Melanin

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Melanintartalmú részecskék melanóma szövettani metszetén

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. A neuromelanin az agyban található, funkciója nem ismert.

A melanin hatékonyan nyeli el a fényt, a bejövő UV-sugárzás 99,9% abszorbeálja[1] és képes megvédeni a sejtek DNS-ét a káros sugárzástól, csökkentve ezzel a bőrrák kialakulásának esélyét.

Melanin az emberben[szerkesztés]

Albínó kislány Pápua Új-Guineában

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[szerkesztés]

Az eumelanin szerkezetének egy része. A karboxilcsoport (COOH) helyén hidrogén vagy (ritkábban) más oldallánc is lehet

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[szerkesztés]

A feomelanin szerkezete. A COOH-t itt is hidrogén válthatja

A feomelanin mennyiségtől függően rózsaszín-vörös árnyalatú. A bőrben nagyobb mennyiség található belőle az ajkakon, mellbimbókon, a pénisz makkján és a hüvelyen.[2][3] Ha a hajban a barna eumelanin (ami önmagában szőke hajat eredményezne) mellett feomelanin is találhat, az eredmény vörös haj lesz.[4]

A feomelanin kémiailag abban különbözik az eumelanintól, hogy monomerjei a ciszteinből képződő benzotiazin és benzotiazol molekulák.[5]

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.[6]

Neuromelanin[szerkesztés]

A neuromelanint az agy katekolaminerg neuronjai termelik. A legtöbb az emberi agyban található, az emberszabásúakban kevesebb van, egyéb fajokban pedig teljesen hiányzik.[7] 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.[8]

Egyéb élőlényekben[szerkesztés]

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.[9] 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.[10] Feltételezik, hogy egyes, radioaktivitást toleráló gombák a melaninnal abszorbeálják a gamma-sugárzást és hasznosítani képesek annak energiáját.[11][12]

Az emlősök és madarak kültakarójának színe a melanintól függ.[13] Megfigyelések szerint a melanintartalmú fekete madártollakat a baktériumok kevésbé bontják le, mint a fehéreket vagy karotinokkal színezetteket.[14] 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.[15]

Bioszintézise[szerkesztés]

L-tirozin
L-DOPA
L-dopakinon
L-leukodopakróm
L-dopakróm

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 köztestermék → feomelanin
dopakinon + cisztein → 2-S-ciszteinildopa → benzotiazin köztestermék → 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[szerkesztés]

Több öröklődő betegség is kapcsolatos a melanin alacsony szintjével vagy hiányával. Az albinizmusnak legalább kilenc válfaja ismeretes, többségük autoszomális és recesszíven öröklődik. A leggyakoribb az elsősorban afrikai eredetű emberekben előforduló 2. típusú okulokután albinizmus, 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.[16] Egyes afrikai népeknél az elfordulása akár 1 a 2 ezerhez vagy 1 az 5 ezerhez is lehet.[17] 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.[17]

A szemet érintő albinizmus a látás élességét is negatívan befolyásolhatja, az albínók a látásvizsgálatokon rosszabbul teljesítenek az átlagnál. 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".[18] 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.[19][20] Újabban feltételezik, hogy a melaninnak nem csak fényvédő szerepe van,[21] 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.[22] A magas eumelaninszint a bőrben megnöveli a D-vitamin szintéziséhez szükséges fénymennyiséget is, valamint csökkenti a bőrfoltok lézeres eltávolításának hatékonyságát.

Fényvédő szerepe[szerkesztés]

A melanint a melanociták termelik, amelyekben melanoszómának nevezett vezikulumokba gyűlik. A melanoszómák átadódnak a töbi 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.[23]

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.[24] 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[25] és az SLC24A5[26]; 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.

Források[szerkesztés]

  1. Meredith P, Riesz J (2004. február 1.). „Radiative relaxation quantum yields for synthetic eumelanin”. Photochemistry and Photobiology 79 (2), 211–6. o. DOI:10.1111/j.1751-1097.2004.tb00012.x. PMID 15068035.  
  2. http://www.metacyc.org/META/NEW-IMAGE?type=COMPOUND&object=CPD-12380
  3. Vincent J. Hearing and Katsuhiko Tsakamoto (1991), "Enzymatic control of pigmentation in mammals", The FASEB Journal 5 (14): 2902–2909, <http://www.fasebj.org/content/5/14/2902.full.pdf>
  4. V.Krishnaraj, M.D, Skin Layers
  5. Greco G, Panzella L, Verotta L, d'Ischia M, Napolitano A (2011. április 1.). „Uncovering the structure of human red hair pheomelanin: benzothiazolylthiazinodihydroisoquinolines as key building blocks”. Journal of Natural Products 74 (4), 675–82. o. DOI:10.1021/np100740n. PMID 21341762.  
  6. G. Prota and A. G. Searle (1978), "Biochemical sites of gene action for melanogenesis in mammals", Annales de génétique et de sélection animale 10 (1): 1–8, doi:10.1186/1297-9686-10-1-1, <http://www.gsejournal.org/content/pdf/1297-9686-10-1-1.pdf>
  7. Fedorow H, Tribl F, Halliday G, Gerlach M, Riederer P, Double KL (2005). „Neuromelanin in human dopamine neurons: comparison with peripheral melanins and relevance to Parkinson's disease”. Prog Neurobiol 75 (2), 109–124. o. DOI:10.1016/j.pneurobio.2005.02.001. PMID 15784302.  
  8. Double KL (2006). „Functional effects of neuromelanin and synthetic melanin in model systems”. J Neural Transm 113 (6), 751–756. o. DOI:10.1007/s00702-006-0450-5. PMID 16755379.  
  9. Hamilton AJ, Gomez BL (2002. március 1.). „Melanins in fungal pathogens”. Journal of Medical Microbiology 51 (3), 189–91. o. DOI:10.1099/0022-1317-51-3-189. PMID 11871612.  
  10. Cerenius L, Söderhäll K (2004. április 1.). „The prophenoloxidase-activating system in invertebrates”. Immunological Reviews 198, 116–26. o. DOI:10.1111/j.0105-2896.2004.00116.x. PMID 15199959.  
  11. Castelvecchi, Davide (2007. május 26.). „Dark Power: Pigment seems to put radiation to good use”. Science News 171 (21), 325. o. DOI:10.1002/scin.2007.5591712106.  
  12. (2007) „Ionizing radiation changes the electronic properties of melanin and enhances the growth of melanized fungi”. Plos One 2 (5), e457. o. DOI:10.1371/journal.pone.0000457. PMID 17520016.  
  13. (1976. július 1.) „Some aspects of melanin biology: 1950-1975.”. The Journal of investigative dermatology 67 (1), 72–89. o. DOI:10.1111/1523-1747.ep12512500. PMID 819593.  
  14. Grande, Juan Manuel, Negro, Juan José; María Torres, José (2004). „The evolution of bird plumage colouration; a role for feather-degrading bacteria?”. Ardeola 51 (2), 375–83. o. DOI:10.1007/s00114-008-0462-0.  
  15. (2005. május 15.) „Tyrosinase inhibitors from natural and synthetic sources: structure, inhibition mechanism and perspective for the future”. Cellular and Molecular Life Sciences 62 (15), 1707–1723. o. DOI:10.1007/s00018-005-5054-y.  
  16. Oculocutaneous Albinism
  17. ^ a b "Ocular Manifestations of Albinism"
  18. http://pages.britishlibrary.net/charles.darwin/texts/origin_6th/origin6th_01.html[halott link]
  19. Lewy Body Disease
  20. Nicolaus BJ (2005). „A critical review of the function of neuromelanin and an attempt to provide a unified theory”. Med. Hypotheses 65 (4), 791–6. o. DOI:10.1016/j.mehy.2005.04.011. PMID 15949901.  
  21. Liu Y, Hong L, Kempf VR, Wakamatsu K, Ito S, Simon JD (2004. június 1.). „Ion-exchange and adsorption of Fe(III) by Sepia melanin”. Pigment Cell Research 17 (3), 262–9. o. DOI:10.1111/j.1600-0749.2004.00140.x. PMID 15140071.  
  22. Meyskens FL, Farmer P, Fruehauf JP (2001. június 1.). „Redox regulation in human melanocytes and melanoma”. Pigment Cell Research 14 (3), 148–54. o. DOI:10.1034/j.1600-0749.2001.140303.x. PMID 11434561.  
  23. Smithsonian Human Skin Color Variation The Smithsonian National Museum of Natural History
  24. (2009. május 1.) „The genetic structure and history of Africans and African Americans”. Science 324 (5930), 1035–44. o. DOI:10.1126/science.1172257. PMID 19407144.  
  25. Harding RM (2000. április 1.). „Evidence for variable selective pressures at MC1R”. American Journal of Human Genetics 66 (4), 1351–61. o. DOI:10.1086/302863. PMID 10733465.  
  26. (2005. december 1.) „SLC24A5, a putative cation exchanger, affects pigmentation in zebrafish and humans”. Science 310 (5755), 1782–6. o. DOI:10.1126/science.1116238. PMID 16357253.  

Ez a szócikk részben vagy egészben a Melanin című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel.