Меланин

Пигментите правят живота цветен, но един от тях багри човешката кожа и това е меланина.

От кога е познат меланина на науката?

Името „меланин“ идва от древногръцката дума melanos, което означава „тъмен“ и според Боровански ⁽¹⁾ терминът вероятно е бил използван за първи път от шведския химик Берцелиус през 1840 година, за да се обозначи тъмния пигмент, извлечен от очните мембрани ⁽²⁾.

Първото относително подробно, писмено описание на пигментацията на кожата при човека принадлежи на Херодот. Той описва по-тъмната кожа на персийци, етиопци и индийци в сравнение с тази на гърците. Според Библията, разновидностите на човешкия тен биха могли да произхождат от тримата синове на Ной - Сим, Яфет и Хам (което означава черно). Тъмната кожа на Хам и неговите потомци според Бибилията се дължи на влиянието на гореща вода, падаща от небето, докато Аристотел го приписва на продължително изгарящо слънце. Обяснението на Аристотел е първата връзка между слънчевата светлина и потъмняването на кожата ⁽³⁾. 

Меланинът е наблюдаван за първи път под примитивен микроскоп от Марсело Малпиги (Marcelo Malpighi), както е документирано в неговата работа от 1665 година „De Externo Tactus Organo Anatomica Observario“. 

Какво представлява меланина?

Меланинът е сложен полимер, получен от аминокиселината тирозин. Той е естественият пигмент на кожата, който определя цвета на косата, кожата и очите при хората и животните. Меланинът е боята на природата, живият цвят на перата на птиците и блестящият оттенък на рибените люспи. Да се върнем към човешката кожа! Меланинът се намира в няколко области на човешкото тяло:

• Кожа;
• Коса;
• Ириси на очите;
• Структури на вътрешното ухо;
• Области на мозъка, substantia nigra и locus coeruleus;
• Медулата и zona reticularis на надбъбречната жлеза.

Доказано, е че броят на меланоцитите (клетките, образуващи меланин) е приблизително еднакъв при хората, дори от различни раси, а цветът на кожата се определя от размера и плътността на образуваните меланинови гранули, както и това дали те са отделно стоящи или групирани. Удивително е, че всички имаме еднакво количество клетки, произвеждащи пигменти отвътре, но това, което виждаме отвън, е красива дъга от различни нюанси в тона на кожата. 

Слабо пигментираната кожа съдържа групи от две до три меланозоми с малки размери, докато силно пигментираната кожа съдържа отделни обемни меланозоми, които могат да меланизират съседните кератиноцити по-лесно. Общата плътност на меланина корелира с цвета на кожата, както и с типа кожа по скалата на Фицпатрик (Fitzpatrick).

Има ли различни видове меланин?

Различават се три типа меланин:

• Еумеланинът е отговорен предимно за тъмни цветове на косата, очите и кожата. Има два вида еумеланин: кафяв и черен. Черната и кафява коса идват от различни смеси от черен и кафяв еумеланин. 
• Феомеланинът оцветява розовите части на тялото като устните и зърната на гърдите. При относително еднакви количества еумеланин и феомеланин косата е рижа, а при малко количество еумеланин, косата е руса.
• Невромеланинът контролира цветовете на невроните. Той не е свързан с оцветяването на кожата. Загубата на невромеланин може да доведе до сериозни неврологични заболявания.

Меланинът е отговорен и за цвета на очите ни. Разликата в техния цвят зависи от количеството меланин в ириса, което от своя страна се определя генетично. Има три гена, които влияят на цвета на очите, така че е трудно например да се определи точния цвят, който ще бъдат очите на детето. Хората с черни или кафяви очи имат повече меланин в тях, за да блокират слънчевите лъчи. Тези със сиви, сини, зелени или лешникови очи имат слаба защита от слънцето и могат да изпитат дискомфорт, дразнене, парене и увреждане на тъканите, ако очите не са защитени със слънчеви очила, когато са изложени на ярка светлина. Снежната слепота е добре известен пример за този вид увреждане на очите.

Каква е ролята на меланина?

Меланиновата пигментация е с важно значение в много отношения. Ето някои от най-съществените:

• бариера срещу въздействието на ултравиолетовите лъчи на слънчевата светлина. При излагане на слънчева светлина, човешкият епидермис става по-тъмен поради увеличаване на меланиновия пигмент;
• механизъм за поглъщане на топлина от слънчевата светлина, което е особено важно за студенокръвните животни;
• ограничава попадането на светлинни лъчи в окото и поглъща разсеяната светлина в очната ябълка, позволявайки по-голяма зрителна острота и предпазвайки чувствителните очни структури. 

Меланинът е като естествен слънцезащитен крем, който абсорбира лъчите от слънчевия спектър. По този начин, той предпазва кожата от вредните ефекти на UV светлината. Когато човешки епидермис се изложи на директна слънчева светлина образуването на меланин се увеличава и кожата потъмнява. Много епидемиологични проучвания показват по-ниска честота на рак на кожата при хора с по-голямо количество меланин в кожата ⁽⁴⁾.  

Трябва да се имат предвид поне два основни аспекта по отношение на връзката между кожната пигментация и ефектите на слънчевата светлина върху кожата: дължината на вълната на светлината и вида на меланина в кожата:

• Дължина на вълната: няма съмнение, че по-увреждаща е UV светлината от видимия спектър на слънчевата радиация, тъй като е с по-висока енергия. Някои автори считат, че UVA (320–380 nm) е основната причина за синтеза на меланин, а също и за появата на злокачествен меланом ⁽⁵⁾. 
• Вид на меланина: той може да отслаби ефектите на радиацията, но абсорбцията е придружена от окислително-редукционни реакции и образуване на свободни радикали. Еумеланинът е доста стабилен и достатъчно голям, за да изчисти ефектите от окислително-редукционните процеси. За разлика от това е доказано, че феомеланинът е доста фотолабилен при физиологични условия и участва във високото производство на супероксид ⁽⁶⁾. Той не може да изчисти всички производни, реактивни видове и по този начин феомеланинът лесно може да се превърне във фоточувствителен агент, а не във фотопротектор.

От какво се влияе количеството на меланина в кожата?

Крайното количество меланин в кожата се определя от комбинираните ефекти на множество молекулярни събития, възникващи в епидермиса:

• Активиране на меланоцитите, което се контролира от различни лиганди и рецептори.
• Скорост на синтеза на меланин, която се влияе от ензима тирозиназа.
• Степен на прехвърляне на меланиновите гранули към кератиноцитите.
• Външни фактори, напр. излагане на слънце, замърсяване, хормонални промени, възпаление и др.

И накрая, още интересни факти за меланина:

• Меланинът се използва за приготвяне на инхибитор за тестовете, базирани на PCR технология (да, това е онази същата технология, която се използва в тестовете за откриване на коронавирус).
• Цената на меланина е над 380 долара за грам и е по-висока от тази на златото.
• Меланин се добива от мастилото на Sepia Officinalis (обикновената сепия) и е същият като всички меланини в животинското царство.
• Меланин притежават и представителите на царството на гъбите. При радиотрофните гъби меланинът се използва за превръщане на радиацията в химическа енергия. 
• Необходими са милиони години, докато меланинът се разпадне. При находки с възраст 160 милиона години е откриван меланин в пера, кожа, очи на риба.
• Молекулярната структура на меланина остава неизвестна. Спектроскопският анализ използва светлина, за да разграничи структурата на молекулите. Но той  не е в състояние да даде молекулярен анализ на меланина, тъй като той поглъща светлината, използвана в процеса.
• Меланинът има отношение в процеса на стареене на кожата. Старата поговорка „черното не се пука“, т.е. черната кожа не се набръчква с възрастта е много вярна. Според експертите цветът на кожата наистина влияе върху това как тя старее. Най-общо казано, колкото по-тъмна е кожата, толкова по-дълго време тя ще остане гладка без кожни линиите и бръчки. Счита се, че основната причина, поради която признаците на стареене се появяват по-късно при хора с по-тъмен тен на кожата е естествената им защита от увреждане от слънцето, която осигурява меланина.

Литература

1. F. Zhang, S. L. Kearns, P. J. Orr et al., Fossilized melanosomes and the colour of Cretaceous dinosaurs and birds, Nature, vol. 463, no. 7284, pp. 1075–1078, 2010.
2. J. J. Berzelius, Lehrbuch der Chemie, vol. 9, 1840.
3. F. Solano, Melanins: Skin Pigments and Much More—Types, Structural Models, Biological Functions, and Formation Routes, New Journal of Science, vol. 2014.
4. J. Y. Lin and D. E. Fisher, “Melanocyte biology and skin pigmentation,” Nature, vol. 445, no. 7130, pp. 843–850, 2007.
5. F. P. Noonan, M. R. Zaidi, A. Wolnicka-Glubisz et al., “Melanoma induction by ultraviolet A but not ultraviolet B radiation requires melanin pigment,” Nature Communications, vol. 3, article 884, 2012.
6. M. R. Chedekel, “Photochemistry and photobiology of epidermal melanins,” Photochemistry and Photobiology, vol. 35, no. 6, pp. 881–885, 1982.