Innhold
- Melanin kjemisk struktur
- Alternativ melanin kjemisk formel
- Grunnleggende om hudfarge
- Andre faktorer i hudfarge
- Typer Melanin
- Funksjonene til Melanin
- Melanin og UV-beskyttelse
- Andre fysiologiske roller av Melanin
- Sykdommer relatert til Melanin
Melanin er et mørkt, naturlig forekommende pigment som kommer i flere former og er ansvarlig for mye av hudfargen hos mennesker. Det er produsert av celler som heter melanocytter, som sitter i den dypeste delen av det ytterste laget av huden. Mye av dette melaninet finner veien inn i celler som heter keratinocytter, som er langt flere enn melanocytter.
Etter at melanin er syntetisert, lagres det i legemer i melanocytter som kalles melanosomer. Den vanligste av de forskjellige typene melanin kalles eumelanin, som betyr "god melanin." Når mye eumelanin er til stede i større mengder, resulterer en mørkere, mer brun hudfarge, mens en lav tetthet av dette pigmentet forekommer hos personer med lysere hud.
Når folk viser forskjeller i hudfarge som hovedsakelig skyldes forskjeller i hudmelanininnhold, skyldes dette ikke at folk er veldig forskjellige når det gjelder Nummer av melanocytter de har. I stedet noen folkeslag individuell melanocytter er langt mer aktive enn de er i andre.
Melanin kjemisk struktur
Som mange stoffer i kroppen inkluderer den kjemiske sammensetningen av melanin en blanding av karbon, hydrogen, oksygen og nitrogen. De melanin kjemisk formel er C18H10N2O4som gir melanin en molekylvekt, eller molmasse, på 318 gram per mol (g / mol).
(Av historiske grunner, a muldvarp er mengden av et stoff i gram som inneholder 6 x 10 23 molekyler, og er et grunnleggende mål for en molekylsstørrelse.)
Melanin består av tre seks-leddede ringer (seks atomer anordnet rundt et sentralt punkt) i en linje, hver med en fem-leddet ring plassert i en av vinklene mellom seg selv og naboen. Disse fem-leddede ringene inneholder hver ett av de to nitrogenatomer i melanin, og sitter på motsatte sider av molekylet.
De fire oksygenatomene i melanin er bundet til karbonatomer på seksatomringen i hver ende, to til hver ring. Disse er dobbeltbundet, og C = O-arrangementene ligger på motsatte sider av ringen der de femdelte ringene er festet.
Alternativ melanin kjemisk formel
Hvis du ønsket å uttrykke formelen for melanin i en mer eksplisitt form uten å ta til tegning av en modell, kan du skrive den i den formen som ble brukt i det forenklede Molecular-Input Line Entry System (SMILES):
CC1 = C2C3 = C (C4 = CNC5 = C (C (= O) C (= O) C (= C45) C3 = CN2) C) C (= O) C1 = O
hvor tallene ikke er abonnement, men referanser til de numeriske posisjonene til atomer i individuelle ringer. Hydrogenatomer i melanin er ikke inkludert, men deres antall og posisjoner kan bestemmes ved å fylle ut eventuelle "hull" i strukturen ovenfor, og husk at hvert karbon danner fire bindinger.
Grunnleggende om hudfarge
Menneskets hud har tre lag, som fra ytterste til innerste er overhuden, huden og underhudssjiktet. Epidermis er i seg selv delt inn i mange lag, hvor den dypeste kalles stratum germinativum (noen ganger kalt stratum basale). Dette laget, som grenser til kjellermembranen som skiller overhuden fra dermis, er der melanocytter produseres.
På mikroskopi har melanocytter en karakteristisk uregelmessig form. I hvilken grad melanocytter produserer melanin avhenger av i hvilken grad genet for melanin er uttrykte, eller slått på. Tenk på "genuttrykk" som å slå på en bryter på en fabrikk for å lage et bestemt produkt, i dette tilfellet et protein.
Nesten alle mennesker har rikelig med melanin "fabrikker" (melanocytter), men i hvilken grad folk bruker disse "fabrikkene" til bruk varierer mye mellom både individer og etniske befolkninger.
Andre faktorer i hudfarge
Sollys utløser melaninproduksjon til en viss grad hos folk flest; dette er prosessen med kortsiktig hudmørking kjent som en "solbrun." Melaninet produsert av lysstimulering virker til å beskytte resten av kroppen til en viss grad mot skadelig ultrafiolett (UV) stråling i sollys.
Når kroppen ikke lenger opplever en overflod av UV-stråler i miljøet, som forekommer om høsten og vinteren, avtar også det opplevde behovet for melaninproduksjon, og huden har en tendens til å lette i løpet av disse sesongene.
Mens melanocytter produserer melanin i tillegg til å lagre den og frigjøre den, er de langt mer utbredte epidermale celler kjent som keratinocytter avvikle som den største mottakeren av pigmentet. Bevegelsen av melanin fra melanocytter til keratinocytter forenkles av de mange tentaklene (opptil 40 eller så) som strekker seg utover fra hver melanocytt.
Melanosomer dannet i melanocytter reiser til keratinocytter og plasserer seg mellom cellemembranen og kjernen, og hjelper til med å beskytte DNA (deoksyribonukleinsyre, det "genetiske materialet" til mennesker og alle kjente livsformer) i den kjernen fra UV-stråleskader.
Typer Melanin
Mens eumelanin er den mest tallrike typen melanin produsert av mennesker, er det langt fra den eneste vanlige typen. Det finnes i to andre hovedformer, pheomelanin og neuromelanin. Eumelanin og pheomelanin har mye til å fungere funksjonelt og kjemisk, mens nevromelanin er noe av en useriøs.
Eumelanin og pheomelanin er begge laget av melanocytter i det laveste laget (laget) av overhuden. Disse cellene begynner som melanoblasts i vev som er avledet fra nevralrøret under utvikling av menneskelig embryon. Syntesen av hver av disse starter med tyrosin, et molekyl som er nært beslektet med aminosyren fenylalanin. Tyrosinet blir snart omdannet til dopaquinon, som kan følge en rekke forskjellige kjemiske veier som til slutt resulterer i melaninproduksjon.
Neuromelanin produseres i hjernen som en del av nedbrytningen av nevrotransmitteren dopamin, en annen nær kjemisk slektning av fenylalanin og tyrosin. Dette forekommer i en del av hjernen som kalles substantia nigra. I motsetning til de to andre formene for humant melanin, er ikke neuromelanin deltaker i bestemmelsen av hudfarge.
Funksjonene til Melanin
Melaniner hevder biologisk berømmelse er dens bidrag til hudfarge, men det utfører en rekke relaterte og ikke-relaterte fysiologiske funksjoner også. Melanin påvirker hårfargen, og det beskytter også huden og øynene mot lysskader fra solen og andre kilder til elektromagnetisk stråling.
Eumelanin har mer brunsvart farge, mens pheomelanin er mer gulaktig. Overfargen på en persons hud bestemmes av en kombinasjon av forholdet mellom disse to typene melanin og den generelle tettheten av melanosomer i individuelle celler.
Også forskjellige typer melanin dominerer i forskjellige deler av kroppen hos samme individ. For eksempel er leppene, som er mer rosa, høyere i pheomelanin.
Hud som er lysere i fargen har vanligvis en tetthet på to eller tre melanosomer per klynge i melanocyttene, mens mørkere hud har mer "mobile" melanocytter ved at disse granulatene er mer tilbøyelige til å spre seg til nærliggende keratinocytter.
Melanin og UV-beskyttelse
På et tidspunkt i den menneskelige evolusjonen bosatte man seg forskjellige grupper av individer langt fra hverandre, mens noen forble nærmere ekvator og andre våget seg mot nordlige breddegrader, for det meste i Europa først. Som en konsekvens av å være i et sunnere og varmere miljø, mistet folk nærmere ekvator mye av kroppshåret sitt i forhold til de nordligere områdene.
Det er denne endringen i relativ hårfordeling som antas å ha ansporet den forskjellige utviklingen av melanogenese i forskjellige populasjoner over hele verden. Folk som bor nærmere ekvator viser nå et høyere forhold mellom eumelanin og pheomelanin, noe som ikke bare resulterer i mørkere hud, men i større kapasitet til å absorbere UV-stråling. Mennesker som bor i kjøligere områder med mindre sollys, derimot, viser et lavere forhold mellom eumelanin og pheomelanin, og er følgelig mer utsatt for UV-hudskader, inkludert kreft.
I 2015 rapporterte forskere ved Yale University at de hadde funnet en måte som UV-lys reagerer på melanin hos mus på en måte som fremmer kreftdannelse i løpet av timer. Dette så ut til å markere den utsøkte "to-kantete" naturen til melanin. For hvert område der det kan tjene som en helsetilstand, ser det ut til å være et helsepligt et annet sted.
Andre fysiologiske roller av Melanin
D-vitamin, som er viktig i kroppens håndtering av mineralsk kalsium, må være utsatt for UV-lys for å bli konvertert til dets aktive form etter at det er inntatt. Dette betyr at folk som lever på nordlige breddegrader generelt er mer utsatt for vitamin D-mangel, fordi kroppene deres i gjennomsnitt får mindre sollys gjennom året enn folk som står nærmere ekvator.
En annen implikasjon av forholdet mellom UV-lys og melanin er imidlertid at mørkhudede mennesker, uansett hvor de bor (men spesielt de på veldig nordlige eller sørlige steder), bør overvåkes for problemer med vitamin D-nivåer, fordi deres høye tetthet av melanosomer, samtidig som de gir beskyttelse mot farene ved UV-stråler, viser også de få fordelaktige effektene av dem.
En rekke sammenhenger mellom UV-lys, melanin og hudens oppførsel er ennå ikke avklart. Det er for eksempel kjent at administrering av UV-lys til huden kan undertrykke immunfunksjon på kort sikt. Dette kan være ønskelig når du prøver å kontrollere oppblussing av inflammatoriske hudtilstander med en immunkomponent, for eksempel psoriasis.
Uansett hvilken immunrolle melanin kan spille i kroppen, gjenstår å belyse.
Sykdommer relatert til Melanin
En rekke kliniske tilstander som involverer forringelser i melaninsyntese og transport er velkjente. Disse kan påvirke hvert trinn i melanin-dannelses- og melanin-distribusjonsprosessen.
Disse inkluderer:
Forstyrrelser i melanoblaster. Disse cellene er, som du kanskje husker, forløperne til melanocytter. De skal migrere fra deres dannelsessteder i fosterutvikling og fosterutvikling til stedene hvor de til slutt vil spille sine tildelte roller.
Noen ganger klarer imidlertid melanoblaster ikke å komme dit de skal. Et resultat er Waardenburg syndrom, der berørte mennesker har områder med veldig lys hud og for tidlig grått hår på grunn av at melanoblaster ikke har fått opphold i disse områdene tidligere i livet.
Forstyrrelser i melanocytter. Blant de mer beryktede av disse er tilstanden som kalles vitiligo, som innebærer autoimmunformidlet ødeleggelse av melanocytter på en ikke-ensartet måte i hele huden.
På grunn av den asymmetriske måten kroppen angriper sine celler på, viser huden tydelige flekker av lys hud blandet med upåvirkte hudområder.
Forstyrrelser i melanosomer. To av de mer vanlige lidelsene som involverer lagringsstedene for melanin er Chédiak-Higashi syndrom og Griscelli syndrom, som begge involverer synlige hudpigmenteringsproblemer, men også inkluderer effekter i andre kroppssystemer.
I Chédiak-Higashi syndrom, som kan produsere albinisme (en nesten total mangel på pigmentering i hud og øyne), antas det at genmutasjonen som er ansvarlig for melaninkomponenten i lidelsen, også forhindrer syntese av viktige immunsystemkjemikalier.
Forstyrrelser relatert til tyrosinase. Tyrosinase er enzymet, eller biologisk katalysatorprotein, som omdanner en mellomprodukt i melanin og feomelaninsyntese, kalt dihydroxyphenylalanin, til dopaquinon. Når dette enzymet ikke fungerer ordentlig eller er fraværende, kan den syntetiske melaninveien forstyrres.
For eksempel ved den arvelige sykdommen fenylketonuri (PKU) fører svikt i et annet enzym til en betydelig opphopning av fenylalanin, som har sekundære, hemmende effekter på tyrosinase. Dette fører til ujevn hud takket være en "nedstrøms" reduksjon i melaninsyntese.