Melanin trong cơ thể người

Melanin được tìm thấy trong nhiều cơ quan của cơ thể người. Chúng được tìm thấy trong một vài vùng của não, nơi mà chúng được gọi là neuromelanin. Chức năng của neuromelanin chưa được biết chính xác, chúng có thể là sản phẩm phụ của một chất dẫn truyền thần kinh nào đó. Ở tai, melanin bảo vệ tai chống lại các âm thanh gây tổn thương vì nó hấp thụ âm thanh tốt. Trong mắt, Melanin chống lại tác động xấu từ tia Uv, tương tự như cách nó bảo vệ da. Melanin cũng được phát hiện trong tuyến sinh dục và tuyến thượng thận. Tất cả những melanin đều có cấu trúc khác nhau, chúng có thể có những điểm giống nhau khi thuộc cùng 1 nhóm cấu trúc nào đó.

Melanin trong da

Da người và tóc là 2 bộ phận có nhiều melanin nhất trong cơ thể, melanin tại đó chứa cả pheomelanin có màu đỏ hồng và eumelanin có màu nâu. Pheomelanin có nhiều hơn ở người nữ, khiến phụ nữ có làn da hồng hào hơn nam giới.

Các chức năng của melanin vẫn còn gây tranh cãi, vai trò của chúng vẫn chưa rõ ràng. Trong lớp trung bì, các sắc tố là một yếu tố chính quyết định cả màu da và màu tóc. Melanin được sản xuất bởi các hắc sắc tố - các tế bào da đặc biệt nằm ở lớp đáy của biểu bì. Quá trình kích hoạt sắc tố trong da được gọi là melanogenesis, quá trình này được khởi động khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời. Rõ ràng, tăng sắc tố melanin dẫn đến kết quả là màu da sẽ sẫm hơn và da cũng được bảo vệ tốt hơn.

Melanosomes ra khỏi malenocyte tạo ra tình trạng cháy nắng ở phía trên lớp biểu bì

Cả hai loại melanin đều được tổng hợp ở lớp đáy – lớp tế bào dưới cùng của lớp biểu bì, trên lớp trung bì. Các tế bào đặc biệt – melanocyte sản xuất ra melanin đựng trong các túi chứa được gọi là melanosome. Các túi melanosome này được phân bố khắp biểu bì bằng hệ thống các ống vận chuyển. Khi các melanosome đến được đích, chúng phóng thích melanin vào các tế bào sừng. Melanin trong túi sẽ lan lên trên hạt nhân, sau đó ở lại đó, bảo vệ AND bên trong các bào quan trước tia cực tím có hại. Các tế bào da được đẩy từ từ lên trên lớp biểu bì sau đó chết đi và bị loại bỏ.

Hầu hết mọi người đều có cùng số melanocyte và keratinocyte (theo tỷ lệ 1:36). Tuy nhiên, kích thước và số lượng của các melanosome có thể khác nhau đáng kể giữa các cá nhân.  Những ai có làn da sáng thường có các hạt sắc tố nhỏ, chứa ít melanin, những người có màu da đen hơn sản xuất melanin lớn hơn. Melanocyte bảo vệ  AND bằng 2 cách: phân tán bức xạ tia cực tím và hấp thu nó. Vì khả năng này mà sở hữu melanin được xem là cách bảo vệ da trước các tổn thương từ việc hấp thu các photon từ nguồn bức xạ đặc biệt là mặt trời.

Nhiều tia cực tím rải rác và ngẫu nhiên nên ít có cơ hội được tác động vào đúng AND. Số lượng và hướng của sự tán xạ phụ thuộc vào bước sóng của tia sáng và kích thước hạt mà chúng tác động vào.

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng các hạt có kích thước nhỏ hơn, tán xạ đều hơn. Một số bức xạ có thể đi xuyên qua melanin, nhưng nếu lớp melanin đủ dày chúng sẽ bị tán xạ hoặc hấp thu ở nơi khác.

Tán xạ gây ra bởi các phân tử có kích thước khác nhau với cùng một bước sóng ánh sáng

Kích thước của melanosome ở người thường dao động vào khoảng 228nm đến 684nm. Mặc khác, sự hấp thu ánh sáng ở diện tích bề mặt lớn cần có các melanosome lớn hơn. Khi năng lượng được hấp thu bởi melanin, nó làm tăng electron ở trạng thái kích thích và lần lượt truyền năng lượng cho các tế bào nằm gần đó. Sau đó các tế bào sử dụng năng lượng này để điều chỉnh và thực hiện các phản ứng hóa học – một vai trò tương tự như chất diệp lục trong quang hợp.

Là một chất bảo vệ trước ánh sáng, melanin có thể được sản xuất nhân tạo và đưa vào sản phẩm và các chất muốn chống lại tia cực tím. Trong các lĩnh vực khác, các loại tương tự như melanin được kết hợp với nhựa, màng phim nhựa và ống kính quang học.

Các loài sinh vật khác

Cũng cùng cách melanin cung cấp màu da, màu tóc cho người, nó cũng tạo màu sắc cho lông của các loài chim hoặc màu da cho các động vật lưỡng cư và bò sát. Sắc tố ở động vật thường có màu sắc tươi sáng để thu hút bạn tình hoặc dùng để ngụy trang, đánh lạc hướng và gây nhầm lẫn cho kẻ thù. Melanin cũng được cho là tham gia vào việc bảo vệ nấm và vi khuẩn chống lại bức xạ ion hóa của tia cực tím, màng lọc hóa học và sinh học.

Ngoài ra, với các vi khuẩn gây bệnh, melanin được sử dụng để bảo vệ các vi khuẩn khỏi hệ thống miễn dịch của vật chủ. Ngoài ra, trong một số vi vật, melanin được tham gia vào một cơ chế tự vệ, chúng bao vây lấy các mầm bệnh và tiết ra các sản phẩm phụ hỗ trợ giết chết các mầm bệnh.

Gần đây, do sự hiện diện của melanin, nấm đã có thể tồn tại trong điều kiện phóng xạ khắc nghiệt. Người ta cho rằng melanin chuyển đổi bức xạ ion hóa thành nguồn năng lượng sử dụng được, trong đó có thúc đẩy sự tăng trưởng. Điều này lần đầu tiên được nhận thấy tại một nhà máy điện hạt nhân Chernobyl ở Ukraine. Một mẫu nấm đen tìm thấy bên trong lò phản ứng đã phát hiện chứa melanin gây ra suy đóan rằng các melanin có khả năng biến năng lượng từ các tia phóng xạ thành năng lượng có thể sử dụng được.

Cấu trúc của Melanin

    Cấu trúc khác nhau của pheomelanin và eumelanin

 Cấu trúc hóa học của các dạng khác nhau của melanin khó để phân tích do các tính chất của phân tử. Chúng được biết đến là chất không hòa tan, vô định hình và không thể nghiên cứu dưới dạng dung dịch hoặc tinh thể. Để khắc phục các thuộc tính này, một quá trình suy thoái một phần được sử dụng để nghiên cứu từng phần một riêng biệt của cấu trúc melanin. Hai trong số các melanin chính trong cơ thể con người là eumelanin và pheomelanin. Con đường tổng hợp melanin cũng chưa được hiểu rõ. Được biết tyrosine là chất bắt đầu chuỗi phản ứng và enzyme tyrosineas xúc tác cho cả quá trình.

Quy trình đơn giản từ tyrosine tạo ra pheomelanin

2 con đường tạo ra melanin trong cơ thể người