Меланин — природный пигмент живых организмов¶

Меланин — группа природных высокомолекулярных пигментов, синтезируемых живыми организмами. Представляет собой нерастворимые в воде полимеры индольных соединений, образующиеся в результате окисления аминокислоты тирозина. Меланины придают окраску коже, волосам, перьям, чешуе, радужной оболочке глаза и некоторым внутренним структурам, а также выполняют защитные функции, в частности поглощают ультрафиолетовое излучение.

¶Химическая природа

Меланины не имеют строго фиксированной химической формулы: это гетерогенные полимеры, состав и строение которых зависят от организма и типа пигмента. Основу составляют мономерные звенья — производные индола и хинона, образующиеся при ферментативном окислении тирозина. Различают несколько групп:

• Эумеланины — чёрные и коричневые пигменты, содержащие азот, нерастворимые в большинстве растворителей.
• Феомеланины — жёлто-красные пигменты, включающие серу (за счёт цистеина), растворимые в щелочах.
• Алломеланины — встречаются главным образом у насекомых и некоторых беспозвоночных.

Пигменты устойчивы к кислотам, обладают парамагнитными свойствами и способны связывать ионы металлов и свободные радикалы.

¶Биосинтез

Ключевой процесс — меланогенез, протекающий в специализированных клетках — меланоцитах. Схема синтеза включает:

1. Превращение тирозина в диоксифенилаланин (ДОФА) под действием фермента тирозиназы.
2. Окисление ДОФА до ДОФА-хинона.
3. Последующую полимеризацию промежуточных продуктов в гранулы меланина — меланосомы.

У позвоночных меланосомы транспортируются в кератиноциты кожи и волосяные фолликулы. Интенсивность синтеза регулируется генетически и гормонально, в том числе меланоцитстимулирующим гормоном.

¶Функции

Основные биологические функции меланина:

• Фотопротекция — поглощение ультрафиолета и нейтрализация образующихся свободных радикалов, снижение риска повреждения ДНК.
• Окраска — маскировка, терморегуляция, сигнальные функции (брачные демонстрации, мимикрия).
• Хелатирование — связывание токсичных ионов металлов.
• Антиоксидантная защита — в ряде тканей, включая нервную.

У человека меланин определяет цвет кожи, волос и глаз. Его количество и соотношение эу- и феомеланинов лежат в основе фенотипической изменчивости.

¶Распространение в природе

Меланины обнаружены практически во всех группах организмов:

• Животные — кожа, волосы, перья, чешуя, глаза, чернильный секрет головоногих моллюсков.
• Растения — встречаются реже, преимущественно как продукты окисления фенолов.
• Грибы — тёмные пигменты спор и плодовых тел, повышающие устойчивость к радиации.
• Бактерии — защищают клетки от ультрафиолета и окислительного стресса.

¶Медицинское значение

Нарушения меланогенеза приводят к ряду состояний. Альбинизм — наследственное отсутствие или резкое снижение синтеза пигмента. Витилиго — очаговая потеря меланоцитов, проявляющаяся депигментированными пятнами. Избыточная продукция меланина наблюдается при некоторых эндокринных расстройствах. Меланин рассматривается как фактор, влияющий на чувствительность к ультрафиолету и риск злокачественных новообразований кожи, включая меланому — опухоль из меланоцитов.

В биотехнологии и материаловедении изучается возможность применения меланиновых пигментов как биоразлагаемых УФ-фильтров и антиоксидантов.