Indhold
- Melanin kemisk struktur
- Alternativ melanin kemisk formel
- Grundlæggende om hudfarve
- Andre faktorer i hudfarve
- Typer af melanin
- Melanins funktioner
- Melanin og UV-beskyttelse
- Andre fysiologiske roller af Melanin
- Sygdomme relateret til Melanin
Melanin er et mørkt, naturligt forekommende pigment, der findes i flere former og er ansvarlig for meget af hudfarven hos mennesker. Det produceres af celler, der kaldes melanocytter, der sidder i den dybeste del af det yderste hudlag. Meget af denne melanin finder vej ind i celler, der kaldes keratinocytter, som er langt flere end melanocytter.
Når melanin er syntetiseret, opbevares det i organer inden for melanocytter, der kaldes melanosomer. Den mest almindelige af de forskellige typer melanin kaldes eumelanin, hvilket betyder "god melanin." Når der er meget eumelanin i større mængder, resulterer en mørkere, mere brun hudfarve, hvorimod en lav densitet af dette pigment forekommer hos mennesker med lysere hud.
Når folk viser forskelle i hudfarve, der hovedsageligt skyldes forskelle i hudmelaninindhold, skyldes det ikke, at folk adskiller sig meget hvad angår nummer af melanocytter, de har. I stedet for nogle folk individuel melanocytter er langt mere aktive, end de er i andre.
Melanin kemisk struktur
Ligesom mange stoffer i kroppen inkluderer den kemiske sammensætning af melanin en blanding af kulstof, brint, ilt og nitrogen. Det melanin kemisk formel er C18H10N2O4, hvilket giver melanin en molekylvægt eller molmasse på 318 gram pr. mol (g / mol).
(Af historiske grunde, a muldvarp er mængden af et stof i gram, der indeholder 6 x 10 23 molekyler, og er et grundlæggende mål for en molekylstørrelse.)
Melanin består af tre seks-ledede ringe (seks atomer arrangeret omkring et centralt punkt) i en linje, hver med en fem-leddet ring beliggende i en af vinklerne mellem sig selv og sin nabo. Disse fem-ledede ringe indeholder hver et af de to nitrogenatomer i melanin og sidder på modsatte sider af molekylet.
De fire oxygenatomer i melanin er bundet til kulhydrater på seks-atomringen i hver ende, to til hver ring. Disse er dobbeltbundet, og C = O-arrangementerne ligger på modsatte sider af ringen, hvorfra de fem-ledede ringe er fastgjort.
Alternativ melanin kemisk formel
Hvis du ønskede at udtrykke formlen for melanin i en mere eksplicit form uden at ty til at tegne en model, kunne du skrive den i den form, der blev brugt i det forenklede molekylære inputinputsystem (SMILES):
CC1 = C2C3 = C (C4 = CNC5 = C (C (= O) C (= O) C (= C45) C3 = CN2) C) C (= O) C1 = O
hvor numrene ikke er underskrifter, men henvisninger til atomerens numeriske placeringer inden for individuelle ringe. Hydrogenatomer i melanin er ikke inkluderet, men deres antal og positioner kan bestemmes ved at udfylde eventuelle "huller" i ovennævnte struktur, idet man husker, at hvert kulstof danner fire bindinger.
Grundlæggende om hudfarve
Menneskets hud har tre lag, der fra yderste til inderste er epidermis, dermis og det subkutane vævslag. Epidermis er i sig selv opdelt i adskillige lag, hvis dybeste kaldes stratum germinativum (kaldes undertiden stratum basale). Dette lag, der støder op til kældermembranen, der adskiller epidermis fra dermis, er hvor melanocytter produceres.
Ved mikroskopi har melanocytter en karakteristisk uregelmæssig form. I hvilken udstrækning melanocytter producerer melanin afhænger af, i hvilken grad genet for melanin er gav udtryk for, eller tændt. Tænk på "genekspression" som at tænde en afbryder på en fabrik for at fremstille et bestemt produkt, i dette tilfælde et protein.
Næsten alle mennesker har masser af melanin "fabrikker" (melanocytter), men i hvor høj grad folk bruger disse "fabrikker" til at variere varierer meget mellem både individer og etniske befolkninger.
Andre faktorer i hudfarve
Sollys udløser melaninproduktion til en vis grad hos de fleste mennesker; dette er processen med kortvarig hudmørkning kendt som en "solbrun". Melaninet produceret ved lysstimulering fungerer til en vis grad at beskytte resten af kroppen mod skadelig ultraviolet (UV) stråling i sollys.
Når kroppen ikke længere fornemmer en overflod af UV-stråler i miljøet, som forekommer om efteråret og vinteren, falder det opfattede behov for melaninproduktion også, og huden har en tendens til at lette i disse sæsoner.
Mens melanocytter fremstiller melanin såvel som at de opbevarer og frigiver det, er de langt mere udbredte epidermale celler kendt som keratinocytter afvikles som den største modtager af pigmentet. Bevægelsen af melanin fra melanocytter til keratinocytter letter det ved de mange tentakler (op til 40 eller derover), der strækker sig udad fra hver melanocyt.
Melanosomer dannet i melanocytter rejser til keratinocytter og positionerer sig mellem cellemembranen og kernen, hvilket hjælper med at beskytte DNA'et (deoxyribonukleinsyre, menneskets "genetiske materiale" og alle kendte livsformer) i denne kerne mod UV-stråleskader.
Typer af melanin
Mens eumelanin er den mest udbredte type melanin produceret af mennesker, er det langt fra den eneste almindelige type. Det findes i to andre hovedformer, pheomelanin og neuromelanin. Eumelanin og pheomelanin har meget fælles funktionelt og kemisk, hvorimod neuromelanin er noget af en skurk.
Eumelanin og pheomelanin fremstilles begge af melanocytter i det nederste lag (lag) af overhuden. Disse celler begynder som melanoblasts i væv, der er afledt af det neurale rør under human embryonal udvikling. Syntesen af hver af disse starter med tyrosin, et molekyle, der er tæt knyttet til aminosyren phenylalanin. Tyrosinet omdannes snart til dopaquinon, som kan følge en række forskellige kemiske veje, der i sidste ende resulterer i melaninproduktion.
Neuromelanin produceres i hjernen som en del af nedbrydningen af neurotransmitteren dopamin, en anden tæt kemisk slægtning af phenylalanin og tyrosin. Dette forekommer i en del af hjernen, der kaldes substantia nigra. Neuromelanin er i modsætning til de to andre former for humant melanin ikke en deltager i bestemmelsen af hudfarve.
Melanins funktioner
Melaniner, der hævder biologisk berømmelse, er dets bidrag til hudfarve, men det udfører også en række relaterede og ikke-relaterede fysiologiske funktioner. Melanin påvirker hårfarve, og det beskytter også huden og øjnene mod lysskader fra solen og andre kilder til elektromagnetisk stråling.
Eumelanin er mere brun-sort i farve, mens pheomelanin er mere gulrød. Overfarven på en persons hud bestemmes af en kombination af forholdet mellem disse to typer melanin og den samlede massefylde af melanosomer i individuelle celler.
Også forskellige typer melanin dominerer i forskellige dele af kroppen i det samme individ. For eksempel er læberne, som er mere lyserøde, højere i pheomelanin.
Hud, der er lysere i farve, har typisk en tæthed på to eller tre melanosomer pr. Klynge inden i melanocytterne, hvorimod mørkere hud har mere "mobile" melanocytter, idet disse granulater er mere tilbøjelige til at sprede sig til tilstødende keratinocytter.
Melanin og UV-beskyttelse
På et tidspunkt i den menneskelige udvikling bosatte sig forskellige populationer af individer sig langt fra hinanden, hvor nogle forblev tættere på ækvator og andre venturer mod nordlige breddegrader, for det meste i Europa i starten. Som en konsekvens af at være i et sunnere og varmere miljø, mistede folk tættere på ækvator meget af deres kropshår i forhold til deres mere nordliggående kolleger.
Det er denne ændring i relativ hårfordeling, der menes at have ansporet den differentielle udvikling af melanogenese i forskellige populationer over hele verden. Mennesker, der bor tættere på ækvator, demonstrerer nu et højere forhold mellem eumelanin og pheomelanin, hvilket ikke kun resulterer i mørkere hud, men i en større kapacitet til at absorbere UV-stråling. Mennesker, der bor i køligere områder med mindre sollys, viser på den anden side et lavere forhold mellem eumelanin og pheomelanin, og er derfor mere modtagelige for UV-hudskader, herunder kræft.
I 2015 rapporterede forskere ved Yale University, at de havde fundet en måde, hvorpå UV-lys reagerer i melanin hos mus på en måde, der fremmer kræftdannelse på få timer. Dette syntes at fremhæve den udsøgte "to-kantede" natur melanin. For hvert område, hvor det kan fungere som et sundhedsaktiv, ser det ud til at være et sundhedsansvar et andet sted.
Andre fysiologiske roller af Melanin
D-vitamin, som er vigtigt i kroppens håndtering af mineralsk calcium, skal udsættes for UV-lys for at blive omdannet til dets aktive form efter indtagelse. Dette betyder, at folk, der bor på nordlige breddegrader, generelt er mere modtagelige for D-vitaminmangel, fordi deres kroppe i gennemsnit får mindre sollys gennem året end folk, der er tættere på ækvator.
En anden implikation af forholdet mellem UV-lys og melanin er imidlertid, at mørkere hud, uanset hvor de bor (men især dem i meget nordlige eller sydlige lokaliteter), bør overvåges for problemer med D-vitaminniveauer, fordi deres høje melanosomers tæthed, mens den yder beskyttelse mod farerne ved UV-stråler, screener også deres få gavnlige virkninger.
En række forhold mellem UV-lys, melanin og hudens opførsel er endnu ikke blevet fuldstændigt afklaret. Det er for eksempel kendt, at indgivelse af UV-lys til huden kan undertrykke immunfunktion på kort sigt. Dette kan være ønskeligt, når man prøver at kontrollere opblussen af inflammatoriske hudtilstande med en immunkomponent, såsom psoriasis.
Uanset hvilken immunrolle melanin kan spille i kroppen, gjenstår at belyse.
Sygdomme relateret til Melanin
Et antal kliniske tilstande, der involverer afvigelser i melaninsyntese og transport, er velkendt. Disse kan påvirke hvert trin i melanin-dannelses- og melanin-fordelingsprocessen.
Disse inkluderer:
Forstyrrelser i melanoblaster. Disse celler er, som du måske husker, forløberne for melanocytter. De formodes at migrere fra deres dannelsessteder i embryonal og fosterudvikling til de steder, hvor de i sidste ende vil spille deres tildelte roller.
Men undertiden klarer melanoblaster ikke at komme dit sted, hvor de skal. Et resultat er Waardenburg syndrom, hvor berørte mennesker har områder med meget lys hud og for tidligt gråt hår på grund af manglende melanoblaster i at bo i disse områder tidligere i livet.
Forstyrrelser i melanocytter. Blandt de mere berygtede af disse er den kaldte tilstand vitiligo, som involverer den autoimmunmedierede ødelæggelse af melanocytter på en ikke-ensartet måde i hele huden.
På grund af den asymmetriske måde, hvorpå kroppen angriber sine egne celler, viser huden tydelige pletter af lys hud blandet med upåvirkelige hudområder.
Forstyrrelser i melanosomer. To af de mere almindelige lidelser, der involverer lagringsstederne for melanin, er Chédiak-Higashi syndrom og Griscelli syndrom, som begge involverer synlige hudpigmenteringsproblemer, men også inkluderer effekter i andre kropssystemer.
I Chédiak-Higashi syndrom, der kan producere albinisme (en næsten total mangel på pigmentering i hud og øjne) antages det, at den genmutation, der er ansvarlig for melaninkomponenten i forstyrrelsen, også forhindrer syntese af vigtige immunsystemkemikalier.
Forstyrrelser relateret til tyrosinase. Tyrosinase er det enzym, eller det biologiske katalysatorprotein, der omdanner en mellemforbindelse i melanin og pheomelaninsyntesen, kaldet dihydroxyphenylalanin, til dopaquinon. Når dette enzym ikke fungerer korrekt eller er fraværende, kan den syntetiske melaninsvej forstyrres.
For eksempel ved den arvelige sygdom phenylketonuri (PKU) fører svigt af et andet enzym til en betydelig ophopning af phenylalanin, som har sekundære, hæmmende effekter på tyrosinase. Dette fører til ujævn hud takket være et "nedstrøms" fald i melaninsyntesen.