Melanin
A melanin (a görög mélasz, fekete szóból) az élőlények szinte minden csoportja (a pókfélék kivételével) által termelt sötét színű pigmentek összefoglaló neve. Az állatokban az anyagot a melanociták termelik a tirozin és cisztein aminosavak oxidációjával, majd polimerizációjával.

A melaninoknak három alapvető típusa létezik: az eumelanin, feomelanin és neuromelanin; közülük az első a leggyakoribb. Az eumelaninnak két változata van, a barna és a fekete. A feomelanin vörös színű benzotiazin-polimer, amely a haj vörös színéért felelős, ha csak belőle van. Ez a két melanin a hajban és bőrben együtt alkot polimert, és a színt a monomerjeik egymáshoz polimerben való arányuk adja. A neuromelanin az agyban található, funkciója nem ismert.

A melanin hatékonyan nyeli el a fényt, a bejövő UV-sugárzás 99,9%-át abszorbeálja és képes megvédeni a sejtek DNS-ét a káros sugárzástól, csökkentve ezzel a bőrrák kialakulásának esélyét.

Melanin az emberben 

Az emberekben a melanin határozza meg a bőr, a haj és a szem színét, de a belső fülben, agyban (feketeállomány és locus coeruleus) és a mellékvesében is találhatóak melanintartalmú sejtek.

A bőrben az epidermisz bazális rétegében elhelyezkedő melanociták termelik a melanint. A melanociták száma nagyjából mindenkinél azonos, de az egyes rasszokban más-más mennyiségű pigmentet termelnek, így ezek bőrszíne különbözik. Vannak akik egyáltalán nem termelnek melanint (vagy csak nagyon keveset), ők az albínók.

A bőr- és hajszínt az eumelanin és feomelanin aránya és elhelyezkedése határozza meg. Mindkettő megtalálható a bőrben és hajban is, de az eumelaninból jóval több van és az albinizmust is főleg ennek a hiánya okozza.

Eumelanin 

Az eumelanin kémiailag 5,6-dihidroxiindol és 5,6-dihidroxiindol-2-karboxilsav polimerje. Két változata, a barna és fekete eumelanin a monomerek elhelyezkedési mintázatában különbözik egymástól. A hajban kis mennyiségű fekete eumelanin önmagában ősz (szürke) hajat eredményez, míg kevés barna eumelaninnak a hatása a szőke haj.

Feomelanin 

A feomelanin mennyiségtől függően rózsaszín-vörös árnyalatú. A bőrben nagyobb mennyiség található belőle az ajkakon, mellbimbókon, a pénisz makkján és a hüvelyen. Ha a hajban a barna eumelanin (ami önmagában szőke hajat eredményezne) mellett feomelanin is találhat, az eredmény vörös haj lesz.

A feomelanin kémiailag abban különbözik az eumelanintól, hogy monomerjei a ciszteinből képződő benzotiazin és benzotiazol molekulák.

A fenti két nagyobb csoporton kívül a vörös haj egyes árnyalataiért az alacsony molekulasúlyú trichokrómok is felelősek, amelyek ugyanazon bioszintetikus útvonalon jönnek létre, mint az eu- és feomelaninok.

Neuromelanin 
A neuromelanint az agy katekolaminerg neuronjai termelik. A legtöbb az emberi agyban található, az emberszabásúakban kevesebb van, egyéb fajokban pedig teljesen hiányzik. Biológiai hatása nem ismert, bár kimutatták, hogy megköt egyes fémionokat (mint a vas) vagy más, potenciálisan toxikus molekulákat. Lehetséges, hogy szerepe van az apoptózisban és a Parkinson-kór kialakulásában.

Egyéb élőlényekben 
A melaninnak változatos szerepe lehet a különböző élőlényekben. A fejlábúak a melanin egy formáját lövellik ki ("tinta"), hogy védekezzenek a ragadozók ellen. A baktériumok és gombák is használják az ultraibolya sugárzás és szabad gyökök DNS-károsító hatása elleni védekezésül. Szerepe van a magas hőmérséklet, káros kémiai anyagok (nehézfémek, oxidálószerek) és az immunrendszer támadásai elleni védekezésben is, ezért sok patogén mikroorganizmus (mint pl. a Cryptococcus neoformans gomba) betegségokozó képessége függ a melanintermelésétől. A gerinctelenekben éppen ellenkezőleg, a patogének elleni védekezést segíti. A fertőzés után perceken belül melaninnal veszik körbe a behatolót (melanizáció) és feltehetőleg ennek során szabad gyökök képződnek, amelyek segítenek a kórokozó legyőzésében. Feltételezik, hogy egyes, radioaktivitást toleráló gombák a melaninnal abszorbeálják a gamma-sugárzást és hasznosítani képesek annak energiáját.

Az emlősök és madarak kültakarójának színe a melanintól függ. Megfigyelések szerint a melanintartalmú fekete madártollakat a baktériumok kevésbé bontják le, mint a fehéreket vagy karotinokkal színezetteket. A madarak szemében a dúsan erezett fésűszerv (pecten oculi) is melaninban gazdag. Funkciója bizonytalan, talán a szem melegítésében játszik szerepet a fényelnyelés révén, ami meggyorsítja a tápanyagok áramlását a véredények nélküli retinához.

Egyes esetekben a pigmenteloszlás eredményez színárnyalatokat. Az egerek aguti színváltozatban a szőrszálakon fekete eumelaninos és sárga feomelaninos szakaszok váltják egymást, ami összhatásban barna színű lesz; azonban akár egyetlen mutáció képes teljesen fekete vagy sárga egeret létrehozni.

A növények a gyümölcsök (pl. alma, banán) enzimatikus barnulása során hoznak létre tirozinból és katekolaminból melaninszerű katekolmelanint.

Bioszintézise 

Az eumelanin és feomelanin szintézisének első lépését a tirozináz enzim katalizálja:
tirozin → 3,4-dihidroxifenilalanin (DOPA) → dopakinon
A dopakinon a ciszteinnel kétféleképpen reagálhat:
dopakinon + cisztein → 5-S-ciszteinildopa → benzotiazin köztitermék → feomelanin

dopakinon + cisztein → 2-S-ciszteinildopa → benzotiazin köztitermék → feomelanin

A dopakinonból leukodopakrómon keresztül eumelanin is képződhet:
dopakinon → leukodopakróm → dopakróm → 5,6-dihidroxiindol-2-karboxilsav → kinon → eumelanin

dopakinon → leukodopakróm → dopakróm → 5,6-dihidroxiindol → kinon → eumelanin

Genetikai és egyéb betegségek 
Ma 36 különféle melaninhoz vagy annak szintéziséhez köthető betegséget ismerünk. Ezek kihatnak a bőrszínre, szemizmokra, véralvadásra, immunrendzerre, idegrendszerre, a hajra, rézháztartásra, valamint a zsigeri szervekre. (de ugye ez nem mind a melanin hiánya követhető vissza, hanem a betegség maga melaninra és ezekre a gondokra)
Több öröklődő betegség is kapcsolatos a melanin alacsony szintjével vagy hiányával. Az albinizmusnak nyolc válfaja ismeretes: 7 fajta okulokután és 1 okuláris; többségük autoszomális és recesszíven öröklődik. A leggyakoribb az elsősorban afrikai eredetű emberekben előforduló 2. típusú okulokután albinizmus (okozója az OCA2 gén mutációja), amely születéstől kezdve fennáll és a bőrben, szemben és hajban is csökkent melaninszint vagy annak teljes hiánya jellemzi. Az afrikai eredetű amerikaiakban gyakorisága 1 a 10 ezerhez, míg ez európai származásúaknál ez az arány 1:36 ezer. Egyes afrikai népeknél az elfordulása akár 1 a 2 ezerhez vagy 1 az 5 ezerhez is lehet. A betegség másik fajtája, a sárga okulokután albinizmus főleg a németországi és svájci eredetű, Amerikában élő amishoknál gyakori. Ennél a formánál az újszülötteknek fehér haja és bőre van, de csecsemőkorban gyorsan kialakul a normális bőrpigmentáció.

A szemet érintő albinizmus(okuláris albinizmus) a látás élességét is negatívan befolyásolhatja, mert az erősebb fény visszaverődik a retinán és egy fénysugár több helyen tudatosul, így az albínók a látásvizsgálatokon rosszabbul teljesítenek az átlagnál. Ez a betegség a GPR143 gén mutációjához köthető. Jól ismert az albinizmus és süketség kapcsolata is, bár a pontos mechanizmusát még nem értjük. Darwin is leírta A fajok eredetében, hogy "a teljesen fehér és kék szemű macskák általában süketek". Embereknél az észak-amerikai hopi indiánoknál ritkán előforduló Waardenburg-szindrómában figyelhető meg az alulpigmentáltság és süketség. A hopik között az albinizmus előfordulása 1 a 200-hoz. Hasonló kapcsolódást figyeltek meg a kutyák és a rágcsálók esetében is. A melaninhiány azonban nem jár feltétlenül a hallás károsodásával, a legtöbb albínó hallásával nincsen gond.

A Parkinson-kórban szenvedő betegekben megfigyelhető a feketeállomány (substantia nigra) és a locus coeruleus neuromelanintartalmának csökkenése, amit a pigmentált sejtek hiánya okoz. Ennek eredményeképpen visszaesik a dopamin és a noradrenalin termelése. Az emberi rasszok között nincs különbség a neuromelanin mennyiségében; mégis az afrikaiakban jóval alacsonyabb a Parkinson-kór előfordulása, ami talán a bőrben lévő melanin protektív hatására utalhat. Újabban feltételezik, hogy a melaninnak nem csak fényvédő szerepe van, hanem karboxil- és hidroxilcsoportjai révén hatékonyan megköti a potenciálisan toxikus fémionokat. A Parkinson-kórban a neuromelaninszint csökkenése együtt jár a vas mennyiségének növekedésével az agyban.

A melaninhiány mellett a melaninpolimer molekulatömege is csökkenhet, például oxidatív stressz, ultraibolya fény, pH-változás, fémionok koncentrációjának esése következtében. Az ilyen állapotú melanin a feltételezések szerint antioxidáns tulajdonság helyett pro-oxidáns lehet és a szemben makuladegenerációt, a bőrben melanómát okozhat. A magas eumelaninszint a bőrben megnöveli a D-vitamin szintéziséhez szükséges fénymennyiséget is, valamint csökkenti a bőrfoltok lézeres eltávolításának hatékonyságát.

Fényvédő szerepe 
A melanint a melanociták termelik, amelyekben melanoszómának nevezett vezikulumokba gyűlik. A melanoszómák átadódnak a többi bőrsejtnek is, ahol a sejtmag fölött helyezkednek el, hogy védjék a kromoszómákat a napfény káros, mutagén hatásaitól. A régóta napfényes területeken élő emberi rasszok bőre nagy mennyiségű eumelanint tartalmaz, emiatt barna vagy fekete színű. Így a bőrrák (különösen annak agresszív formája, a melanóma) előfordulása náluk alacsonyabb, mint a világos bőrű rasszoknál.

A D-vitamin szintéziséhez napfényre is szükség van, ezért a sötét bőrű emberek a mérsékelt és sarki éghajlati zónákban D-vitamin hiányában szenvedhetnek. A jelenleg általánosan elfogadott elmélet szerint minden mai ember Afrikából származik, vagyis eredetileg valószínűleg fekete bőrű volt. Ahogyan a korai emberek megtelepedtek Európa és Ázsia hidegebb éghajlatán, a világosabb bőr szelekciós előnyt jelenthetett. Két általánosan elterjedt génmutáció okozza a világos bőrt, az Mc1r és az SLC24A5; az utóbbiról kimutatták, hogy pozitív szelekciós hatás érte. A délebbre költöző világos bőrű emberek erősebb napfénynek vannak kitéve; ez ellen bőrük barnulással, eumelanin-termeléssel védekezik. A szemben, a szivárványhártyában található melanin a retinát védi az UV-fény és a magas energiájú normál fény ellen. A kék, zöld, szürke szemű emberekben ez a védelem kevésbé hatékony, mint a barna szeműekben.

Jegyzetek

Fordítás 

Szerves festékek
Polimerek
A melanin ( a görög mélasz , fekete szóból ) az élőlények szinte minden csoportja ( a pókfélék kivételével ) által termelt sötét színű pigmentek összefoglaló neve . Az állatokban az anyagot a melanociták termelik a tirozin és cisztein aminosavak oxidációjával , majd polimerizációjával . A melaninoknak három alapvető típusa létezik : az eumelanin , feomelanin és neuromelanin ; közülük az első a leggyakoribb . Az eumelaninnak két változata van , a barna és a fekete . A feomelanin vörös színű benzotiazin-polimer , amely a haj vörös színéért felelős , ha csak belőle van . Ez a két melanin a hajban és bőrben együtt alkot polimert , és a színt a monomerjeik egymáshoz polimerben való arányuk adja . A neuromelanin az agyban található , funkciója nem ismert . A melanin hatékonyan nyeli el a fényt , a bejövő UV-sugárzás9%-át abszorbeálja és képes megvédeni a sejtek DNS-ét a káros sugárzástól , csökkentve ezzel a bőrrák kialakulásának esélyét . Melanin az emberben Az emberekben a melanin határozza meg a bőr , a haj és a szem színét , de a belső fülben , agyban ( feketeállomány és locus coeruleus ) és a mellékvesében is találhatóak melanintartalmú sejtek . A bőrben az epidermisz bazális rétegében elhelyezkedő melanociták termelik a melanint . A melanociták száma nagyjából mindenkinél azonos , de az egyes rasszokban más-más mennyiségű pigmentet termelnek , így ezek bőrszíne különbözik . Vannak akik egyáltalán nem termelnek melanint ( vagy csak nagyon keveset ) , ők az albínók . A bőr- és hajszínt az eumelanin és feomelanin aránya és elhelyezkedése határozza meg . Mindkettő megtalálható a bőrben és hajban is , de az eumelaninból jóval több van és az albinizmust is főleg ennek a hiánya okozza . Eumelanin Az eumelanin kémiailag6-dihidroxiindol és6-dihidroxiindol-2-karboxilsav polimerje . Két változata , a barna és fekete eumelanin a monomerek elhelyezkedési mintázatában különbözik egymástól . A hajban kis mennyiségű fekete eumelanin önmagában ősz ( szürke ) hajat eredményez , míg kevés barna eumelaninnak a hatása a szőke haj. Feomelanin A feomelanin mennyiségtől függően rózsaszín-vörös árnyalatú . A bőrben nagyobb mennyiség található belőle az ajkakon , mellbimbókon , a pénisz makkján és a hüvelyen . Ha a hajban a barna eumelanin ( ami önmagában szőke hajat eredményezne ) mellett feomelanin is találhat , az eredmény vörös haj lesz . A feomelanin kémiailag abban különbözik az eumelanintól , hogy monomerjei a ciszteinből képződő benzotiazin és benzotiazol molekulák . A fenti két nagyobb csoporton kívül a vörös haj egyes árnyalataiért az alacsony molekulasúlyú trichokrómok is felelősek , amelyek ugyanazon bioszintetikus útvonalon jönnek létre , mint az eu- és feomelaninok . Neuromelanin A neuromelanint az agy katekolaminerg neuronjai termelik . A legtöbb az emberi agyban található , az emberszabásúakban kevesebb van , egyéb fajokban pedig teljesen hiányzik . Biológiai hatása nem ismert , bár kimutatták , hogy megköt egyes fémionokat ( mint a vas ) vagy más , potenciálisan toxikus molekulákat . Lehetséges , hogy szerepe van az apoptózisban és a Parkinson-kór kialakulásában . Egyéb élőlényekben A melaninnak változatos szerepe lehet a különböző élőlényekben . A fejlábúak a melanin egy formáját lövellik ki ( " tinta " ) , hogy védekezzenek a ragadozók ellen . A baktériumok és gombák is használják az ultraibolya sugárzás és szabad gyökök DNS-károsító hatása elleni védekezésül . Szerepe van a magas hőmérséklet , káros kémiai anyagok ( nehézfémek , oxidálószerek ) és az immunrendszer támadásai elleni védekezésben is , ezért sok patogén mikroorganizmus ( mint pl. a Cryptococcus neoformans gomba ) betegségokozó képessége függ a melanintermelésétől . A gerinctelenekben éppen ellenkezőleg , a patogének elleni védekezést segíti . A fertőzés után perceken belül melaninnal veszik körbe a behatolót ( melanizáció ) és feltehetőleg ennek során szabad gyökök képződnek , amelyek segítenek a kórokozó legyőzésében . Feltételezik , hogy egyes , radioaktivitást toleráló gombák a melaninnal abszorbeálják a gamma-sugárzást és hasznosítani képesek annak energiáját . Az emlősök és madarak kültakarójának színe a melanintól függ . Megfigyelések szerint a melanintartalmú fekete madártollakat a baktériumok kevésbé bontják le , mint a fehéreket vagy karotinokkal színezetteket . A madarak szemében a dúsan erezett fésűszerv ( pecten oculi ) is melaninban gazdag . Funkciója bizonytalan , talán a szem melegítésében játszik szerepet a fényelnyelés révén , ami meggyorsítja a tápanyagok áramlását a véredények nélküli retinához . Egyes esetekben a pigmenteloszlás eredményez színárnyalatokat . Az egerek aguti színváltozatban a szőrszálakon fekete eumelaninos és sárga feomelaninos szakaszok váltják egymást , ami összhatásban barna színű lesz ; azonban akár egyetlen mutáció képes teljesen fekete vagy sárga egeret létrehozni . A növények a gyümölcsök ( pl. alma , banán ) enzimatikus barnulása során hoznak létre tirozinból és katekolaminból melaninszerű katekolmelanint . Bioszintézise Az eumelanin és feomelanin szintézisének első lépését a tirozináz enzim katalizálja : tirozin →4-dihidroxifenilalanin ( DOPA ) → dopakinon A dopakinon a ciszteinnel kétféleképpen reagálhat : dopakinon + cisztein →S-ciszteinildopa → benzotiazin köztitermék → feomelanin dopakinon + cisztein →S-ciszteinildopa → benzotiazin köztitermék → feomelanin A dopakinonból leukodopakrómon keresztül eumelanin is képződhet : dopakinon → leukodopakróm → dopakróm →6-dihidroxiindol-2-karboxilsav → kinon → eumelanin dopakinon → leukodopakróm → dopakróm →6-dihidroxiindol → kinon → eumelanin Genetikai és egyéb betegségek Makülönféle melaninhoz vagy annak szintéziséhez köthető betegséget ismerünk . Ezek kihatnak a bőrszínre , szemizmokra , véralvadásra , immunrendzerre , idegrendszerre , a hajra , rézháztartásra , valamint a zsigeri szervekre. ( de ugye ez nem mind a melanin hiánya követhető vissza , hanem a betegség maga melaninra és ezekre a gondokra ) Több öröklődő betegség is kapcsolatos a melanin alacsony szintjével vagy hiányával . Az albinizmusnak nyolc válfaja ismeretes : fajta okulokután ésokuláris ; többségük autoszomális és recesszíven öröklődik . A leggyakoribb az elsősorban afrikai eredetű emberekben előforduló típusú okulokután albinizmus ( okozója az OCA2 gén mutációja ) , amely születéstől kezdve fennáll és a bőrben , szemben és hajban is csökkent melaninszint vagy annak teljes hiánya jellemzi . Az afrikai eredetű amerikaiakban gyakoriságaaezerhez , míg ez európai származásúaknál ez az arány36 ezer . Egyes afrikai népeknél az elfordulása akáraezerhez vagyazezerhez is lehet . A betegség másik fajtája , a sárga okulokután albinizmus főleg a németországi és svájci eredetű , Amerikában élő amishoknál gyakori . Ennél a formánál az újszülötteknek fehér haja és bőre van , de csecsemőkorban gyorsan kialakul a normális bőrpigmentáció . A szemet érintő albinizmus( okuláris albinizmus ) a látás élességét is negatívan befolyásolhatja , mert az erősebb fény visszaverődik a retinán és egy fénysugár több helyen tudatosul , így az albínók a látásvizsgálatokon rosszabbul teljesítenek az átlagnál . Ez a betegség a GPR143 gén mutációjához köthető . Jól ismert az albinizmus és süketség kapcsolata is , bár a pontos mechanizmusát még nem értjük . Darwin is leírta A fajok eredetében , hogy " a teljesen fehér és kék szemű macskák általában süketek " . Embereknél az észak-amerikai hopi indiánoknál ritkán előforduló Waardenburg-szindrómában figyelhető meg az alulpigmentáltság és süketség . A hopik között az albinizmus előfordulásaahoz . Hasonló kapcsolódást figyeltek meg a kutyák és a rágcsálók esetében is . A melaninhiány azonban nem jár feltétlenül a hallás károsodásával , a legtöbb albínó hallásával nincsen gond . A Parkinson-kórban szenvedő betegekben megfigyelhető a feketeállomány ( substantia nigra ) és a locus coeruleus neuromelanintartalmának csökkenése , amit a pigmentált sejtek hiánya okoz . Ennek eredményeképpen visszaesik a dopamin és a noradrenalin termelése . Az emberi rasszok között nincs különbség a neuromelanin mennyiségében ; mégis az afrikaiakban jóval alacsonyabb a Parkinson-kór előfordulása , ami talán a bőrben lévő melanin protektív hatására utalhat . Újabban feltételezik , hogy a melaninnak nem csak fényvédő szerepe van , hanem karboxil- és hidroxilcsoportjai révén hatékonyan megköti a potenciálisan toxikus fémionokat . A Parkinson-kórban a neuromelaninszint csökkenése együtt jár a vas mennyiségének növekedésével az agyban . A melaninhiány mellett a melaninpolimer molekulatömege is csökkenhet , például oxidatív stressz , ultraibolya fény , pH-változás , fémionok koncentrációjának esése következtében . Az ilyen állapotú melanin a feltételezések szerint antioxidáns tulajdonság helyett pro-oxidáns lehet és a szemben makuladegenerációt , a bőrben melanómát okozhat . A magas eumelaninszint a bőrben megnöveli a D-vitamin szintéziséhez szükséges fénymennyiséget is , valamint csökkenti a bőrfoltok lézeres eltávolításának hatékonyságát . Fényvédő szerepe A melanint a melanociták termelik , amelyekben melanoszómának nevezett vezikulumokba gyűlik . A melanoszómák átadódnak a többi bőrsejtnek is , ahol a sejtmag fölött helyezkednek el , hogy védjék a kromoszómákat a napfény káros , mutagén hatásaitól . A régóta napfényes területeken élő emberi rasszok bőre nagy mennyiségű eumelanint tartalmaz , emiatt barna vagy fekete színű . Így a bőrrák ( különösen annak agresszív formája , a melanóma ) előfordulása náluk alacsonyabb , mint a világos bőrű rasszoknál . A D-vitamin szintéziséhez napfényre is szükség van , ezért a sötét bőrű emberek a mérsékelt és sarki éghajlati zónákban D-vitamin hiányában szenvedhetnek . A jelenleg általánosan elfogadott elmélet szerint minden mai ember Afrikából származik , vagyis eredetileg valószínűleg fekete bőrű volt . Ahogyan a korai emberek megtelepedtek Európa és Ázsia hidegebb éghajlatán , a világosabb bőr szelekciós előnyt jelenthetett . Két általánosan elterjedt génmutáció okozza a világos bőrt , az Mc1r és az SLC24A5 ; az utóbbiról kimutatták , hogy pozitív szelekciós hatás érte . A délebbre költöző világos bőrű emberek erősebb napfénynek vannak kitéve ; ez ellen bőrük barnulással , eumelanin-termeléssel védekezik . A szemben , a szivárványhártyában található melanin a retinát védi az UV-fény és a magas energiájú normál fény ellen . A kék , zöld , szürke szemű emberekben ez a védelem kevésbé hatékony , mint a barna szeműekben . Jegyzetek Fordítás Szerves festékek Polimerek