Меланин — пигмент кожи почти всех животных на земле. Его роль в выживании животных имеет решающее значение.
Меланин, образование и роль
Меланин — это пигмент, который синтезируют клетки кожи известные как меланоциты у большинства животных, включая человека. Цвет этого пигмента имеет разные оттенки, что определяется генетическими особенностями личности. Меланин синтезируется в двух основных формах, цвет которых варьирует от желтовато-красного до темно-коричневого и черного. Эумеланин — наиболее распространенная форма меланина — коричневого цвета. Другая основная форма меланина — феомеланин, который производит красновато-коричневый цвет, который часто ассоциируется с веснушками и рыжими волосами. Синтез меланина у каждого человека определяется несколькими факторами.
Вообще, каждый человек на Земле имеет примерно одинаковое количество меланоцитов. Отличие же в синтезе ими меланина зависит от:
- Воздействие УФ-излучения. Меланин вырабатывается в ответ на УФ-излучение для того, чтобы предотвратить повреждение ДНК нуклеиновая кислота ядра) в кожных покровах. Лица, которые подвергаются воздействию солнечного УФ-излучения производить больше меланина для защиты ДНК.
- Генетический макияж. Разные национальности и культуры генетически предрасположены и наследуют синтезу меланина конкретных оттенков и количества его. Меланин, по существу, один из основных показателей, используемых при определении расы в человеческой популяции.
- Размер меланоцитов. Размер меланоцитов варьирует у разных людей, и может привести к различию в образовании количества меланина на клетку.
- Болезненные состояния. Некоторые заболевания могут влиять на синтез меланина -альбинизм (генетическая неспособность синтезировать меланин) и витилиго (прогрессирующая потеря меланоцитов).
Все эти факторы играют важную роль в синтезе и распределении меланина в коже. Хотя некоторые факторы более заметны, чем другие, в итоге, все они важны для конкретного человека.
Меланоциты, меланосомами и меланин
Путь синтеза меланина — сложный. Синтез меланина осуществляется в узкоспециализированных клетках меланоцитах специфическими органеллами меланосомами. Меланоциты через отростки своих клеток передают меланосомы в окружающие кератиноциты, где происходит секреция меланина. Анатомические отношения между кератиноцитами и меланоцитами называют «эпидермально-меланиновый блок». В базальных и супрабазальных слоях кожи каждый из меланоцитов контактирует с ~ 40 кератиноцитами .
Основы надлежащего синтеза меланина закладываются еще в эмбриональный период и включают:
- Контролируемая генами миграция предшественников меланоцитов меланобластов из нервного гребешка на периферию — 10 — 12 неделя беременности.
- Дифференцировка меланобластов в меланоциты в эпидермально-дермальных слоях кожи ( шестой месяц внутриутробной жизни).
- Выживание и пролиферация меланоцитов в местах миграции
- В эпидермисе плода меланоциты определяются уже в 50 дней беременности. К моменту рождения они практически исчезают, но усиленно пролиферируют на стыке эпидермиса и дермы и начинают вырабатывать меланин.
- Формирование меланосом и синтез меланина. Достигнув места постоянной локализации, меланоциты начинают синтезировать меланосомы — высоко организованы эллиптические мембранные органеллы, в которых осуществляется синтез меланина. Меланосомы обнаруживаются с помощью электронной микроскопии уже на четвертом месяце беременности.
- В созревании меланосом обычно выделяют четыре этапа (I-IV). Каждый этап характеризует определенная структура меланосом, их количество, качество и расположение синтезируемого меланина. Нарождающиеся меланосомами собраны в околоядерной области вблизи аппарата Гольджи получают все ферментативные и структурные белки, необходимые для меланогенеза. Меланосомы I этапа — сферические вакуоли, в которых отсутствуют активность тирозиназы — основного фермента, участвующего в меланогенезе) и нет внутренних структурных компонентов. Активность тирозиназы проявляется на II этапе, на котором меланосомы трансформируются в удлиненные , фибриллярные органеллы. Этап III созревания меланосом характеризует интенсивный синтез и отложение в них меланина. Последняя стадия развития меланосом (IV) обнаруживается в очень пигментированных меланоцитах; эти меланосомы эллиптической формы, электронно-непрозрачны, имеют минимальную активности тирозиназы. Тирозиназа — ключевой фермент синтеза меланина, в меланосомах имеется еще ряд ферментов и структурных белков, обеспечивающих синтез и полимеризацию разных форм меланина.
- Меланины — полиморфные и многофункциональные биополимеры, которые включают эумеланин, феомеланин, смешанные меланины (сочетание двух) , и нейромеланин. Меланоциты млекопитающих продуцируют два химически различных типа пигментов меланина: черно-коричневый эумеланин и красновато-желтые феомеланин. Хотя они содержат обычную последовательность повторяющихся звеньев, связанных углерод-углеродными связями, пигменты меланина отличаются друг от друга химическими, структурными и физическими свойствами. Благодаря своей химической структуре, как и эумеланин, так и феомеланин способны связывать катионы, анионы, наркотики и химических вещества и т.д., и, следовательно, играют важную защитную роль в меланоцитах. Нейромеланин, который синтезруется в дофаминергических нейронах черной субстанции человека, может хелатировать металлы с окислительно- восстановительными свойствами — Cu, Mn, Cr, так и тяжелые металлы ( Cd, Hg, Pb), и, таким образом защищать мозг их нейродегенеративных свойств. Даже незначительные изменения в клеточной среде влияют на меланосомы и пигментацию. Многочисленные внутренние и внешние факторы, в том числе распределение в теле, этническая принадлежность / гендерные различий, изменение гормонального фона, генетические дефекты, возраст, УФ- облучение, климат/ сезона, токсины, загрязняющие вещества, химические воздействия, паразитарные инвазии, влияют на структуру, распределение и функцию меланосом.
Пигментация кожи является результатом двух важных процессов: синтеза меланина в меланосомах меланоцитов и передача его в окружающие кератиноциты. Хотя число меланоцитов в коже человека всех типов, по существу, постоянной, количество, размер, и способ, в котором меланосомами распределены в пределах кератиноцитов различаться. Содержание меланина из меланоцитов человека неоднородна не только между разными типами кожи, но и на различных объектах кожи от того же лица. Эта неоднородность строго регламентируется экспрессии генов, которая контролирует общую активность и экспрессию melanosomal белков в отдельных меланоцитов.