Melanin

Rozbalit box

Obsah boxu

Melanin je souhrnný název pro skupinu přírodních pigmentů, které se nacházejí ve většině živých organismů. U člověka je melanin zodpovědný za zbarvení kůže, vlasů a očí. Jeho hlavní funkcí je ochrana organismu před poškozením způsobeným ultrafialovým (UV) zářením ze Slunce. Melanin je polymer, což znamená, že je tvořen opakujícími se menšími molekulárními jednotkami. Vzniká složitým biochemickým procesem zvaným melanogeneze z aminokyseliny tyrosin.

Existuje několik typů melaninu, z nichž nejvýznamnější jsou eumelanin (hnědo-černý) a pheomelanin (červeno-žlutý). Poměr těchto dvou typů, jejich celkové množství a distribuce v tkáních určují výsledný odstín pleti, barvu vlasů a očí jedince. Kromě své role v pigmentaci se melanin podílí i na dalších fyziologických procesech, například ve vnitřním uchu nebo v mozku, kde se nachází tzv. neuromelanin. Poruchy produkce nebo distribuce melaninu mohou vést k různým stavům, jako je albinismus (nedostatek pigmentu) nebo melanom (zhoubný nádor z pigmentotvorných buněk).

🧬 Chemická podstata a typy

Melaniny jsou komplexní polymery odvozené od aminokyseliny tyrosin. Jejich přesná chemická struktura je složitá a variabilní. Základní dělení je na tři hlavní typy:

⚫ Eumelanin

Eumelanin je nejběžnějším typem melaninu u lidí a je zodpovědný za hnědé a černé odstíny. Chemicky se jedná o polymer složený především z derivátů 5,6-dihydroxyindolu. Existují dvě hlavní formy eumelaninu:

• Hnědý eumelanin
• Černý eumelanin

Lidé s tmavou pletí a tmavými vlasy mají vysokou koncentraci eumelaninu. Tento typ melaninu poskytuje nejúčinnější ochranu proti UV záření, protože velmi efektivně pohlcuje a rozptyluje jeho energii.

🔴 Pheomelanin

Pheomelanin je zodpovědný za červené a žluté odstíny. Nachází se ve velkém množství u lidí se zrzavými vlasy, světlou pletí a pihami. Na rozdíl od eumelaninu obsahuje ve své struktuře síru, která pochází z aminokyseliny cystein. Pheomelanin neposkytuje tak účinnou ochranu před UV zářením jako eumelanin; jeho produkce může dokonce při vystavení slunci generovat volné radikály, které mohou poškozovat DNA buněk, což zvyšuje riziko vzniku rakoviny kůže, zejména melanomu.

🧠 Neuromelanin

Neuromelanin je tmavý pigment, který se nachází v určitých populacích neuronů v lidském mozku, zejména v oblastech jako je substantia nigra a locus coeruleus. Jeho přesná funkce není zcela objasněna, ale předpokládá se, že hraje roli v ochraně neuronů tím, že váže potenciálně toxické látky, jako jsou těžké kovy (např. železo). Úbytek neuromelaninu v substantia nigra je jedním z charakteristických znaků Parkinsonovy choroby.

⚙️ Biosyntéza (Melanogeneze)

Proces tvorby melaninu se nazývá melanogeneze. Probíhá ve specializovaných buňkách zvaných melanocyty, které se nacházejí především ve spodní vrstvě pokožky (epidermis), ve vlasových folikulech, v duhovce oka a na dalších místech v těle.

Samotná syntéza se odehrává v malých organelách uvnitř melanocytů, které se nazývají melanozomy. Klíčové kroky melanogeneze jsou:

1. Výchozí látka: Celý proces začíná u aminokyseliny tyrosin.
2. Klíčový enzym: Nejdůležitějším enzymem v celém procesu je tyrozináza. Tento enzym katalyzuje první dva kroky: oxidaci tyrosinu na L-DOPA (dihydroxyfenylalanin) a následnou oxidaci L-DOPA na dopachinon.
3. Větvení syntézy: Z dopachinonu se cesta syntézy větví:
   • Cesta k eumelaninu: Pokud nejsou přítomny cysteinové sloučeniny, dopachinon se spontánně přeměňuje na další meziprodukty, které nakonec polymerizují za vzniku hnědého nebo černého eumelaninu.
   • Cesta k pheomelaninu: Pokud je přítomen cystein nebo glutathion, reaguje s dopachinonem za vzniku cysteinyldopy, která je prekurzorem pro syntézu červeno-žlutého pheomelaninu.
4. Přenos melanozomů: Zralé melanozomy naplněné melaninem jsou následně transportovány z melanocytů do okolních buněk kůže, tzv. keratinocytů. Zde se melanozomy uspořádají nad buněčným jádrem, kde chrání DNA před poškozením UV zářením.

Regulace melanogeneze je řízena geneticky a hormonálně. Hlavním stimulačním hormonem je melanokortin (MSH), který se váže na receptory na povrchu melanocytů a spouští produkci melaninu. Produkce MSH se zvyšuje při vystavení kůže UV záření, což vede k opálení.

биологиická funkce

Melanin plní v těle řadu důležitých funkcí, z nichž nejznámější je ochrana před slunečním zářením.

☀️ Ochrana před UV zářením

Toto je primární a nejlépe prostudovaná funkce melaninu v kůži. Melanin funguje jako vysoce účinný přírodní opalovací krém. Pohlcuje široké spektrum UV záření (UVA i UVB) a přeměňuje více než 99,9 % absorbované energie na neškodné teplo. Tím brání UV paprskům proniknout hlouběji do kůže a poškodit DNA v jádrech kožních buněk. Poškození DNA může vést k mutacím, které způsobují předčasné stárnutí kůže a zvyšují riziko vzniku rakoviny kůže, včetně nebezpečného maligního melanomu.

🎨 Určení barvy kůže, vlasů a očí

Barva kůže, vlasů a očí není určena počtem melanocytů (ten je u všech lidí přibližně stejný), ale typem produkovaného melaninu, jeho množstvím a velikostí a distribucí melanozomů.

• Kůže: Tmavá pleť obsahuje velké množství eumelaninu a velké, hustě zabalené melanozomy. Světlá pleť má méně melaninu a menší melanozomy, které se navíc rychleji rozkládají.
• Vlasy: Černé a hnědé vlasy obsahují vysoké množství eumelaninu. Blond vlasy mají eumelaninu velmi málo. Zrzavé vlasy jsou charakteristické vysokým obsahem pheomelaninu. Šedivění vlasů je způsobeno postupným snižováním produkce melaninu ve vlasových folikulech s věkem.
• Oči: Barva duhovky je dána množstvím melaninu v její přední vrstvě (stromatu). Hnědé oči mají vysokou koncentraci melaninu, který pohlcuje většinu světla. Modré a zelené oči mají melaninu málo; jejich barva vzniká Rayleighovým rozptylem světla na kolagenových vláknech ve stromatu duhovky, podobně jako je modrá barva oblohy.

👁️ Funkce v oku

Kromě duhovky se melanin nachází také v sítnici a cévnatce. Zde pohlcuje rozptýlené světlo uvnitř oční bulvy, čímž zabraňuje odrazům a zajišťuje ostré a kontrastní vidění. U albínů, kterým tento pigment chybí, dochází k problémům s viděním právě kvůli nadměrnému rozptylu světla v oku.

🧠 Funkce v mozku a vnitřním uchu

Neuromelanin v mozku pravděpodobně chrání neurony před oxidačním stresem. Ve vnitřním uchu je melanin přítomen v cévnaté plence (stria vascularis) a jeho přítomnost je nezbytná pro správný vývoj a funkci sluchového orgánu. Lidé s některými formami albinismu mohou mít proto i poruchy sluchu.

🌍 Výskyt v přírodě

Melanin není omezen pouze na člověka, je všudypřítomný v živočišné i rostlinné říši.

• Živočichové: U zvířat slouží melanin ke kamufláži (např. u chameleonů nebo hmyzu), aposematismu (výstražné zbarvení, např. u vos) a při pohlavním výběru (např. pestré zbarvení ptačího peří). Inkoust hlavonožců, jako jsou sépie nebo chobotnice, je tvořen koncentrovaným melaninem.
• Houby a bakterie: Mnoho druhů hub a bakterií produkuje melanin, který je chrání před environmentálním stresem, jako je UV záření, extrémní teploty nebo chemické látky. Některé radiotrofní houby nalezené v okolí černobylského reaktoru dokonce využívají melanin k přeměně gama záření na chemickou energii, což je forma "radiosyntézy".

🩺 Zdravotní aspekty a poruchy

Poruchy v produkci nebo distribuci melaninu jsou spojeny s řadou onemocnění a stavů.

📉 Hypopigmentace (nedostatek pigmentu)

• Albinismus: Genetická porucha charakterizovaná částečnou nebo úplnou absencí melaninu. Postihuje kůži, vlasy i oči a je spojena s vysokou citlivostí na slunce a poruchami zraku.
• Vitiligo: Autoimunitní onemocnění, při kterém imunitní systém ničí melanocyty, což vede ke vzniku bílých, depigmentovaných skvrn na kůži.
• Fenylketonurie: Metabolická porucha, při které se v těle hromadí fenylalanin. Vysoké hladiny fenylalaninu inhibují enzym tyrozinázu, což vede k snížené produkci melaninu a typicky světlé pleti a vlasům u neléčených jedinců.

📈 Hyperpigmentace (nadbytek pigmentu)

• Pihy (ephelides): Malé, ohraničené skvrny, které tmavnou po vystavení slunci. Jsou způsobeny lokálně zvýšenou produkcí melaninu.
• Lentigo (stařecké skvrny): Tmavší skvrny na kůži, které se objevují s věkem, zejména na místech vystavených slunci. Jsou způsobeny nahromaděním melaninu a zvýšeným počtem melanocytů.
• Melasma: Tmavé, nepravidelné skvrny na obličeji, často spojené s hormonálními změnami (např. v těhotenství nebo při užívání hormonální antikoncepce).

🔬 Melanom

Melanom je nejzávažnější typ rakoviny kůže. Vzniká maligní transformací melanocytů. Hlavním rizikovým faktorem pro jeho vznik je vystavení UV záření, které poškozuje DNA těchto buněk. Lidé se světlou pletí, kteří produkují více pheomelaninu, mají vyšší riziko vzniku melanomu.

💡 Pro laiky

Melanin si lze představit jako přírodní "barvu" a zároveň "opalovací krém" našeho těla.

• Dva druhy barvy: Tělo míchá dva základní typy této barvy. Eumelanin je tmavá barva (hnědá až černá) a velmi dobře chrání před sluncem. Pheomelanin je světlá barva (červená až žlutá) a před sluncem chrání mnohem méně.
• Jak se určuje vzhled: Poměr, v jakém tělo tyto dvě "barvy" namíchá, a kolik jich celkově vyrobí, určuje barvu naší pleti, vlasů a očí. Lidé s tmavými vlasy a pletí mají hodně tmavé barvy (eumelaninu). Lidé se zrzavými vlasy a pihami mají hodně té světlé (pheomelaninu).
• Továrny na barvu: Tuto "barvu" vyrábějí malé továrny v naší kůži, kterým se říká melanocyty. Když jdeme na slunce, tyto továrny dostanou signál, aby zvýšily výrobu, a proto se opálíme. Opálení je vlastně obranná reakce kůže, která se snaží vytvořit ochranný štít proti dalšímu poškození.
• Když barva chybí: U lidí s albinismem tyto "továrny" nefungují správně a nevyrábějí žádnou barvu. Proto mají velmi světlou kůži, bílé vlasy a musí se pečlivě chránit před sluncem.

🔬 Využití a výzkum

Melanin a proces melanogeneze jsou předmětem intenzivního výzkumu. Vědci zkoumají možnosti využití syntetického melaninu v:

• Kosmetice: Jako součást pokročilých opalovacích krémů nebo přípravků na tónování pleti.
• Materiálovém inženýrství: Pro vývoj biokompatibilních materiálů, které mohou chránit před zářením nebo být použity v elektronice (jako organický polovodič).
• Medicíně: Výzkum se zaměřuje na léčbu poruch pigmentace a na vývoj nových terapií proti melanomu, které cílí na proces melanogeneze.

Šablona:Aktualizováno