Меланины. Биосинтез. Метаболические нарушения

Введение

Разнообразный цвет кожи человека определяется относительным содержанием в  ней меланина, оксигемоглобина, восстановленного гемоглобина и каротина, однако именно меланин является основным пигментом, от которого зависит цвет кожи, волос  и глаз.

Меланин – аморфный пигмент тёмно-коричневого и чёрного цвета, в норме содержащиеся в коже, волосах, перьях, в сетчатке и сосудистой оболочке глаза позвоночных, некоторых морских беспозвоночных, насекомых, а также в растениях. Меланины содержатся и во внутренних органах, включая мозговые оболочки. 

 

 Он выполняет также функции  фильтра, уменьшающего опасное  воздействие на кожу ультрафиолетовых  лучей и таким образом предотвращающего  острую реакцию на солнечные  ожоги и хроническое воздействие  лучистой энергии, в том числе  рак кожи.

 

Меланины содержат в своём  составе углерод (С), азот (N) и водород (Н) примерно в соотношении 1:5:5. В  ряде случаев в состав меланина входит сера (S). Её содержание колеблется от 2 до 12 %. Меланины нерастворимы в воде, кислотах, органических растворителях. Однако, многие из них - например, меланин  волос – легко растворяются в  щелочах и выпадают в осадок при  подкислении раствора. Это свойство применяется для препаративного получения меланинов.

 

Науке известны несколько  видов меланина. Помимо коричневых и чёрных - эумеланинов, существуют феомеланины – жёлтые пигменты. Меланины, объединяя в себе различные полимерные соединения, имеют сложнейшее строение. 

Получив свое название от греческого слова «melas», что означает черный, меланин представляет собой белковосвязанный полимер, образующийся при окислении тирозина тирозиназой до дигидроксифенилаланина (ДОФА) в меланоцитах, специализированных шиловидных эпидермоцитах, производных нервного гребешка. Феомеланины представляют собой желто-коричневые серосодержащие пигменты, которые в отличие от эумеланина легко растворяются в щелочных растворах. Феомеланины находятся лишь в волосах и окрашивают их в рыжий цвет.

Цвет кожи определяется содержанием  меланина в кератиноцитах, представляющих собой клетки-рецепторы меланинсодержащих органелл, формируемых меланоцитами и названных меланосомами. В норме цвет кожи детерминирован генетическими или конституциональными факторами и изменяется под действием солнечных лучей (загар), в результате усиленной пигментации под влиянием гормонов, стимулирующих меланоциты (МСГ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Биосинтез меланина

Меланоциты имеют эктомезенхимное происхождение. Различают 4 стадии дифференцировки меланоцитов: 
-стадия предшественников меланоцитов в составе нервного гребешка; 
-стадия перемещения в дерме от нервных гребней к базальной мембране эпидермиса; 
 -стадия перемещения в эпидермисе; 
-дендрическая стадия, когда меланоцит занимает свое место в эпидермисе и формирует отростки.

Окончательная дифференцировка меланоцитов происходит под влиянием тканевого окружения и меланотропина гипофиза. Первые меланоциты в эпидермисе человека появляются на 2-ом месяце эмбриогенеза, а в дерме – на 2 недели раньше. Локализующиеся в эпидермисе на границе с дермой меланоциты представляют собой отростчатые клетки, функционально связанные с кератиноцитами. Каждый меланоцит и связанные с ним  кератиноциты составляют эпидермальную меланиновую единицу, обеспечивающую направленный транспорт специализированных тирозиназо-содержащих меланинпродуцирующих органелл (меланосомы) к кератиноцитам. Меланосомы, эллипсоидные органеллы, формирующиеся в зоне эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи. Вначале они представляют собой не содержащие меланина сферические структуры, которые по мере накопления пигмента темнеют, уплотняются и приобретают округлую форму. 
На рис.1 представлены четыре биологических процесса образования и секреции меланосом, лежащие в основе меланиновой пигментации у представителей негроидной и европеоидной популяций: 
1) образование в меланоцитахмеланосом; 
2) меланизациямеланосом в меланоцитах; 
3) передача меланина от меланоцитов к кераноцитам; 
4) разрушение меланосом в лизосомоподобных органеллах (у представителей европеоидной популяции) или без заметного разрушения (у представителей негроидной популяции).

   
Тирозиназа, играющая роль главного фермента в механизмах образования меланина, относится к большой  группе медьсодержащих аэробных оксидаз. У человека она активирует процесс гидроксилирования предшественника меланина тирозина в ДОФА и дофахинон. Тирозиназа требуется только для первого этапа биосинтеза меланина - ортогидрооксилирования тирозина. Примечательно, что ионы цинка активируют превращение дофахрома в 5,6-дигидроксиндол, а меланосомы содержат цинк в высокой концентрации. К настоящему времени выявлен ряд новых факторов, способных усиливать или блокировать синтез меланина после действия тирозиназы.

 

 

 

 

 

Биология меланиновой пигментации

Согласно данным, полученным при  изучении здоровой кожи и кожи с  нарушением пигментации, степень последней  с клинической точки зрения зависит  не только от скорости формирования меланосом, но и от количества меланосом, транспортируемых в кератиноциты. К другим факторам, детерминирующим меланиновую пигментацию в норме и патологии, относится количество меланина в разных меланосомах. До недавнего времени считалось, что пигментация связана с действием трех основных варьирующих факторов: с образованием меланосом, их меланизацией и секрецией. Однако в последние годы продемонстрировано участие и четвертой непостоянной агрегации и разрушения меланосом во время их перехода в кератиноциты.

Меланосомы локализуются в меланоцитах преимущественно изолированно друг от друга в виде отграниченных мембраной дискретных органелл. В кератиноцитах же они могут существовать и в виде агрегатов по три и более частицы в одной органелле, снабженной мембраной. Эти органеллы напоминают меланосомосодержащие органеллы макрофагов, известные под названием лизосом. Представляется, что меланосомы эпидермальных кератиноцитов постепенно разрушаются. В значительно пигментированной коже, однако, интактные меланосомы располагаются и в роговом слое. Это свидетельствует о том, что некоторые меланосомы в эпидермисе не разрушаются вместе с лизосомами. Регуляция меланогенеза и меланиновой пигментации детерминируется генами, гормонами и ультрафиолетовыми лучами. Эти факторы могут действовать независимо один от другого или в сочетании один с другим. Кроме того, отчетливое влияние на эти процессы могут оказывать специфические халоны (гормоны местного действия, регулирующие пролиферацию клеток) и гликопептиды по принципу отрицательной обратной связи и регуляции митотической активности меланоцитов и кератиноцитов. Скорость транспорта меланосом к кератиноцитам может, действительно, влиять на количество синтезируемых меланосом. Халоны могут также изменять активность аденилатциклазы и скорость деления меланоцитов и кератиноцитов. Представляется, что гормоны (МСГ) оказывают прямое воздействие на аденилатциклазу, что ведет к увеличению количества циклического аденозинмонофосфата (АМФ) и соответственно синтеза тирозиназы и меланосом.

У человека выработка и транспорт  меланосоммеланоцитами обеспечивают защиту от биологического повреждения, вызываемого видимой частью спектра и ультрафиолетовой радиацией (УФР). В увеальном тракте (сосудистой оболочке глаза) и пигментном эпителии сетчатки меланин защищает глаз от видимой и длинноволновой (УФР-А) части лучистой энергии, тогда как УФР-Б в значительной мере задерживается роговицей. Содержащий меланин эпидермис человека защищает кожу, эффективно задерживая УФР-А и УФР-Б.

Система защиты от УФР высоко развита, воздействие этой части электромагнитного спектра ведет к активации сложного механизма (загар) образования плотных, содержащих хромопротеин органелл (меланосомы) и их доставки к эпидермальным клеткам, внутри которых меланосомы рассеивают и абсорбируют ультрафиолетовые лучи, удаляют обладающие повреждающим действием свободные радикалы, образующиеся в коже в результате воздействия УФР.

Эпидермальные клетки и роговой слой очень пигментированной кожи заполнены мириадами меланосом. В них содержится около 30% меланина, поэтому из-за своей плотности и высокой способности к поглощению УФР они могут обеспечить защиту от повреждающего действия солнечных лучей. Локализация меланосом в околоядерной зоне эпидермальных клеток уже сама по себе способна защитить легко повреждаемое, содержащее ДНК, ядро за счет уменьшения прямого воздействия фотонов.

 

 

 

Нарушения пигментации

Нарушения пигментации подразделются на гипомеланозы (уменьшенное содержание или отсутствие меланина в дерме, лейкодерма) и гипермеланозы (увеличение количества меланина в эпидермисе или дерме).

В целом гипомеланозы обусловлены повреждением в одном или более звеньях цепочки превращений меланина, например отсутствие меланоцитов, нарушение образования нормальных меланосом или их транспорта к кератиноцитам.

Гипермеланозы в свою очередь подразделяются на эпидермальные пигментные нарушения, характеризующиеся коричневой окраской, и дермальные (синяя, синевато-серая, серая окраска). Коричневые гипермеланозы (меланодерма) связаны с увеличением содержания меланина в эпидермисе в результате усиления активности меланоцитов, увеличения количества секреторных меланоцитов, числа меланосом или их размеров.

Синевато-серые гипермеланозы (церулодерма, синяя кожа) сходны с ложным татуировочным меланином и объясняются присутствием меланина в дерме, в эктопических дермальных меланоцитах или дермальных макрофагах, которые придают коже характерный серый, серо-голубой или синий цвет. Подобный цвет кожи может определяться и другими факторами, не связанными с меланином, охронозом, татуировкой, действием лекарственных препаратов (аминазин, амиодарон, миноциклин), отложением в дерме некоторых чужеродных веществ.

Гиперпигментация здоровой кожи наблюдается  при хронической почечной недостаточности, первичном билиарном циррозе.  При хроническом дефиците питания (квашиоркоре, нефротическом синдроме, синдроме мальабсорбции и др.) появляются гиперпигментированные пятна на коже туловища. При пеллагре зона пигментации ограничивается участками кожи, подверженными воздействию света или травматизации; дефицит витамина В12 сопровождается преждевременным поседением волос и гипермеланозом, особенно хорошо выраженным вокруг мелких суставов кистей. Гипермеланоз может быть следствием лечения миелосаном, циклофосфаном, метилмочевиной, аминазином и др.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы:

1. Кожные и венерические болезни. Под редакцией Ю.К. Скрипкина, В.Н. Мордовцева. Москва. «Медицина» 1999г..
2. Болезни кожи у детей. D. Abeck, W. Burgdorf, H Cremer. Медицинская литература. Москва, 2007 г..
3. Пигментация кожи и нарушения синтеза меланина. Thomas B. Fitzpatrick, David B. Mosher
4. Дерматология. Пол К. Бакстон, Москва, Издательство БИНОМ, 2006 г..
5. Кожные и венерические болезни. В. П. Адаскевич, В. М. Козин, Москва, Медицинская литература, 2006 г..
6. Медицинский портал http://www.eurolab.ua/
7. Биология и медицина http://medbiol.ru
8. Томас Б. Фитцпатрик, Дэвид Б. Мошер (Thomas B. Fitzpatrick, David B. Mosher) «ПИГМЕНТАЦИЯ КОЖИ И НАРУШЕНИЯ ОБМЕНА МЕЛАНИНА»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

«Новосибирский  государственный медицинский университет»

Министерства  здравоохранения и социального  развития

Российской Федерации

(ГОУ ВПО НГМУ Минздравсоцразвития России)

Кафедра медицинской химии

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 «Меланины. Биосинтез.  Метаболические нарушения» 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила:

Студентка 2 курса

Лечебного факультета, 33 группы

Дурнова Анастасия Олеговна

Проверила:

Титова Вера Геннадьевна

                                                                       

 

 

 

 

 

 

Новосибирск,  2013 г.