О роли меланинов в жизнедеятельности организма человека

Бахтин В. М., гр. ОЛД-204 УГМУ

Уральский государственный медицинский университет

Кафедра биохимии

Лечебно-профилактический факультет

Меланины – одна из двух групп эндогенных пигментов нашего организма; вторую группу составляет гемоглобин. Ввиду небольшого количества исследований, посвящённых меланинам, существует очень мало данных о них, а потому функции этих пигментов до сих пор раскрыты не до конца. Вместе с тем с обменом пигментов связан целый ряд патологий, поэтому их изучение на настоящий момент весьма актуально. В настоящем эссе я попытаюсь выразить своё мнение относительно роли метаболизма меланинов в жизнедеятельности организма человека.

На размышления по данному вопросу меня натолкнул реферат «Пигментные клетки: развитие, морфология, функции, локализация в организме», выполненный мной на кафедре гистологии, цитологии и эмбриологии УГМУ. Меня удивило то, что существует очень мало источников информации об этих клетках и о меланинах, а потому я решил разобраться в вопросе биозначения данных пигментов глубже.

Меланины подразделяют на две разновидности: растворимые в щелочах коричнево-жёлтые феомеланины (полимеры бензотиазина) и нерастворимые чёрные эумеланины (полимеры индол-5,6-хинона). Они представляют собой полимерные структуры, состоящие из ароматических колец, а феомеланины включают в свой состав ещё и тиофеновые атомы серы. Это делает их способными к образованию довольно устойчивых свободных радикалов, поглощающих ультрафиолетовую часть солнечного спектра. Таким образом происходит защита клеток от губительной солнечной радиации, способствующей повреждению генетического материала (формирование димеров тимина в ДНК и т. д.), формированию активных форм кислорода и активации перекисного окисления липидов и свободно-радикальных процессов.

Способность образовывать устойчивые радикалы под действием солнечного света, столь характерная для меланинов, делает их удобными переносчиками электронов, подобно цитохромам. Только механизм переноса у них другой: цитохромы содержат атом металла с переменной степенью окисления, способный присоединять и отдавать электрон, в меланинах эту же роль играет ароматическая конструкция, способная переходить в форму активного радикала.

Именно эта способность меланинов делает их незаменимыми во многих биохимических процессах. Речь идёт о, например, неферментативном синтезе холекальциферола в коже под воздействием солнечного света. Квант ультрафиолетового излучения улавливается меланином, тот превращается в активный радикал и участвует в превращении 7-дегидрохолестерина в холекальциферол. Таким образом мы видим неферментативный путь метаболизма веществ в нашем организме.

Подобный процесс передачи электрона с участием меланинов наблюдается в сетчатке глаза, где происходит регенерация светочувствительного белка родопсина. Меланоциты участвуют в накоплении витамина А (ретиналя), входящего в его состав. При поглощении фотона 11-цис-ретиналь изомеризируется в транс-ретиналь, и проходит формирование электрического импульса. Восстановление 11-цис-ретиналя проходит значительной мере с участием меланина.

Способность меланина поглощать свет играет важную роль в регуляции работы сетчатки глаза. Меланоциты имеют длинные отростки, проникающие между палочками и колбочками. Гранулы с меланином (меланосомы) способны перемещаться из тела пигментной клетки в её отростки, тем самым уменьшая величину светового потока, приходящегося на фоторецепторы сетчатки. Кроме того, слой пигментного эпителия сетчатки необходим для отражения света от задней стенки глаза на фоторецепторы палочек и колбочек.

Количество синтезируемого организмом меланина зависит от уровня освещённости среды, в которой находится человек: чем этот уровень выше, тем выше продукция меланинов. Причём эта зависимость наблюдается и в течение суток: ночью продукция меланина снижается, а днём повышается. Меланины играют важную роль в формировании суточных биоритмов продукции реципрокных гормонов (МСГ и мелатонина), участвующих в формировании циркадных ритмов.

Значение меланинов в этом процессе заключается в их способности улавливать кванты света и переходить в состояние свободных радикалов, т. е. меланоциты выполняют роль своеобразных фоторецепторов, определяющих уровень освещённости. Ключевая роль в механизме рецепции принадлежит в таком случае именно меланинам.

Таким образом, главная биохимическая особенность меланинов заключается в их способности реагировать со светом с образованием устойчивых радикалов. Отсюда вытекает их участие в разнообразных метаболических процессах. Меланоциты по сути являются клетками, главная задача которых заключается в улавливании света окружающей среды и использовании его энергии в нуждах организма путём формирования активных радикалов и вовлечения их в биохимические реакции. Таким образом, я считаю, меланины играют фундаментальную роль во взаимодействии организма со светом.

Этим объясняется то, что больные альбинизмом, у которых значительно снижена меланопродуцирующая функция, не воспринимают свет как адекватный раздражитель. У них резко повышена чувствительность кожи и глаз к свету, веки обычно полузакрыты в целях уменьшения светового потока, проходящего внутрь глаза.

Коснусь теперь ещё одного интересного факта, связанного с меланинами. Синтезируются они из тирозина в результате его гидроксилирования с получением 3,4-диоксифенилаланина (ДОФА) и последующими окислением и полимеризацией. ДОФА является промежуточным продуктом в синтезе также и катехоламинов, т. е. это соединение общее для меланинового и катехоламинового путей метаболизма тирозина. Помимо этого, «классического» пути, существует ещё один: биосинтез меланинов из самих катехоламинов, точнее, из продуктов их инактивации. Таким образом, меланины выполняют ещё одну важную роль: утилизация токсичных продуктов метаболизма катехоламинов.

Учтём также и то, что повышенная концентрация меланинов наблюдается в некоторых эндогенных пигментных группировках ЦНС, а именно в чёрной субстации, сером крыле и голубом месте. Это области с высокой активностью дофамина как нейромедиатора. Возможно меланины являются его полимерами, из которых он может синтезироваться по мере надобности, если предположить возможность реакций деполимеризации. Таким образом, меланины могут являться и своеобразным депо организма по выработке катехоламинов.

В любом случае, связь двух путей метаболизма тирозина налицо. Этим объясняется то, что у больных альбинизмом, помимо отсутствия пигмента, наблюдаются нарушения и в умственном развитии.

Но есть ли связь между выработкой катехоламинов и уровнем освещённости среды? Учитывая, что норадреналин как один из катехоламинов является медиатором симпатического отдела ВНС, можно предположить влияние преобладающего типа ВНС на светозащитную функцию организма именно путём выработки определённого количества меланина. Но это лишь предположение, которое требует проверки.

И так, суммируя приведённые выше рассуждения, можно прийти к выводу о том, что меланины играют ключевую роль во взаимодействии организма со светом. Помимо этого наблюдается связь меланогенеза и выработки катехоламинов, что наталкивает меня на мысль о взаимосвязи последних с регуляцией светозащитной функции организма. Меланины участвуют в необходимых для нас биохимических процессах, а потому их значение крайне важно.

К сожалению, меланинам уделяется очень мало внимания исследователей. На самом деле понимание их метаболизма и его связи с другими процессами необходимо для изучения патологических процессов, происходящих при дефектах синтеза меланина, например, альбинизме. Эта тема остаётся актуальной до сих пор.