Kimia Melanin

Kandungan

• Struktur Kimia Melanin
• Formula Kimia Melanin Alternatif
• Asas Warna Kulit
• Faktor Lain dalam Warna Kulit
• Jenis Melanin
• Fungsi Melanin
• Perlindungan Melanin dan UV
• Peranan Fisiologi Lain Melanin
• Penyakit Berkaitan dengan Melanin

Melanin adalah pigmen yang berwarna gelap, alami yang terdapat dalam beberapa bentuk dan bertanggungjawab untuk warna kulit manusia. Ia dihasilkan oleh sel yang dipanggil melanocytes, yang duduk di bahagian paling dalam lapisan paling luar kulit. Kebanyakan melanin ini menemui jalan masuk ke sel yang dipanggil keratinocytes, yang jauh lebih banyak daripada melanosit.

Selepas melanin disintesis, ia disimpan dalam badan dalam melanosit yang dipanggil melanosomes. Yang paling biasa dari pelbagai jenis melanin dipanggil eumelanin, yang bermaksud "melanin yang baik." Apabila banyak eumelanin hadir dalam jumlah yang lebih tinggi, hasil warna kulit yang lebih gelap, lebih coklat, sedangkan ketumpatan rendah pigmen ini berlaku pada orang dengan kulit yang lebih ringan.

Apabila orang menunjukkan perbezaan warna kulit yang disebabkan terutamanya oleh perbezaan kandungan melanin kulit, ini bukan kerana orang berbeza secara luas dari segi nombor daripada melanosit yang mereka ada. Sebaliknya, sesetengah orang individu melanocytes jauh lebih aktif maka mereka berada di tempat lain.

Struktur Kimia Melanin

Seperti banyak bahan dalam badan, solek kimia melanin termasuk campuran karbon, hidrogen, oksigen dan nitrogen. The formula kimia melanin adalah C₁₈H₁₀N₂O₄, memberikan melanin berat molekul, atau jisim molar, sebanyak 318 gram setiap mol (g / mol).

(Atas alasan sejarah, a tahi lalat adalah jumlah bahan dalam gram yang mengandungi 6 x 10 ²³ molekul, dan merupakan ukuran asas bagi saiz molekul.)

Melanin terdiri daripada tiga cincin enam anggota (enam atom disusun di sekitar titik pusat) dalam satu baris, masing-masing dengan cincin lima yang terletak di salah satu sudut antara dirinya dan jirannya. Cincin berkepala lima ini masing-masing mengandungi satu daripada dua atom nitrogen dalam melanin, dan duduk di sisi yang bertentangan molekul.

Keempat atom oksigen dalam melanin terikat kepada karbon pada cincin enam atom pada setiap hujung, dua ke setiap cincin. Ini adalah ikatan berganda, dan susunan C = O terletak pada sisi bertentangan dari cincin dari mana cincin lima yang dilampirkan.

Formula Kimia Melanin Alternatif

Sekiranya anda ingin menyatakan formula untuk melanin dalam bentuk yang lebih jelas tanpa perlu melukis model, anda boleh menulis dalam bentuk yang digunakan dalam Sistem Pemasukan Line Molecular-Input Mudah (SMILES):

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

di mana angka-angka itu bukan subskrip tetapi rujukan kepada kedudukan atom-atom dalam cincin individu. Atom hidrogen dalam melanin tidak termasuk tetapi bilangan dan kedudukan mereka boleh ditentukan dengan mengisi sebarang "jurang" dalam struktur di atas, dengan mengingati bahawa setiap karbon membentuk empat ikatan.

Asas Warna Kulit

Kulit manusia mempunyai tiga lapisan, yang dari bahagian paling bawah ke bahagian paling jauh adalah epidermis, dermis dan lapisan tisu subkutan. Epidermis itu sendiri dibahagikan kepada pelbagai lapisan, yang paling dalam yang dipanggil stratum germinativum (kadang-kadang dipanggil stratum basale). Lapisan ini, yang membabitkan membran bawah tanah yang memisahkan epidermis dari dermis, adalah di mana melanosit dihasilkan.

Pada mikroskopi, melanosit mempunyai ciri-ciri yang tidak teratur. Sejauh mana melanocytes menghasilkan melanin bergantung kepada sejauh mana gen untuk melanin dinyatakan, atau dihidupkan. Fikirkan "ekspresi gen" sebagai menghidupkan suis di kilang untuk membuat produk tertentu, dalam hal ini protein.

Hampir semua manusia mempunyai banyak "kilang" melanin (melanosit), tetapi sejauh mana orang meletakkan "kilang-kilang" ini digunakan secara meluas antara kedua-dua individu dan populasi etnik.

Faktor Lain dalam Warna Kulit

Cahaya matahari mencetuskan pengeluaran melanin sedikit sebanyak di kebanyakan orang; ini adalah proses penuaan kulit jangka pendek yang dikenali sebagai "tan." Melanin yang dihasilkan oleh rangsangan cahaya berfungsi untuk melindungi seluruh tubuhnya dari tahap radiasi ultraviolet (UV) yang berbahaya di bawah cahaya matahari.

Apabila badan tidak lagi merasakan berlimpah sinaran UV di alam sekitar, seperti yang berlaku pada musim gugur dan musim sejuk, keperluan untuk melanin juga semakin berkurangan dan kulit cenderung meringankan pada musim-musim ini.

Selain itu, sementara melanosit mengeluarkan melanin serta menyimpannya dan melepaskannya, sel-sel epidermis yang lebih umum yang dikenali sebagai keratinocytes angin sebagai penerima pigmen terbesar. Pergerakan melanin dari melanosit ke keratinosit difasilitasi oleh banyak tentakel (sehingga 40 atau lebih) memanjangkan keluar dari setiap melanocyte.

Melanosomes yang terbentuk dalam melanocytes bergerak ke keratinosit dan memposisikan diri di antara membran sel dan nukleus, membantu melindungi DNA (asid deoksiribonukleik, "bahan genetik" manusia dan semua bentuk kehidupan yang diketahui) di dalam nukleus daripada kerosakan sinaran UV.

Jenis Melanin

Walaupun eumelanin adalah jenis melanin yang paling banyak dihasilkan oleh manusia, ia jauh dari satu-satunya jenis biasa. Ia wujud dalam dua bentuk utama lain, pheomelanin dan neuromelanin. Eumelanin dan pheomelanin mempunyai banyak fungsi secara fizikal dan kimia, sedangkan neuromelanin adalah penyangak.

Eumelanin dan pheomelanin kedua-duanya dibuat oleh melanosit dalam lapisan terendah (lapisan) epidermis. Sel-sel ini bermula sebagai melanoblast dalam tisu yang berasal dari tiub neural semasa pembangunan embrio manusia. Sintesis setiap ini bermula dengan tirosin, molekul yang berkait rapat dengan fenilalanin asid amino. Tirosin tidak lama lagi ditukar kepada dopaquinone, yang boleh mengikuti beberapa laluan kimia yang akhirnya menghasilkan pengeluaran melanin.

Neuromelanin dihasilkan di otak sebagai sebahagian daripada penguraian neurotransmitter dopamin, satu lagi kimia kimia yang rapat dengan fenilalanin dan tirosin. Ini berlaku di bahagian otak yang dipanggil substantia nigra. Neuromelanin, tidak seperti dua bentuk melanin manusia yang lain, bukan peserta dalam penentuan warna kulit.

Fungsi Melanin

Melanin menuntut kemasyhuran biologi adalah sumbangannya kepada warna kulit, tetapi ia melakukan beberapa fungsi fisiologi yang berkaitan dan tidak berkaitan juga. Melanin mempengaruhi warna rambut dan juga melindungi kulit dan mata dari kerosakan cahaya dari matahari dan sumber radiasi elektromagnetik lain.

Eumelanin lebih berwarna kecoklatan, sedangkan pheomelanin lebih kuning-merah. Warna warna kulit seseorang ditentukan oleh kombinasi nisbah kedua-dua jenis melanin dan kepadatan keseluruhan melanosom dalam sel individu.

Juga, pelbagai jenis melanin mendominasi di bahagian-bahagian tubuh yang berlainan dalam individu yang sama. Sebagai contoh, bibir, yang lebih merah jambu, lebih tinggi dalam pheomelanin.

Kulit yang lebih ringan dalam warna biasanya mempunyai kepadatan dua atau tiga melanosom per cluster dalam melanocytes, sedangkan kulit lebih gelap mempunyai lebih banyak "mudah alih" melanosit kerana granul ini lebih cenderung menyebar ke keratinosit jiran.

Perlindungan Melanin dan UV

Pada satu ketika dalam evolusi manusia, populasi individu yang berbeza menetap jauh dari satu sama lain, dengan beberapa yang tinggal lebih dekat ke khatulistiwa dan lain-lain meneroka ke lintang utara, kebanyakannya di Eropah pada mulanya. Sebagai akibat daripada persekitaran yang lebih sunnier dan panas, orang-orang yang lebih dekat ke khatulistiwa kehilangan banyak rambut badan mereka berhubung dengan rakan-rakan mereka yang lebih utara.

Ia adalah perubahan dalam taburan rambut relatif yang dipercayai telah mendorong perkembangan pembezaan melanogenesis dalam populasi yang berlainan di seluruh dunia. Orang yang tinggal dekat dengan khatulistiwa sekarang menunjukkan nisbah eumelanin yang lebih tinggi kepada pheomelanin, yang mengakibatkan bukan sahaja pada kulit yang lebih gelap tetapi dalam kapasiti yang lebih besar untuk menyerap radiasi UV. Orang yang tinggal di kawasan sejuk dengan kurang cahaya matahari, sebaliknya, menunjukkan nisbah yang lebih rendah daripada eumelanin kepada pheomelanin, dan akibatnya lebih mudah terdedah kepada kerosakan kulit UV, termasuk kanser.

Pada tahun 2015, penyelidik di Universiti Yale melaporkan bahawa mereka telah menemui cara di mana sinaran UV bertindak balas dalam melanin dalam tikus dengan cara yang menggalakkan pembentukan kanser dalam masa beberapa jam. Ini seolah-olah menyerlahkan sifat melanin yang indah "bermata dua". Bagi setiap kawasan di mana ia boleh berfungsi sebagai aset kesihatan, nampaknya menunjukkan liabiliti kesihatan di tempat lain.

Peranan Fisiologi Lain Melanin

Vitamin D, yang penting dalam pengendalian badan kalsium mineral, mesti tertakluk kepada cahaya UV untuk ditukar kepada bentuk aktif selepas ia ditelan. Ini bermakna orang yang tinggal di latitud utara umumnya lebih mudah terdedah kepada kekurangan vitamin D, kerana badan mereka secara purata menerima kurang cahaya matahari sepanjang tahun berbanding orang yang lebih dekat dengan khatulistiwa.

Walau bagaimanapun implikasi hubungan antara sinaran UV dan melanin adalah orang kulit hitam yang gelap, tidak kira di mana mereka tinggal (terutamanya di kawasan utara atau selatan), perlu dipantau untuk masalah dengan tahap vitamin D, kerana mereka tinggi ketumpatan melanosomes, sambil memberi perlindungan terhadap bahaya sinar UV, juga menampakkan beberapa kesan yang bermanfaat.

Beberapa hubungan antara cahaya UV, melanin dan kelakuan kulit belum dijelaskan sepenuhnya. Adalah diketahui, sebagai contoh, bahawa pentadbiran cahaya UV pada kulit dapat menekan fungsi imun dalam jangka pendek. Ini boleh diingini apabila cuba mengawal keadaan kulit radang dengan komponen imun, seperti psoriasis.

Apa-apa pun melanin peranan imun yang boleh dimainkan di dalam badan masih akan dijelaskan.

Penyakit Berkaitan dengan Melanin

Sejumlah keadaan klinikal yang melibatkan derangement dalam sintesis dan pengangkutan melanin diketahui dengan baik. Ini boleh menjejaskan setiap langkah pembentukan melanin dan proses pengedaran melanin.

Ini termasuk:

Gangguan melanoblas. Sel-sel ini, seperti yang anda ingat, adalah pendahulu melanocytes. Mereka sepatutnya berhijrah dari tapak pembentukan mereka dalam perkembangan embrio dan janin ke tempat-tempat di mana mereka akan memainkan peranan mereka yang ditugaskan.

Walau bagaimanapun, kadang-kadang melanoblasts gagal untuk membuatnya ke mana mereka sepatutnya pergi. Satu hasil ialah Sindrom Waardenburg, di mana orang-orang yang terjejas mempunyai kawasan kulit yang sangat ringan dan rambut kelabu awal kerana kegagalan melanoblasts untuk tinggal di kawasan-kawasan ini lebih awal dalam kehidupan.

Gangguan melanosit. Antara yang lebih terkenal adalah keadaan yang dipanggil vitiligo, yang melibatkan penghancuran autoimmune-mediated melanocytes dalam cara yang tidak seragam sepanjang kulit.

Kerana cara asymmetri di mana tubuh menyerang sel-selnya sendiri, kulit menunjukkan tompok-tompok kulit yang berbeza bercampur dengan kawasan kulit yang tidak terjejas.

Gangguan melanosomes. Dua daripada masalah yang lebih umum yang melibatkan tapak penyimpanan melanin adalah Sindrom Chédiak-Higashi dan Sindrom Griscelli, kedua-duanya melibatkan masalah pigmentasi kulit yang kelihatan tetapi juga termasuk kesan dalam sistem badan lain juga.

Dalam sindrom Chédiak-Higashi, yang boleh menghasilkan albinisme (kurang kekurangan pigmentasi dalam kulit dan mata), dipercayai bahawa mutasi gen yang bertanggungjawab terhadap komponen melanin gangguan itu juga menghalang sintesis kimia penting sistem imun.

Gangguan yang berkaitan dengan tyrosinase. Tyrosinase adalah enzim, atau protein pemangkin biologi, yang menukarkan sebatian perantaraan dalam sintesis melanin dan pheomelanin, yang dipanggil dihydroxyphenylalanine, menjadi dopaquinone. Apabila enzim ini tidak berfungsi dengan baik atau tidak, jalur sintetik melanin boleh terganggu.

Contohnya, dalam penyakit keturunan phenylketonuria (PKU), kegagalan enzim yang berlainan membawa kepada pembentukan phenylalanine yang signifikan, yang mempunyai kesan menengah, yang menghambat tyrosinase. Ini membawa kepada kulit berkaca kerana penurunan "hiliran" dalam sintesis melanin.