miniatura|Estructura química de la melanina La melanina és un component present en plantes, animals i protists, on actua principalment com un pigment. Els pigments són derivats de l'aminoàcid tirosina. Moltes de les melanines són sals insolubles i mostren afinitat amb l'aigua. La forma més comuna de melanina biològica és l'eumelanina, un polímer d'àcid carboxílic dihidroxindol de color marró–negre i les seves formes reduïdes. Una altra forma comuna de la melanina és la feomelanina, unitats del polímer de benzotiazina de color vermell–marró responsables del cabell pèl-roig i les pigues. La presència de melanina en el regne dels bacteris és un tema de debat actual en el camp de la recerca. La producció creixent de melanina en la pell humana s'anomena melanogènesi. Està estimulada pels danys del DNA produïts per les radiacions ultraviolades,Agar N, Young AR (April 2005). "Melanogenesis: a photoprotective response to DNA damage?". Mutation research 571 (1-2): 121–32. doi:10.1016/j.mrfmmm.2004.11.016. que condueix a un desenvolupament retardat del bronzejat. Aquest bronzejat basat a la melanogènesi tarda més temps en desenvolupar-se però, en canvi, és de més durada.tanning tips
Les propietats fotoquímiques de la melanina fan que sigui un excel·lent fotoprotector. Absorbeix les radiacions ultraviolades que produeixen danys i transforma l'energia en quantitats inofensives de calor a través del procés anomenat “conversió ultraràpida interna”. Aquesta propietat permet a la melanina dissipar més del 99,9% de les radiacions UV absorbides com a calorMeredith P, Riesz J (February 2004). "Radiative relaxation quantum yields for synthetic eumelanin". Photochemistry and photobiology 79 (2): 211–6. i això manté la generació de radicals lliures en un mínim. Això prevé dels danys indirectes de l'ADN, responsables de la formació del melanoma maligne.
Humans En els humans, la melanina és el principal determinant del color de la pell i també és present en el cabell, en el teixit pigmentat de l'iris de l'ull, a la medul·la i zona reticular de la glàndula suprarenal, a l'estria vascular de l'orella interna, i en neurones que porten el pigment dins les àrees del tall cerebral, com el locus coeruleus i la substància negra.
La melanina de la pell està produïda per melanòcits, presents en la capa basal de la pell. Tot i que els humans generalment tenen una concentració semblant de melanòcits a la seva pell, aquests en alguns individus i alguns grups ètnics, amb més o menys freqüència, expressen gens de producció de melanina, que confereixen una concentració menor o major de melanina en la pell. Alguns individus animals i humans tenen molt poca o no tenen melanina en els seus cossos, condició coneguda com a albinisme.
Com que la melanina és un agregat de petites molècules, hi ha un nombre de tipus diferents de melanina amb diferents dimensions i diferents models de vinculació entre els components de la molècula. Tant la feomelanina com l'eumelanina estan presents en la pell humana i el cabell, però l'eumelanina és la melanina més abundant en els humans i també la forma més freqüent a ser deficient en l'albinisme.
Des de fa temps s'ha cregut que els polímers d'eumelanina formaven nombrosos polímers d'enllaços encreuats 5,6- dihidroxindol (DHI) i 2-àcid carboxílic-5,6-dihidroxindol (DHICA); però investigacions recents de les propietats elèctriques de l'eumelanina han indicat que està composta per oligòmers basics adherits els uns als altres per algun altre mecanisme d'unió.
Així doncs, la naturalesa de l'estructura molecular de l'eumelanina és un altre cop l'objecte d'estudi. L'eumelanina està present en el cabell i la pell, i dona color al cabell gris, negre, ros i castany. En els humans és més abundant en la gent de pell fosca. Hi ha dos tipus diferents d'eumelanina, distingides pel seu model d'enllaços del polímer. Un dels tipus és eumelanina negre, i l'altre és eumelanina marró; l'eumelanina negra és més fosca que la marró. L'eumelanina negra es troba principalment en no-europeus i europeus vells, mentre que l'eumelanina marró es troba principalment en europeus més joves. Una petita quantitat d'eumelanina negra en absència d'altres pigments causa cabell gris, en canvi, una petita quantitat d'eumelanina marró en absència d'altres pigments causa el color de cabells rossos.
La feomelanina també es troba present en el cabell i la pell, i es troba tant en humans amb pell fosca com en humans amb pell més clara. En general les dones tenen més feomelanina que els homes, per aquest motiu la pell de les dones acostuma a ser més vermella que la dels homes. La feomelanina aporta un color rosa al vermell, i això és present en grans quantitats en el cabell pèl-roig. Es troba molt concentrada en llavis, mugrons, penis i vagina.V.Krishnaraj, M.D, Skin Layers Retrieved 2008-03-14 La feomelanina també pot resultar cancerígena quan és exposada als rajos ultraviolats del sol. Químicament, la feomelanina es diferencia de l'eumelanina en que l'estructura del seu oligòmer conté unitats de benzotiazina que en lloc de ser produïdes al DHI i DHICA són produïdes quan l'aminoàcid L-cisteïna es troba present.
La neuromelanina és el pigment fosc present en les neurones cerebrals de quatre nuclis profunds: la substància negra, el locus coeruleus, el nucli motor dorsal del nervi pneumogàstric (nervi X), i en el nucli mitjà del rafe de la protuberància anular. Tant la substància negra com el locus coeruleus són fàcils d'identificar en el moment de l'autòpsia degut a la fosca pigmentació. En els humans, aquests nuclis no són pigmentats en el moment de néixer, però durant el procés de maduració cap a l'edat adulta desenvolupen la pigmentació. Encara que la naturalesa funcional de la neuromelanina és desconeguda al cervell, podria ser un subproducte de la síntesi de neurotransmissors de monoamina pels quals les neurones pigmentades són l'única font. La pèrdua de neurones pigmentades dels nuclis específics es reflecteix en una varietat de malalties neurodegeneratives. En la malaltia de Parkinson hi ha una pèrdua massiva de dopamina que produeix neurones pigmentades en la substància negra. En l'Alzheimer avançada s'ha trobat una pèrdua gairebé completa de noradrenalina que produeix neurones pigmentades del locus coeruleus. La neuromelanina s'ha detectat en primats i carnívors com gats i gossos.
miniatura|500px|Mapa dels colors de la pell humana segons la geografia Sovint la pigmentació de la pell com a característica d'una raça està relacionada amb l'estat social o altres atributs humans, aquest fenomen és conegut com a racisme científic. Moltes persones i societats revesteixen el racisme científics amb percepcions racistes i sistemes que arbitràriament s'assignen grups de persones a estats de superioritat o inferioritat, privilegis o desavantatges basades en el color de la pell o la classificació racial. L'Apartheid és un exemple d'una societat amb supremacisme blanc, basada en el sistema d'estratificació del poder i el privilegi pel color de la pell. Exemples semblants es poden trobar a Brasil, on la societat també està estratificada pel color; i als EUA, la segregació, el racisme institucional i la interna consciència del color en part dels membres d'algunes ètnies.
Feomelanina miniatura|Part de la fórmula estructural de la feomelanina. "(COOH)" pot ser COOH o H, o (més rarament) altres substituents. Les fletxes indiquen on continua el polímer. La feomelanina també es troba en el cabell i la pell tant en humans de pell clara com de pell fosca: la feomelanina dona un to rosat o vermell i es troba en grans quantitats en el cabell dels pèls roigs.V.Krishnaraj, M.D, Skin Layers Retrieved 2008-03-14 La feomelanina també pot ser carcinogènica quan s'exposa als raigs ultraviolats del sol. Químicament la feomelanina difereix de la eumelanina pel fet que la seva estructura oligomèrica incorpora unitats de benzotiazina i benzotiazol que es produeixen, en lloc de DHI i DHICA, quan és present l'aminoàcid L-cisteïna.
La melanina en altres organismes Les melanines fan diversos papers i funcions en diferents organismes. Una forma de melanina és la tinta usada per molts cefalòpodes com a mecanisme de defensa de cara als depredadors. Les melanines també protegeixen microorganismes com els bacteris i els fongs contra els tensions que impliquen danys a la cèl·lula per les radiacions solars UV o la generació d'espècies reactives a l'oxigen. Això inclou altes temperatures, substàncies químiques (metalls pesants o agents oxidants) i tensions bioquímiques (defenses de l'hoste enfront dels microbis invasors).Hamilton AJ, Gomez BL. (2002). "Melanins in fungal pathogens". J. Med. Microbiol 53: 189. Per tant, en molts microbis patògens (per exemple, el Cryptococcus neoformans, un fong) la melanina apareix per jugar papers importants en la virulència i patogenicitat protegint el microbi de les respostes immunològiques del seu hoste. Recentment s'ha descrit un nou paper de la melanina com a pigment fotosintètic en alguns fongs, permetent-los capturar rajos gammaScience News, Dark Power: Pigment seems to put radiation to good use, Week of May 26, 2007; Vol. 171, No. 21, p. 325 by Davide Castelvecchi i aprofita la seva energia pel creixement.Dadachova E, Bryan RA, Huang X, Moadel T, Schweitzer AD, Aisen P, Nosanchuk JD, Casadevall A. (2007). "Ionizing radiation changes the electronic properties of melanin and enhances the growth of melanized fungi". PLoS ONE 2: e457. doi:10.1371/journal.pone.0000457. En els invertebrats, un aspecte principal del sistema de defensa immune innat contra la invasió de patògens implica melanina. Uns minuts després de la infecció, el microbi és envoltat per una càpsula de melanina (melanització), i es generen uns subproductes de radicals lliures durant la formació d'aquesta capsula, que es creu que ajuden a la matança.Cerenius L, Söderhäll K (April 2004). "The prophenoloxidase-activating system in invertebrates". Immunological reviews 198: 116–26. doi:10.1111/j.0105-2896.2004.00116.x.
Biosíntesi El primer pas de la biosíntesi tant per l'eumelanina com per la feomelanina és la catàlisi de tirosinasa:
Tirosina → Levodopa → dopaquinona
La dopaquinona es pot combinar amb cisteïna per dos camins: cap a benzotiazines i feomelanines:
Dopaquinona + cisteïna → 5-S–cisteïna levodopa → benzotiazina intermèdia → feomelanina
Dopaquinona + cisteïna → 2-S–cisteïna levodopa → benzotiazina intermèdia → feomelanina
Alternativament, la dopaquinona es pot convertir en leuco dopacrom i seguir dos camins més cap a eumelanina:
Dopaquinona → leuco dopacrom → dopacrom → 2–àcid carboxílic-5,6–dihidroxindol → quinona → eumelanina
Dopaquinona → leuco dopacrom → dopacrom → 5,6–dihidroxindol → quinona → eumelanina
Aspecte microscòpic
Al microscopi s'observa que la melanina és marró, no refractil i amb grànuls que tenen un diàmetre de menys de 800 nanòmetres. Això diferencia la melanina de l'hemosiderina, pigments d'interrupció de la sang, que són més grans, gruixuts i refràctils, i tenen una gamma de colors que va del verd fins al groc o fins al vermell-marró. En lesions altament pigmentades, els agregats de melanina poden impedir veure clarament els detalls histològics. Una solució diluïda de permanganat de potassi és un blanquejador efectiu de la melanina.
Trastorns genètics i estats de malaltia La deficiència de melanina s'ha relacionat des de fa temps amb diverses anomalies genètiques i estats de malaltia.