멜라닌

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1. 개요
2. 종류
3. 생성 과정
4. 기능
5. 인간의 적응
6. 유전 질환 및 질병
7. 한국인의 멜라닌
참조

1. 개요

멜라닌은 여러 종류가 있으며, 사람의 피부와 털에서 발견되는 유멜라닌과 페오멜라닌이 대표적이다. 유멜라닌은 흑갈색을 띠며 자외선으로부터 피부를 보호하고, 페오멜라닌은 노란색에서 붉은색을 띠며 자외선 노출 시 손상을 증가시킬 수 있다. 멜라닌은 멜라노솜에서 생성되며, 티로시나아제 효소에 의해 촉매되는 티로신의 산화 반응을 통해 유멜라닌과 페오멜라닌이 형성된다. 멜라닌은 피부색, 털 색깔, 눈 색깔을 결정하며, 자외선으로부터의 보호, 체온 유지 등 다양한 기능을 수행한다. 멜라닌 생성 부족은 알비니즘과 같은 유전 질환을 유발하며, 흑색종과 같은 피부암의 발생에도 영향을 미친다.

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멜라닌 - [화학 물질]에 관한 문서
물질 정보
이름	멜라닌
로마자 표기	mellanin
어원	그리스어 "μέλας" (멜라스, 검은색, 어두운색)에서 유래
종류	이종 생체고분자
화학 정보
화학식	C18H10N2O4
밀도	1.6 ~ 1.8 g/cm³
녹는점	-20 °C 미만
끓는점	450 ~ 550 °C
식별 정보
CAS 등록번호	8049-97-6
PubChem CID	6325610
ChemSpider ID	4884931
KEGG	C05606
KEGG (유멜라닌)	C17937
KEGG (페오멜라닌)	C17936
구조 정보
유멜라닌의 가능한 구조 중 하나
멜라닌 분자식
멜라닌 공과 막대 모델
생물학적 역할
기능	자외선으로부터 보호, 항산화 작용, 신경 보호 등
위치	피부, 머리카락, 눈의 망막색소상피, 뇌의 신경멜라닌 등
종류	유멜라닌, 페오멜라닌, 신경멜라닌 등
생성 과정	티로신으로부터 합성
질병 관련	알비니즘과 같은 색소 결핍 질환과 관련
광보호 역할	인간 망막색소상피에서 멜라닌은 광보호 역할을 함. 나이가 들면 멜라닌 농도가 감소
추가 정보
방사 이완 양자 수율	합성 유멜라닌에 대해 연구됨
피부 보호 역할	멜라닌은 인체 피부에서 자외선 손상으로부터 보호하는 역할을 함.
화학 분석 결과	인간 표피의 구성 색소에 대한 화학 분석 결과, 유멜라닌 대 페오멜라닌 비율이 일정함
멜라닌의 역할	멜라닌은 현대 의학에서 간과되는 분자 중 하나이지만 단순한 구경꾼이 아님.

2. 종류

멜라닌은 작은 분자들의 집합체로, 구성 분자들의 비율과 결합 패턴에 따라 여러 종류가 존재한다. 페오멜라닌과 유멜라닌은 사람의 피부와 털에서 발견되지만, 유멜라닌이 주를 이룬다. 유멜라닌의 부족은 백색증의 주요 원인이다.

1960년대까지 멜라닌은 유멜라닌과 페오멜라닌으로 분류되었다. 그러나 1955년 신경 세포와 관련된 신경멜라닌이 발견되었고, 1972년에는 수용성 형태인 피오멜라닌, 1976년에는 알로멜라닌이 발견되었다.^[2]

멜라닌은 흑갈색의 유멜라닌(진성멜라닌)과 등적색의 Phäomelanin|페오멜라닌^de 두 종류로 나뉜다.^[79]^[80]

2. 1. 유멜라닌

유멜라닌은 5,6-다이하이드록시인돌(DHI)과 5,6-다이하이드록시인돌-2-카르복시산(DHICA)의 두 가지 형태로 존재한다. DHI 유래 유멜라닌은 짙은 갈색 또는 검은색이며 불용성이고, DHICA 유래 유멜라닌은 더 밝은 색이며 알칼리에 용해된다. 두 유멜라닌 모두 멜라노솜에서 티로신의 산화로부터 생성되며, 이 반응은 티로시나아제 효소에 의해 촉매된다. 초기 생성물인 도파퀴논은 5,6-다이하이드록시인돌(DHI) 또는 5,6-다이하이드록시인돌-2-카르복시산(DHICA)으로 변환될 수 있다. DHI와 DHICA는 산화된 다음 중합되어 두 가지 유멜라닌을 형성한다.^[12]

자연 조건에서 DHI와 DHICA는 종종 공중합되어 다양한 유멜라닌 중합체를 생성한다. 이러한 중합체는 밝은 노란색/붉은색 페오멜라닌부터 밝은 갈색 DHICA 풍부 유멜라닌, 그리고 짙은 갈색 또는 검은색 DHI 풍부 유멜라닌까지 인간의 피부와 모발에 있는 다양한 멜라닌 성분에 기여하며, 용해도와 색상이 다르다.^[12]

고색소 침착 피부(피츠패트릭 타입 V 및 VI) 분석 결과 DHI-유멜라닌이 약 60~70%로 가장 큰 부분을 차지하고, DHICA-유멜라닌이 25~35%, 페오멜라닌이 2~8%를 차지한다. 특히, 햇볕에 탐하는 동안 DHI-유멜라닌이 풍부해지지만, DHICA-유멜라닌과 페오멜라닌은 감소한다.^[12] 다른 색소가 없는 상태에서 소량의 검은색 유멜라닌은 회색 머리카락을, 소량의 갈색 유멜라닌은 금발 머리카락을 유발한다.^[13]

2. 2. 페오멜라닌

페오멜라닌의 구조식 일부. "(COOH)"는 COOH 또는 H, 또는 (좀 더 드물게) 다른 치환기가 될 수 있다. 화살표는 중합체가 계속되는 부분을 나타낸다.

페오멜라닌(pheomelanin)은 노란색에서 붉은색까지 다양한 색상을 나타내는 멜라닌의 한 종류이다.^[14] 붉은 머리카락을 가진 사람의 머리카락에서 많이 발견되며,^[92] 특히 입술, 유두, 음경 귀두 및 질에 많이 농축되어 있다.^[15] 머리카락에 소량의 유멜라닌(그렇지 않으면 금발 머리가 될 것임)이 페오멜라닌과 섞이면 주황색 머리카락이 되는데, 이는 일반적으로 "붉은색" 또는 "생강색" 머리카락이라고 한다. 페오멜라닌은 피부에도 존재하며, 붉은 머리카락을 가진 사람들은 따라서 피부색도 더 분홍빛을 띠는 경향이 있다.

피부가 자외선에 노출되면 유멜라닌과 마찬가지로 페오멜라닌 함량이 증가하지만, 페오멜라닌은 빛을 흡수하는 대신 머리카락과 피부에서 노란색에서 붉은색 빛을 반사하여 자외선 노출로 인한 손상을 증가시킬 수 있다.^[16] 또한 페오멜라닌은 태양빛 내부의 자외선에 노출되면 발암물질로 돌변한다.

페오멜라닌 생성은 시스테인 이용 가능성에 크게 의존하는데, 시스테인은 멜라노좀으로 운반되어 도파퀴논과 반응하여 시스-도파를 형성한다. 시스-도파는 페오멜라닌을 형성하기 전에 여러 변환 과정을 거친다.^[12] 화학적으로 페오멜라닌은 유멜라닌과 달리 아미노산 L-시스테인이 존재할 때 생성되는 벤조티아진과 벤조티아졸 단위가 올리고머 구조에 포함되어 있다는 점에서 다르다.^[17]

유멜라닌과 달리 페오멜라닌은 하등 생물에서는 드물며,^[24] "사지동물 계통의 진화적 혁신"^[33]이라는 주장이 있지만, 최근 연구에 따르면 일부 어류에서도 발견된다.^[34]

2. 3. 신경멜라닌

신경멜라닌은 뇌의 특정 카테콜아민성 신경세포 집단에서 생성되는 불용성 중합체 색소이다. 인간은 가장 많은 양의 신경멜라닌을 가지고 있으며, 다른 영장류에서는 그 양이 적고, 다른 많은 종에서는 완전히 없다.^[18] 신경멜라닌의 생물학적 기능은 아직 알려지지 않았지만, 인간의 신경멜라닌은 철과 같은 전이 금속뿐만 아니라 다른 잠재적으로 독성이 있는 분자들과 효율적으로 결합하는 것으로 나타났다. 따라서 세포자멸사 및 관련 파킨슨병에서 중요한 역할을 할 수 있다.^[19]

2. 4. 기타 멜라닌

펩티도멜라닌은 수용성 멜라닌의 한 종류이다.^[20] 발아하는 흑색 곰팡이(Aspergillus niger, 균주: melanoliber) 포자가 주변 배지로 분비하는 것으로 밝혀졌다. 펩티도멜라닌은 L-DOPA 유멜라닌과 물질의 용해도를 담당하는 '코로나'를 형성하는 짧은 펩티드 사이의 공중합체로 형성된다. 펩티드 사슬은 펩티드 결합을 통해 L-DOPA 중심 중합체에 연결된다. 이는 포자 형성 동안 프로테아제를 통해 형성된 티로신화 펩티드의 수산화를 포함하는 생합성 과정을 거쳐, 성장하는 L-DOPA 중심 중합체에 자동 산화적으로 포함되는 것으로 추정된다.

흑색 곰팡이(Aspergillus niger, 균주: melanoliber) 분생자병의 SEM 현미경 사진(색상 처리). 이 분생포자는 발아하는 동안 주변 배지에 펩티도멜라닌을 방출한다.

황 대신 셀레늄으로 멜라닌을 풍부하게 할 수 있다. 셀레노시스틴을 원료로 하여 화학적 및 생합성 경로를 통해 페오멜라닌의 이러한 셀레늄 유사체를 성공적으로 합성하였다.^[21] 셀레늄의 원자 번호가 더 크기 때문에, 생성된 셀레노멜라닌은 다른 알려진 멜라닌 형태에 비해 이온화 방사선에 대한 더 나은 보호 효과를 제공할 것으로 예상된다. 이러한 보호 효과는 인체 세포와 박테리아에 대한 방사선 실험을 통해 입증되었으며, 우주 여행 분야의 응용 가능성을 열었다.^[22]

트리코크롬(이전에는 트리코시데린이라고 불림)은 유멜라닌과 페오멜라닌과 같은 대사 경로에서 생성되는 색소이지만, 이들 분자와 달리 분자량이 낮다. 일부 붉은색 인간의 머리카락에서 발견된다.^[23]

3. 생성 과정

멜라닌은 멜라노솜이라 불리는 특수한 구조에서 생성되는데, 멜라노솜은 멜라닌 세포의 세포질 내에 생성되는 작은 자루 모양의 구조이다. 생성된 멜라노솜은 표피세포 내부로 전달되고, 이것이 피부나 털의 암색화를 일으킨다.^[92]

멜라닌 생성의 첫 단계는 티로시나아제에 의해 촉매된다.^[53]

: 티로신 → 도파 → 도파퀴논

도파퀴논은 시스테인과 결합하여 벤조티아진 중간체를 거쳐 페오멜라닌을 생성하거나, 류코도파크롬, 도파크롬을 거쳐 유멜라닌을 생성한다.

도파퀴논 + 시스테인 → 5-S-시스테이닐도파 → 벤조티아진 중간체 → 페오멜라닌^[12]

도파퀴논 + 시스테인 → 2-S-시스테이닐도파 → 벤조티아진 중간체 → 페오멜라닌^[12]

도파퀴논 → 류코도파크롬 → 도파크롬 → 5,6-디히드록시인돌-2-카르복시산 → 퀴논 → 유멜라닌^[53]

도파퀴논 → 류코도파크롬 → 도파크롬 → 5,6-디히드록시인돌 → 퀴논 → 유멜라닌^[53]

4. 기능

멜라닌은 멜라닌 세포가 멜라노솜의 확산과 응집을 조절함으로써 피부색의 변화를 일으킨다.^[24] 멜라닌은 피부가 자외선으로부터 해를 입는 것을 방지하고 체온을 유지하는 데 도움을 준다.^[24] 멜라닌이 피부에서 하는 기능은 파악되었지만, 아직 뇌와 부신수질 등에서의 기능은 확인되지 않았다.^[24]

멜라닌은 다양한 생물체에서 매우 다양한 역할과 기능을 수행한다. 많은 두족류(두족류 잉크 참조)가 포식자로부터 자신을 방어하는 수단으로 멜라닌의 일종을 잉크로 사용한다. 멜라닌은 또한 세균이나 곰팡이와 같은 미생물을 태양의 자외선이나 활성산소종과 같이 세포 손상을 유발하는 스트레스로부터 보호한다.^[28] 또한 고온, 화학적 스트레스(중금속과 산화제 등), 생화학적 위협(침입하는 미생물에 대한 숙주의 방어기전 등)으로부터의 손상으로부터도 보호한다.^[28] 따라서 많은 병원성 미생물(예: 곰팡이인 ''크립토코쿠스 네오포르만스'')에서 멜라닌은 미생물을 숙주의 면역 반응으로부터 보호함으로써 독성과 병원성에 중요한 역할을 하는 것으로 보인다. 무척추동물에서는 침입하는 병원균에 대한 선천적 면역 방어 시스템의 주요한 측면에 멜라닌이 포함된다. 감염 후 수분 이내에 미생물은 멜라닌으로 캡슐화되고(멜라닌화), 이 캡슐 형성 과정에서 생성되는 자유 라디칼 부산물이 미생물을 죽이는 데 도움이 되는 것으로 생각된다.^[29] 방사선 영양 균류라고 불리는 일부 곰팡이는 멜라닌을 감마선을 포착하는 광합성 색소^[30]로 사용하여 이 에너지를 성장에 활용할 수 있는 것으로 보인다.^[31]

절지동물의 멜라닌은 층상으로 침착되어 교대로 굴절률이 다른 브래그 반사체를 생성하는 것으로 관찰되었다. 이 패턴의 크기가 가시광선의 파장과 일치하면 구조색이 나타나 여러 종에게 무지개빛 색깔을 부여한다.^[44],^[45] 또한, 절지동물에서 멜라닌은 외골격에 상처가 난 곳으로부터 곰팡이와 박테리아가 침입하지 못하도록 하는 역할도 한다.^[87]

5. 인간의 적응

초기 인류는 체모가 줄어들면서 자외선의 영향이 커져 어두운 피부색으로 진화했다.^[67] 체모가 없어지기 전에는 다른 영장류처럼 털 아래에 밝은 피부를 가지고 있었을 것이다.^[67] 해부학적으로 현생 인류는 20만 년에서 10만 년 전 사이에 아프리카에서 진화했고,^[68] 이후 8만 년에서 5만 년 전 사이에 세계 각지로 퍼져 나갔다. 일부 지역에서는 네안데르탈인, 데니소바인 등 구인류와 혼혈이 이루어지기도 했다.^[69] 최초의 현생 인류는 오늘날 아프리카 원주민처럼 어두운 피부를 가지고 있었다. 아시아와 유럽으로 이동하면서 햇빛이 덜 강한 지역에서는 어두운 피부를 보호하는 자외선 차단 기능에 대한 필요성이 줄어들었다. 이는 현재 인류 피부색의 다양성을 가져왔다. 밝은 피부와 관련된 것으로 알려진 두 가지 유전자 변이 중 ''MC1R''은 양성 선택을 거치지 않은 것으로 보이고,^[70] ''SLC24A5''는 양성 선택을 거쳤다.^[71]

적도 쪽으로 이주한 밝은 피부색을 가진 사람들은 강한 태양 복사선에 적응한다. 자외선이 약한 곳에서는 멜라닌이 적은 사람이 자연적으로 선택된다. 대부분의 사람들은 자외선에 노출되면 피부가 어두워져 필요할 때 더 많은 보호를 제공한다. 이것이 햇볕에 타는 것의 생리학적 목적이다. 피부 보호에 도움이 되는 유멜라닌을 더 많이 생성하는 어두운 피부색을 가진 사람들은 햇볕 타는 것과 흑색종 같은 피부암, 그리고 강한 태양 복사에 노출되어 발생하는 리보플라빈, 카로티노이드, 토코페롤, 엽산 같은 특정 비타민의 광분해와 같은 건강 문제로부터 더 잘 보호받는다.^[72]

6. 유전 질환 및 질병

멜라닌 생성 부족 또는 결핍은 백색증(알비니즘)을 유발한다. 알비니즘은 눈과 피부의 색소 침착 감소, 시력 저하, 피부암 위험 증가 등을 특징으로 하는 유전 질환이다. 눈과 피부 알비니즘(OCA)은 상염색체 열성 유전 질환으로, 여러 유형이 있으며 특정 민족에서 특정 유형의 발병률이 더 높다. 예를 들어, OCA2는 흑인 아프리카계와 백인 유럽인에게서 흔하며, 아프리카계 미국인의 발병률은 약 1만 명당 1명, 백인 미국인은 3만 6천 명당 1명이다. 일부 아프리카 국가에서는 발병률이 더 높다.^[55]^[56] 황색 눈과 피부 알비니즘은 주로 아미시 사람들에게서 나타난다.^[56] 눈 알비니즘은 시력에도 영향을 미쳐 저시력을 유발한다.^[56] 알비니즘과 난청의 연관성은 알려져 있지만, 멜라닌 부족 자체가 원인은 아니며, 내이 혈관 줄무늬에 멜라닌 세포가 없는 것이 달팽이관 기능 장애를 유발하는 것으로 보인다.^[59]^[60]

파킨슨병에서는 흑질과 청색반점의 신경 멜라닌이 감소하여 도파민과 노르에피네프린 합성이 감소한다.^[61] 흑인의 파킨슨병 발병률이 백인보다 낮은 것은 피부 멜라닌이 신경 멜라닌을 보호하는 역할을 할 수 있음을 시사한다.^[61]

눈 멜라닌의 분자량 감소 또는 중합도 감소는 황반변성 및 흑색종의 발생 및 진행에 관여하는 것으로 제안되었다.^[62] 멜라닌 색소가 풍부한 흑색종 세포는 멜라닌 색소가 없는 세포보다 더 높은 영률을 가지며, 이는 흑색종 세포의 탄성과 전이에 중요한 역할을 한다.

니코틴은 멜라닌 함유 조직에 대한 친화력이 높아 피부색이 어두운 사람들의 니코틴 의존성 증가와 금연 성공률 감소에 영향을 줄 수 있다.^[64]

7. 한국인의 멜라닌

한국인의 피부색은 유전적 요인과 환경적 요인에 의해 결정되며, 멜라닌의 양과 종류가 중요한 역할을 한다. 한국인은 전통적으로 햇볕에 그을린 피부를 건강하고 아름다운 피부로 여겼으며, 최근에는 미백 화장품과 자외선 차단제 사용이 증가하면서 멜라닌 관리에 대한 관심이 높아지고 있다.

인간에게서 멜라닌은 피부색을 결정하는 주요 요소이다. 피부의 멜라닌은 멜라닌 세포에 의해 생성되는데, 이 세포는 표피의 기저층에 위치한다. 일반적으로 인간은 피부에 유사한 농도의 멜라닌 세포를 가지고 있지만, 일부 개인과 민족 집단의 멜라닌 세포는 다양한 양의 멜라닌을 생성한다. 표피의 유멜라닌(74%)과 페오멜라닌(26%)의 비율은 색소 침착 정도에 관계없이 일정하다.^[25]

멜라닌 생성이 거의 되지 않는 알비니즘 환자. 이 소녀는 파푸아뉴기니 출신이다.

신체에서 멜라닌 합성이 거의 없거나 전혀 없는 경우가 있는데, 이러한 상태를 알비니즘이라고 한다.^[26] 멜라닌은 더 작은 구성 분자들의 집합체이기 때문에, 이러한 구성 분자들의 비율과 결합 패턴이 다른 다양한 유형의 멜라닌이 존재한다. 페오멜라닌과 유멜라닌은 모두 인간의 피부와 모발에서 발견되지만, 유멜라닌은 인간에게 가장 풍부한 멜라닌이며 알비니즘에서 결핍될 가능성이 가장 높은 형태이다.^[27]

한국인의 멜라닌 관련 질환으로는 백색증, 흑색종 등이 있으며, 멜라닌 생성 조절 및 피부암 예방을 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 한국의 전통 의학에서는 멜라닌 생성을 억제하거나 촉진하는 약재를 사용하여 피부 질환을 치료하고 피부색을 개선하는 방법이 사용되어 왔다.

참조

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