheeseen.

Nämä sisältävät:

Melanoblastien häiriöt. Nämä solut, kuten saatat muistaa, ovat melanosyyttien edeltäjiä. Niiden oletetaan muuttavan alkion ja sikiön kehityksen muodostumispaikoista paikkoihin, joissa he lopulta toimivat niille osoitetut roolit.

Toisinaan melanoblastit eivät kuitenkaan pääse sinne, mihin heidän on tarkoitus mennä. Yksi tulos on Waardenburgin oireyhtymä, jolla kärsivillä ihmisillä on alueita, joissa on erittäin vaalea iho ja ennenaikaisesti harmaat hiukset, koska melanoblastit eivät ole asuneet näillä alueilla aikaisemmin.

Melanosyyttien häiriöt. Yksi kuuluisimmista näistä on tila, jota kutsutaan vitiligo, johon sisältyy melanosyyttien autoimmuunivälitteinen tuhoaminen epäyhtenäisellä tavalla koko ihossa.

Koska epäsymmetrinen tapa kehon hyökkää omiin soluihinsa, iholla on selkeät vaalean ihon laikut, jotka ovat sekoittuneet koskemattomiin ihoalueisiin.

Melanosomien häiriöt. Kaksi yleisimmistä häiriöistä, joihin liittyy melaniinin säilytyspaikkoja, ovat Chédiak-Higashi -oireyhtymä ja Griscelli-oireyhtymä, jotka molemmat liittyvät näkyviin ihon pigmentaation ongelmiin, mutta sisältävät vaikutuksia myös muihin kehon järjestelmiin.

Chédiak-Higashi-oireyhtymässä, joka voi tuottaa albinism (lähes täydellinen pigmentaation puute iholla ja silmissä) uskotaan, että häiriön melaniinikomponentista vastuussa oleva geenimutaatio estää myös tärkeiden immuunijärjestelmän kemikaalien synteesiä.

Tyrosinaasiin liittyvät häiriöt. Tyrosinaasi on entsyymi tai biologinen katalyyttiproteiini, joka muuttaa melaniini- ja pheomelaniinisynteesissä syntyvän välituotteen, nimeltään dihydroksifenyylialaniini, dopakinoniksi. Kun tämä entsyymi ei toimi kunnolla tai puuttuu, synteettinen melaniinireitti voi katketa.

Esimerkiksi perinnöllisessä sairaudessa fenylketonuria (PKU), erilaisen entsyymin epäonnistuminen johtaa merkittävään fenyylialaniinin kertymiseen, jolla on sekundaarisia, estäviä vaikutuksia tyrosinaasiin. Tämä johtaa ihon läpilyöntiin melaniinisynteesin "loppupään" laskun ansiosta.