Melanina (; do grego antigo μέλας (mélas) 'preto, escuro') refere-se a uma família de biomoléculas estruturadas como oligômeros ou polímeros, que funcionam principalmente como pigmentos em vários organismos. Esses pigmentos de melanina são sintetizados em células especializadas conhecidas como melanócitos.
Melanina ( ; do grego antigo μέλας (mélas) 'preto, escuro') é uma família de biomoléculas organizadas como oligômeros ou polímeros, que entre outras funções fornecem os pigmentos de muitos organismos. Os pigmentos de melanina são produzidos em um grupo especializado de células conhecidas como melanócitos.
Cinco categorias fundamentais de melanina foram identificadas: eumelanina, feomelanina, neuromelanina, alomelanina e piomelanina. A síntese de melanina ocorre via melanogênese, um processo químico de vários estágios que envolve a oxidação do aminoácido tirosina, posteriormente seguida de polimerização. A feomelanina, uma variante cisteinada, incorpora porções de polibenzotiazina, que são predominantemente responsáveis por conferir tons vermelhos ou amarelos a certos tipos de pele e cabelo. A neuromelanina está localizada no cérebro; investigações exploraram sua potencial utilidade terapêutica no tratamento de condições neurodegenerativas, incluindo a doença de Parkinson. A alomelanina e a piomelanina representam duas formas distintas de melanina livre de nitrogênio. As variações fenotípicas de cor na epiderme e no cabelo dos mamíferos são predominantemente governadas pelas concentrações de eumelanina e feomelanina nos respectivos tecidos. Em seres humanos típicos, a eumelanina apresenta concentrações mais elevadas em tecidos que necessitam de fotoproteção, incluindo a epiderme e o epitélio pigmentar da retina. Entre indivíduos saudáveis, os níveis de melanina epidérmica correlacionam-se com a exposição UV. Por outro lado, as concentrações de melanina na retina demonstram um declínio dependente da idade, diminuindo 2,5 vezes da primeira à nona década de vida, um fenômeno atribuído à degradação oxidativa facilitada por espécies reativas de oxigênio originárias de vias dependentes da lipofuscina. Excluindo casos de albinismo ou hiperpigmentação, a epiderme humana normalmente compreende aproximadamente 74% de eumelanina e 26% de feomelanina, em grande parte independente do tom da pele. Especificamente, o conteúdo de eumelanina varia de 71,8% a 78,9%, enquanto a feomelanina varia entre 21,1% e 28,2%. A concentração total de melanina na epiderme varia de aproximadamente 0 μg/mg no tecido epidérmico albino até mais de 10 μg/mg no tecido pigmentado mais escuro.
Na pele humana, a melanogênese é desencadeada pela exposição à radiação ultravioleta (UV), levando ao escurecimento dérmico. A eumelanina funciona como um eficiente absorvente de luz, capaz de dissipar mais de 99,9% da radiação UV absorvida. Esta propriedade característica sugere que a eumelanina protege as células da pele contra danos causados pela radiação UVA e UVB, mitigando assim o risco de depleção de folato e degradação dérmica. No entanto, a exposição à radiação UV está correlacionada com um risco elevado de melanoma, uma doença maligna originada nos melanócitos (células produtoras de melanina). Pesquisas indicam uma incidência reduzida de câncer de pele entre indivíduos que possuem maiores concentrações de melanina, correspondendo a tons de pele mais escuros.
Tipos de melanina
Eumelanina
A eumelanina (lit.'melanina verdadeira') existe em duas formas distintas, associadas ao 5,6-dihidroxiindol (DHI) e ao ácido 5,6-dihidroxiindol-2-carboxílico (DHICA). A eumelanina derivada de DHI apresenta-se como marrom escuro ou preto e é insolúvel, enquanto a eumelanina derivada de DHICA é de cor mais clara e solúvel em soluções alcalinas. Ambos os tipos de eumelanina se originam da oxidação da tirosina em organelas especializadas conhecidas como melanossomas. Esta reação enzimática é catalisada pela tirosinase. O produto inicial, a dopaquinona, pode posteriormente ser convertido em 5,6-di-hidroxiindol (DHI) ou em ácido 5,6-di-hidroxiindol-2-carboxílico (DHICA). Tanto o DHI quanto o DHICA sofrem oxidação e subsequente polimerização para produzir as duas formas de eumelanina.
Sob condições fisiológicas, DHI e DHICA frequentemente copolimerizam, gerando uma gama diversificada de polímeros de eumelanina. Essas estruturas poliméricas contribuem para o espectro de componentes de melanina encontrados na pele e no cabelo humanos, abrangendo feomelanina amarelo claro/vermelho, eumelanina marrom clara enriquecida com DHICA e eumelanina marrom escura ou preta enriquecida com DHI. Os polímeros resultantes exibem variações tanto na solubilidade quanto na cor.
O exame da pele altamente pigmentada (tipos V e VI de Fitzpatrick) revela que a eumelanina DHI constitui a fração predominante, representando aproximadamente 60–70%, seguida pela eumelanina DHICA em 25–35%, com a feomelanina representando um componente menor de apenas 2–8%. Significativamente, embora o enriquecimento de DHI-eumelanina seja observado durante o bronzeamento, este processo está simultaneamente associado a uma redução nos níveis de DHICA-eumelanina e feomelanina. A presença de uma quantidade mínima de eumelanina preta, sem outros pigmentos, resulta em cabelos grisalhos. Da mesma forma, uma quantidade escassa de eumelanina, na ausência de outros pigmentos, resulta em cabelos loiros. A eumelanina é encontrada em vários tecidos, incluindo pele e cabelo.
Feomelanina
As feomelaninas (do grego φαιός phaios 'cinza') são responsáveis por um espectro de tons amarelados a avermelhados. Esses pigmentos exibem altas concentrações nos lábios, mamilos, glande do pênis e vagina. A combinação de uma quantidade modesta de eumelanina (que normalmente produz cabelos loiros) com feomelanina produz cabelos laranja, comumente chamados de cabelos “ruivos” ou “ruivos”. A feomelanina também está presente na pele, e indivíduos com cabelos ruivos freqüentemente apresentam um tom de pele mais rosado. Embora a exposição à luz ultravioleta eleve os níveis de feomelanina, semelhante à eumelanina, a feomelanina no cabelo e na pele reflete a luz amarela para vermelha em vez de absorvê-la, potencialmente exacerbando os danos da radiação UV.
A produção de feomelanina depende criticamente da disponibilidade de cisteína. Esta cisteína é transportada para o melanossoma, onde reage com a dopaquinona para sintetizar cis-dopa. Posteriormente, a cis-dopa sofre uma série de transformações que culminam na formação de feomelanina. Quimicamente, as feomelaninas divergem das eumelaninas ao incorporar unidades de benzotiazina e benzotiazol em sua estrutura oligomérica, que são formadas na presença do aminoácido L-cisteína, em vez de DHI e DHICA. As feomelaninas, ao contrário das eumelaninas, são raramente observadas em organismos inferiores, levando a afirmações de seu status como uma "inovação evolutiva dentro da linhagem dos tetrápodes". No entanto, pesquisas contemporâneas identificaram a sua presença em certas espécies de peixes.
Neuromelanina
A neuromelanina (NM) é um pigmento polimérico insolúvel sintetizado em populações distintas de neurônios catecolaminérgicos no cérebro. Os humanos possuem as maiores quantidades de NM, com quantidades menores detectadas em outros primatas e uma ausência completa em inúmeras outras espécies. A sua função biológica precisa permanece indefinida; no entanto, o NM humano demonstrou capacidades de ligação eficientes para metais de transição como o ferro e várias outras moléculas potencialmente tóxicas. Consequentemente, supõe-se que desempenhe papéis essenciais na apoptose e na patogênese da doença de Parkinson.
Outras formas de melaninas
Antes da década de 1960, a melanina era categorizada exclusivamente em eumelanina e feomelanina. No entanto, em 1955, foi identificada a neuromelanina, uma melanina associada às células neurais. Posteriormente, em 1972, foi descoberta a piomelanina, uma variante solúvel em água derivada da oxidação do ácido homogentísico. Em 1976, a alomelanina, reconhecida como a quinta forma distinta de melanina, foi identificada em contextos naturais. Sua formação resulta da oxidação de compostos incluindo 1,8-dihidroxinaftaleno, 1,4,6,7,9,12-hexahidroxiperileno-3,10-quinona e catecol.
Peptidomelanina
A peptidomelanina é uma variante distinta da melanina, solúvel em água. Observou-se que é secretado no meio ambiente pela germinação de esporos de Aspergillus niger (cepa: melanoliber). A peptidomelanina constitui um copolímero formado entre a eumelanina L-DOPA e peptídeos curtos, que criam uma estrutura de 'corona' que confere solubilidade à substância. Estas cadeias peptídicas estão ligadas covalentemente ao polímero central da L-DOPA através de ligações peptídicas. Esta observação informou uma via biossintética proposta envolvendo a hidroxilação de peptídeos tirosinilados ou cisteinilados, gerados por proteases durante a esporogênese, que são subsequentemente incorporados autoxidativamente em um polímero central de L-DOPA em expansão.
A peptidomelanina é sintetizada através da ação de uma oxidase de cobre de amplo espectro. Esta enzima apresenta um centro catalítico di-cobre tipo 3 situado dentro de uma cavidade substancial acessível ao solvente. A pesquisa indica que esta enzima oxida os grupos tiol dos peptídeos cisteinilados, facilitando assim a sua copolimerização com um polímero central derivado da L-DOPA.
Selenomelanina
A melanina pode ser enriquecida com selênio como alternativa ao enxofre. Este análogo de selênio da feomelanina foi sintetizado com sucesso por vias químicas e biossintéticas, utilizando selenocistina como precursor. Dado o elevado número atômico do selênio, prevê-se que a selenomelanina resultante ofereça proteção superior contra a radiação ionizante em comparação com outras formas de melanina estabelecidas. Estudos experimentais envolvendo células e bactérias humanas validaram esta capacidade protetora, sugerindo potenciais aplicações na exploração espacial.
Tricocromos
Tricocromos (anteriormente conhecidos como tricosiderinas) são pigmentos sintetizados pela mesma via metabólica que as eumelaninas e feomelaninas; no entanto, possuem baixo peso molecular, o que os distingue destes últimos. Esses compostos são encontrados em certos tipos de cabelo humano ruivo.
Humanos
Em humanos, a melanina serve como o principal determinante da cor da pele. Além disso, está presente no cabelo, no tecido pigmentado abaixo da íris ocular e na estria vascular do ouvido interno. Dentro do cérebro, os tecidos contendo melanina abrangem a medula e os neurônios pigmentados situados nas regiões do tronco cerebral, incluindo o locus coeruleus. Além disso, sua presença é observada na zona reticular da glândula adrenal.
A melanina cutânea é sintetizada pelos melanócitos, que estão localizados na camada basal da epiderme. Embora os humanos geralmente exibam concentrações comparáveis de melanócitos na pele, os melanócitos em indivíduos específicos e populações étnicas geram diferentes quantidades de melanina. A proporção epidérmica de eumelanina (74%) para feomelanina (26%) permanece consistente, independentemente do nível de pigmentação. Uma condição denominada albinismo é caracterizada pela síntese mínima ou ausente de melanina em certos indivíduos.
Dado que a melanina constitui um agregado de moléculas constituintes menores, existem numerosos tipos de melanina, distinguidos por proporções variadas e arranjos de ligação desses componentes moleculares. Tanto a feomelanina quanto a eumelanina estão presentes no tegumento e no cabelo humanos; no entanto, a eumelanina representa a melanina predominante em humanos e é a forma mais frequentemente deficiente em casos de albinismo.
Melanina entre organismos
As melaninas exibem papéis e funções altamente diversos em uma ampla gama de organismos. Por exemplo, uma variante da melanina constitui a tinta utilizada por numerosos cefalópodes como mecanismo de defesa contra a predação. Além disso, as melaninas protegem os microrganismos, incluindo bactérias e fungos, dos danos celulares induzidos por factores de stress, como a radiação solar UV e espécies reactivas de oxigénio. A melanina também confere proteção contra danos causados por temperaturas elevadas, estressores químicos (por exemplo, metais pesados e agentes oxidantes) e desafios bioquímicos (por exemplo, respostas imunológicas do hospedeiro a micróbios invasores). Consequentemente, em numerosos micróbios patogénicos (por exemplo, o fungo Cryptococcus neoformans), as melaninas parecem contribuir significativamente para a virulência e patogenicidade, protegendo o microrganismo das respostas imunitárias do hospedeiro. Nos invertebrados, a melanina constitui um componente crucial do sistema de defesa imunológica inata contra patógenos invasores. Minutos após a infecção, o micróbio sofre encapsulamento na melanina (melanização), e acredita-se que a geração concomitante de subprodutos de radicais livres durante a formação da cápsula facilita a erradicação microbiana. Certas espécies de fungos, conhecidos como fungos radiotróficos, aparentemente utilizam a melanina como pigmento fotossintético, permitindo-lhes capturar os raios gama e converter esta energia para o crescimento.
Nas espécies piscinas, a melanina está presente não apenas no tegumento, mas também nos órgãos internos, incluindo os olhos. Embora a maioria das espécies de peixes utilize eumelanina, Stegastes apicalis e Cyprinus carpio utilizam feomelanina.
A pigmentação mais escura das penas das aves é atribuível à melanina, tornando-as menos suscetíveis à degradação bacteriana em comparação com penas não pigmentadas ou aquelas que contêm pigmentos carotenóides. As penas contendo melanina também demonstram uma resistência à abrasão 39% maior do que aquelas sem melanina, pois os grânulos de melanina contribuem para preencher os espaços intersticiais entre os fios de queratina que compõem as penas. A síntese de feomelanina aviária necessita da ingestão de cisteína, um aminoácido semi-essencial crucial para a síntese antioxidante de glutationa (GSH), mas potencialmente tóxico se consumido em quantidades excessivas na dieta. Consequentemente, numerosas espécies de aves carnívoras, caracterizadas por uma elevada ingestão de proteínas na dieta, apresentam coloração derivada da feomelanina.
A melanina também desempenha um papel significativo na pigmentação dos mamíferos. Os padrões de pelagem dos mamíferos são ditados pelo gene agouti, que rege a distribuição da melanina. Os mecanismos subjacentes do gene foram exaustivamente investigados em camundongos, oferecendo insights sobre o amplo espectro de padrões de pelagem de mamíferos.
Em artrópodes, foi observada deposição de melanina em estruturas em camadas, formando um refletor de Bragg caracterizado por um índice de refração alternado. Quando a periodicidade desse padrão corresponde ao comprimento de onda da luz visível, surge uma coloração estrutural, conferindo uma tonalidade iridescente a várias espécies.
Os aracnídeos representam um dos poucos grupos taxonômicos onde a melanina não foi facilmente identificada, embora dados de pesquisas indiquem que as aranhas, de fato, sintetizam melanina.
Certas espécies de mariposas, como a mariposa tigre da madeira, utilizam a síntese de melanina a partir de recursos disponíveis para melhorar as capacidades de termorregulação. Ao longo da extensa distribuição latitudinal da mariposa tigre da madeira, foi observada uma correlação onde as populações situadas mais ao norte exibem níveis elevados de melanização. Entre os fenótipos masculinos amarelos e brancos desta espécie, os indivíduos que possuem maior teor de melanina demonstraram uma maior capacidade de retenção de calor; no entanto, esta vantagem foi contrabalançada por um elevado risco de predação, atribuído a uma sinalização aposemática diminuída e menos potente.
A melanina potencialmente confere proteção às moscas Drosophila e aos modelos murinos contra danos no DNA induzidos por radiação não ultravioleta.
Plantas
As melaninas sintetizadas por plantas são ocasionalmente designadas como 'melaninas catecol' devido à sua capacidade de produzir catecol após fusão alcalina. Esse tipo de melanina é frequentemente observado durante o processo de escurecimento enzimático das frutas, exemplificado pela banana. A melanina extraída das cascas da castanha demonstra utilidade tanto como antioxidante quanto como agente corante natural. Sua biossíntese envolve a oxidação da indol-5,6-quinona, catalisada pela polifenol oxidase do tipo tirosinase, proveniente da tirosina e das catecolaminas, que culmina na formação de catecol melanina. Apesar disso, inúmeras espécies de plantas possuem compostos que suprimem ativamente a produção de melanina.
Interpretação como um único monômero
O entendimento contemporâneo reconhece que as melaninas carecem de uma estrutura singular e definida ou de uma composição estequiométrica. Apesar disso, vários bancos de dados químicos, incluindo PubChem, listam fórmulas estruturais e empíricas específicas; um exemplo comum é 3,8-Dimetil-2,7-dihidrobenzo[1,2,3-cd:4,5,6-c′d′]diindole-4,5,9,10-tetrona, com a fórmula empírica C18H§1112§N§1314§O§1516§. Esta representação pode ser conceituada como um monômero hipotético que se alinha com a composição elementar medida e certas características da melanina, embora sua ocorrência natural seja improvável. Solano postula que esta convenção potencialmente enganosa originou-se de um relatório de 1948 detalhando uma fórmula empírica, mas não oferece nenhum contexto histórico adicional.
Caminhos Biossintéticos
O estágio inicial nas rotas biossintéticas das eumelaninas e das feomelaninas é mediado pela enzima tirosinase.
- Tirosina → DOPA → dopaquinona
A dopaquinona é capaz de reagir com a cisteína através de duas vias distintas, levando à formação de benzotiazinas e subsequentemente feomelaninas.
- dopaquinona + cisteína → 5-S-cisteinildopa → intermediário benzotiazina → feomelanina
- dopaquinona + cisteína → 2-S-cisteinildopa → intermediário benzotiazina → feomelanina
Além disso, a dopaquinona pode sofrer conversão em leucodopacromo, passando subsequentemente por duas vias adicionais para produzir eumelaninas.
- dopaquinona → leucodopacromo → dopacromo → ácido 5,6-di-hidroxiindol-2-carboxílico → quinona → eumelanina
- dopaquinona → leucodopacromo → dopacromo → 5,6-dihidroxiindol → quinona → eumelanina
Vias metabólicas abrangentes estão acessíveis no banco de dados KEGG.
Aparência microscópica
A melanina apresenta-se microscopicamente como uma substância marrom, não refratável e finamente granular, com grânulos individuais medindo tipicamente menos de 800 nanômetros de diâmetro. Esta morfologia característica distingue a melanina dos pigmentos comuns de degradação do sangue, que são geralmente maiores, mais irregulares, refráteis e exibem um espectro de cores que vai do verde ao amarelo ou marrom-avermelhado. Nas lesões caracterizadas por pigmentação substancial, agregados concentrados de melanina podem impedir a clareza do exame histológico. Uma solução diluída de permanganato de potássio serve como um agente clareador eficaz para a melanina.
Distúrbios genéticos e estados de doença
O albinismo oculocutâneo (OCA) abrange aproximadamente nove tipos distintos, manifestando-se predominantemente como um distúrbio autossômico recessivo. A prevalência de formas específicas de OCA varia significativamente entre diferentes populações étnicas. Por exemplo, o albinismo oculocutâneo tipo 2 (OCA2), a forma mais prevalente, apresenta uma frequência notavelmente mais elevada entre indivíduos de ascendência negra africana e de ascendência branca europeia. Indivíduos com OCA2 normalmente apresentam pele clara, embora geralmente menos pálida do que aqueles afetados por OCA1. Esses indivíduos geralmente exibem cores de cabelo que variam do loiro claro ao dourado, loiro morango ou até mesmo castanho, mais frequentemente acompanhados de olhos azuis. Uma maioria substancial, 98,7-100%, dos europeus modernos são portadores do alelo SLC24A5 derivado, que é um determinante genético reconhecido do albinismo oculocutâneo não sindrômico. Esta condição é uma doença autossômica recessiva, caracterizada por uma redução congênita ou ausência completa do pigmento melanina na pele, cabelos e olhos. A frequência estimada de OCA2 entre os afro-americanos é de 1 em 10.000, um número que contrasta fortemente com a sua frequência de 1 em 36.000 entre os europeus americanos. Em certos países africanos, a frequência da doença é ainda mais elevada, variando de 1 em 2.000 a 1 em 5.000. Outra variante do albinismo, denominada “albinismo oculocutâneo amarelo”, demonstra uma prevalência mais elevada na comunidade Amish, cuja ascendência é predominantemente suíça e alemã. Os indivíduos afetados por esta variante IB normalmente apresentam cabelos e pele brancos ao nascer, mas posteriormente desenvolvem pigmentação normal da pele durante a infância.
O albinismo ocular afeta não apenas a pigmentação ocular, mas também prejudica significativamente a acuidade visual. Indivíduos com albinismo geralmente apresentam baixo desempenho visual, com medições de acuidade tipicamente na faixa de 20/60 a 20/400. Além disso, duas formas específicas de albinismo, que são particularmente prevalentes entre indivíduos de origem porto-riquenha, com uma incidência aproximada de 1 em 2.700, estão associadas a taxas de mortalidade superiores às atribuídas a mortes relacionadas com melanoma.
A associação entre albinismo e surdez é amplamente reconhecida, embora não completamente elucidada. Em seu tratado seminal de 1859, Sobre a Origem das Espécies, Charles Darwin observou a observação de que "gatos que são inteiramente brancos e têm olhos azuis são geralmente surdos". Em humanos, a ocorrência concomitante de hipopigmentação e surdez é característica da rara síndrome de Waardenburg, que é observada predominantemente na população Hopi da América do Norte. A incidência de albinismo entre indivíduos Hopi foi estimada em aproximadamente 1 em 200. Padrões análogos de albinismo e surdez foram documentados em outras espécies de mamíferos, incluindo caninos e roedores. No entanto, a ausência de melanina per se não parece ser o fator etiológico direto da surdez associada à hipopigmentação, uma vez que a maioria dos indivíduos deficientes nas enzimas necessárias à síntese de melanina apresenta função auditiva normal. Em vez disso, o comprometimento coclear resulta da ausência de melanócitos na estria vascular do ouvido interno, embora os mecanismos precisos subjacentes a esse fenômeno permaneçam incompletamente compreendidos.
Na doença de Parkinson, um distúrbio neurodegenerativo que afeta o funcionamento neuromotor, uma redução nos níveis de neuromelanina é observada na substância negra e no locus coeruleus, resultante da degeneração seletiva de neurônios pigmentados dopaminérgicos e noradrenérgicos. Consequentemente, isto leva a uma síntese diminuída de dopamina e norepinefrina. Embora nenhuma correlação direta entre raça e níveis de neuromelanina na substância negra tenha sido estabelecida, a incidência notavelmente menor da doença de Parkinson entre indivíduos negros em comparação com indivíduos brancos "levou alguns a sugerir que a melanina cutânea pode de alguma forma servir para proteger a neuromelanina na substância negra de toxinas externas".
Além da deficiência de melanina, o peso molecular do polímero de melanina pode ser reduzido por vários fatores, incluindo estresse oxidativo, exposição à luz, alterações na sua associação com proteínas da matriz melanossomal, alterações no pH ou alterações nas concentrações locais de íons metálicos. Foi levantada a hipótese de que uma redução no peso molecular ou no grau de polimerização da melanina ocular transformaria este polímero normalmente antioxidante em um pró-oxidante. Na sua conformação pró-oxidante, a melanina tem sido implicada na etiologia e progressão da degeneração macular e do melanoma. A rasagilina, um importante agente de monoterapia para a doença de Parkinson, apresenta propriedades de ligação à melanina e capacidade de reduzir tumores de melanoma.
Níveis mais elevados de eumelanina também podem apresentar desvantagens, além de uma maior suscetibilidade à deficiência de vitamina D. Além disso, tons de pele mais escuros apresentam um fator complicador na remoção a laser de manchas vinho do Porto. Embora geralmente eficazes para indivíduos com pele mais clara, os tratamentos a laser apresentam eficácia reduzida na erradicação de manchas de vinho do Porto em pacientes de ascendência asiática ou africana. Concentrações elevadas de melanina em indivíduos com pele mais escura tendem a difundir e absorver a radiação laser, impedindo assim a absorção da luz pelo tecido alvo pretendido. Este fenômeno complica de forma semelhante as intervenções a laser para várias outras condições dermatológicas em indivíduos com pele mais escura. Sardas e manchas resultam de concentrações localizadas de melanina na pele. Essas formações estão fortemente correlacionadas com tipos de pele mais claros.
A nicotina exibe uma afinidade pelos tecidos que contêm melanina, atribuída ao seu papel como precursor na síntese de melanina ou à sua ligação irreversível à melanina. Acredita-se que essa característica contribua para a elevada dependência da nicotina e a diminuição das taxas de cessação do tabagismo observadas entre indivíduos com pigmentação mais escura.
Adaptações humanas
Fisiologia
Os melanócitos introduzem grânulos de melanina em vesículas celulares especializadas conhecidas como melanossomas. Posteriormente, esses melanossomas são transferidos para as células dos queratinócitos na epiderme humana. Dentro de cada célula receptora, os melanossomas agregam-se acima do núcleo da célula, protegendo assim o DNA nuclear de mutações induzidas pela radiação ultravioleta ionizante emitida pelo sol. Populações com origens ancestrais em regiões equatoriais normalmente apresentam maiores concentrações de eumelanina na pele. Essa pigmentação confere uma tonalidade marrom ou preta e oferece proteção contra a exposição solar intensa, que mais comumente leva a melanomas em indivíduos com pele mais clara.
No entanto, nem todos os efeitos da pigmentação são inerentemente vantajosos. Em climas quentes, a pigmentação eleva a carga térmica, sendo que indivíduos com pele escura absorvem aproximadamente 30% mais calor solar em comparação com indivíduos com pele muito clara; no entanto, este efeito pode ser mitigado pelo aumento da transpiração. Por outro lado, em ambientes mais frios, a pele escura resulta em maior perda de calor através da radiação. Além disso, a pigmentação impede a síntese de vitamina D. Dado que a pigmentação não parece ser exclusivamente benéfica para a sobrevivência em regiões tropicais, foram propostas hipóteses alternativas relativamente ao seu significado biológico, tais como o seu potencial como fenómeno secundário resultante da adaptação a parasitas e doenças tropicais.
Origens Evolucionárias
As primeiras populações humanas desenvolveram pigmentação escura da pele como uma resposta adaptativa à perda de pelos corporais, que posteriormente amplificou o impacto da radiação ultravioleta (UV). Antes da evolução da ausência de pêlos, os humanos ancestrais provavelmente possuíam uma pele mais clara sob o pêlo, semelhante ao observado em outras espécies de primatas. Os humanos anatomicamente modernos originaram-se na África há aproximadamente 200.000 a 100.000 anos, dispersando-se posteriormente por todo o mundo através de migrações que ocorreram entre 80.000 e 50.000 anos atrás, com evidências de cruzamentos com espécies humanas arcaicas (por exemplo, Neandertais, Denisovanos e potencialmente outros) em certas regiões. Os primeiros humanos modernos exibiam uma pele mais escura, comparável à das populações indígenas africanas contemporâneas. Após as migrações para a Ásia e a Europa, a pressão selectiva que favorecia uma pele mais escura e com protecção UV diminuiu. Esta redução na pressão seletiva levou ao espectro diversificado de coloração da pele humana observado hoje. Entre as duas variantes genéticas predominantes ligadas à pele humana mais clara, o Mc1r não exibe evidências de seleção positiva, enquanto o SLC24A5 sofreu comprovadamente seleção positiva.
Efeitos
Semelhante às populações que migraram para o norte, os indivíduos de pele mais clara que se deslocam em direção ao equador sofrem aclimatação à radiação solar significativamente mais intensa. A seleção natural favorece a redução da produção de melanina em ambientes caracterizados por fraca radiação ultravioleta. A pele da maioria das pessoas escurece com a exposição à luz UV, proporcionando assim maior proteção quando necessário. Este processo representa a função fisiológica do bronzeamento. Indivíduos com pele mais escura, que sintetizam maiores quantidades de eumelanina protetora da pele, possuem defesa superior contra queimaduras solares e o aparecimento de melanoma, uma forma potencialmente letal de câncer de pele. Eles também apresentam maior resiliência a outros problemas de saúde associados à intensa exposição à radiação solar, incluindo a fotodegradação de vitaminas essenciais, como riboflavinas, carotenóides, tocoferol e ácido fólico.
A melanina na íris e na coróide do olho oferece proteção contra a luz ultravioleta e a luz visível de alta frequência. Indivíduos com olhos azuis, verdes ou cinzas apresentam maior suscetibilidade a problemas oculares associados à exposição solar. Ao mesmo tempo, o cristalino ocular sofre amarelecimento relacionado à idade, o que confere benefícios protetores adicionais. No entanto, este enrijecimento do cristalino relacionado com a idade também resulta numa redução significativa na sua capacidade de acomodação - a capacidade de alterar a sua forma para focar objetos a distâncias variadas - um declínio provavelmente atribuível à reticulação de proteínas induzida pela radiação UV.
Investigações contemporâneas indicam que a melanina pode possuir funções protetoras além do seu papel estabelecido na fotoproteção. A melanina demonstra uma capacidade eficaz de quelar íons metálicos através de seus grupos carboxilato e hidroxila fenólica, frequentemente superando a eficiência de agentes quelantes potentes, como o etilenodiaminotetraacetato (EDTA). Consequentemente, a melanina poderia funcionar para sequestrar íons metálicos potencialmente tóxicos, salvaguardando assim a integridade celular. Esta proposição é fundamentada por observações na doença de Parkinson, onde a depleção de neuromelanina se correlaciona com concentrações elevadas de ferro no cérebro.
Propriedades físicas e aplicações tecnológicas
Dados empíricos apoiam a presença de um heteropolímero altamente reticulado ligado covalentemente a melanoproteínas de estrutura de matriz. Uma hipótese postula que a capacidade antioxidante da melanina está diretamente correlacionada com o seu grau de polimerização ou peso molecular. Condições inadequadas para a polimerização eficiente de monômeros de melanina podem resultar na formação de melanina pró-oxidante de baixo peso molecular, que tem sido implicada na etiologia e no avanço da degeneração macular e do melanoma. Além disso, as vias de sinalização que aumentam a melanização dentro do epitélio pigmentar da retina (EPR) também podem contribuir para a redução da fagocitose do segmento externo dos bastonetes pelo EPR. Esta observação foi parcialmente ligada ao fenômeno de preservação foveal na degeneração macular.
Papel na metástase do melanoma
Células de melanoma fortemente pigmentadas exibem um módulo de Young de aproximadamente 4,93 kPa, significativamente superior aos 0,98 kPa observados em células não pigmentadas. A elasticidade das células do melanoma é um fator crítico que influencia a metástase e o crescimento do tumor; descobriu-se que os tumores não pigmentados são maiores e se disseminam com maior facilidade do que seus equivalentes pigmentados. Dado que células pigmentadas e não pigmentadas coexistem em tumores de melanoma, esta heterogeneidade permite a presença simultânea de fenótipos resistentes a medicamentos e metastáticos.
Referências
Referências
"Espectro de absorção de melanina." Departamento de Ciência e Tecnologia da Computação.
- "Espectro de absorção da melanina". Departamento de Ciência e Tecnologia da Computação."Metabolismo da tirosina — Via de referência." Enciclopédia de Genes e Genomas de Kyoto. Recuperado em 13 de junho 2024."Melanogênese." Enciclopédia de Genes e Genomas de Kyoto. Obtido em 13 de junho de 2024.Fonte: Arquivo da TORIma Academia