Melaniin

Allikas: Vikipeedia
Mitte segi ajada melatoniiniga

Melaniin (ladina keeles melaninum) on koondnimetus looduslike pigmentide kohta taimedel, loomadel ja protistidel. Melaniinid on multifunktsionaalsed biopolümeerid, mis erinevad üksteisest keemiliste ja füüsikaliste omaduste poolest.

Paljudel loomadel tekib melaniin valdavalt türosiini oksüdatsioonil melanotsüütides paiknevates melanosoomides.

Melaniinide süntees allub geneetilisele, hormonaalsele ja ensümaatilisele kontrollile.

Melaniini on tuvastatud dinosauruste kivististes ja varasematel peajalgsetel.

Organismid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Melaniini leidub enamikes elusorganismides, välja arvatud ämblikuliste selts, neil pole melaniini pigmendina tuvastatud.[1]

Liigitus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Melaniini on mitut tüüpi:

Eumelaniin[muuda | redigeeri lähteteksti]

Next.svg Pikemalt artiklis Eumelaniin
Eumelaniini keemilise struktuuri osa. Nool näitab polümeeri jätkumiskohta.

Eumelaniin on geneeriline termin osades elusorganismides sünteesitavate ja leiduvate tumedamat värvi looduslike valdavalt lahustumatute pigmentainete kohta, mis tekitab musta ja pruuni värvuse, kuid mille funktsioonid pole käesoleval ajal teada. Arvatakse, et tumedad värvained pakuvad elusolenditele üsna tõhusat kaitset teatavate väliskeskkonna tegurite nöiteks ultraviolettkiirguse eest, vähemalt omistatakse see funktsioon inimese naha eumelaniinile.

Eumelaniin on melaniini liik; eristatakse musta ja pruuni eumelaniini.

Kõige tavalisem bioloogiline tüüp on eumelaniin, polümeer, mis moodustub 5,6-dihüdroksüindoolist, see omakorda ensümaatiliselt türosiinist ja koosneb süsivesinikjääkidest. Eumelaniini polümeerid sisaldavad võrkjalt seostunud 5,6-dihüdroksüindooli (DHI) ja 5,6-dihüdroksüindool-2-happe (DHICA) polümeere.

Juuksekarvade eumelaniin[muuda | redigeeri lähteteksti]

Teatud tingimustel, teiste pigmentide puudumisel, võib musta eumelaniini väiksem ja/või vähenenud või puuduv kogus esile kutsuda juuste halli värvuse ja pruuni eumelaniini väiksem ja/või vähenenud või puuduv kogus heleda (blondi) juustevärvi.

Juuksekarvade eumelaniini lahustab vesinikperoksiid.

Feomelaniin[muuda | redigeeri lähteteksti]

Next.svg Pikemalt artiklis Feomelaniin
Feomelaniini keemilise struktuuri osa. Nool näitab polümeeri jätkumiskohta.

Feomelaniin on osades elusorganismides leiduv melaniini liik. Feomelaniin on aminohapet tsüsteiini sisaldav punakaspruun polümeer, mida leidub looduslikult punase[2] ja kollase värvusega juustes ja tedretähnides, see annab teatud värvused ka sulgedele, näiteks vaenukägude sulestiku iseloomulik pruunikasoranžikas toon.

Feomelaniin on vees lahustuv.

Feomelaniini leidub suurtes kogustes punastes karvades.[3]

Feomelaniin on inimestel koondunud huulte, rinnanibude ja suguelundite nagu sugutiluki ja tupe vastavatesse rakkudesse.[4]

Pikka aega arvati, et looduslikult punaste juuksevärviga inimestel (punapeadel) osaleb feomelaniin, ultraviolettkiirguse koostoimel, kartsinogeneesis (peamiselt melanoom), kuid uuemate uuringute kohaselt langeb määrav roll siiski geneetilisele omapärale.[5]

Keemilisest vaatenurgast erineb feomelaniin eumelaniinist selle poolest, et oligomeeri struktuurid sisaldavad bensoetiasiini ja bensoetiasooli ühikuid[6] DHI ja DHICA asemel, mida toodetakse aminohappe L-tsüsteiini juuresolekul.

Neuromelaniin[muuda | redigeeri lähteteksti]

Next.svg Pikemalt artiklis Neuromelaniin

Neuromelaniin on mustjaspruun polümeerne pigment, mida toodetakse peaaju catecholaminergic neuronites ja mida leidub mõnede aju piirkondade ganglionirakkudes, silmas ja keskkõrvas[7] (graanulitena; ei paikne melanosoomides), kuid selle funktsioonid on seni teadmata.

Inimaju neuromelaniini kogus on kõrgem kui primaatidel ja võib täielikult puududa madalamate liikide ajus.

Vastupidiselt perfieersetele melaniinidele, mida toodetakse spetsiaalsetes rakkudes ja antakse edasi teistele rakkudele, sünteesitakse ja säilitatakse neuromelaniini graanuleid sünteesimise kohas.

Ühe hüpoteesi kohaselt võib tervete ja Parkinsoni tõbe põdevate inimeste aju neuromelaniin erineda. Parkinsoni tõve korral peetakse peaajus neuromelaniini sisaldavaid neuroneid liig vastuvõtlikuks rakusurmale või on selle kogus ebapiisav.

Analoogselt perifeersele melaniinile arvatakse, ka neuromelaniinil olvat teavat sorti kaitse- ja või kahjulike ainete kahjutustamise funktsioon. Neuromelaniin seob tõhusalt 'transition metal' 's, nagu nt raud, aga ka teisi potentsiaalselt mürgiseid molekule ja vahendada ka rakusiseseid oksüdatiivseid mehhanisme.[8][9]

Imetajatel[muuda | redigeeri lähteteksti]

Imetajate melanotsüüdid toodavad eumelaniini ja feomelaniini.

Inimesel[muuda | redigeeri lähteteksti]

Inimesel sünteesivad värvainet melaniini looduslikult nahas paiknevad melanotsüüdid, silma pigmentepiteelis, sisekõrva rakud ja kesknärvisüsteemi rakud. Inimese ajus leidub pigmenti ajutüves, dopaminergilistes neuronites, leptomeninges 'is ja mustaines.

Uuemate uuringute alusel sünteesivad melaniini ka adipotsüüdid.

Pigmenti leidub ka juustes ja neerupealistes jm.

Naha melaniiniühik[muuda | redigeeri lähteteksti]

Naha melaniiniühik on epidermises paiknev ja talitlev rakkude kompleks, kus melanotsüüt söödab oma jätketega melanosoome umbes 36-le ümbritsevale keratinotsüüdile [10].

Arvatakse, et erinevate rasside nahavärvi varieeruvuse määrab ära melanosoomides paiknev ja keratinotsüütidele ülekantava melaniini kogus. Keratinotsüütidesse jõudnud melaniinigraanulid kuhjuvad rakutuuma ümber ja neelavad kahjulikku ultraviolettkiirgust justkui püüdes takistada selle jõudmist tuuma ja vältimaks DNA kahjustumist.

Melanotsüüt-kertinotsüütide kompleks vastab väliskeskkonnast tulevatele stiimulitele parakriinse ja/või autokriinse signalisatsiooni vahendusel. Melanotsüüdid vastavad ultraviolettkiirguse toimele, suurendades proopiomelanokortiini ja selle retseptori melanocortin 1 receptor (MC1-R), TYR ja TYRP1, proteiinkinaasi PKC ekspressiooni.

Keratinotsüüdid sünteesivad ja vabastavad närvirakkude kasvufaktorit, vastusena ultraviolettkiirgusele ja päevitumisele suureneb ka nimetatud kasvufaktori retseptorite ekspressioon.

Melanotsüüdid reageerivad ka melanotsüüte stimuleerivale hormoonile, endoteliinidele, kasvufaktoritele, tsütokiinidele jmt.


Melaniinid rassidel[muuda | redigeeri lähteteksti]

  • afroameeriklased: tumedanahaliste inimeste vastavate naharakkude melanosoomides sünteesitakse valdavalt eumelaniini;
  • europiidne rass: heledama nahaga inimeste naharakkude melanosoomides sünteesitakse valdavalt feomelaniini.

Inimese nahk on paratamatult paljastatud ultraviolettkiirgusele, mis mõjutab paljude rakutüüpide ellujäämist ja talitlust ning mida loetakse peamiseks nahavähi esilekutsujaks.[11] Usutakse, et naha pigmentatsioon on olulisim footonite eest kaitsev tegur, kuna melaniin täidab peale UV-kiirguse absorbeerimise ka antioksüdandi rolli. Ultraviolett-B kiirguse toimel tekib ka D3-vitamiin. Päikese käes olev nahk toodab melaniini, põhjustades päevituse nahal. Paljud epidemioloogilised uuringud on näidanud väiksemat nahavähki haigestumise võimalust inimestel, kelle organismis on rohkem kontsentreeritud melaniini.[12]

Melaniini pigment (teraline moodustis – pildi keskel) pigmenteeritud melanoomis.
Melanotsüütide paigutus nahas.
Inimeste nahavärvused R. Biasutti järgi (andmed kogutud enne 1940. aastat). Tulemused võivad olla ekslikud paljude Aasia piirkondade puhul, kus inimeste nahavärvus on pigem tumedam, kui kaardilt võib välja lugeda.

Melaniini tootmist inimese nahas nimetatakse melanogeneesiks, mis võimaldab melaniinil hajutada enam kui 99,9% absorbeeritavast UV-kiirgusest soojusena [13]. See ennetab kiirguse kahjustusi, mis põhjustavad naha vähkkasvajate väljakujunemist.

Inimestel on melaniin esmatähtis nahavärvi otsustav tegur. Seda leidub ka juustes, silma iirise all olevas pigmenteeritud koes ja ajus.

Nahas sisalduvat melaniini toodavad melanotsüüdid, mis asetsevad naha alumises kihis. Kuigi üldiselt on inimestel ühesugune kogus melanotsüüte, siis mõningatel indiviididel ja rahvastel ekspresseerivad melanotsüüdid erineva sagedusega melaniini tootvaid geene. Üksikutel loomadel ja inimestel on väga väike või üldse puudulik melaniini süntees kehas. Sellist konditsiooni nimetatakse albinismiks.

Eumelaniin on kõige sagedasem melaniin inimestes, seega on kõige tõenäolisemalt puuduv vorm albinismi puhul.

Teised organismid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Melaniinil on erinevates organismides mitmesuguseid rolle ja funktsioone. Ühest melaniinivormist moodustub tint, mida kasutavad paljud peajalgsed kaitsemehhanismina kiskjate eest. Melaniin kaitseb ka mikroorganisme, nagu bakterid ja seened, rakukahjustusi põhjustavate nähtuste, näiteks UV-kiirguse eest. Samuti kaitseb melaniin kahjustuste eest, mida põhjustavad kõrge temperatuur, keemilised kahjustused (nt raskmetallid ja oksüdeerivad ühendid) ja biokeemilised ohud.[14] Seega mängib melaniin paljudes patogeensetes mikroobides tähtsat rolli virulentsuses, kaitstes mikroobe peremeesorganismi immuunvastuste eest. Selgrootutes kaasab suur osa kaasasündinud immuunsüsteemi reageerimisest ründavate patogeenide eest melaniini. Vaid minuteid pärast nakatumist surutakse mikroob kokku melaniini ning sellise kapseldumise käigus toodetud vabade radikaalsete kõrvalsaaduste moodustumist seostatakse nende tapmisega.[15] Mõningad seened on võimelised kasutama melaniini fotosünteetilise pigmendina, mis võimaldab neil gammakiirgust[16] püüda ning kasutada kiirguse energiat enda kasvuks.

Roomajatel[muuda | redigeeri lähteteksti]

Madudel[muuda | redigeeri lähteteksti]

Madudel on melanotsüüte tuvastatud peamiselt nahas. Melanotsüüdid liigitatakse asukoha järgi: pärisnahas paiknevad naha melanotsüüdid, epidermises paiknevad epidermaalsed melanotsüüdid ning nahaalused melanotsüüdid, mis paiknevad sügaval nahas ja moodustavad võrgustiku. Kõik nimetatud rakud sisaldavad melaniini sünteesivaid osiseid. Lisaks sisaldavad melaniini-ladestusi ka osade inimeste suhtes mürkmadudeks liigitatud madude, näiteks pärisrästiklaste ja lõgismadulaste peas paiknevad mürginäärmeid katvad koed, lihased kui ka mürginäärmed. Sugukonda Colubridae liigitatud madudel melaniiniladestusi Duvernoy näärmetes ei ole tuvastatud.[17]

Melaniiniladestiste ülesandeid madudel on vähe uuritud, kuid arvatakse, et need moodustavad kaitsebarjääri päikesekiirguse eest, mis liigse aktiivsuse tõttu võib kahjustada mürgiaparaati või inaktiveerida mürgina toimiva sülje.

Lindudel[muuda | redigeeri lähteteksti]

Lindude suled on mustad tänu melaniinile ning neid on palju lihtsam bakteritel lagundada, kui seda on valget värvi suled või ka teisi pigmente, nagu karoteene, sisaldavad suled.[18]

Hiirtel[muuda | redigeeri lähteteksti]

Mõnedes hiirtes kasutatakse melaniini erinevalt. Näiteks aguuti hiirtel on karvad pruunid eumelaniini ja feomelaniini vahelduva tootmise pärast. Karvad on tegelikult vaheldumisi mustad ja kollased, andes kokku näilise pruunika värvuse enamikul hiirtel. Mõnede geneetiliste irregulaarsuste tagajärjel on ka täielikult mustade ja täielikult kollaste karvadega hiiri.

Biosünteetilised rajad[muuda | redigeeri lähteteksti]

L-türosiin
L-DOPA
L-dopakinoon
L-leukodopakroom
L-dopakroom

Raja esimest sammu mõlema eumelaniini ja feomelaniini jaoks katalüüsib türosiin:

TürosiinDOPA→ dopakinoon

Dopakinoon on võimeline kombineeruma tsüsteiiniga kahte teed pidi, moodustades bensoetiasiine ja feomelaniini.

Dopakinoon + tsüsteiin → 5-S-tsüsteinüüldopa → bensoetiasiini intermediaat → feomelaniin
Dopakinoon + tsüsteiin → 2-S-tsüsteinüüldopa → bensoetiasiini intermediaat → feomelaniin

Teise võimalusena, dopakinooni saab muuta leukodopakroomiks ning järgneb jällegi kaks võimalikku teed eumelaniini moodustumiseni.

Dopakinoon → leukodopakroom → dopakroom → 5,6-dihüdroksüindool-2-hape → kinoon →eumelaniin
Dopakinoon → leukodopakroom → dopakroom → 5,6-dihüdroksüindool → kinoon → eumelaniin

Detailsed metaboolsed rajad on võimalik leida KEGG andmebaasist. [19]

Mikroskoopiline väljanägemine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Melaniin on pruun ning õhukeselt teraline omades läbimõõtu vähem kui 800 nanomeetrit. Selle omaduse põhjal eristatakse melaniini harilikest vere pigmentidest, mis on suuremad, kämbulised ning varieeruvad värvuse poolest (rohelisest kollaseni või punakaspruun). Raskesti pigmenteerunud haiguskolletes võivad tihked melaniini agregaadid omada segaseid histoloogilisi ehitusi. Lahjendatud kaltsiumpermanganaadi lahus on efektiivne melaniini pleegitaja.

Geneetilised häired ja haigusseisundid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Melaniinipuudust seostatakse juba pikemat aega mitmete geneetiliste anomaaliatega ja haigusseisunditega.

On olemas umbkaudu üheksa erinevat tüüpi albinismi, mis on enamuselt autosoomsed retsessiivsed häired. Kõige tüüpilisem on näiteks OCA2 (ingl. k. oculocutaneous albinism type 2), mis on eriti sage Aafrika päritoluga inimeste seas. See on autosoomne retsessiivne häire, mida kirjeldab melaniini pigmendi puudumine nahas, juustes ja silmades. OCA2 hinnanguline sagedus aafrika-ameeriklaste seas on 1 inimene 10 000 kohta, kui valgenahaliste ameeriklaste seas on neid 1 inimene 36 000 kohta.[20] Mõningatel Aafrika rahvastel on häire sagedus isegi suurem, nimelt 1 inimene 2000–5000 inimese kohta.[21] Veel üks vorm albinismist (ingl. k. yellow oculocutaneous albinism) on osutunud valdavaks amišite seas, kes on Šveitsi ja Saksa päritoluga. Inimestel, kellel on selline häire, on sündides valgete juuste ja nahaga, kuid lapseeas areneb kiiresti välja normaalse naha värvus.[21]

Okulaarne albinism ei mõju ainult silma pigmentatsioonile aga ka nägemise teravusele. Lisaks on surmaga seotud kaks vormi albinismi, sagedusega umbes 1 inimene 2700 Puerto Rico päritoluga inimese kohta. Surma võimalus on suur ka Hermansky-Pudlaki- ja Chediak-Higashi sündroomi põdevate inimeste seas.[21] Melaniini puudumise roll on aga nende häirete puhul veel uurimisel.

Seos albinismi ning kurtuse vahel on hästi tuntud, kuid vähe arusaadav. 1859. aastal oma uurimistöös "Liikide tekkimine" tõdes Charles Darwin, et kassid, kes on täiesti valged ja siniste silmadega, on tavaliselt kurdid.[22] Inimestes naha värvuse ja kuulmise kaotamine esinevad koos Waardenburgi sündroomi puhul. On huvitav, et sarnaseid jooni albinismi ja kurtuse koosesinemisega on leitud ka teistes imetajates nagu koerad ja närilised. Ometi ei ole melaniini puudus otseselt kurdiks jäämise põhjus, kuna enamik indiviide, kellel melaniini sünteesivaid ensüüme pole, kuulevad normaalselt.

Nahal, eriti heledal, moodustuvad tedretähnid ja sünnimärgid seal, kus on kõrge melaniini kontsentratsioon.

Termin[muuda | redigeeri lähteteksti]

Nimetus melaniin tuleneb vanakreeka keelsest sõnast μέλας ja tähendab 'tumedat, musta'.

Ajaloolist[muuda | redigeeri lähteteksti]

Terminit kasutas esmakordselt tõenäoliselt rootsi keemik Jöns Jakob Berzelius 1840. aastal.

Vaata ka[muuda | redigeeri lähteteksti]

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. Peter JP Croucher, Michael S Brewer, Christopher J Winchell jt, De novo characterization of the gene-rich transcriptomes of two color-polymorphic spiders, Theridion grallator and T. californicum (Araneae: Theridiidae), with special reference to pigment genes, BMC Genomics 2013, 14:862, doi:10.1186/1471-2164-14-862, 8. detsember 2013, veebiversioon (vaadatud 1.07.2015)(inglise keeles)
  2. Piret Pappel, Kirev kuub kiirguse käest ei päästa, 10.05.2011, veebiversioon (vaadatud 1.07.2015)
  3. V.Krishnaraj, M.D, Skin Layers
  4. Compound: pheomelanin, veebiversioon (vaadatud 2.07.2015)(inglise keeles)
  5. Jef Akst, Gingers More Prone to Skin Cancer, 2. november 2012, veebiversioon (vaadatud 2.07.2015)(inglise keeles)
  6. Greco, Giorgia; Lucia Panzella, Luisella Verotta, Marco d’Ischia, Alessandra Napolitano (2011). "Uncovering the Structure of Human Red Hair Pheomelanin:Benzothiazolylthiazinodihydroisoquinolines As Key Building Blocks". Journal of Natural Products 74 (4): 675–82. doi:10.1021/np100740n. PMID 21341762. 
  7. DÜSTROOFIAD, veebiversioon (vaadatud 1.07.2015)
  8. Fedorow H, Tribl F, Halliday G, Gerlach M, Riederer P, Double KL (2005). "Neuromelanin in human dopamine neurons: comparison with peripheral melanins and relevance to Parkinson's disease". Prog Neurobiol 75 (2): 109–124. doi:10.1016/j.pneurobio.2005.02.001. PMID 15784302. 
  9. Double KL (2006). "Functional effects of neuromelanin and synthetic melanin in model systems". J Neural Transm 113 (6): 751–756. doi:10.1007/s00702-006-0450-5. PMID 16755379. 
  10. ,"Nahahaigused", toimetanud Matti Hannuksela, Jaakko Karvonen, Timo Reunala, Helgi Silm ja Raimo Suhonen, soome keelest tõlkinud Siim Sikk, AS Medicina, lk 261 - 265, 2010, ISBN 9789985829769
  11. Made in His Image: Melanin, the Sunblock That's Just Skin Deep
  12. "The Protective Role of Melanin Against UV Damage in Human Skin". Vaadatud 5. september 2013. 
  13. Meredith P, Riesz J (Veebruar 2004). "Radiative relaxation quantum yields for synthetic eumelanin". Photochemistry and photobiology 79 (2): 211–6. doi:10.1562/0031-8655(2004)079<0211:RCRQYF>2.0.CO;2. ISSN 0031-8655. PMID 15068035. 
  14. Hamilton AJ, Gomez BL. (2002). "Melanins in fungal pathogens" (PDF). J. Med. Microbiol 51 (3): 189–91. PMID 11871612. Vaadatud 6. jaanuar 2012. 
  15. Cerenius L, Söderhäll K (Aprill 2004). "The prophenoloxidase-activating system in invertebrates". Immunological reviews 198: 116–26. doi:10.1111/j.0105-2896.2004.00116.x. PMID 15199959. 
  16. Science News, Dark Power: Pigment seems to put radiation to good use, Week of May 26, 2007; Vol. 171, No. 21 , p. 325 by Davide Castelvecchi
  17. F.Harwey Puogh, Gary Kwiecinski, Willy Bemis, [file:///C:/Documents%20and%20Settings/kasutaja/My%20Documents/EuropeanVIper/1978_Pough,%20Kwiecinski,%20Bemis_Melanin_deposits_associated_with_the_venom_glands_of_snakes.pdf Melanin Deposits Associated with the Venom Glands of Snakes],J.Morph, (1978), 155':63 - 72, veebiversioon (vaadatud 20.06.2014) (inglise keeles)
  18. Grande, Juan Manuel; Negro, Juan José; María Torres, José (2004). "The evolution of bird plumage colouration; a role for feather-degrading bacteria?". Ardeola 51 (2): 375–383. 
  19. KEGG database
  20. Oculocutaneous Albinism
  21. 21,0 21,1 21,2 "Ocular Manifestations of Albinism"
  22. Termination of British Library Net internet service

Kirjandus[muuda | redigeeri lähteteksti]