Меланините са ароматни биополимери с висока свободно-радикална стабилност, способност за абсорбция на ултравиолетова и видима светлина, с възможност да образуват комплексни съединения и да обменят йони. Заради своите уникални свойства, тези пигменти привличат все по-голям интерес, като материал за различни биомедицински и технологични апликации. През януари 2021 цената за грам меланин достигна 459$, стойност, с 404$ по-висока от тази на златото!
Като оставим настрана новите технологии и социо-етичните аспекти на меланина, това, което прави този пигмент особено безценен е неговата биологична стойност!

Всички живи същества на планетата произвеждат меланин!

Роля на меланина в живите организми
В живите организми, меланинът изпълнява най-разнообразни функции.
Меланинът предпазва клетките на микроорганизмите от стресори като свободни радикали, ултравиолетови лъчи, тежки метали и високи температури. Меланинът участва в процесите на вирулентност на някои патогенни микроорганизми и противодейства на имунната защита на гостоприемника. В някои радиотропни гъбички меланинът играе роля на фотосинтетичен пигмент, като използва гама-лъчите за производство на енергия.

Растенията образуват меланин в отговор на нараняване и инвазия. На това се дължи потъмняването на обвивката на бананите. Много растения акумулират меланин в семената си. Там те изпълняват ролята на камуфлаж, за да не бъдат открити от птиците, когато паднат на земята. Освен това, тъмно оцветените зърна привличат повече слънчева енергия и узряват по-бързо. Меланинът им придава здравина и ги предпазва от насекоми, защото е токсичен за тях.

При безгръбначните, меланинът е най-важната част от вродената имунна защита срещу патогените. Само минути след инфектирането, микробите се инкапсулират в меланин и убиват с помощта на свободни радикали.

Меланинът в някои членестоноги е разпределен послойно и отразява светлината по специфичен начин – иризация. Така цветът им се променя в различни цветове на дъгата, когато ги гледаме под различен ъгъл.

Някои молци използват меланина в процесите на терморегулация. Тези, които живеят на север съдържат повече меланин.

Меланин откриваме в тъмния пигмент, който главоногите– сепия, калмари и октоподи, изпускат за защита от неприятели.

Птиците дължат цвета на тъмното си оперение на меланина. Перата съдържащи меланин са много по-устойчиви на механични въздействия и разграждане от бактерии, сравнено с тези, съдържащи каротеноидни пигменти.

При бозайниците, меланинът определя цвета на кожата, косата, очите и козината. Цветът на козината на бозайниците се определя от агути- генът, който е отговорен за разпределението на меланина в тялото.

Видове меланин
• Еумеланинът е най-разпространената форма меланин при животните, микроорганизмите и някои фунги. Съществуват два типа еумеланин – кафяв и черен. Малко количество черен еумеланин в отсъствието на други пигменти придава на косата сив цвят. Малко количество кафяв еумеланин в отсъствие на други пигменти, определя русия цвят на косата. При стареенето организмът продължава да образува еумеланин, но спира образуването на феомеланин. Резултат е сивия цвят на косата при възрастните хора.

• Феомеланинът е представен от група пигменти с различни нюанси на жълт и червен цвят. Съдържат сяра и са характерни за висшите животни, бозайници и птици. При човека, феомеланините са концентрирани предимно в устните, гръдните зърна, пениса и влагалището. Когато малко количество кафяв еумеланин е смесен с феомеланин в космите се получава червеникаво-оранжев цвят на косата. Феомеланинът придава розов отенък на кожата при рижите хора.

• Трихохромите са подобни на еумеланина и феомеланина пигменти с по-ниско молекулно тегло. Срещат се в червените коси.

• Невромеланинът е тъмен пигмент, който се образува от някои неврони в мозъка. Най-много невромеланин се образува в мозъка на човека, а в по-малки количества се открива в приматите. Невромеланинът прихваща желязото и някои потенциално токсични за мозъка молекули.

• Аломеланините се съдържат в растенията и някои фунги. В тях липсва азот.

Местообитание и функции на меланоцитите при човека
Меланоцитите са клетките, които образуват меланин. Най-любимото и предпочитано място за меланоцитите е епидермиса, но голяма част от тях се откриват в космените фоликули и в очите, където също произвеждат пигмента меланин. Меланоцитите определят цвета на косите и очите и изпълняват важни за зрението функции в ретината, като фагоцитоза, регенерация на пигментния епител и транспорт на ретиноиди.

Меланоцитите функционират и на други места в тялото.
Меланоцитите във вътрешното ухо произвеждат меланинови гранули, които имат важна роля за баланса и нормалното чуване. Някои наследствени заболявания, свързани с разстройство в пигментацията са свързани и с нарушения на слуха.

В мозъка меланоцитите изпълняват невроендокринни функции. Известна е тяхната роля за осигуряването на нормалния сън. Те произвеждат простагландин D2, който е стимулатор на заспиването и ендогенния опиоид епинефрин, който регулира съня. Някои субстанции, произвеждани от меланоцитите, контролират дихателния ритъм. Невромеланинът е пигментът, който меланоцитите произвеждат в мозъка. Той има ядро от феомеланин и е покрит с еумеланин. Открива се предимно в допаминергичните неврони, чиято загуба е свързана с болестта на Паркинсон. Ролята на невромеланина е да свързва и премахва свободните радикали и метали, които са силно токсични за невроните.

Меланоцити са локализирани и в клапите и преградите на сърцето. Все още е неясна функцията, която изпълняват в тази област.

Меланоцити се откриват и в мастната тъкан, обвиваща вътрешните органи при патологично затлъстяване. Тук меланоцитите играят ролята на антиоксиданти и намаляват секрецията на провъзпалителни субстанции.

Как се произвежда меланин в кожата?
Меланоцитите в кожата произхождат от нервния гребен и мигрират в епидермиса и космените фоликули около шеста седмица на ембрионалното развитие. Съотношението кератиноцити/меланоцити в епидермиса е 10:1, като се запазва относително постоянно през целия живот. Броят на меланоцитите е около 1200/mm2 и е еднакъв за всички раси. В областта на дланите и стъпалата се наблюдават пет пъти по-малко меланоцити, сравнено с останалите области, тъй-като ембрионалната миграция на меланоцитите приключва тук.

Първата стъпка в производството на кожния пигмент е активацията на меланоцитите посредством различни рецептори. Чрез тях меланоцитите взаимодействат с ендокринната, имунната, възпалителната и централната нервна система. Външни фактори като ултравиолетова радиация и лекарствени препарати също могат да променят активността им.

Активиращите сигнали водят до образуването и узряването на специални органели, обградени с мембрана, наречени меланозоми. Меланинът се образува от аминокиселината тирозин при серия от ензимни реакции. Най-важният ензим, който определя скоростта на реакцията е ензимът тирозиназа.
Детайлното проучване на тези процеси ни дава възможност да регулираме меланогенезата чрез различни външни въздействия. Това е важно за нормализиране на промененената при някои заболявания кожна пигментация.

Всеки меланоцит е свързан с група от 30-40 кератиноцита, посредством специални израстъци, наречени дендрити. Меланозомите, съдържащи гранули меланин се предават на епидермалните клетки. Кератиноцитите в базалния слой на епидермиса съдържат 60-80 % от меланозомите. Те са локализирани около ядрото им, осигурявайки фотопротекция и защита на ДНК молекулите от ултравиолетовите лъчи.

Расови особености в пигментацията
Разликата в цвета на кожата не се определя от броя на меланоцитите, а от разлики в тяхната активност. Различните типове кожа показват вариации в размера и разпределението на меланозомите.
Количеството на еумеланин и феомеланин в кожата зависи от активността на ензима тирозиназа и наличието на цистеин в меланоцитите. При висока тирозиназна активност и ниска концентрация на цистеин се образува еумеланин. Ниската активност на тирозиназа, комбинирана с по-високи концентрации на цистеин води до синтез на феомеланин.

В кожата на хора с тъмен фототип меланозомите са по-големи и по-разпръснати в кератиноцитите, те имат неутрално рН и висока ензимна активност, синтезират предимно еумеланин.
В светлата кожа преобладават по-малки и по-плътно групирани меланозоми, с кисело рН и ниска активност на меланогенните ензими, с преимуществен синтез на феомеланин.

Структура и разпределение на меланозомите при различните раси
Zaidi, Dr.Kamal & Ali, Ayesha & Ali, Sharique & Naaz, Ishrat. (2014). Microbial Tyrosinases: Promising Enzymes for Pharmaceutical, Food Bioprocessing, and Environmental Industry. Biochemistry research international. 2014.

Фактори, които влияят на меланогенeзата
Цветът на кожата до голяма степен е генетично определен и се определя от базалната продукция на меланин. Пигментацията се регулира от повече от 125 различни гена. Меланогенезата е изключително комплексен процес, който се контролира от цял набор от ензими, структурни протеини и междинни молекули. Основната пигментация на кожата зависи също от междуклетъчни сигнални молекули, които се обменят между меланоцитите, кератиноцитите и фибробластите.

Например кератиноцитите отделят алфа-меланоноцитостимулиращ и адренокортикотропен хормон, които действат на меланоцитните рецептори и засилват меланогенезата, образуването на дендритни израстъци, меланозомния трансфер и преживяемостта на меланоцитите.

Хормонална регулация на меланогенезата
Освен в кожата, алфа-меланоноцитостимулиращ хормон се секретира от хипофизата и хипоталамуса под действието на ултравиолетовите лъчи, а адренокортикотропен хормон се произвежда от хипофизната жлеза. Повишените им нива при тумори на хипофизата причиняват повишена кожна пигментация.
Женските хормони въздействат на определени рецептори върху меланоцитите и също оказват влияние на меланогенезата. Естрогените стимулират меланогенезата, а прогестеронът я подтиска. Обикновено тези въздействия са балансирани и поддържат нормална пигментация. При бременност или хормонална терапия (противозачатъчни таблетки) пропорциите на двата хормона се променят. Повишението на естрогените в началото на бременността е причина за повишената пигментация при бременните. Появата на мелазма е свързана с повишена хормонална чувствителност.

Ефекти на възпалението върху пигментацията
Въздействието на различни алергени, патогени, химически вещества и травма може да доведе до защитна реакция на кожата под формата на възпаление. Възпалението е от полза за организма, защото пречи на проникването на патогени и стимулира оздравяването на увредената кожа. Проучванията показват, че молекулите на възпалението също могат да оказват ефект върху меланоцитите и производството на меланин. Хиперпигментацията, хипопигментацията и депигментацията са чести последствия на възпалителни процеси в кожата, като инфекции, акне, травми, изгаряне или лазерна терапия на кожата.

Ефект на ултравиолетовите лъчи върху меланогенезата.
Честа причина за неправилна пигментация, особено в откритите части на тялото са ултравиолетовите лъчи. UVA-лъчите притежават по-малко енергия, но проникват дълбоко в кожата, достигайки базалния слой и дермата. Тяхното действие е свързано с продукцията на свободни радикали и е основна причина за фотостареенето. UVB-лъчите имат повече енергия и предизвикват увреждане на ДНК молекулите в кожните клетки. Действието им предизвиква слънчево изгаряне и е свързано със стимулиране на меланогенезата и засилване на пигментацията. Целият ултравиолетов спектър може да предизвика появата на патологична пигментация.

Меланинът има протективен ефект спрямо увредата от ултравиолетовите лъчи. Степента на предпазване зависи до голяма степен от базалната пигментация на кожата. Хората с тъмен фототип имат по-добра фотопротекция, по-бързо възстановяване на увредените ДНК молекули и показват по-забавени темпове на стареене на кожата, сравнено със светлопигментираните фототипове. Това се дължи на релативно по-голямото количество на еумеланин в тъмната кожа. Еумеланинът е фотопротектор, който разсейва >99.9% от ултравиолетовата и видима светлина, задържа проникналите УВ-лъчи в рамките на епидермиса и прихваща свободните радикали. За разлика от него, феомеланинът е силно фотореактивен, усилва ефекта на индуцираните от ултравиолетовите лъчи реактивни видове и допълнително уврежда клетките.

Намаленото съотношение еумеланин/феомеланин е свързано с повишена фоточувствителност, образуване на лунички и слабо образуване на тен.

След облъчване с утравиолетови лъчи се наблюдават три фази на меланогенна реакция на кожата.
1. Първа фаза: незабавно потъмняване- започва веднага и е краткотрайно.
2. Втора фаза: постоянно пигментиране-започва веднага и е продължително, особено след интензивно облъчване.
Първите две фази се дължат на оксидиране и полимеризиране на вече съществуващия меланин и допълнителното разпределение на готовите меланозоми. Тези две фази не предпазват от зачервяване и ДНК увреда.
3. Трета фаза: забавено образуване на тен. Наблюдава се няколко дни след ултравиолетово облъчване. Увреждането на ДНК в кератиноцитите стимулира отделянето на α-меланоцитостимулиращ хормон, който активира тирозиназата и трансфера на меланозоми, вследствие на което се получава тен. Третата фаза е пряко свързана с фототипа.

Кожния фототип може да се определи според външните физически белези и реакцията на кожата при излагане на слънце.
Фототип I – Тяхната кожа винаги изгаря, никога не получава загар. Това са индивиди с много светла кожа, светло руса или червеникава коса, сини или сиви очи, лунички.
Фототип II –Кожата обичайно изгаря, получава минимален загар (светла кожа, руса или светлокестенява коса, всички цветове очи )
Фототип III – Кожата понякога изгаря, получава равномерен тен (светла или светлокафява кожа, тъмноруса или кестенява коса, кафяви очи)
Фототип IV – Кожата изгаря минимално, лесно получава равномерен загар (светлокафяв или маслинен цвят на кожата, тъмно-кафява коса, кафяви или тъмно-кафчви очи)
Фототип V – Кожата рядко изгаря, лесно получава тен (тъмно-кафяв цвят на кожата, тъмно-кафява или черна коса, кафяви или тъмно-кафчви очи)
Фототип VI – Кожата никога не изгаря, цвета не се променя след излагане на слънце (тъмно-кафяв, черен цвят на кожата, черна коса, тъмно-кафяви очи)
Индивидуалният отговор към действието на ултравиолетовите лъчи е един от най-добрите примери за адаптация на човека към условията на околната среда.

Еволюционен аспект на кожната пигментация
В началото на еволюционното развитие на човека преди 1.2 милиона години, тъмният цвят на кожата се е наложил като еволюционно предимство. Първите хора са живеели в условията на горещ климат и им били необходими ефективни механизми за охлаждане, с които да контролират температурата на тялото си. В резултат, хората постепенно загубили гъстото си окосмяване, за да се улесни изпотяването и изпарението на вода от кожата. Кожата била непрекъснато изложена на вредното въздействие на слънчевите лъчи. Постепенното ѝ насищане с еумеланин създало ефективна защита срещу интензивното УВ-облъчване в районите около екватора.

При миграцията на първите хора на север, традиционно ниската интензивност и сезонност на УВ-лъчите довела до постепенно изсветляване на кожата. По-малкото количество пигмент позволило по-добрия синтез на Витамин Д в тези условия. Твърде широкият спектър от кожна пигментация в съвременните хора е резултат от естествената селекция и цели осигуряването на оптимален синтез на Витамин Д и едновременно с това надеждна защита от вредното въздействие на ултравиолетовите лъчи.

There is also a third factor which affects skin color: coastal peoples w ho
Разпределение на популацията според цвета на кожата “Skin Color Distribution” Wikimedia Commons n.p., n.d. Web. 10 March 2021 https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Skin_Color_Distribution.png

http://evolutionaryhumans.weebly.com/human-migration-patterns.html

При коренното население на Аляска и Канада тъмният цвят на кожата се е запазил. Въпреки ниската интензивност на ултравиолетовите лъчи, тези хора получават достатъчно витамин Д от морската си диета. Тъмният цвят на кожата им помага в летните месеци, когато те получават голяма доза ултравиолетови лъчи, заради отражението и разпръскването на слънчевите лъчи от снега и леда.
Пигментацията на кожата регулира степента на проникване на ултравиолетовите лъчи и влияе върху нейното здраве. Твърде ектремното въздействие на УВ лъчите, създава предпоставки за развитие на меланома и кожен рак. Други заболявания са свързани с твърде ниските нива на УВ въздействие, в резултат на което се наблюдава дефицит на Витамин Д и рахит.

В съвременния свят на непрекъсната миграция на хората извън ареала, естествен за тяхната кожна пигментация и промяната в начина им на живот, се създават предпоставки за множество здравословни проблеми. Хората с по-тъмна пигментация, живеещи извън тропиците и поставени в условията на градска среда изпадат в състояние на хроничен дефицит на Витамин Д. Висока честота на меланома се наблюдава при излагане на ултравиолетови лъчи с висока интезивност още в ранна детска възраст при светло-пигментирани индивиди, в резултат от миграция или прекарване на ваканции в области с интензивно слънчево греене.

Използвана литература:
Videira, Inês Ferreira dos Santos et al. “Mechanisms regulating melanogenesis.” Anais brasileiros de dermatologia vol. 88,1 (2013): 76-83. doi:10.1590/s0365-05962013000100009
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3699939/

Hida T, Kamiya T, Kawakami A, Ogino J, Sohma H, Uhara H, Jimbow K. Elucidation of Melanogenesis Cascade for Identifying Pathophysiology and Therapeutic Approach of Pigmentary Disorders and Melanoma. International Journal of Molecular Sciences. 2020; 21(17):6129. https://doi.org/10.3390/ijms21176129

Plonka, P M et al. “What are melanocytes really doing all day long…?.” Experimental dermatology vol. 18,9 (2009): 799-819. doi:10.1111/j.1600-0625.2009.00912.x
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2792575/

Zaidi, Dr.Kamal & Ali, Ayesha & Ali, Sharique & Naaz, Ishrat. (2014). Microbial Tyrosinases: Promising Enzymes for Pharmaceutical, Food Bioprocessing, and Environmental Industry. Biochemistry research international. 2014. 854687. 10.1155/2014/854687.

Glagoleva, A Sholeva et al. “Melanin Pigment in Plants: Current Knowledge and Future Perspectives”Front. Plant Sci., 23 June 2020 | https://doi.org/10.3389/fpls.2020.00770
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2020.00770/full

Jablonski, Nina G, and George Chaplin. “Human skin pigmentation, migration and disease susceptibility.” Philosophical transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological sciences vol. 367,1590 (2012): 785-92. doi:10.1098/rstb.2011.0308
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3267121/

Cichorek, Mirosława et al. “Skin melanocytes: biology and development.” Postepy dermatologii i alergologii vol. 30,1 (2013): 30-41. doi:10.5114/pdia.2013.33376 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3834696/#:~:text=The%20ratio%20of%20melanocytes%20to,the%20human%20race%20%5B14%5D.

Markiewicz, Ewa, and Olusola Clement Idowu. “Melanogenic Difference Consideration in Ethnic Skin Type: A Balance Approach Between Skin Brightening Applications and Beneficial Sun Exposure.” Clinical, cosmetic and investigational dermatology vol. 13 215-232. 9 Mar. 2020, doi:10.2147/CCID.S245043
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7069578/

Запиши се за нашия нюзлетър и ще получаваш първа специални предложения и полезна информация, които няма да видиш във Фейсбук или магазина. Въведи имейла си и получи код за подарък със следващата си поръчка: