Sisu
- Melaniini keemiline struktuur
- Alternatiivne melaniini keemiline valem
- Nahavärvi põhitõed
- Muud nahavärvi tegurid
- Melaniini tüübid
- Melaniini funktsioonid
- Melaniini- ja UV-kaitse
- Muud melaniini füsioloogilised rollid
- Melaniiniga seotud haigused
Melaniin on tume looduslikult esinev pigment, mida on mitmes vormis ja mis vastutab inimese nahavärvi eest suure osa. Seda toodavad rakud, mida nimetatakse melanotsüüdid, mis asuvad kõige välimise nahakihi sügavaimas osas. Suur osa sellest melaniinist jõuab rakkudesse, mida nimetatakse keratinotsüüdid, mida on palju rohkem kui melanotsüüte.
Pärast melaniini sünteesimist hoitakse seda melanotsüütide kehades, mida nimetatakse melanosoomid. Erinevat tüüpi melaniini kõige levinum on nn eumelaniin, mis tähendab "head melaniini". Kui eumelaniini on palju suuremates kogustes, on naha värvus tumedam, pruunim, samas kui heleda nahaga inimestel on selle pigmendi väike tihedus.
Kui inimestel ilmnevad nahavärvi erinevused, mis tulenevad peamiselt naha melaniinisisalduse erinevustest, siis ei põhjusta see seda, et inimesed erinevad number, kogus, arv, hulk melanotsüütidest, mis neil on. Selle asemel mõned rahvad individuaalne melanotsüüdid on palju aktiivsemad kui teistes.
Melaniini keemiline struktuur
Nagu paljud kehas sisalduvad ained, sisaldab melaniini keemiline koostis süsiniku, vesiniku, hapniku ja lämmastiku segu. melaniini keemiline valem on C18H10N2O4, mis annab melaniini molekulmassi või molaarmassi 318 grammi mooli kohta (g / mol).
(Ajaloolistel põhjustel a sünnimärk on aine kogus grammides, mis sisaldab 6 x 10 23 on molekulide suuruse põhinäitaja.)
Melaniin koosneb kolmest kuueliikmelisest rõngast (kuus aatomit, mis on paigutatud ümber keskpunkti) reas, millest igaühel on viielüliline rõngas, mis paikneb ühes nurgas enda ja naabri vahel. Need viielülilised tsüklid sisaldavad kumbki ühte melaniini kahest lämmastikuaatomist ja asuvad molekuli vastaskülgedel.
Melaniini neli hapnikuaatomit on seotud süsinikuaatomitega kuueaatomilises tsüklis mõlemas otsas, kaks kummaski tsüklis. Need on kaksiksidemega ja C = O-paigutus paikneb rõnga vastaskülgedel, kuhu viiekohalised rõngad kinnitatakse.
Alternatiivne melaniini keemiline valem
Kui soovisite melaniini valemit selgemalt väljendada, ilma et oleks vaja mudelit joonistada, võiksite selle kirjutada kujul, mida kasutatakse lihtsustatud molekulaarse sisendi rea sisestamise süsteemis (SMILES):
CC1 = C2C3 = C (C4 = CNC5 = C (C (= O) C (= O) C (= C45) C3 = CN2) C) C (= O) C1 = O
kus numbrid pole alaindeksid, vaid viited aatomite numbrilistele positsioonidele üksikute ringide sees. Vesinikuaatomid melaniinis ei sisaldu, kuid nende arvu ja positsiooni saab kindlaks teha, täites kõik ülaltoodud struktuuris olevad lüngad, pidades meeles, et iga süsinik moodustab neli sidet.
Nahavärvi põhitõed
Inimese nahal on kolm kihti, mis välimisest sisemiseni on epidermis, dermis ja nahaaluskoe kiht. Epidermis jaguneb arvukateks kihtideks, millest sügavaimat nimetatakse stratum germinativum (mõnikord nimetatakse seda aluskihiks). See kiht, mis külgneb epidermist dermist eraldava keldrimembraaniga, on seal melanotsüütide tootmine.
Mikroskoopial on melanotsüütidel iseloomulik ebaregulaarne kuju. See, mil määral melanotsüüdid melaniini toodavad, sõltub melaniini geeni tasemest väljendasvõi sisse lülitatud. Mõelge "geeniekspressioonile" kui tehases lüliti sisselülitamisele, et teha konkreetsest tootest, antud juhul valgust.
Peaaegu kõigil inimestel on palju melaniini "tehaseid" (melanotsüüte), kuid see, kui palju inimesed neid "tehaseid" kasutama panevad, varieerub suuresti nii üksikisikute kui ka etniliste populatsioonide lõikes.
Muud nahavärvi tegurid
Päikesevalgus käivitab enamikul inimestel melaniini tootmise; see on naha lühiajalise tumenemise protsess, mida nimetatakse "päevituseks". Valguse stimuleerimisel toodetav melaniin kaitseb ülejäänud keha teatud määral päikesevalguse kahjuliku ultraviolettkiirguse (UV) eest.
Kui keha ei tunne enam keskkonnas UV-kiirguse rohkust, nagu sügisel ja talvel, väheneb ka melaniini tootmise vajadus ja nahk kipub neil aastaaegadel heledamaks muutuma.
Ehkki melanotsüüdid toodavad melaniini ning säilitavad ja vabastavad seda, on palju levinumad epidermise rakud, mida nimetatakse keratinotsüüdid likvideeritakse kui pigmendi suurim saaja. Melaniini liikumist melanotsüütidest keratinotsüütidesse hõlbustavad paljud kombitsad (kuni umbes 40), mis ulatuvad igast melanotsüüdist väljapoole.
Melanotsüütides moodustunud melanosoomid rändavad keratinotsüütidesse ja paiknevad rakumembraani ja tuuma vahel, aidates kaitsta tuumas olevat DNA-d (desoksüribonukleiinhape, inimeste "geneetiline materjal ja kõik teadaolevad eluvormid") UV-kiirguse kahjustuste eest.
Melaniini tüübid
Ehkki eumelaniin on inimese toodetud melaniini kõige levinum tüüp, pole see kaugeltki ainus levinud tüüp. See eksisteerib kahes muus põhivormis, feomelaniin ja neuromelaniin. Eumelaniinil ja feomelaniinil on funktsionaalselt ja keemiliselt palju ühist, samas kui neuromelaniin on petlik vorm.
Eumelaniini ja pheomelaniini valmistavad mõlemad epidermise madalaimas kihis (kihis) asuvad melanotsüüdid. Need lahtrid algavad nii melanoblastid inimese embrüonaalse arengu ajal närvitorust pärinevas koes. Nende kõigi süntees algab türosiinist, mis on aminohappe fenüülalaniiniga tihedalt seotud molekul. Türosiin muundatakse peagi dopakinooniks, mis võib kulgeda paljudel erinevatel keemilistel radadel, mille tulemuseks on lõpuks melaniini tootmine.
Neuromelaniini toodetakse ajus neurotransmitteri lagunemise käigus dopamiin, fenüülalaniini ja türosiini veel üks lähedane keemiline sugulane. See toimub aju osas, mida nimetatakse põhjendamatu nigra. Erinevalt inimese melaniini kahest teisest vormist ei osale neuromelaniin nahavärvi määramisel.
Melaniini funktsioonid
Melaniinid väidavad, et bioloogiline kuulsus on selle panus nahavärvi, kuid see täidab ka mitmeid seotud ja mitteseotud füsioloogilisi funktsioone. Melaniin mõjutab juuksevärvi ja kaitseb nahka ja silmi ka päikese ja muude elektromagnetilise kiirguse allikate tekitatud kahjustuste eest.
Eumelaniin on värvuselt rohkem pruunikas-must, pheomelaniin aga kollakas-punane. Inimeste naha ülevärvus määratakse kindlaks nende kahe melaniini tüübi suhte ja melanosoomide üldise tiheduse suhtega üksikutes rakkudes.
Samuti domineerivad sama inimese erinevates kehaosades erinevad melaniini tüübid. Näiteks huuled, mis on roosakamad, on pheomelaniinis kõrgemad.
Heledama värvusega naha tihedus on melanotsüütide rühmas tavaliselt kaks või kolm melanosoomi, samas kui tumedamal nahal on rohkem "liikuvaid" melanotsüüte, kuna need graanulid kalduvad levima naabruses asuvatesse keratinotsüütidesse.
Melaniini- ja UV-kaitse
Inimkonna evolutsiooni mingil hetkel asusid indiviidide erinevad populatsioonid asuma üksteisest kaugele, mõned jäid ekvaatorile lähemale ja teised suundusid põhjapoolsetele laiuskraadidele, enamasti Euroopas alguses. Päikselisemas ja kuumemas keskkonnas viibimise tõttu kaotasid ekvaatorile lähemal olevad inimesed suurema osa kehakarvadest võrreldes põhjapoolsemate kolleegidega.
Arvatakse, et see juuste suhtelise jaotuse muutus on stimuleerinud melanogeneesi erinevat arengut erinevates populatsioonides kogu maailmas. Ekvaatorile lähemal elavatel inimestel on nüüd kõrgem eumelaniini ja pheomelaniini suhe, mille tulemuseks on mitte ainult naha tumedamaks muutmine, vaid ka suurem võime absorbeerida UV-kiirgust. Jahedamates, vähema päikesevalgusega piirkondades elavatel inimestel on eumelaniini ja pheomelaniini suhe madalam ning seetõttu on nad vastuvõtlikumad UV-nahakahjustustele, sealhulgas vähile.
2015. aastal teatasid Yale'i ülikooli teadlased, et nad on leidnud viisi, kuidas ultraviolettvalgus reageerib hiirte melaniinis viisil, mis soodustab vähi teket mõne tunniga. See näis rõhutavat melaniini peenelt "kahe teraga" olemust. Tundub, et iga valdkonna kohta, kus see võib olla tervisele kasulik, kujutab see endast tervisevastutust kusagil mujal.
Muud melaniini füsioloogilised rollid
D-vitamiin, mis on oluline mineraalkaltsiumi käsitsemisega kehas, peab alluma UV-valgusele, et see muutuks pärast allaneelamist aktiivseks vormiks. See tähendab, et põhjapoolsetel laiuskraadidel elavad inimesed on üldiselt vastuvõtlikumad D-vitamiini vaegusele, kuna nende keha saab kogu aasta vältel keskmiselt vähem päikesevalgust kui ekvaatorile lähemal asuvad inimesed.
Veel üks tähendus UV-valguse ja melaniini vahelisest seosest on see, et tumedama nahaga inimesi, sõltumata nende elukohast (aga eriti neid, kes asuvad väga põhja- või lõunaosas), tuleks jälgida D-vitamiini probleemide suhtes, kuna nende kõrge Kuigi melanosoomide tihedus pakub kaitset ultraviolettkiirguse eest, kaitseb see ka nende väheseid kasulikke mõjusid.
Mitmed UV-valguse, melaniini ja naha käitumise vahelised seosed on veel täielikult selgitamata. On teada näiteks, et UV-valguse manustamine nahale võib lühiajaliselt immuunfunktsiooni pärssida. See võib olla soovitatav, kui püütakse kontrollida immuunkomponendiga põletikuliste nahahaiguste, näiteks psoriaasi ägenemisi.
Ükskõik milline melaniin võib immuunsuse rolli kehas mängida, tuleb alles välja selgitada.
Melaniiniga seotud haigused
Hulk kliinilisi seisundeid, mis hõlmavad melaniini sünteesi ja transpordi häireid, on hästi teada. Need võivad mõjutada melaniini moodustumise ja melaniini jaotusprotsessi kõiki etappe.
Need sisaldavad:
Melanoblastide häired. Need rakud, nagu võite meenutada, on melanotsüütide eelkäijad. Need peaksid rändama embrüonaalses ja loote arengujärgus tekkekohtadest kohtadesse, kus nad lõpuks täidavad neile määratud rolle.
Kuid mõnikord ei suuda melanoblastid jõuda sinna, kuhu nad peaksid minema. Üks tulemus on Waardenburgi sündroom, kus mõjutatud inimestel on väga hele nahk ja enneaegselt hallid juuksed, kuna melanoblastid ei suuda varem nendesse piirkondadesse elama asuda.
Melanotsüütide häired. Neist kurikuulsamate hulgas on seisund, mida nimetatakse vitiligo, mis hõlmab melanotsüütide autoimmuunsete vahendatud hävitamist ebaühtlaselt kogu nahas.
Kuna keha ründab oma rakke asümmeetriliselt, on nahal selged heleda naha laigud, mis on segatud kahjustamata nahapiirkondadega.
Melanosoomide häired. Kaks levinumat häiret, mis hõlmavad melaniini säilitamiskohti, on Chédiak-Higashi sündroom ja Griscelli sündroom, mis mõlemad hõlmavad naha nähtavaid pigmentatsiooniprobleeme, kuid mõjutavad ka teisi kehasüsteeme.
Chédiak-Higashi sündroomi korral, mis võib toota albinism (peaaegu täielik pigmentatsiooni puudumine nahas ja silmades) arvatakse, et häire melaniini komponendi eest vastutav geenimutatsioon takistab ka oluliste immuunsussüsteemi kemikaalide sünteesi.
Türosinaasiga seotud häired. Türosinaas on ensüüm ehk bioloogiline katalüsaatorvalk, mis muundab melaniini ja pheomelaniini sünteesis vaheühendi, mida nimetatakse dihüdroksüfenüülalaniiniks, dopakinooniks. Kui see ensüüm ei tööta korralikult või puudub, võib melaniini sünteetiline rada katkeda.
Näiteks päriliku haiguse korral fenüülketonuuria (PKU), põhjustab erineva ensüümi rike fenüülalaniini olulise kogunemise, millel on türosinaasile sekundaarne pärssiv toime. Tänu melaniini sünteesi "allavoolu" langusele viib see naha laiguliseks.