Melanin - Melanin

Melanin
Eine mögliche Struktur von Eumelanin
Eine mögliche Struktur von Eumelanin
Typ Heterogenes Biopolymer
Mikroskopische Aufnahme von Melaninpigment (lichtbrechendes körniges Material – Bildmitte) in einem pigmentierten Melanom .
Mikroskopische Aufnahme der Epidermis, links mit Melanin markiert.

Melanins ( / m ɛ l ə n ɪ n / ( hören )Über diesen Ton , von griechisch : μέλας melas , "black, dark") für eine Gruppe von Natur ein weit gefasster Begriff ist Pigmente in den meisten gefundenen Organismen . Melanin wird durch einen mehrstufigen chemischen Prozess hergestellt, der als Melanogenese bekannt ist , wobei auf die Oxidation der Aminosäure Tyrosin eine Polymerisation folgt . Die Melaninpigmente werden in einer spezialisierten Gruppe von Zellen produziert, die als Melanozyten bekannt sind .

Es gibt fünf Grundtypen von Melanin: Eumelanin , Phäomelanin , Neuromelanin , Allomelanin und Pyomelanin. Der häufigste Typ ist Eumelanin, von dem es zwei Typen gibt – braunes Eumelanin und schwarzes Eumelanin. Pheomelanin ist ein Cystein -Derivat , das Poly benzothiazin Abschnitte , die weitgehend verantwortlich für die Farbe sind roter Haaren unter anderer Pigmentierung. Neuromelanin kommt im Gehirn vor . Es wurden Forschungen durchgeführt, um seine Wirksamkeit bei der Behandlung von neurodegenerativen Erkrankungen wie Parkinson zu untersuchen . Allomelanin und Pyomelanin sind zwei Arten von stickstofffreiem Melanin.

In der menschlichen Haut wird die Melanogenese durch die Einwirkung von UV-Strahlung initiiert , wodurch die Haut dunkler wird. Melanin ist ein effektiver Lichtabsorber; das Pigment ist in der Lage, über 99,9 % der absorbierten UV-Strahlung abzuleiten. Aufgrund dieser Eigenschaft wird angenommen, dass Melanin die Hautzellen vor Schäden durch UVB-Strahlung schützt , das Risiko eines Folsäuremangels und des dermalen Abbaus verringert, und es wird angenommen, dass die Exposition gegenüber UV-Strahlung mit einem erhöhten Risiko für malignes Melanom , einen Krebs der Melanozyten ( Melaninzellen). Studien haben eine geringere Inzidenz von Hautkrebs bei Personen mit stärker konzentriertem Melanin, dh dunklerer Hautfarbe, gezeigt . Der Zusammenhang zwischen Hautpigmentierung und Lichtschutz ist jedoch noch ungewiss.

Menschen

Albinismus tritt auf, wenn Melanozyten wenig Melanin produzieren. Dieses Albino-Mädchen kommt aus Papua-Neuguinea .

Beim Menschen ist Melanin der wichtigste Faktor für die Hautfarbe . Es kommt auch in Haaren , dem pigmentierten Gewebe unter der Iris des Auges und der Stria vascularis des Innenohrs vor . Im Gehirn umfassen Gewebe mit Melanin die Medulla und pigmenthaltige Neuronen in Bereichen des Hirnstamms , wie beispielsweise dem Locus coeruleus . Es kommt auch in der Zona reticularis der Nebenniere vor .

Das Melanin in der Haut wird von Melanozyten produziert , die sich in der Basalschicht der Epidermis befinden . Obwohl der Mensch im Allgemeinen eine ähnliche Konzentration an Melanozyten in seiner Haut besitzt, produzieren die Melanozyten bei einigen Individuen und ethnischen Gruppen unterschiedliche Melaninmengen. Manche Menschen haben sehr wenig oder keine Melaninsynthese in ihrem Körper, ein Zustand, der als Albinismus bekannt ist .

Da Melanin ein Aggregat aus kleineren Komponentenmolekülen ist, gibt es viele verschiedene Arten von Melanin mit unterschiedlichen Anteilen und Bindungsmustern dieser Komponentenmoleküle. Sowohl Phäomelanin als auch Eumelanin kommen in menschlicher Haut und Haar vor, aber Eumelanin ist das am häufigsten vorkommende Melanin beim Menschen und die Form, die am wahrscheinlichsten einen Albinismus-Mangel aufweist.

Eumelanin

Teil der Strukturformel von Eumelanin. "(COOH)" kann COOH oder H oder (seltener) andere Substituenten sein . Der Pfeil zeigt an, wo das Polymer weiterläuft.

Eumelanin - Polymere sind seit langem gedacht worden , zahlreiche vernetzte 5,6-dihydroxy umfassen Indol ( DHI ) und 5,6-Dihydroxyindol-2- carbonsäure ( DHICA ) Polymere.

Es gibt zwei Arten von Eumelanin, nämlich braunes und schwarzes Eumelanin. Diese beiden Arten von Eumelanin unterscheiden sich chemisch in ihrem Muster der Polymerbindungen. Eine geringe Menge schwarzes Eumelanin in Abwesenheit anderer Pigmente verursacht graues Haar. Eine geringe Menge an braunem Eumelanin in Abwesenheit anderer Pigmente verursacht gelbes (blondes) Haar.

Phäomelanin

Teil der Strukturformel von Phäomelanin. "(COOH)" kann COOH oder H oder (seltener) andere Substituenten sein . Die Pfeile zeigen an, wo sich das Polymer fortsetzt.

Phäomelanine (oder Phäomelanine) verleihen eine Reihe von gelblichen bis rötlichen Farben. Phäomelanine sind besonders in den Lippen, Brustwarzen, Eichel und Vagina konzentriert. Wenn eine kleine Menge braunes Eumelanin im Haar, das sonst blondes Haar verursachen würde, mit rotem Phäomelanin gemischt wird, ist das Ergebnis orangefarbenes Haar, das normalerweise als "rotes" oder "ingwerfarbenes" Haar bezeichnet wird . Phäomelanin ist auch in der Haut vorhanden, und Rothaarige haben daher oft auch einen rosafarbenen Farbton auf der Haut.

In chemischer Hinsicht unterscheiden sich Phäomelanine von Eumelaninen dadurch, dass die Oligomerstruktur Benzothiazin- und Benzothiazol- Einheiten enthält, die anstelle von DHI und DHICA produziert werden , wenn die Aminosäure L-Cystein vorhanden ist.

Trichochrome

Trichochrome (früher Trichosiderine genannt) sind Pigmente, die auf demselben Stoffwechselweg wie die Eumelanine und Phäomelanine hergestellt werden, aber im Gegensatz zu diesen Molekülen haben sie ein niedriges Molekulargewicht. Sie kommen in einigen roten menschlichen Haaren vor.

Neuromelanin

Neuromelanin (NM) ist ein dunkles unlösliches Polymerpigment, das in bestimmten Populationen katecholaminerger Neuronen im Gehirn produziert wird. Menschen haben die größte Menge an NM, die bei anderen Primaten in geringeren Mengen vorhanden ist und bei vielen anderen Arten völlig fehlt. Die biologische Funktion bleibt unbekannt, obwohl gezeigt wurde, dass menschliches NM Übergangsmetalle wie Eisen sowie andere potenziell toxische Moleküle effizient bindet . Daher könnte es eine entscheidende Rolle bei der Apoptose und der damit verbundenen Parkinson-Krankheit spielen .

Andere Organismen

Melanine haben in verschiedenen Organismen sehr unterschiedliche Rollen und Funktionen. Eine Form von Melanin bildet die Tinte, die von vielen Kopffüßern (siehe Kopffüßer-Tinte ) als Abwehrmechanismus gegen Raubtiere verwendet wird. Melanine schützen auch Mikroorganismen wie Bakterien und Pilze vor Stress, der mit Zellschäden wie UV-Strahlung der Sonne und reaktiven Sauerstoffspezies einhergeht . Melanin schützt auch vor Schäden durch hohe Temperaturen, chemische Belastungen (wie Schwermetalle und Oxidationsmittel ) und biochemische Bedrohungen (wie Wirtsabwehr gegen eindringende Mikroben). Daher scheinen Melanine in vielen pathogenen Mikroben (zum Beispiel in Cryptococcus neoformans , einem Pilz) eine wichtige Rolle bei der Virulenz und Pathogenität zu spielen, indem sie die Mikrobe gegen Immunreaktionen ihres Wirts schützen . Bei Wirbellosen ist Melanin ein wichtiger Aspekt der angeborenen Immunabwehr gegen eindringende Krankheitserreger. Innerhalb von Minuten nach der Infektion ist die Mikrobe in Melanin eingekapselt (Melanisierung), und die Bildung von Nebenprodukten freier Radikale während der Bildung dieser Kapsel soll deren Abtötung unterstützen. Einige Arten von Pilzen, die als radiotrophe Pilze bezeichnet werden , scheinen in der Lage zu sein, Melanin als photosynthetisches Pigment zu verwenden , das es ihnen ermöglicht, Gammastrahlen einzufangen und diese Energie für das Wachstum zu nutzen.

Die dunkleren Federn von Vögeln verdanken ihre Farbe Melanin und werden von Bakterien weniger leicht abgebaut als unpigmentierte oder solche mit Carotinoidpigmenten . Federn, die Melanin enthalten, sind auch 39% widerstandsfähiger gegen Abrieb als solche, die dies nicht tun, da Melanin-Granulat dazu beiträgt, den Raum zwischen den Keratinsträngen zu füllen, die die Federn bilden. Die Pheomelaninsynthese bei Vögeln beinhaltet die Aufnahme von Cystein, einer semiessentiellen Aminosäure, die für die Synthese des Antioxidans Glutathion (GSH) notwendig ist, aber bei einem Überschuss in der Nahrung toxisch sein kann. Tatsächlich weisen viele fleischfressende Vögel, die einen hohen Proteingehalt in ihrer Nahrung haben, eine Phäomelanin‐basierte Färbung auf.

Melanin ist auch für die Pigmentierung von Säugetieren wichtig . Das Fellmuster von Säugetieren wird durch das Agouti-Gen bestimmt, das die Verteilung von Melanin reguliert. Die Mechanismen des Gens wurden ausführlich an Mäusen untersucht, um einen Einblick in die Vielfalt der Fellmuster von Säugetieren zu geben.

Es wurde beobachtet, dass Melanin in Arthropoden in Schichten abgelagert wird, wodurch ein Bragg-Reflektor mit wechselndem Brechungsindex erzeugt wird. Wenn die Skala dieses Musters der Wellenlänge des sichtbaren Lichts entspricht, entsteht eine strukturelle Färbung : Sie verleiht einer Reihe von Arten eine schillernde Farbe.

Spinnentiere sind eine der wenigen Gruppen, in denen Melanin nicht leicht nachgewiesen werden konnte, obwohl Forscher Daten fanden, die darauf hindeuten, dass Spinnen tatsächlich Melanin produzieren.

Einige Mottenarten, einschließlich der Waldtigermotte , wandeln Ressourcen in Melanin um, um ihre Thermoregulation zu verbessern. Da die Waldtigermotte Populationen in einem großen Breitenbereich hat, wurde beobachtet, dass nördlichere Populationen höhere Melanisierungsraten aufwiesen. Sowohl beim gelben als auch beim weißen männlichen Phänotyp der Waldtigermotte hatten Individuen mit mehr Melanin eine erhöhte Fähigkeit, Wärme einzufangen, aber eine erhöhte Prädationsrate aufgrund eines schwächeren und weniger wirksamen aposematischen Signals.

Melanin schützt Drosophila- Fliegen und -Mäuse vor DNA-Schäden durch Nicht-UV-Strahlung. Wichtige Studien an Drosophila-Modellen umfassen Hopwood et al. 1985.

Pflanzen

Chemische Struktur von Indol-5,6-chinon

Von Pflanzen produziertes Melanin wird manchmal als "Katechin-Melanine" bezeichnet, da sie bei der Alkalifusion Katechol ergeben können . Es wird häufig bei der enzymatischen Bräunung von Früchten wie Bananen beobachtet. Kastanienschalenmelanin kann als Antioxidans und Farbstoff verwendet werden. Die Biosynthese beinhaltet die Oxidation von Indol-5,6-Chinon durch die Polyphenoloxidase vom Tyrosinase-Typ aus Tyrosin und Katecholaminen, was zur Bildung von Katecholmelanin führt. Trotzdem enthalten viele Pflanzen Verbindungen, die die Produktion von Melaninen hemmen.

Interpretation als einzelnes Monomer

Es wird nun verstanden, dass Melanine keine einzige Struktur oder Stöchiometrie aufweisen. Nichtsdestotrotz enthalten chemische Datenbanken wie PubChem Struktur- und empirische Formeln; typischerweise 3,8-Dimethyl-2,7-dihydrobenzo [1,2,3- cd : 4,5,6- c ' d '] diindol-4,5,9,10-tetron . Dies kann als einzelnes Monomer betrachtet werden, das für die gemessene elementare Zusammensetzung und einige Eigenschaften von Melanin verantwortlich ist, aber in der Natur wahrscheinlich nicht zu finden ist. Solano behauptet, dass dieser irreführende Trend aus einem Bericht über eine empirische Formel aus dem Jahr 1948 stammt, liefert jedoch keine weiteren historischen Details.

3,8-Dimethyl-2,7-dihydrobenzo[1,2,3- cd :4,5,6- cd ′]diindol-4,5,9,10-tetron
3,8-Dimethyl-2,7-dihydrobenzo[1,2,3-cd:4,5,6-c′d′]diindol-4,5,9,10-tetron
3,8-Dimethyl-2,7-dihydrobenzo[1,2,3-cd:4,5,6-c′d′]diindol-4,5,9,10-Tetron Kugel- und Stabmodell
Namen
Bevorzugter IUPAC-Name
3,8-Dimethyl-2,7-dihydrobenzo[1,2,3- cd :4,5,6- cd ′]diindol-4,5,9,10-tetron
Bezeichner
ChemSpider
Eigenschaften
C 18 H 10 N 2 O 4
Molmasse 318,288  g·mol -1
Dichte 1,6 bis 1,8 g / cm 3
Schmelzpunkt < −20 °C (−4 °F; 253 K)
Siedepunkt 450 bis 550 °C (842 bis 1.022 °F; 723 bis 823 K)
Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich die Daten auf Materialien im Standardzustand (bei 25 °C [77 °F], 100 kPa).
Infobox-Referenzen


Biosynthesewege

L-Tyrosin
L-DOPA
L-Dopachinon
L-Leukodopachrom
L-Dopachrom

Der erste Schritt des Biosynthesewegs sowohl für Eumelanine als auch für Phäomelanine wird durch Tyrosinase katalysiert .

TyrosinDOPADopachinon

Dopachinon kann sich mit Cystein auf zwei Wegen zu Benzothiazinen und Phäomelaninen verbinden

Dopachinon + Cystein → 5-S-Cysteinyldopa → Benzothiazin-Zwischenprodukt → Phäomelanin
Dopachinon + Cystein → 2-S-Cysteinyldopa → Benzothiazin-Zwischenprodukt → Phäomelanin

Außerdem kann Dopachinon in Leucodopachrom umgewandelt werden und zwei weiteren Wegen zu den Eumelaninen folgen

Dopachinon → Leucodopachrom → Dopachrom → 5,6-Dihydroxyindol-2-carbonsäure → Chinon → Eumelanin
Dopachinon → Leucodopachrom → Dopachrom → 5,6-Dihydroxyindol → Chinon → Eumelanin

Detaillierte Stoffwechselwege finden Sie in der KEGG- Datenbank (siehe Externe Links ).

Mikroskopisches Aussehen

Melanin ist braun, nicht brechend und feinkörnig mit einzelnen Körnchen mit einem Durchmesser von weniger als 800 Nanometern. Dies unterscheidet Melanin von üblichen Blutabbaupigmenten , die größer, klumpig und lichtbrechend sind und in der Farbe von grün bis gelb oder rotbraun reichen. Bei stark pigmentierten Läsionen können dichte Melaninaggregate histologische Details verschleiern. Eine verdünnte Lösung von Kaliumpermanganat ist ein wirksames Melaninbleichmittel.

Genetische Störungen und Krankheitszustände

Es gibt ungefähr neun Arten von okulokutanem Albinismus , der meistens eine autosomal-rezessiv vererbte Erkrankung ist. Bestimmte Ethnien haben eine höhere Inzidenz verschiedener Formen. Zum Beispiel ist der häufigste Typ, der als okulokutaner Albinismus Typ 2 (OCA2) bezeichnet wird, besonders häufig bei Menschen schwarzafrikanischer Abstammung und weißen Europäern . Menschen mit OCA2 haben normalerweise helle Haut, sind aber oft nicht so blass wie OCA1. Sie haben blassblondes bis goldenes, erdbeerblondes oder sogar braunes Haar und am häufigsten blaue Augen. 98,7–100% der modernen Europäer sind Träger des abgeleiteten Allels SLC24A5, einer bekannten Ursache des nicht-syndromalen okulokutanen Albinismus. Es handelt sich um eine autosomal-rezessiv vererbte Erkrankung, die durch eine angeborene Reduktion oder Abwesenheit von Melaninpigmenten in Haut, Haaren und Augen gekennzeichnet ist. Die geschätzte Häufigkeit von OCA2 bei Afroamerikanern liegt bei 1 zu 10.000, im Gegensatz zu einer Häufigkeit von 1 zu 36.000 bei weißen Amerikanern. In einigen afrikanischen Ländern ist die Häufigkeit der Erkrankung sogar noch höher und reicht von 1 zu 2.000 bis 1 zu 5.000. Eine andere Form des Albinismus, der "gelbe okulokutane Albinismus", scheint bei den Amish , die hauptsächlich schweizer und deutscher Abstammung sind , häufiger vorzukommen. Menschen mit dieser IB-Variante der Erkrankung haben bei der Geburt häufig weißes Haar und weiße Haut, entwickeln jedoch im Säuglingsalter schnell eine normale Hautpigmentierung.

Der okuläre Albinismus beeinflusst nicht nur die Augenpigmentierung, sondern auch die Sehschärfe. Menschen mit Albinismus testen normalerweise schlecht, im Bereich von 20/60 bis 20/400. Darüber hinaus sind zwei Formen von Albinismus, von denen etwa 1 von 2.700 bei Menschen puertoricanischer Herkunft am häufigsten vorkommt, mit einer Mortalität verbunden, die über Melanom-bedingte Todesfälle hinausgeht.

Der Zusammenhang zwischen Albinismus und Taubheit ist bekannt, wenn auch kaum verstanden. In seiner 1859 Abhandlung über der Entstehung der Arten , Charles Darwin beobachtet , dass „Katzen , die ganz weiß sind und blaue Augen im Allgemeinen taub sind“. Beim Menschen treten Hypopigmentierung und Taubheit zusammen beim seltenen Waardenburg-Syndrom auf , das vor allem bei den Hopi in Nordamerika beobachtet wird . Die Inzidenz von Albinismus bei Hopi-Indianern wird auf etwa 1 von 200 Personen geschätzt. Ähnliche Muster von Albinismus und Taubheit wurden bei anderen Säugetieren, einschließlich Hunden und Nagetieren, gefunden. Ein Melaninmangel an sich scheint jedoch nicht direkt für die mit Hypopigmentierung verbundene Taubheit verantwortlich zu sein, da die meisten Personen, denen die für die Melaninsynthese erforderlichen Enzyme fehlen, eine normale Hörfunktion haben. Stattdessen führt das Fehlen von Melanozyten in der Stria vascularis des Innenohrs zu einer Beeinträchtigung der Cochlea , obwohl dies nicht vollständig geklärt ist.

Bei der Parkinson-Krankheit, einer Störung, die die neuromotorische Funktion beeinträchtigt , ist das Neuromelanin in der Substantia nigra und im Locus coeruleus als Folge eines spezifischen Abfalls von dopaminergen und noradrenergen pigmentierten Neuronen erniedrigt. Dies führt zu einer verminderten Dopamin- und Noradrenalinsynthese . Obwohl keine Korrelation zwischen der Rasse und dem Neuromelaninspiegel in der Substantia nigra berichtet wurde, hat die deutlich geringere Inzidenz von Parkinson bei Schwarzen als bei Weißen "einige dazu veranlasst, darauf hinzuweisen, dass kutanes Melanin irgendwie dazu dienen könnte, das Neuromelanin in Substantia zu schützen". nigra von äußeren Toxinen."

Zusätzlich zu einem Melaninmangel kann das Molekulargewicht des Melaninpolymers durch verschiedene Faktoren wie oxidativer Stress, Lichteinwirkung, Störung der Assoziation mit melanosomalen Matrixproteinen , pH- Änderungen oder lokale Konzentrationen von Metallionen verringert werden . Ein verringertes Molekulargewicht oder eine Verringerung des Polymerisationsgrades von okularem Melanin wurde vorgeschlagen, um das normalerweise antioxidative Polymer in ein Pro-Oxidationsmittel zu verwandeln . In seinem prooxidativen Zustand wurde vorgeschlagen, dass Melanin an der Entstehung und dem Fortschreiten der Makuladegeneration und des Melanoms beteiligt ist . Rasagilin , ein wichtiges Monotherapeutikum bei der Parkinson-Krankheit, hat melaninbindende und melanomtumorreduzierende Eigenschaften.

Höhere Eumelaninwerte können jedoch über eine stärkere Neigung zu Vitamin-D-Mangel hinaus auch ein Nachteil sein. Dunkle Haut ist ein erschwerender Faktor bei der Laserentfernung von Portweinflecken . Bei der Behandlung von weißer Haut sind Laser im Allgemeinen weniger erfolgreich bei der Entfernung von Portweinflecken bei Menschen asiatischer oder afrikanischer Abstammung. Höhere Melaninkonzentrationen bei dunkelhäutigen Personen diffundieren und absorbieren die Laserstrahlung einfach, wodurch die Lichtabsorption durch das Zielgewebe gehemmt wird. In ähnlicher Weise kann Melanin die Laserbehandlung anderer dermatologischer Erkrankungen bei Menschen mit dunklerer Haut erschweren.

Sommersprossen und Muttermale werden dort gebildet, wo eine lokalisierte Konzentration von Melanin in der Haut vorhanden ist. Sie werden stark mit blasser Haut in Verbindung gebracht.

Nikotin hat aufgrund seiner Vorläuferfunktion bei der Melaninsynthese oder seiner irreversiblen Melaninbindung eine Affinität zu melaninhaltigen Geweben. Es wurde vermutet, dass dies der erhöhten Nikotinabhängigkeit und niedrigeren Raucherentwöhnungsraten bei dunkler pigmentierten Personen zugrunde liegt.

Menschliche Anpassung

Physiologie

Melanozyten fügen Melaningranulate in spezialisierte Zellbläschen ein, die Melanosomen genannt werden . Diese werden dann in die Keratinozytenzellen der menschlichen Epidermis übertragen . Die Melanosomen in jeder Empfängerzelle sammeln sich auf dem Zellkern an , wo sie die Kern- DNA vor Mutationen schützen, die durch die ionisierende Strahlung der ultravioletten Strahlen der Sonne verursacht werden . Im Allgemeinen haben Menschen, deren Vorfahren lange Zeit in äquatornahen Regionen der Erde lebten, größere Mengen an Eumelanin in ihrer Haut. Dadurch wird ihre Haut braun oder schwarz und schützt sie vor starker Sonneneinstrahlung, die bei hellhäutigen Menschen häufiger zu Melanomen führt .

Nicht alle Effekte der Pigmentierung sind vorteilhaft. Pigmentierung erhöht die Wärmebelastung in heißen Klimazonen und dunkelhäutige Menschen absorbieren 30 % mehr Wärme durch Sonnenlicht als sehr hellhäutige Menschen, obwohl dieser Faktor durch stärkeres Schwitzen ausgeglichen werden kann. In kalten Klimazonen führt dunkle Haut zu mehr Wärmeverlust durch Strahlung. Auch die Pigmentierung behindert die Vitamin-D- Synthese , so dass dunkelhäutige Kinder in Gebieten mit schlechter Ernährung eher an Rachitis erkranken als hellhäutige Kinder. Da die Pigmentierung für das Leben in den Tropen nicht ganz vorteilhaft zu sein scheint, wurden andere Hypothesen über ihre biologische Bedeutung aufgestellt, beispielsweise ein sekundäres Phänomen, das durch Anpassung an Parasiten und Tropenkrankheiten hervorgerufen wird.

Evolutionäre Ursprünge

Die frühen Menschen entwickelten sich vor etwa 1,2 Millionen Jahren zu einer dunklen Hautfarbe, als Anpassung an den Verlust der Körperbehaarung, der die Auswirkungen der UV-Strahlung verstärkte. Vor der Entwicklung der Haarlosigkeit hatten die frühen Menschen eine relativ helle Haut unter ihrem Fell, ähnlich wie bei anderen Primaten . Die neuesten wissenschaftlichen Erkenntnisse besagen , dass anatomisch moderne Menschen in entwickelten Afrika zwischen 200.000 und 100.000 Jahren und dann vor dem Rest der Welt durch eine Migration zwischen 80.000 und 50.000 Jahren besiedelt, in einigen Bereichen interbreeding mit bestimmten archaischer menschlicher Spezies ( Neandertaler , Denisova , und möglicherweise andere). Es scheint wahrscheinlich, dass die ersten modernen Menschen relativ viele Eumelanin-produzierende Melanozyten hatten, die eine dunklere Haut produzierten, ähnlich wie die heutigen Ureinwohner Afrikas. Da einige dieser Ureinwohner in Gebiete Asiens und Europas wanderten und sich dort niederließen , nahm der Selektionsdruck für die Eumelaninproduktion in Klimazonen ab, in denen die Sonneneinstrahlung weniger intensiv war. Dies führte schließlich zu der aktuellen Palette der menschlichen Hautfarbe. Von den beiden gängigen Genvarianten, von denen bekannt ist, dass sie mit blasser menschlicher Haut in Verbindung stehen, scheint Mc1r keine positive Selektion durchlaufen zu haben, während SLC24A5 eine positive Selektion durchlaufen hat.

Auswirkungen

Wie bei Völkern, die nach Norden ausgewandert sind, akklimatisieren sich diejenigen mit heller Haut, die in Richtung Äquator wandern, an die viel stärkere Sonnenstrahlung. Die Natur wählt weniger Melanin aus, wenn die ultraviolette Strahlung schwach ist. Die Haut der meisten Menschen verdunkelt sich, wenn sie UV-Licht ausgesetzt wird, was ihnen mehr Schutz bietet, wenn es nötig ist. Dies ist der physiologische Zweck der Sonnenbräune . Dunkelhäutige Menschen, die mehr hautschützendes Eumelanin produzieren, haben einen höheren Schutz vor Sonnenbrand und der Entwicklung von Melanomen, einer potenziell tödlichen Form von Hautkrebs, sowie anderen Gesundheitsproblemen im Zusammenhang mit starker Sonneneinstrahlung , einschließlich der Photodegradation bestimmter Vitamine wie Riboflavine , Carotinoide , Tocopherol und Folsäure . Einige Nordwesteuropäer haben aufgrund einer entspannten natürlichen Selektion die Fähigkeit zum Bräunen erheblich verloren. Ihre Haut brennt und schält sich eher, als dass sie sich bräunt. Dies liegt daran, dass sie eine defekte Form des Hautproteins Mc1r (Melanocortin-1-Rezeptor) produzieren, das für die Produktion von Melanin notwendig ist. Sie sind in tropischen und subtropischen Umgebungen deutlich im Nachteil. Sie leiden nicht nur unter dem Unbehagen, leicht zu brennen, sondern haben auch ein viel höheres Risiko für Hautkrebs; das gleiche gilt für Albinos.

Melanin in den Augen, in der Iris und Aderhaut schützt sie vor ultraviolettem und hochfrequentem sichtbarem Licht ; Menschen mit grauen, blauen und grünen Augen haben ein höheres Risiko für sonnenbedingte Augenprobleme. Darüber hinaus vergilbt die Okularlinse mit zunehmendem Alter und bietet zusätzlichen Schutz. Mit zunehmendem Alter wird die Linse jedoch auch steifer und verliert den größten Teil ihrer Akkommodation – die Fähigkeit, die Form zu ändern, um von der Ferne in die Nähe zu fokussieren – ein Nachteil, der wahrscheinlich auf die durch UV-Exposition verursachte Proteinvernetzung zurückzuführen ist.

Neuere Forschungen legen nahe, dass Melanin eine andere Schutzfunktion als den Lichtschutz haben kann. Melanin ist in der Lage, Metallionen durch seine Carboxylat- und phenolischen Hydroxylgruppen effektiv zu chelatisieren , in vielen Fällen viel effizienter als der starke Chelatligand Ethylendiamintetraacetat (EDTA). Somit kann es dazu dienen, potenziell toxische Metallionen zu sequestrieren und den Rest der Zelle zu schützen. Diese Hypothese wird durch die Tatsache gestützt, dass der bei der Parkinson-Krankheit beobachtete Verlust von Neuromelanin mit einem Anstieg des Eisenspiegels im Gehirn einhergeht.

Physikalische Eigenschaften und technologische Anwendungen

Es gibt Beweise für ein hochgradig vernetztes Heteropolymer , das kovalent an Matrixgerüst- Melanoproteine gebunden ist . Es wurde vorgeschlagen , dass die Fähigkeit von Melanin , als Antioxidans zu wirken , direkt proportional zu seinem Polymerisationsgrad oder seinem Molekulargewicht ist . Suboptimale Bedingungen zur wirksamen Polymerisation von Melanin - Monomere können zur Bildung von niedrigerem Molekulargewicht, Pro-Oxidans Melanin führen , die bei der Verursachung und Progression der in Zusammenhang gebracht wurde Makuladegeneration und Melanomen . Signalwege , die die Melanisierung im retinalen Pigmentepithel (RPE) hochregulieren, können auch an der Herunterregulierung der Phagozytose des äußeren Stäbchensegments durch das RPE beteiligt sein. Dieses Phänomen wurde zum Teil auf die Aussparung der Fovea bei der Makuladegeneration zurückgeführt .

Siehe auch

Verweise

Externe Links