La melanina (del griego antiguo μέλας (mélas) ‘negro, oscuro’) es una familia de biomoléculas organizadas como oligómeros o polímeros, que entre otras funciones proporcionan los pigmentos de muchos organismos. Los pigmentos de melanina se producen en un grupo especializado de células conocidas como melanocitos.
Existen cinco tipos básicos de melanina: eumelanina, feomelanina, neuromelanina, alomelanina y piomelanina. La eumelanina se produce mediante un proceso químico de varias etapas conocido como melanogénesis, en el que a la oxidación del aminoácido tirosina le sigue la polimerización. La eumelanina es el tipo más común. La feomelanina, que se produce cuando los melanocitos funcionan mal debido a la derivación del gen a su formato recesivo, es un derivado de la cisteína que contiene porciones de polibenzotiazina que son responsables en gran medida del tinte rojo o amarillo que adquieren algunos colores de piel o cabello. La neuromelanina se encuentra en el cerebro. Se ha investigado su eficacia en el tratamiento de trastornos neurodegenerativos como el Parkinson. La alomelanina y la piomelanina son dos tipos de melanina sin nitrógeno.
En la piel humana, la melanogénesis se inicia con la exposición a la radiación ultravioleta (UV), lo que provoca el oscurecimiento de la piel. La eumelanina es un eficaz absorbente de la luz; el pigmento es capaz de disipar más del 99,9% de la radiación UV absorbida. Debido a esta propiedad, se cree que la eumelanina protege las células de la piel de los daños causados por la radiación UVA y UVB, reduciendo el riesgo de agotamiento de folato y degradación dérmica. La exposición a la radiación UV se asocia a un mayor riesgo de melanoma maligno, un cáncer de melanocitos (células de melanina). Los estudios han demostrado una menor incidencia de cáncer de piel en individuos con mayor concentración de melanina, es decir, con un tono de piel más oscuro.
Tipos de melanina
Eumelanina
La eumelanina tiene dos formas ligadas al 5,6-dihidroxiindol (DHI) y al ácido 5,6-dihidroxiindol-2-carboxílico (DHICA). La eumelanina derivada del DHI es de color marrón oscuro o negro e insoluble, y la derivada del DHICA es más clara y soluble en álcali. Ambas eumelaninas surgen de la oxidación de la tirosina en orgánulos especializados llamados melanosomas. Esta reacción está catalizada por la enzima tirosinasa. El producto inicial, la dopaquinona, puede transformarse en 5,6-dihidroxiindol (DHI) o ácido 5,6-dihidroxiindol-2-carboxílico (DHICA). El DHI y el DHICA se oxidan y polimerizan para formar las dos eumelaninas.
En condiciones naturales, la DHI y la DHICA a menudo copolimerizan, dando lugar a una gama de polímeros de eumelanina. Estos polímeros contribuyen a la variedad de componentes de la melanina en la piel y el pelo humanos, que van desde la feomelanina amarillo claro/rojo a la eumelanina enriquecida con DHICA marrón claro y la eumelanina enriquecida con DHI marrón oscuro o negro. Estos polímeros finales difieren en solubilidad y color.
El análisis de la piel muy pigmentada (tipos V y VI en la escala de Fitzpatrick) revela que la eumelanina DHI constituye la mayor parte, aproximadamente un , seguida de la eumelanina DHICA, con un , y la feomelanina, sólo un . En particular, mientras que durante el bronceado se produce un enriquecimiento de la eumelanina DHI, éste va acompañado de una disminución de la eumelanina DHICA y la feomelanina. Una pequeña cantidad de eumelanina negra en ausencia de otros pigmentos provoca la aparición de canas. Una pequeña cantidad de eumelanina en ausencia de otros pigmentos provoca el pelo rubio. La eumelanina está presente en la piel, el pelo, etc.
Feomelanina
Las feomelaninas (o feomelaninas) confieren una gama de colores que van del amarillento al rojizo. Las feomelaninas se concentran especialmente en los labios, los pezones, el glande del pene y la vagina. Cuando una pequeña cantidad de eumelanina en el pelo (que de otro modo daría lugar a un pelo rubio) se mezcla con la feomelanina, el resultado es un pelo anaranjado, que suele denominarse «pelirrojo». La feomelanina también está presente en la piel, por lo que los pelirrojos también suelen tener un tono más rosado. La exposición de la piel a la luz ultravioleta aumenta el contenido de feomelanina, al igual que ocurre con la eumelanina; pero en lugar de absorber la luz, la feomelanina del pelo y la piel refleja la luz entre amarilla y roja, lo que puede aumentar el daño causado por la exposición a la radiación UV.
La producción de feomelanina depende en gran medida de la disponibilidad de cisteína, que se transporta al melanosoma y reacciona con la dopaquinona para formar cis-dopa. A continuación, la cis-dopa sufre varias transformaciones antes de formar la feomelanina. En términos químicos, las feomelaninas difieren de las eumelaninas en que la estructura del oligómero incorpora unidades de benzotiazina y benzotiazol que se producen, en lugar de DHI y DHICA, cuando está presente el aminoácido L-cisteína.
Neuromelanina La neuromelanina (NM) es un pigmento polimérico insoluble producido en poblaciones específicas de neuronas catecolaminérgicas del cerebro. Los humanos tienen la mayor cantidad de NM, que está presente en menor cantidad en otros primates y totalmente ausente en muchas otras especies. La función biológica sigue siendo desconocida, aunque se ha demostrado que la NM humana se une eficazmente a metales de transición como el hierro, así como a otras moléculas potencialmente tóxicas. Por lo tanto, puede desempeñar un papel crucial en la apoptosis y la enfermedad de Parkinson relacionada.
Otras formas de melaninas Hasta la década de 1960, la melanina se clasificaba en eumelanina y feomelanina. Sin embargo, en 1955 se descubrió una melanina asociada a las células nerviosas, la neuromelanina. En 1972 se descubrió una forma hidrosoluble, la piomelanina. En 1976 se encontró en la naturaleza la alomelanina, la quinta forma de las melaninas.
Péptidomelanina
La péptidomelanina es otra forma hidrosoluble de melanina, que las esporas germinadas de Aspergillus niger (cepa: melanoliber) secretan en el medio circundante. La péptidomelanina se forma como un copolímero entre la L-DOPA eumelanina y péptidos cortos que forman una «corona», responsables de la solubilidad de la sustancia. Las cadenas peptídicas están unidas al polímero central de L-DOPA mediante enlaces peptídicos. Esto conduce a un proceso biosintético propuesto que implica la hidroxilación de péptidos tirosinilados formados a través de proteasas durante la esporogénesis, que luego se incorporan autoxidativamente a un polímero central de L-DOPA en crecimiento.
Selenomelanina Es posible enriquecer la melanina con selenio en lugar de azufre. Este análogo de selenio de la feomelanina se ha sintetizado con éxito mediante rutas químicas y biosintéticas utilizando selenocistina como materia prima. Debido al mayor número atómico del selenio, cabe esperar que la selenomelanina obtenida proporcione una mejor protección contra la radiación ionizante en comparación con las otras formas conocidas de melanina. Esta protección se ha demostrado con experimentos de radiación en células humanas y bacterias, lo que abre la posibilidad de aplicaciones en viajes espaciales.
Tricocromos Los tricocromos (antes llamados tricosiderinas) son pigmentos producidos a partir de la misma vía metabólica que las eumelaninas y las feomelaninas, pero a diferencia de estas moléculas tienen bajo peso molecular. Se encuentran en algunos cabellos rojos humanos.
Humanos
En los seres humanos, la melanina es el principal determinante del color de la piel. También se encuentra en el pelo, el tejido pigmentado subyacente al iris del ojo y la estría vascular del oído interno. En el cerebro, los tejidos que contienen melanina son la médula y las neuronas pigmentadas del tronco encefálico, como el locus cerúleo. También se encuentra en la zona reticular de la glándula suprarrenal.
La melanina de la piel es producida por los melanocitos, que se encuentran en el estrato basal de la epidermis. Aunque, en general, los seres humanos poseen una concentración similar de melanocitos en la piel, los melanocitos de algunos individuos y grupos étnicos producen cantidades variables de melanina. La proporción de eumelanina () y feomelanina () en la epidermis es constante independientemente del grado de pigmentación. Algunos seres humanos tienen muy poca o ninguna síntesis de melanina en sus cuerpos, una condición conocida como albinismo.
Dado que la melanina es un agregado de moléculas componentes más pequeñas, existen muchos tipos diferentes de melanina con distintas proporciones y patrones de unión de estas moléculas componentes. Tanto la feomelanina como la eumelanina se encuentran en la piel y el cabello humanos, pero la eumelanina es la melanina más abundante en los seres humanos, así como la forma más propensa a ser deficiente en el albinismo.
Otros organismos Las melaninas tienen papeles y funciones muy diversos en varios organismos. Una forma de melanina constituye la tinta utilizada por muchos cefalópodos (véase tinta de cefalópodo) como mecanismo de defensa contra los depredadores. Las melaninas también protegen a los microorganismos, como bacterias y hongos, contra el estrés que implica el daño celular, como la radiación UV del sol y las especies reactivas del oxígeno. La melanina también protege contra los daños provocados por las altas temperaturas, las tensiones químicas (como los metales pesados y los agentes oxidantes) y las amenazas bioquímicas (como las defensas del huésped contra los microbios invasores). Por lo tanto, en muchos microbios patógenos (por ejemplo, en Cryptococcus neoformans, un hongo) las melaninas parecen desempeñar papeles importantes en la virulencia y la patogenicidad al proteger al microbio contra las respuestas inmunitarias de su huésped. En los invertebrados, un aspecto importante del sistema inmunitario innato de defensa contra los patógenos invasores implica la melanina. Pocos minutos después de la infección, el microbio queda encapsulado dentro de melanina (melanización), y se cree que la generación de subproductos radicales libres durante la formación de esta cápsula ayuda a matarlos. Algunos tipos de hongos, llamados hongos radiotróficos, parecen ser capaces de utilizar la melanina como pigmento fotosintético que les permite captar rayos gamma y aprovechar esta energía para su crecimiento.
En los peces, la melanina no sólo aparece en la piel, sino también en órganos internos como los ojos. La mayoría de las especies de peces utilizan eumelanina, pero Stegastes apicalis y Cyprinus carpio utilizan feomelanina en su lugar.
Las plumas más oscuras de las aves deben su color a la melanina y son menos degradadas por las bacterias que las no pigmentadas o las que contienen pigmentos carotenoides. Las plumas que contienen melanina son también un más resistentes a la abrasión que las que no la contienen porque los gránulos de melanina ayudan a rellenar el espacio entre las hebras de queratina que forman las plumas. La síntesis de la feomelanina en las aves implica el consumo de cisteína, un aminoácido semiesencial que es necesario para la síntesis del antioxidante glutatión (GSH) pero que puede ser tóxico si se encuentra en exceso en la dieta. De hecho, muchas aves carnívoras, que tienen un alto contenido proteico en su dieta, presentan una coloración basada en la feomelanina.
La melanina también es importante en la pigmentación de los mamíferos. El patrón del pelaje de los mamíferos está determinado por el gen agouti, que regula la distribución de la melanina. Los mecanismos del gen se han estudiado ampliamente en ratones para comprender la diversidad de los patrones del pelaje de los mamíferos.