הכימיה של מלנין

תוֹכֶן

• מבנה כימי של מלנין
• פורמולה כימית חלופית מלנין
• יסודות צבע העור
• גורמים אחרים בצבע עור
• סוגי מלנין
• תפקידי המלנין
• הגנת מלנין ו- UV
• תפקידים פיזיולוגיים אחרים של מלנין
• מחלות הקשורות למלנין

המלנין הוא פיגמנט כהה, המופיע בטבעיות ומגיע בכמה צורות ואחראי לחלק גדול מצבע העור אצל בני אדם. הוא מיוצר על ידי תאים הנקראים מלנוציטיםהיושבים בחלק העמוק ביותר של שכבת העור החיצונית ביותר. חלק גדול ממלנין זה מוצא את דרכו לתאים הנקראים קרטינוציטיםשהם הרבה יותר מאשר מלנוציטים.

לאחר סינתזת המלנין, הוא מאוחסן בגופים בתוך המלנוציטים הנקראים מלנוזומים. השכיח ביותר מבין סוגי המלנין השונים נקרא eumelaninשמשמעותו "מלנין טוב." כאשר הרבה אאומלנין קיים בכמויות גבוהות יותר, נוצר צבע עור כהה וחום יותר, ואילו צפיפות נמוכה של פיגמנט זה מתרחשת אצל אנשים עם עור בהיר יותר.

כאשר אנשים מראים הבדלים בצבע העור הנובעים בעיקר מהבדלים בתוכן המלנין בעור, זה לא מכיוון שאנשים שונים זה מזה מבחינת מספר של מלנוציטים שיש להם. במקום זאת, כמה עמים אינדיבידואל המלנוציטים פעילים בהרבה מאשר אצל אחרים.

מבנה כימי של מלנין

כמו חומרים רבים בגוף, גם האיפור הכימי של המלנין כולל תערובת של פחמן, מימן, חמצן וחנקן. ה פורמולה כימית מלנין הוא ג₁₈ח₁₀נ₂O₄, נותן למלנין משקל מולקולרי, או מסה טוחנת, של 318 גרם לשומה (גרם / מול).

(מסיבות היסטוריות, א שומה הוא כמות החומר בגרמים המכיל 6X10 ²³ מולקולות, והיא מדד בסיסי לגודל המולקולות.)

המלנין מורכב משלוש טבעות עם שש חברות (שישה אטומים מסודרים סביב נקודה מרכזית) בקו, כאשר כל אחת מהן טבעת בת חמישה חברים השוכנת באחת הזוויות בינה לבין שכנתה. הטבעות עם חמשת החברים מכילות כל אחת את אחד משני אטומי החנקן במלנין, ויושבים על צדי המולקולה הנגדים.

ארבעת אטומי החמצן במלנין קשורים לפחמימות על טבעת ששת האטומים בכל קצה, שניים לכל טבעת. אלה קשורים כפולים, וסידורי C = O שוכנים בצדדים הנגדים של הטבעת משם מחוברות הטבעות עם חמשת החברים.

פורמולה כימית חלופית מלנין

אם ברצונך לבטא את הנוסחה למלנין בצורה מפורשת יותר מבלי לפנות לציור מודל, תוכל לכתוב אותה בצורה המשמשת במערכת הזנת קו כניסה מולקולרית פשוטה (SMILES):

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

כאשר המספרים אינם תסריטים אלא התייחסות למיקומים המספריים של האטומים בתוך טבעות בודדות. אטומי מימן במלנין אינם כלולים אך ניתן לקבוע את מספרם ומיקומם על ידי מילוי כל "פערים" במבנה לעיל, תוך התחשבות בכך שכל פחמן יוצר ארבעה קשרים.

יסודות צבע העור

לעור אנושי שלוש שכבות, אשר מהקצה התחתון לתחתית הן האפידרמיס, הדרמיס ושכבת הרקמה התת עורית. האפידרמיס מחולקת עצמה לכמה שכבות, שהעמוק בהן נקרא שכבה germinativum (נקרא לעיתים שכבה בסיסית). שכבה זו, הצמודה לקרום המרתף המפריד בין האפידרמיס לדרמיס, היא המקום בו מיוצרים מלנוציטים.

במיקרוסקופיה, המלנוציטים הם בעלי צורה לא סדירה אופיינית. עד כמה המלנוציטים מייצרים מלנין תלוי עד כמה הגן למלנין נמצא הביע, או נדלק. חשבו על "ביטוי גנים" כמדליק מתג במפעל לייצור מוצר מסוים, במקרה זה חלבון.

כמעט בכל בני האדם יש המון "מפעלים" של מלנין (מלנוציטים), אך המידה בה אנשים משתמשים במפעלים אלה משתנה מאוד בין אנשים ומוסדות אתניים כאחד.

גורמים אחרים בצבע עור

אור השמש מפעיל ייצור מלנין במידה מסוימת אצל רוב האנשים; זהו תהליך של התכהות עור לטווח קצר המכונה "שיזוף". המלנין המיוצר על ידי גירוי אור פועל כדי להגן על שאר חלקי הגוף מפני קרינה אולטרה סגולה (UV) מזיקה באור השמש.

כאשר הגוף כבר לא חש בשפע של קרני UV בסביבה, כמו שקורה בסתיו ובחורף, הצורך הנתפס בייצור מלנין פוחת גם כן והעור נוטה להתבהר בעונות אלו.

כמו כן, בעוד שמלנוציטים מייצרים מלנין וגם מאחסנים אותו ומשחררים אותו, תאי האפידרמיס הנפוצים בהרבה המכונים קרטינוציטים תיפתח כמקבל הגדול ביותר של הפיגמנט. תנועת המלנין ממלנוציטים לקרטינוציטים מקלה על ידי זרועות הרבים הרבות (עד 40 לערך) המשתרעות החוצה מכל מלנוציט.

מלנוזומים הנוצרים במלנוציטים נודדים לקרטינוציטים וממצבים עצמם בין קרום התא לגרעין, ומסייעים בהגנה על ה- DNA (חומצה deoxyribonucleic, "החומר הגנטי" של בני האדם וכל צורות החיים הידועות) בתוך אותו גרעין מפני נזק לקרינת UV.

סוגי מלנין

בעוד שאומלנין הוא הסוג השכיח ביותר של מלנין המיוצר על ידי בני אדם, הוא רחוק מהסוג הנפוץ היחיד. זה קיים בשתי צורות עיקריות אחרות, pheomelanin ו נוירומלנין. לאומלנין ופאומלנין יש המון המשותף לתפקוד וכימי, ואילו נוירומלנין הוא דבר נוכל.

האומלנין והפומלנין נוצרים שניהם על ידי מלנוציטים בשכבה הנמוכה ביותר (שכבה) של האפידרמיס. תאים אלה מתחילים בתור melanoblasts ברקמה המופקת מהצינור העצבי במהלך התפתחות העוברית האנושית. הסינתזה של כל אחד מאלה מתחילה בטירוזין, מולקולה הקשורה קשר הדוק לחומצת האמינו פנילאלנין. הטירוזין מומר בקרוב לדופקינון, שיכול לעקוב אחר מספר מסלולי כימיים שונים אשר בסופו של דבר מביאים לייצור מלנין.

נוירומלנין מיוצר במוח כחלק מפירוק המוליך העצבי דופמין, קרוב משפחה כימי קרוב אחר של פנילאלנין וטירוזין. זה מתרחש בחלק של המוח שנקרא substantia nigra. נוירומלנין, בשונה משתי הצורות האחרות של מלנין אנושי, אינו משתתף בקביעת צבע העור.

תפקידי המלנין

מלנינים הטוענים לתהילה ביולוגית היא תרומתה לצבע העור, אך היא מבצעת גם מספר תפקודים פיזיולוגיים קשורים ובלתי קשורים. המלנין משפיע על צבע השיער והוא גם מגן על העור והעיניים מפני נזקי אור מהשמש וממקורות אחרים של קרינה אלקטרומגנטית.

האומלנין בצבע חום-שחור יותר, ואילו הפומלנין הוא אדום-צהבהב יותר. צבע יתר של עור אנשים נקבע על ידי שילוב של היחס בין שני סוגים אלה של מלנין לבין הצפיפות הכללית של המלנוזומים בתאים בודדים.

כמו כן, סוגים שונים של מלנין שולטים באזורים שונים בגוף אצל אותו אדם. לדוגמא, השפתיים, שהן ורודות יותר, גבוהות יותר בפאומלנין.

עור בהיר יותר בצבעו בדרך כלל צפיפות של שניים או שלושה מלנוזומים לכל אשכול בתוך המלנוציטים, ואילו עור כהה יותר כולל מלנוציטים "ניידים" יותר בכך שגרגירים אלה נוטים יותר להתפשט לקרטינוציטים שכנים.

הגנת מלנין ו- UV

בשלב מסוים בהתפתחות האנושית, אוכלוסיות שונות של אנשים התיישבו הרחק זו מזו, כאשר חלקן נותרו קרובות יותר לקו המשווה ואחרות נעות לעבר קווי הרוחב הצפוניים, בעיקר באירופה בהתחלה. כתוצאה מהיותם בסביבה שקועה וחמה יותר, אנשים הקרובים יותר לקו המשווה איבדו הרבה משער גופם ביחס לעמיתיהם הצפוניים יותר.

שינוי זה בהתפלגות היחסים יחסית הוא האמין שדרבן את ההתפתחות הדיפרנציאלית של המלנוגנזה באוכלוסיות שונות ברחבי העולם. אנשים הגרים קרוב יותר לקו המשווה מפגינים כעת יחס גבוה יותר של אאומלנין לפאומלנין, וכתוצאה מכך לא רק עור כהה יותר אלא ביכולת גדולה יותר לספוג קרינת UV. לעומת זאת, אנשים החיים באזורים קרירים יותר עם פחות אור שמש, יחס נמוך יותר של eumelanin לפהומלנין, וכתוצאה מכך הם רגישים יותר לנזקי עור UV, כולל סרטן.

בשנת 2015 דיווחו החוקרים מאוניברסיטת ייל כי הם מצאו דרך בה אור UV מגיב במלנין בעכברים באופן המקדם היווצרות סרטן תוך שעות ספורות. נראה כי הדבר הדגיש את הטבע "הדו-קצוות" להפליא של המלנין. לכל תחום בו הוא יכול לשמש כנכס בריאות, נראה שהוא מהווה התחייבות בריאותית במקום אחר.

תפקידים פיזיולוגיים אחרים של מלנין

ויטמין D, החשוב בטיפול בגוף בסידן המינרלי, חייב להיות כפוף לאור UV על מנת להמיר אותו לצורתו הפעילה לאחר נטילתו. משמעות הדבר היא שאנשים החיים בקווי הרוחב הצפוניים בדרך כלל רגישים יותר למחסור בוויטמין D, מכיוון שגופם מקבל בממוצע פחות אור לאורך השנה מאשר אנשים הקרובים לקו המשווה.

עם זאת, השלכה נוספת של הקשר בין אור UV למלנין היא שאנשים כהים עור, לא משנה היכן הם גרים (אך במיוחד אלה שבמיקומים צפוניים או דרומיים מאוד), צריכים להיות במעקב אחר בעיות ברמת ויטמין D, מכיוון שהגבוהות שלהם גבוהה צפיפות המלנומוזומים, תוך הגנה מפני הסכנות בקרני UV, מסננת גם את השפעותיהם המעטות.

טרם התבררו במלואם מערכות יחסים בין אור UV, מלנין והתנהגות העור. ידוע, למשל, כי מתן אור UV לעור יכול לדכא את תפקוד החיסון בטווח הקצר. זה יכול להיות רצוי כשמנסים לשלוט בהתלקחות של מצבי עור דלקתיים עם מרכיב חיסוני, כמו פסוריאזיס.

לא משנה איזה תפקיד חיסוני מלנין יכול לשחק בגוף.

מחלות הקשורות למלנין

ידוע היטב על מספר מצבים קליניים הכרוכים בהתרחשות בסינתזת המלנין וההובלה. אלה יכולים להשפיע על כל שלב בתהליך היווצרות המלנין והפצת המלנין.

אלו כוללים:

הפרעות במלנו-בלסטים. תאים אלה, כזכור, הם מבשרי מלנוציטים. הם אמורים לנדוד מאתרי התהוותם בהתפתחות עוברית ועובר למקומות בהם ישחקו בסופו של דבר את תפקידם המוקצה.

עם זאת, לפעמים המלנו-בלסטים לא מצליחים להגיע לאן שהם אמורים להגיע. תוצאה אחת היא תסמונת ורדנבורג, אצל אנשים מושפעים אזורים של עור בהיר מאוד ושיער אפור בטרם עת בגלל כישלון מלנו-בלסטים להתגורר באזורים אלה מוקדם יותר בחיים.

הפרעות במלנוציטים. בין הידועים לשמצה שבהם הוא המצב שנקרא ויטיליגו, הכרוך בהרס בתיווך אוטואימוני של מלנוציטים באופן לא אחיד בכל העור.

בגלל הדרך הא-סימטרית בה הגוף תוקף את התאים שלו, העור מראה טלאים ברורים של עור בהיר המעורבבים באזורי עור לא מושפעים.

הפרעות במלנוזומים. שתיים מההפרעות השכיחות יותר הכרוכות באתרי האחסון של המלנין הן תסמונת צ'דיאק-היגאשי ו תסמונת גריסקליששניהם כרוכים בבעיות פיגמנטציה של עור לעין אך כוללות גם השפעות במערכות גוף אחרות.

בתסמונת צ'דיאק-היגאשי, שיכולה לייצר לבקנות (חוסר כמעט פיגמנטציה כמעט בעור ובעיניים), ההערכה היא שמוטציה של הגן האחראית לרכיב המלנין בהפרעה מונעת גם סינתזה של חומרים כימיים חשובים למערכת החיסון.

הפרעות הקשורות לטירוזינאז. טירוזינאז הוא האנזים, או חלבון זרז ביולוגי, שממיר תרכובת ביניים בסינתזת המלנין והפומלנין, המכונה דיהידרוקסיפנילאלנין, לדופקינון. כאשר אנזים זה לא מצליח לעבוד כראוי או נעדר, ניתן לשבש את מסלול הסינתטי המלנין.

לדוגמה, במחלה התורשתית פנילקטונוריה (PKU), כישלונו של אנזים שונה מוביל להתפתחות משמעותית של פנילאלנין, שיש לו השפעות מעכבות משניות על טירוזינאז. זה מוביל לעור טלאי הודות לירידה "במורד הזרם" בסינתזת המלנין.