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Melanine
Melanine (griech. μέλας mélas „schwarz“) sind rötliche, braune oder schwarze Pigmente, die die Färbung der Haut, Haare, Federn und Augen bewirken, außer bei Albinismus. Sie kommen in Wirbeltieren und Insekten, als Farbstoff in der Tinte von Tintenfischen (siehe Sepia) und auch in Mikroorganismen und Pflanzen vor. Melanine entstehen durch die enzymatische Oxidation des Tyrosins (enzymatische Bräunung). Gebildet wird Melanin bei Wirbeltieren in den Melanozyten der Haut sowie in der Netzhaut und Iris des Auges.[1] Beim Menschen und anderen Primaten kommt Neuromelanin in der Substantia nigra des Gehirns vor, dessen Funktion allerdings unklar ist.
Melanin beim Menschen
Melanin tritt beim Menschen vor allem in zwei Varianten auf: eine braun-schwärzliche (Eumelanin), die sich von den Aminosäuren Tyrosin und Levodopa ableitet und eine hellere gelblich-rötliche (Phäomelanin) Variante, die schwefelhaltig ist. Es gibt auch andersfarbige Varianten, sogenannte Allomelanine, die aus Hydroxybenzolen entstehen. Diese finden sich vorwiegend in Pflanzen, Pilzen und Bakterien. Fast immer treten die Melanine als Mischtypen auf und sind zusätzlich mit Lipiden oder Eiweiß verknüpft.
Die Melanine in der menschlichen Haut und den Haaren sind Mischformen aus Eumelaninen und den schwefelhaltigen Phaeomelaninen. Das Mischungsverhältnis dieser beiden Melanintypen ist mitbestimmend für den Hauttyp eines Menschen. Dabei ist der Gehalt an Phäomelanin in tiefrotem Haar besonders hoch und nimmt über braune zu schwarzen Haaren hin ab. Die Melaninbildung wird durch UVB-Strahlung angeregt und es dient vermutlich als Lichtschutz vor dem schädlichen Einfluss der UV-Strahlung der Sonne. Eines der Hauptargumente für die UV-Schutzfunktion ist die Beobachtung, dass stark pigmentierte Bevölkerungsgruppen in geringerem Maße an sonneninduziertem Hautkrebs („Melanom“) erkranken als schwächer pigmentierte Bevölkerungsgruppen. Inzwischen sind auch die photochemischen Prozesse, welche Melanin zu einem hervorragenden UV-Filter machen, untersucht worden. Es wurde gezeigt, dass Melanin mehr als 99,9 % der Strahlungsenergie in harmlose Wärme umwandelt.[2] Dies geschieht durch die ultraschnelle innere Umwandlung (en: internal conversion) vom elektronisch angeregten Zustand in Vibrationszustände des Moleküls. Durch diese ultraschnelle Umwandlung verkürzt sich die Lebensdauer des angeregten Zustandes. Dadurch wird verhindert, dass sich freie Radikale bilden. Der angeregte Zustand des Melanins ist sehr kurzlebig, und deshalb bietet es einen exzellenten Photoschutz.
Rothaarige Personen haben eine höhere Wahrscheinlichkeit, Melanome zu entwickeln. Deswegen wird angenommen, dass dieser Melanintyp die Haut weniger effizient schützt.[3]
Durch genetische Veranlagung bzw. durch im Laufe der Zeit erworbene Schäden an der Erbsubstanz kann die Synthese des Melanins gestört sein. Eine verminderte Bildung führt zu einer Hypopigmentierung. Ist die Produktion blockiert, so fehlen auch die Farbmittel in Haut, Haaren und Augen, wodurch sich eine sehr helle weiße Haut, eine ungewöhnlich helle Haarfarbe und blau, blaugraue oder grüne Augen ergeben, die je nach Einfallswinkel des Lichts rot erscheinen können. Man spricht von Albinismus und bezeichnet die betroffenen Organismen als Albinos. Bei Überproduktion (Hyperpigmentierung) treten vermehrt dunkle Flecken in der Haut auf (Leberflecke, Sommersprossen), die bösartig (Melanom) werden können. Die Melaninproduktion kann durch den Wirkstoff Rucinol gezielt unterbrochen werden.
Wissenschaftler der Universitäten in Mainz und Kiel haben 2016 den molekularen Mechanismus der Melaninbildung aufgedeckt. Im Zentrum des Vorgangs stehen die Aktivitäten der Enzyme Tyrosinase und Catecholoxidase.[4]
Melanin bei Pilzen
Eine wissenschaftliche Arbeit aus dem Jahr 2007 berichtet von Pilzen, die wahrscheinlich mittels Melanin ionisierende Strahlung in für ihren Organismus nutzbare Energie umwandeln (radiotrophe Pilze).[5]
Ausdrücklich hervorgehoben wird, dass die Rolle des Melanins bei der Energieerzeugung im Organismus nach wie vor unklar ist. Klar ist lediglich, dass bei den aus Proben aus dem versiegelten Kernreaktorblock 4 von Tschernobyl stammenden Pilzen
- eine höhere Stoffwechselrate gegeben war, wenn sie mit Melanin angereichert wurden, als bei unbehandelten Pilzen.
- bei der Energieerzeugung Veränderungen in der Elektronenkonfiguration der Elektronenhülle ihres Melanins nachgewiesen wurde. Dies weist auf ein verändertes Energieniveau hin, das bei der Erzeugung von Energie auch zu erwarten ist.
- eine auf das Vierfache gestiegene Reduzierung von NAD+ zu beobachten ist, wenn sie bestrahlt werden. Dabei handelt es sich um einen Stoffwechselvorgang.
Bei einer um den Faktor 500 erhöhten Strahlenbelastung war die Aktivität des Metabolismus von Wangiella dermatitidis und Cryptococcus neoformans signifikant höher im Vergleich zur normalen Aktivität unter der natürlichen Strahlenbelastung.
Siehe auch
Quellen
- ↑ Was ist Albinismus?
- ↑ Meredith, Paul; Riesz, Jennifer: Radiative Relaxation Quantum Yields for Synthetic Eumelanin. In: Photochemistry and photobiology. 79, Nr. 2, 2004, S. 211–216.
- ↑ Medizinische Universität Wien – AKH consilium: Hautkrebs (Malignes Melanom)
- ↑ Even Solem, Felix Tuczek, Heinz Decker: Tyrosinase versus Catechol Oxidase. One Asparagine Makes the Difference. In: Angewandte Chemie International Edition. 55, Nr. 8, WILEY Online Library, 2016-02-18, ISSN 1521-3773, S. 2884–2888, doi:10.1002/anie.201508534.
- ↑ Ekaterina Dadachova et al.: Ionizing Radiation Changes the Electronic Properties of Melanin and Enhances the Growth of Melanized Fungi, in: PLoS ONE 2(5), doi:10.1371/journal.pone.0000457.
Weblinks
Wikibooks: Tyrosin-Stoffwechsel – Lern- und Lehrmaterialien- populärwissenschaftlicher Artikel 1 zur Arbeit von Casadevalls Team
- populärwissenschaftlicher Artikel 2 zur Arbeit von Casadevalls Team
| Dieser Artikel basiert ursprünglich auf dem Artikel Melanine aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der Doppellizenz GNU-Lizenz für freie Dokumentation und Creative Commons CC-BY-SA 3.0 Unported. In der Wikipedia ist eine Liste der ursprünglichen Wikipedia-Autoren verfügbar. |