Melanine

Vier Tage alte Embryonen des Zebrabärbling. Unten eine so genannte Albino-Mutation ohne Melanin

Melanine (griech. μέλας (mèlas) „schwarz“) sind rötliche, braune oder schwarze Pigmente, die durch die enzymatische Oxidation des Tyrosins entstehen (enzymatische Bräunung) und die beim Menschen die Färbung der Haut, Haare oder Augen bewirken. Sie kommen in Wirbeltieren und Insekten, als Farbmittel in der Tinte von Tintenfischen und auch in Mikroorganismen und Pflanzen vor. Gebildet wird Melanin bei Wirbeltieren in den Melanozyten der Haut und in der Netzhaut des Auges.

Melanin bei Mensch und Tier

Melanin tritt beim Menschen vor allem in zwei Varianten auf: eine braun-schwärzliche (Eumelanin), die sich von den Aminosäuren Tyrosin und L-Dopa 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 Phaeomelanin in tiefrotem Haar besonders hoch und nimmt über braune und schwarze Haare 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.^[1] 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.^[2]

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 graue 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.

Melanin bei Pilzen

Die Karte zeigt die Caesium-137-Kontamination nahe Tschernobyl in Curie pro Quadratkilometer.

Am 23. Mai 2007 wurde eine wissenschaftliche Arbeit^[3] unter der Leitung von Arturo Casadevall veröffentlicht, die von Pilzen handelt, die wahrscheinlich mittels Melanin ionisierende Strahlung in für ihren Organismus nutzbare Energie umwandeln (radiotrophe Pilze)

Ausdrücklich hervorgehoben wird, dass die Rolle des Melanins bei der Energieerzeugung 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.
• Der Metabolismus von Wangiella dermatitidis und Cryptococcus neoformans war bei einer Strahlenbelastung im Ausmaß von rund dem Fünfhundertfachen der natürlichen Strahlenbelastung signifikant aktiver als unter üblichen Bedingungen.

Quellen

1. ↑ Meredith, Paul; Riesz, Jennifer: Radiative Relaxation Quantum Yields for Synthetic Eumelanin. In: Photochemistry and photobiology. 79, Nr. 2, 2004, S. 211–216.
2. ↑ Medizinische Universität Wien – AKH consilium: Hautkrebs (Malignes Melanom)
3. ↑ 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.

Siehe auch

• Sonnencreme

Weblinks

 Wikibooks: Tyrosin-Stoffwechsel – Lern- und Lehrmaterialien

• populärwissenschaftlicher Artikel 1 zur Arbeit von Casadevalls Team
• populärwissenschaftlicher Artikel 2 zur Arbeit von Casadevalls Team