La química de la melanina

La melanina es un pigmento oscuro de origen natural que se presenta en varias formas y es responsable de gran parte del color de la piel en los seres humanos. es producido por células llamadas melanocitos , que se encuentran en la parte más profunda de la capa más externa de la piel. gran parte de esta melanina encuentra su camino en las células llamadas queratinocitos , que son mucho más numerosas que los melanocitos.

Una vez que se sintetiza la melanina, se almacena en los cuerpos dentro de los melanocitos llamados melanosomas. El más común de los diversos tipos de melanina se llama eumelanina , que significa "buena melanina". cuando hay mucha eumelanina presente en cantidades más altas, se obtiene un color de piel más oscuro y marrón, mientras que la densidad de este pigmento se produce en personas con piel más clara.

cuando las personas muestran diferencias en el color de la piel debido principalmente a las diferencias en el contenido de melanina de la piel, esto no se debe a que las personas difieran ampliamente en términos de la cantidad de melanocitos que tienen. en cambio, los melanocitos individuales de algunas personas son mucho más activos que en otros.

Al igual que muchas sustancias en el cuerpo, la composición química de la melanina incluye una mezcla de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. la fórmula química de la melanina es c ₁₈ h ₁₀ n ₂ o ₄ , lo que le da a la melanina un peso molecular, o masa molar, de 318 gramos por mol (g / mol). (Por razones históricas, un mol es la cantidad de una sustancia en gramos que contiene 6 x 10 ²³ moléculas, y es una medida básica del tamaño de una molécula).

la melanina consiste en tres anillos de seis miembros (seis átomos dispuestos alrededor de un punto central) en una línea, cada uno con un anillo de cinco miembros ubicado en uno de los ángulos entre sí y su vecino. estos anillos de cinco miembros contienen cada uno uno de los dos átomos de nitrógeno en la melanina y se sientan en lados opuestos de la molécula.

los cuatro átomos de oxígeno en la melanina están unidos a carbonos en el anillo de seis átomos en cada extremo, dos a cada anillo. estos están doblemente unidos y las disposiciones c = o se encuentran en lados opuestos del anillo desde donde se unen los anillos de cinco miembros.

Si desea expresar la fórmula para la melanina en una forma más explícita sin tener que recurrir a dibujar un modelo, puede escribirla en la forma utilizada en el sistema de entrada de línea de entrada molecular simplificada (sonrisas):

cc1 = c2c3 = c (c4 = cnc5 = c (c (= o) c (= o) c (= c45) c3 = cn2) c) c (= o) c1 = o

donde los números no son subíndices sino referencias a las posiciones numéricas de los átomos dentro de los anillos individuales. los átomos de hidrógeno en la melanina no están incluidos, pero su número y posiciones se pueden determinar rellenando los "huecos" en la estructura anterior, teniendo en cuenta que cada carbono forma cuatro enlaces.

la piel humana tiene tres capas, que desde la más externa a la más interna son la epidermis, la dermis y la capa de tejido subcutáneo. la epidermis se divide en numerosas capas, la más profunda de las cuales se llama stratum germinativum (a veces llamada stratum basale). esta capa, que se adhiere a la membrana basal que separa la epidermis de la dermis, es donde se producen los melanocitos.

En la microscopia, los melanocitos tienen una forma irregular característica. La medida en que los melanocitos producen melanina depende de la medida en que el gen de la melanina se expresa o se activa. piense en "expresión génica" como encender un interruptor en una fábrica para hacer un producto en particular, en este caso una proteína. casi todos los seres humanos tienen un montón de "fábricas" de melanina (melanocitos), pero la medida en que las personas ponen en uso estas "fábricas" varía ampliamente entre los individuos y las poblaciones étnicas.

la luz solar desencadena la producción de melanina hasta cierto punto en la mayoría de las personas; Este es el proceso de oscurecimiento de la piel a corto plazo conocido como "bronceado". La melanina producida por el estímulo de la luz actúa para proteger al resto del cuerpo en cierta medida de la radiación ultravioleta (UV) dañina de la luz solar. Cuando el cuerpo ya no percibe una gran cantidad de rayos ultravioleta en el ambiente, como ocurre en otoño e invierno, la necesidad percibida de producción de melanina también disminuye y la piel tiende a aclararse durante estas estaciones.

Además, mientras que los melanocitos fabrican melanina, además de almacenarla y liberarla, las células epidérmicas mucho más prevalentes conocidas como queratinocitos terminan siendo el mayor receptor del pigmento. el movimiento de la melanina de los melanocitos a los queratinocitos se ve facilitado por los muchos tentáculos (hasta 40 o más) que se extienden hacia afuera de cada melanocito. los melanosomas formados en los melanocitos viajan a los queratinocitos y se colocan entre la membrana celular y el núcleo, ayudando a proteger el ADN (ácido desoxirribonucleico, el "material genético" de los humanos y todas las formas de vida conocidas) dentro de ese núcleo del daño de la radiación UV.

Si bien la eumelanina es el tipo de melanina más abundante producido por los seres humanos, está lejos de ser el único tipo común. existe en otras dos formas principales, la feomelanina y la neuromelanina . La eumelanina y la feomelanina tienen mucho en común funcionalmente y químicamente, mientras que la neuromelanina es una especie de pícaro.

La eumelanina y la feomelanina son producidas por melanocitos en el estrato (capa) más bajo de la epidermis. estas células comienzan como melanoblastos en el tejido que se deriva del tubo neural durante el desarrollo embrionario humano. La síntesis de cada uno de estos comienza con la tirosina, una molécula estrechamente relacionada con el aminoácido fenilalanina. la tirosina pronto se convierte en dopaquinona, que puede seguir una serie de vías químicas diferentes que finalmente resultan en la producción de melanina.

La neuromelanina se produce en el cerebro como parte de la descomposición del neurotransmisor dopamina , otro pariente químico cercano de la fenilalanina y la tirosina. esto ocurre en una parte del cerebro llamada la sustancia negra . La neuromelanina, a diferencia de las otras dos formas de melanina humana, no participa en la determinación del color de la piel.

la afirmación de la melanina de la fama biológica es su contribución al color de la piel, pero también desempeña una serie de funciones fisiológicas relacionadas y no relacionadas. la melanina influye en el color del cabello y también protege la piel y los ojos del daño causado por la luz solar y otras fuentes de radiación electromagnética.

La eumelanina es de color más marrón oscuro, mientras que la feomelanina es más roja-amarillenta. el exceso de color de la piel de una persona se determina mediante una combinación de la proporción de estos dos tipos de melanina y la densidad general de los melanosomas dentro de las células individuales. también, diferentes tipos de melanina predominan en diferentes partes del cuerpo en el mismo individuo; por ejemplo, los labios, que son más rosados, son más altos en la feomelanina.

la piel que tiene un color más claro generalmente tiene una densidad de dos o tres melanosomas por grupo dentro de los melanocitos, mientras que la piel más oscura presenta más melanocitos "móviles", ya que estos gránulos están más inclinados a propagarse a los queratinocitos vecinos.

en algún momento de la evolución humana, diferentes poblaciones de individuos se establecieron alejadas unas de otras, algunas se mantuvieron más cerca del ecuador y otras se aventuraron hacia las latitudes del norte, principalmente en Europa al principio. Como consecuencia de estar en un ambiente más soleado y cálido, las personas más cercanas al ecuador perdieron gran parte de su vello corporal en relación con sus contrapartes de más al norte.

Se cree que este cambio en la distribución relativa del cabello ha estimulado el desarrollo diferencial de la melanogénesis en diferentes poblaciones en todo el mundo. las personas que viven más cerca del ecuador ahora muestran una mayor proporción de eumelanina a feomelanina, lo que resulta no solo en una piel más oscura, sino también en una mayor capacidad para absorber la radiación UV. las personas que viven en áreas más frías y con menos luz solar, por otro lado, muestran una menor proporción de eumelanina a feomelanina y, por lo tanto, son más susceptibles al daño de la piel por la radiación UV, incluido el cáncer.

en 2015, investigadores de la Universidad de Yale informaron que habían encontrado una forma en que la luz ultravioleta reacciona con la melanina en ratones de una manera que promueve la formación de cáncer en cuestión de horas. esto pareció resaltar la naturaleza exquisitamente "de doble filo" de la melanina: para cada área en la que puede servir como un activo de salud, parece presentar una responsabilidad de salud en otro lugar.

La vitamina d, que es importante en el manejo del mineral de calcio por parte del cuerpo, debe someterse a la luz ultravioleta para que se convierta en su forma activa después de ingerirla. esto significa que las personas que viven en latitudes del norte generalmente son más susceptibles a la deficiencia de vitamina D, porque sus cuerpos reciben, en promedio, menos luz solar a lo largo del año que las personas más cercanas al ecuador.

Sin embargo, otra implicación de la relación entre la luz ultravioleta y la melanina es que las personas de piel más oscura, sin importar dónde vivan (pero especialmente las que se encuentran en lugares muy al norte o al sur), deben ser monitoreadas para detectar problemas con los niveles de vitamina d, debido a su alta La densidad de los melanosomas, al tiempo que confiere protección contra los peligros de los rayos UV, también elimina sus pocos efectos beneficiosos.

Una serie de relaciones entre la luz ultravioleta, la melanina y el comportamiento de la piel aún no se han aclarado completamente. Se sabe, por ejemplo, que la administración de luz UV a la piel puede suprimir la función inmunológica a corto plazo. esto puede ser deseable cuando se trata de controlar los brotes de afecciones inflamatorias de la piel con un componente inmune, como la psoriasis. cualquier rol inmunológico que la melanina pueda desempeñar en el cuerpo queda por dilucidar.

son bien conocidas varias condiciones clínicas que implican trastornos en la síntesis y transporte de melanina. Estos pueden afectar cada paso del proceso de formación de melanina y de distribución de melanina. éstos incluyen:

Trastornos de los melanoblastos. Estas células, como recordarán, son los precursores de los melanocitos. se supone que migran de sus sitios de formación en desarrollo embrionario y fetal a los lugares donde finalmente desempeñarán sus roles asignados. sin embargo, a veces los melanoblastos no llegan a donde se supone que deben ir. Uno de los resultados es el síndrome de waardenburg , en el cual las personas afectadas tienen áreas de piel muy clara y pelo canoso prematuramente debido a la incapacidad de los melanoblastos para establecerse en estas áreas en una etapa más temprana de la vida.

Trastornos de los melanocitos. Una de las más notorias es la condición llamada vitiligo , que implica la destrucción autoinmune de los melanocitos de forma no uniforme en toda la piel. Debido a la forma asimétrica en que el cuerpo ataca sus propias células, la piel muestra distintos parches de piel clara entremezclados con áreas no afectadas de la piel.

Trastornos de los melanosomas. dos de los trastornos más comunes que afectan a los sitios de almacenamiento de la melanina son el síndrome de Chédiak-higashi y el síndrome de Griscelli , que involucran problemas visibles de pigmentación de la piel, pero también incluyen efectos en otros sistemas corporales. En el síndrome de Chédiak-Higashi, que puede producir albinismo (una falta casi total de pigmentación en la piel y los ojos), se cree que la mutación genética responsable del componente de melanina del trastorno también evita la síntesis de importantes sustancias químicas del sistema inmunitario. .

Trastornos relacionados con la tirosinasa. La tirosinasa es la enzima, o proteína catalizadora biológica, que convierte un compuesto intermedio en la síntesis de melanina y feomelanina, llamada dihidroxifenilalanina, en dopaquinona. cuando esta enzima no funciona correctamente o está ausente, la vía sintética de la melanina se puede interrumpir.

por ejemplo, en la enfermedad hereditaria fenilcetonuria (pku), la falla de una enzima diferente conduce a una acumulación significativa de fenilalanina, que tiene efectos inhibidores secundarios sobre la tirosinasa. esto lleva a la piel en parches gracias a una disminución "descendente" en la síntesis de melanina.