كيمياء الميلانين

المحتوى

• الميلانين التركيب الكيميائي
• البديل الميلانين الصيغة الكيميائية
• أساسيات لون البشرة
• عوامل أخرى في لون البشرة
• أنواع الميلانين
• وظائف الميلانين
• الميلانين وحماية للأشعة فوق البنفسجية
• الأدوار الفسيولوجية الأخرى للميلانين
• الأمراض المرتبطة الميلانين

الميلانين هو صبغة داكنة تحدث بشكل طبيعي والتي تأتي في عدة أشكال وهي مسؤولة عن الكثير من لون البشرة لدى البشر. وتنتجها خلايا تسمى الخلايا الصباغية، التي تجلس في أعمق جزء من الطبقة الخارجية من الجلد. الكثير من هذا الميلانين يجد طريقه إلى خلايا تسمى الكيراتينية، والتي هي أكثر بكثير من الخلايا الصباغية.

بعد تصنيع الميلانين ، يتم تخزينه في أجسام داخل الخلايا الصباغية تسمى الصباغية. الأكثر شيوعا من أنواع مختلفة من الميلانين يسمى السوي (Eumelanin)وهو ما يعني "الميلانين الجيد". عندما تتواجد كميات كبيرة من الأميلانين بكميات أعلى ، ينتج لون بشرة داكن أكثر لونًا ، بينما تحدث كثافة منخفضة من هذه الصباغ لدى الأشخاص ذوي البشرة الفاتحة.

عندما يظهر الأشخاص اختلافات في لون البشرة ناتجة بشكل أساسي عن اختلافات في محتوى الميلانين في الجلد ، فإن هذا لا يرجع إلى اختلاف الأشخاص على نطاق واسع من حيث رقم من الخلايا الصباغية لديهم. بدلا من ذلك ، بعض الشعوب فرد الخلايا الصباغية هي أكثر نشاطا بكثير ثم أنها في غيرها.

الميلانين التركيب الكيميائي

مثل العديد من المواد الموجودة في الجسم ، تشتمل التركيبة الكيميائية للميلانين على مزيج من الكربون والهيدروجين والأكسجين والنيتروجين. ال الصيغة الكيميائية الميلانين هو C₁₈هيدروجين₁₀N₂O₄، إعطاء الميلانين الوزن الجزيئي ، أو الكتلة المولية ، من 318 غراما لكل مول (جم / مول).

(لأسباب تاريخية ، أ خلد هو مقدار المادة في غرام يحتوي على 6 × 10 ²³ الجزيئات ، وهو مقياس أساسي لحجم الجزيئات.)

يتكون الميلانين من ثلاث حلقات من ستة أعضاء (ست ذرات مرتبة حول نقطة مركزية) في خط ، ولكل منها حلقة من خمسة أعضاء تقع في واحدة من الزوايا بينها وبين جارتها. تحتوي هذه الحلقات المكونة من خمسة أعضاء على واحدة من ذرات النيتروجين في الميلانين ، وتجلس على جوانب متقابلة من الجزيء.

ترتبط ذرات الأكسجين الأربعة في الميلانين بالكربونات الموجودة على الحلقة الستة ذرات في كل نهاية ، اثنتان لكل حلقة. هذه عبارة عن روابط مزدوجة ، وترتيبات C = O تقع على جوانب متقابلة من الحلقة حيث يتم إرفاق الحلقات الخمسة.

البديل الميلانين الصيغة الكيميائية

إذا كنت ترغب في التعبير عن صيغة الميلانين بشكل أكثر وضوحًا دون اللجوء إلى رسم نموذج ، فيمكنك كتابته بالشكل المستخدم في نظام إدخال خط الإدخال المبسط الجزيئي (SMILES):

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

حيث لا تكون الأرقام مشتركة ولكن تشير إلى المواضع العددية للذرات داخل الحلقات الفردية. لا يتم تضمين ذرات الهيدروجين في الميلانين ولكن يمكن تحديد عددها ومواقعها عن طريق ملء أي "فجوات" في الهيكل أعلاه ، مع الأخذ في الاعتبار أن كل الكربون يشكل أربع روابط.

أساسيات لون البشرة

للجلد البشري ثلاث طبقات ، من أقصىها إلى أعمقها هي البشرة والأدمة وطبقة الأنسجة تحت الجلد. تنقسم البشرة نفسها إلى طبقات متعددة ، تسمى أعمقها الطبقة الجرثومية (تسمى أحيانا الطبقة القاعدية). هذه الطبقة ، التي تجاور الغشاء القاعدي الذي يفصل البشرة عن الأدمة ، هي مكان إنتاج الخلايا الصباغية.

على الفحص المجهري ، تكون الخلايا الصباغية ذات شكل غير منتظم مميز. يعتمد مدى إنتاج خلايا الميلانين للميلانين على مدى وجود جين الميلانين أعربت، أو قيد التشغيل. فكر في "التعبير الجيني" باعتباره يشغل مفتاحًا في مصنع لتصنيع منتج معين ، وفي هذه الحالة يكون بروتينًا.

لدى جميع البشر تقريبًا الكثير من "مصانع" الميلانين (الخلايا الصباغية) ، ولكن مدى استخدام الناس لهذه "المصانع" لاستخدامها يختلف بشكل كبير بين الأفراد والسكان العرقيين.

عوامل أخرى في لون البشرة

أشعة الشمس تسبب إنتاج الميلانين إلى حد ما في معظم الناس ؛ هذه هي عملية تغميق الجلد على المدى القصير والمعروفة باسم "تان". يعمل الميلانين الناتج عن التحفيز الضوئي على حماية بقية الجسم إلى حد ما من الأشعة فوق البنفسجية الضارة في ضوء الشمس.

عندما لا يستشعر الجسم وفرة من الأشعة فوق البنفسجية في البيئة ، كما يحدث في الخريف والشتاء ، تقل الحاجة المتصورة لإنتاج الميلانين كذلك ويميل الجلد إلى التخفيف خلال هذه الفصول.

أيضًا ، بينما تقوم الخلايا الصباغية بتصنيع الميلانين وتخزينه وإطلاقه ، فإن خلايا البشرة الأكثر انتشارًا والمعروفة باسم الكيراتينية يختتم كأكبر مستلم للصباغ. يتم تسهيل حركة الميلانين من الخلايا الصباغية إلى الخلايا الكيراتينية من خلال العديد من مخالب (ما يصل إلى 40 أو نحو ذلك) تمتد إلى الخارج من كل الخلايا الصباغية.

تنتقل الميلانوزومات المتكونة في الخلايا الصباغية إلى الخلايا الكيراتينية وتضع نفسها بين غشاء الخلية والنواة ، مما يساعد على حماية الحمض النووي (حمض الديوكسي ريبونوكلييك ، "المادة الوراثية" للبشر وجميع أشكال الحياة المعروفة) داخل تلك النواة من أضرار الأشعة فوق البنفسجية.

أنواع الميلانين

في حين أن eumelanin هو أكثر أنواع وفرة الميلانين التي ينتجها البشر ، إلا أنه بعيد عن النوع الشائع الوحيد. كان موجودا في شكلين رئيسيين آخرين ، pheomelanin و ميلانين عصبي. يوجد لدى الإوميلانين والفيوميلانين قدر كبير من العناصر الوظيفية والكيميائية ، في حين أن الموميلانين العصبي هو شيء من المارقة.

يتم تصنيع كل من الأوميلانين والفيوميلانين بواسطة الخلايا الصباغية في الطبقة الدنيا (الطبقة) من البشرة. هذه الخلايا تبدأ melanoblasts في الأنسجة المشتقة من الأنبوب العصبي أثناء نمو الجنين البشري. يبدأ تخليق كل من هذه مع التيروزين ، وهو جزيء يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالفينيل ألانين الحمض الأميني. يتم تحويل التيروزين قريباً إلى الدوباكينون ، والذي يمكن أن يتبع عددًا من المسارات الكيميائية المختلفة التي تؤدي في النهاية إلى إنتاج الميلانين.

يتم إنتاج نيوروميلانين في المخ كجزء من تحلل الناقل العصبي الدوبامين، قريب آخر الكيميائية للفينيل ألانين والتيروزين. يحدث هذا في جزء من الدماغ يسمى المادة السوداء. Neuromelanin ، على عكس الشكلين الآخرين من الميلانين البشري ، ليس مشاركًا في تحديد لون البشرة.

وظائف الميلانين

يدعي الميلانين بالشهرة البيولوجية هو مساهمته في لون البشرة ، لكنه يؤدي عددًا من الوظائف الفسيولوجية ذات الصلة وغير المرتبطة. يؤثر الميلانين على لون الشعر كما أنه يحمي الجلد والعينين من أضرار الضوء من أشعة الشمس وغيرها من مصادر الإشعاع الكهرومغناطيسي.

لون الأوميلانين أكثر لونه بني غامق ، في حين أن الفوميلانين أكثر احمراراً. يتم تحديد اللون الزائد لجلد الأشخاص عن طريق الجمع بين نسبة هذين النوعين من الميلانين والكثافة الإجمالية للميلانوزومات داخل الخلايا الفردية.

أيضا ، أنواع مختلفة من الميلانين تسود في أجزاء مختلفة من الجسم في الفرد نفسه. على سبيل المثال ، الشفتان اللتان تكونان ورديتان أعلى في فيميلانين.

يحتوي الجلد الأفتح في اللون عادةً على كثافة اثنين أو ثلاثة من الميلانوزومات لكل كتلة داخل الخلايا الصباغية ، في حين يتميز الجلد الغامق بمزيد من الخلايا الصباغية "المتنقلة" حيث أن هذه الحبيبات تميل إلى الانتشار إلى الخلايا الكيراتينية المجاورة.

الميلانين وحماية للأشعة فوق البنفسجية

في مرحلة ما من التطور البشري ، استقرت مجموعات مختلفة من الأفراد بعيدًا عن بعضها البعض ، مع بقاء بعضهم أقرب إلى خط الاستواء والبعض الآخر غامر باتجاه خطوط العرض الشمالية ، معظمهم في أوروبا في البداية. نتيجة لوجودهم في بيئة أكثر إشراقًا وحرارة ، فقد فقد الأشخاص القريبون من خط الاستواء الكثير من شعر الجسم مقارنة بنظرائهم الأكثر شمالية.

هذا التغيير في توزيع الشعر النسبي هو الذي يعتقد أنه حفز التطور التفريقي للجيل الصباغ في مختلف المجموعات السكانية في جميع أنحاء العالم. الأشخاص الذين يعيشون بالقرب من خط الاستواء يظهرون الآن نسبة أعلى من الأوميلانين إلى الفوميلانين ، مما ينتج ليس فقط في البشرة الداكنة ولكن في قدرة أكبر على امتصاص الأشعة فوق البنفسجية. من ناحية أخرى ، يُظهر الأشخاص الذين يعيشون في مناطق أكثر برودة مع ضوء أقل من أشعة الشمس نسبة أقل من الإوميلانين إلى الفوميلانين ، وبالتالي هم أكثر عرضة لتلف الجلد فوق البنفسجي ، بما في ذلك السرطان.

في عام 2015 ، أفاد باحثون في جامعة ييل أنهم وجدوا طريقة تتفاعل بها الأشعة فوق البنفسجية مع الميلانين في الفئران بطريقة تعزز تكوين السرطان في غضون ساعات. بدا أن هذا يسلط الضوء على طبيعة الميلانين الرائعة. بالنسبة لكل منطقة يمكن أن تعمل فيها كأصل صحي ، يبدو أنها تمثل مسؤولية صحية في مكان آخر.

الأدوار الفسيولوجية الأخرى للميلانين

يجب أن يخضع فيتامين (د) ، وهو أمر مهم في معالجة الجسم للكالسيوم المعدني ، لضوء الأشعة فوق البنفسجية من أجل تحويله إلى شكله النشط بعد تناوله. هذا يعني أن الأشخاص الذين يعيشون عند خطوط العرض الشمالية هم أكثر عرضة لنقص فيتامين (د) ، لأن أجسامهم في المتوسط ​​يتلقون أقل من أشعة الشمس على مدار العام أكثر من الأشخاص القريبين من خط الاستواء.

ومع ذلك ، هناك تأثير آخر للعلاقة بين ضوء الأشعة فوق البنفسجية والميلانين ، وهو أن الأشخاص ذوي البشرة الداكنة ، بغض النظر عن المكان الذي يعيشون فيه (ولكن خصوصًا في المناطق الشمالية أو الجنوبية للغاية) ، يجب مراقبتهم بحثًا عن مشاكل مع مستويات فيتامين (د) ، نظرًا لارتفاع مستوياتهم. الكثافة من الميلانوزومات ، بينما تمنح الحماية من أخطار الأشعة فوق البنفسجية ، كما تستبعد آثارها القليلة المفيدة.

هناك عدد من العلاقات بين ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، الميلانين وسلوك الجلد لم يتم توضيحها بالكامل. من المعروف ، على سبيل المثال ، أن إعطاء الأشعة فوق البنفسجية للجلد يمكن أن يثبط وظائف المناعة على المدى القصير. قد يكون ذلك مرغوبًا فيه عند محاولة التحكم في حالات الإصابة بالتهاب الجلد بمكون مناعي ، مثل الصدفية.

أيا كان الدور المناعي الذي يمكن أن يلعبه الميلانين في الجسم ، فلا يزال يتعين توضيحه.

الأمراض المرتبطة الميلانين

وهناك عدد من الحالات السريرية التي تنطوي على اختلالات في تخليق الميلانين والنقل معروفة. يمكن أن تؤثر هذه في كل خطوة من عملية تشكيل الميلانين وتوزيع الميلانين.

وتشمل هذه:

اضطرابات الميلانوبلاست. هذه الخلايا ، كما تتذكر ، هي سلائف الخلايا الصباغية. من المفترض أن يهاجروا من مواقع تكوينهم في نمو الجنين والجنين إلى الأماكن التي سوف يلعبون فيها أدوارهم المسندة في النهاية.

ومع ذلك ، في بعض الأحيان تفشل الخلايا الميلانينية في الوصول إلى حيث من المفترض أن تذهب. نتيجة واحدة هي متلازمة واردنبرغ، حيث يكون لدى الأشخاص المتضررين مناطق من الجلد الفاتح جداً والشعر الرمادي قبل الأوان بسبب فشل الخلايا الصباغية في الإقامة في هذه المناطق في وقت مبكر من الحياة.

اضطرابات الخلايا الصباغية. من بين أكثر سيئة السمعة من هذه الحالة تسمى البهاق، والتي تنطوي على تدمير المناعة الذاتية للخلايا الصباغية بطريقة غير موحدة في جميع أنحاء الجلد.

بسبب الطريقة غير المتكافئة التي يهاجم بها الجسم خلاياه الخاصة ، يظهر الجلد بقعًا مميزة من الجلد الفاتح تتداخل مع مناطق غير متأثرة من الجلد.

اضطرابات الميلانوزومات. اثنين من الاضطرابات الأكثر شيوعا التي تنطوي على مواقع تخزين الميلانين متلازمة شدياق هيغاشي و متلازمة جريسيلي، وكلاهما ينطوي على مشاكل تصبغ الجلد مرئية ولكن تشمل أيضا آثار في أجهزة الجسم الأخرى كذلك.

في متلازمة شدياق هيغاشي ، والتي يمكن أن تنتج المهق (نقص شبه كامل في تصبغ الجلد والعينين) ، يُعتقد أن طفرة الجين المسؤولة عن مكون الميلانين في الاضطراب تمنع أيضًا تخليق مواد كيميائية مهمة في الجهاز المناعي.

الاضطرابات المرتبطة بتيروزيناز. Tyrosinase هو إنزيم ، أو بروتين محفز بيولوجي ، يحول مركبًا وسيطًا في تخليق الميلانين والفيوميلانين ، يسمى ثنائي هيدروكسي فينيل ألانين ، إلى دوباكينون. عندما يفشل هذا الإنزيم في العمل بشكل صحيح أو غائب ، يمكن تعطيل مسار الميلانين الصناعي.

على سبيل المثال ، في مرض وراثي بيلة الفينيل كيتون (PKU) ، يؤدي فشل إنزيم مختلف إلى تراكم كبير للفينيل ألانين ، الذي له آثار ثانوية مثبطة على التيروزينات. هذا يؤدي إلى جلد غير مكتمل بفضل انخفاض "المصب" في تخليق الميلانين.