Kahverengi-siyah renkli bir molekül olan melanin, günümüzde bile pek çok özelliği yeterince aydınlatılmamış olan ilginç bir pigmenttir. Bu pigment, hayret verici şekilde, radyo dalgalarından gama ışınlarına kadar elektromanyetik spektrumun hemen hemen tamamı yanında farklı pek çok enerji türünü de abzorbe etme kapasitesine sahiptir. Aşağıdaki yazıda bazı araştırıcılar tarafından vücudun karanlık maddesi olarak da nitelenen melanin pigmenti hakkında eskiden beri bilinen özellikleri yanında son yıllarda tespit edilen özellikleri ve potansiyel kullanım alanları hakkında bilgi verilmektedir.
CANLILAR DÜNYASINDA PİGMENTLER
Pigmentler dışında, deniz kabukları ve kelebek kanatlarında olduğu gibi bazı yapısal moleküller de yapısal yanardöner renklenme, yani iridesens gösterebilir. İridesens, Eski Yunanca’da gök kuşağı anlamına gelen iridos’tan türemiştir. Değişik açılardan bakıldığında farklı renkler görüldüğünden bu olay gonyokroizm olarak da bilinir. Bazı hayvanlarda melanin pigmenti de iridesens gösterir. Örneğin, eklembacaklılarda (artropodlar) melanin farklı kırma indeksleri yaratan bir Bragg yansıtıcısı (reflektör) oluşturacak şekilde katmanlar halinde biriktirilir. Melaninin bu birikim tarzı, görülen ışığın dalga boyuyla uyuştuğunda yapısal renklenme ortaya çıkar ve deniz kabuklarında olduğu gibi çok sayıda ve gittikçe soluklaşan renk dizileri ortaya çıkar.
Memeliler dışındaki çoğu hayvan türünde, gözler, tüyler, kürk, pullar ve üstderi gibi vücudun pek çok bölümü, kromatoforlar denen pigment hücreleri içerir. Bu hücreler, hem karada ve hem de suda yaşayan amfibiler, sürüngenler, kabuklular ve kafadan bacaklılar gibi pek çok hayvan türünde bulunur. Kromatofor ifadesi fotosentez yapan bakterilerdeki zarla çevrili renkli kesecikler için de kullanılmaktadır. Kromatofor hücreler vücut sıcaklığını düzenleyen sisteme sahip olmayan poikilotermik hayvan türlerinden balıklar, amfibiler ve sürüngenlerde göz ve deri renginin oluşumunda görevlidir. Bu hücreler canlının embriyonik gelişimi sırasında krista nöralisten köken alırlar. Kromatoforlar beyaz ışıkta aldıkları renge göre farklı adlarla anılırlar. Bunlar; sarı pigmentler içeren ksantoforlar, kırmızımtrak renkli eritroforlar, siyah ve kahverengi melanoforlar, mavimsi renkli siyanoforlar, guanin kristallerinden oluşan pigment plakalarının ışığı yansıtmasıyla renk veren iridoforlar, kristal halde guanin içeriren ve parlak beyaz renk veren lökoforlardır. İnsan ve memeli hayvan türlerindeki en önemli pigment ise melanindir. Canlılarda bu pigmentin birkaç çeşidi bulunmaktadır.
Şekil 1. Güney Amerika’nın mavi zehirli ok kurbağasının renkleri 3 katman halinde yerleşmiş olan kromatoforlardan kaynaklanır. En üst katmanda genellikle ksantoforlar, orta katmanda iridisens oluşturan iridoforlar ve en alt katmanda da melanoforlar bulunur
(http://www.webexhibits.org/causesofcolor/7I.html, erişim: 20 Şubat 2017)
Şekil 2. Derileri kurbağanınkine benzeyen bukalemunlar, sahip oldukları 3 katmanlı kromatoforlarla ortama daha fazla uyum sağlamak yanında dostluk kurmak ve rakiplerini uyarmak için renklerini değiştirirler. (http://www.webexhibits.org/ causesofcolor/7I.html, erişim: 20 Şubat 2017)
Şekil 3. Ahtapot, deniz tabanında hareket ettikçe rengini hemen değiştirir. Renk değişimi, kromatofor denen pigment dolu küçük elastik keseciklerle kontrol edilir. Kesecikler kırmızı, sarı veya kahverengi pigmentlerle doludur. Bazı türlerde renk sayısı beşe kadar çıkar. Kesecikler kaslarla kontrol edilerek ortam rengine göre renk değişimi sağlarlar.
(http://www.webexhibits.org/causesofcolor/7I.html)
Şekil 4. Mandalina balığının (Synchiropus splendidus) olağanüstü renk cümbüşünün çoğunu nadir mavi pigmentler verir. (https://reefs.com/magazine/physiology-of-colorationin-fishes-160/ erişim:20 Şubat 2017)
Şekil 5. Sabun köpüğünde iridense bağlı olarak oluşan renkler.
(https://bioconscienceindia.wordpress.com/2015/08/03/colors-of-light-iridescence-innature/, erişim: 20 Şubat 2017)
Şekil 6. Sığırcık tüylerinde iridense bağlı olarak oluşan renkler
(https://tr.pinterest.com/imrachelrachel/iridescence/, erişim: 20 Şubat
2017)
Şekil 7. Midye kabuğunda iridisense bağlı olarak oluşan renkler
(https://www.osapublishing.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-4-5-177#articleFigures, erişim: 20
Şubat 2017)
Şekil 8. Yüksek saflıkta ömelanin (sefya melanin) elde edilen mürekkep balığı (a) ve ticari sefya melanin tozu (b).
(http://pubs.sciepub.com/pmc/3/1/1, erişim: 20 Şubat 2017)
MELANİNLER
Pratik olarak hemen hemen tüm organizmalarda bulunur ve değişik türleri vardır. Memeli hayvan türleri ve insanlarda gözün irisi, deri ve saçlarda ömelanin ve feomelanin bulunurken; sinir dokusunda nöromelanin, bitki ve mantarlardaysa allomelaninler bulunur. İnsan ve memeli hayvan türlerinde en bol bulunan melaninler; kahverengi-siyah renkli ömelanin ve kırmızı-kahverenkli feomelanindir.
ÖMELANİN
renk verir.
Şekil 9. Ömelanin molekülünün yapısal formülünün bir kısmı. Karboksil (COOH) grubunun
yerinde H atomu veya çok seyrek olarak başka kimyasal gruplar bulunabilir. Molekül ok
yönünde uzamaya devam eder. Bu yapısı nedeniyle ömelanin polimeri çapraz bağlı 5,6-
dihidroksiindol (DHI) ve 5,6-dihidroksiindol-2-karboksilik asit’in (DHICA) polimeri olarak
kabul edilir.
FEOMELANİN
Şekil 10. Feomelanin polimerinin bir kısmının yapısal formülü. Karboksil (COOH)
grubunun yerinde, H atomu veya nadiren diğer gruplar da bulunabilir.
Faeomelanin olarak da bilinen feomelaninin kimyasal yapısı ömelaninden farklı olup, DHI ve DHICA yerine L-sistein amino asidini içeren benzothiyazin ve benzothiyazolün 6 polimerizasyonuyla oluşur. Feomelanin çözeltileri, konsantrasyonlarına bağlı olarak pembeden kırmızıya kadar değişen renk tonları verir. Bu pigment türü insanlarda dudaklar, meme başları, penis başı ve vaginada bol bulunur. Kızıl saç rengi, kahverengi ömelanin miktarı azlığında kırmızı renkli feomelaninden kaynaklanır. Kızıl saçta, az miktarda feo ve ömelaninler yanında aynı metabolik işlemlerle oluşan fakat onlardan daha düşük moleküler ağırlığa sahip olan trikromlar da (önceden trisiderinler olarak bilinirlerdi) bulunur.
NÖROMELANİN
Nöromelanin, insan ve yüksek primatların beyninde medulla katmanı ve beyin kökündeki nöronlar yanında, locus söruleus (locus coeruleus) ve substantia nigra gibi bölgelerdeki nöronlar ile iç kulakta bulunan melanin türüdür. Beynin substantia nigra bölgesindeki koyu renkli pigmentlere ilk defa 1838 yılında Purkyně (1787-1869) tarafından dikkat çekilmiş ve bunlar 1957’de Lillie tarafından nöromelanin olarak tanımlanmıştır.Biyokimyasal çalışmalar nöromelaninin, beynin kateşolamin içeren özel nöronlarında bulunan 5,6-dihidroksiindolün polimeri olduğunu göstermiştir.
Şekil 11. 5,6-dihidroksiindol molekülü.
Nöromelanin en fazla insanlarda bulunur. Nöromelaninin işlevleri ancak son yıllarda
kısmen anlaşılabilmiştir. Bu pigment molekülü çinko, bakır, manganez, krom, kobalt, civa, kurşun ve kadmiyum metal iyonlarıyla şelat oluşturarak, özellikle demiri çok güçlü biçimde kendine bağlar. Bunların fazla birikmesi, ortamda suyun disosiyasyonu ve yeniden şekillenmesi arasındaki dengeyi bozar. Melanin, toksik maddeleri de bağlar. Örneğin, Parkinsona yol açan bir madde olan ve zararlı ot mücadelesinde kullanılan bir herbisit olan paraquat, melanine bağlanır ve beyin dokusunda birikir.
Normal kişilerde yaşlanmayla beyindeki melanin miktarı artar. İlginçtir ki, Parkinson hastalarında substantia nigradaki nöronların melanin miktarı %50 oranında azalmakta ve istemli kasları kontrol eden bu nöronların oksidatif stres sonucu ölmesiyle kontrol edilen motorik onksiyonlar kaybedilmektedir. Melaninin, toksik metal iyonları ve toksik maddeleri bağlayarak veya serbest radikallerin reaksiyon ürünleriyle etkileşime girerek sinir hücrelerini hasardan koruduğu ileri sürülmektedir. Melaninin Parkinson hastalığıyla bu bağıntısının rastlantısal olup olmadığı kesin olarak anlaşılamamıştır.
Katı haldeki melaninler fotoiletkenliği olan elektrik iletkenlerdir. Melaninin bu özelliklerinin sinir dokusundaki işlevi bilinmemekteyse de nöromelaninin sinirsel iletimde rolü olabileceği ileri sürülmektedir.
kısmen anlaşılabilmiştir. Bu pigment molekülü çinko, bakır, manganez, krom, kobalt, civa, kurşun ve kadmiyum metal iyonlarıyla şelat oluşturarak, özellikle demiri çok güçlü biçimde kendine bağlar. Bunların fazla birikmesi, ortamda suyun disosiyasyonu ve yeniden şekillenmesi arasındaki dengeyi bozar. Melanin, toksik maddeleri de bağlar. Örneğin, Parkinsona yol açan bir madde olan ve zararlı ot mücadelesinde kullanılan bir herbisit olan paraquat, melanine bağlanır ve beyin dokusunda birikir.
Normal kişilerde yaşlanmayla beyindeki melanin miktarı artar. İlginçtir ki, Parkinson hastalarında substantia nigradaki nöronların melanin miktarı %50 oranında azalmakta ve istemli kasları kontrol eden bu nöronların oksidatif stres sonucu ölmesiyle kontrol edilen motorik onksiyonlar kaybedilmektedir. Melaninin, toksik metal iyonları ve toksik maddeleri bağlayarak veya serbest radikallerin reaksiyon ürünleriyle etkileşime girerek sinir hücrelerini hasardan koruduğu ileri sürülmektedir. Melaninin Parkinson hastalığıyla bu bağıntısının rastlantısal olup olmadığı kesin olarak anlaşılamamıştır.
Katı haldeki melaninler fotoiletkenliği olan elektrik iletkenlerdir. Melaninin bu özelliklerinin sinir dokusundaki işlevi bilinmemekteyse de nöromelaninin sinirsel iletimde rolü olabileceği ileri sürülmektedir.
ALLOMELANİNLER
Bitkiler ve mikroorganizmalarda bulunan melaninlerdir. Bu melaninler, alkali füzyonuyla kateşol ürettiklerinden, kateşol melaninler olarak da bilinirler. Biyosentezleri, tirozin amino asidi ve kateşol aminlerden biri olan indol-5,6-kinonun, polifenol oksidaz enzimi tarafından oksidasyonuyla gerçekleşir.
OMURGASIZ HAYVANLARDA VE TEK HÜCRELİ CANLILARDA BULUNAN
MELANİNLER
Mürekkep balıklarında bulunan ömelaninden zengin pigment sefya melanin (sefalopod mürekkebi) olarak bilinir. Sefya melanin de denen mürekkepbalığı melanininin %98’i ömelanindir. Bakteri ve mantar gibi tek hücreli mikroorganizmalarda da farklı işlevler gören allomelaninler bulunur.
MELANİNLERİN GÖREVLERİ
Farklı melanin türleri farklı canlılarda vücut sıcaklığının düzenlenmesi (termoregülasyon) ve kamuflaj, cinsel çekiciliğin artırılması ve ışıktan korunma yani fotoproteksiyon gibi çok farklı işlevleri yerine getirmektedir.
Melanogenezis, daima aşırı zor şartlarda yaşayan organizmaların korunma ve çevre koşullarına adaptasyonunda rol oynadığından, olumsuz çevresel koşullara karşı direnç gelişmesinde önemli bir faktördür. Mürekkep balığı tehlike hissettiğinde korunma amacıyla melanin içeren bulutumsu bir sıvı fışkırtır.
Melanin, omurgasız hayvan türlerinin bağışıklık sisteminde önemli rol oynar. Hastalık etkeninin vücuda girmesini takip eden dakikalar içinde mikrop melanin kapsülü içine alınır ve bu yapı içinde oluşan serbest radikaller tarafından öldürülür.
Radyotropik funguslar denen bazı mikroskobik mantarlar, melanini, bitkilerin klorofili fotosentezde kullandıkları gibi kullanarak gama ışınlarıyla fotosentez yapmakta ve enerjilerini bu yolla elde etmektedir.
Melanin, memeli hayvanların tüy örtüsü ve deri renginin belirlenmesinde çok önemli
rol oynar. Siyah tüylü kuşların tüy rengini melanin verir. Bu tüyler, bakterilere karşı beyaz tüylerden veya rengini karoten grubu pigmentlerden alan tüylerden daha dirençlidir.
Deride bulunan melaninler yüksek sıcaklık, ağır metal ve oksitleyici ajanlar yanında vücuda girmek isteyen mikroplar ve bunların toksinleri gibi fiziksel ve kimyasal ajanların zararlı etkilerinden derindeki hücreleri korur.
Morötesi (UV) ışık özellikle deriyi ciddi olarak etkileyip hücre hasarına ve yanıklara, daha da kötüsü cilt kanserine neden olur. Örneğin yassı hücreli karsinom, bazal hücreli karsinom ve melanom bu kanserlere örnektir. UV ışınları iyonlaştırıcı olduğundan, genetik mutasyona ve reaktif oksijen türlerinin (ROS) oluşumuna yol açar, hücre DNA’sında ve hücre membranlarında oksidatif hasara neden olur.
Melanogenezis, daima aşırı zor şartlarda yaşayan organizmaların korunma ve çevre koşullarına adaptasyonunda rol oynadığından, olumsuz çevresel koşullara karşı direnç gelişmesinde önemli bir faktördür. Mürekkep balığı tehlike hissettiğinde korunma amacıyla melanin içeren bulutumsu bir sıvı fışkırtır.
Melanin, omurgasız hayvan türlerinin bağışıklık sisteminde önemli rol oynar. Hastalık etkeninin vücuda girmesini takip eden dakikalar içinde mikrop melanin kapsülü içine alınır ve bu yapı içinde oluşan serbest radikaller tarafından öldürülür.
Radyotropik funguslar denen bazı mikroskobik mantarlar, melanini, bitkilerin klorofili fotosentezde kullandıkları gibi kullanarak gama ışınlarıyla fotosentez yapmakta ve enerjilerini bu yolla elde etmektedir.
Melanin, memeli hayvanların tüy örtüsü ve deri renginin belirlenmesinde çok önemli
rol oynar. Siyah tüylü kuşların tüy rengini melanin verir. Bu tüyler, bakterilere karşı beyaz tüylerden veya rengini karoten grubu pigmentlerden alan tüylerden daha dirençlidir.
Deride bulunan melaninler yüksek sıcaklık, ağır metal ve oksitleyici ajanlar yanında vücuda girmek isteyen mikroplar ve bunların toksinleri gibi fiziksel ve kimyasal ajanların zararlı etkilerinden derindeki hücreleri korur.
Morötesi (UV) ışık özellikle deriyi ciddi olarak etkileyip hücre hasarına ve yanıklara, daha da kötüsü cilt kanserine neden olur. Örneğin yassı hücreli karsinom, bazal hücreli karsinom ve melanom bu kanserlere örnektir. UV ışınları iyonlaştırıcı olduğundan, genetik mutasyona ve reaktif oksijen türlerinin (ROS) oluşumuna yol açar, hücre DNA’sında ve hücre membranlarında oksidatif hasara neden olur.
MORÖTESİ IŞIK
Morötesi, yani ultraviyole (UV) ışık, dalga boyu 400 nanometreyle (nm)-200 nm arasındaki görülemeyen ışık ışınlarından oluşur. Güneş ışınlarının yaklaşık %50’si görünür ışınlardan, %40’ı kızılaltı (IR, ısıl ışınlar), %9 kadarı da morötesi (UV) ışınlardan meydana gelir. UV ışınların %0,4 kadarı zararlı olan UVB ışınlarıdır. Maruz kalınan ışığın şiddeti, bulunulan enlem, yükseklik ve mevsime bağlı olarak değişir.
UV ışınların büyük çoğunluğu, zararlı olmayan uzun dalga boylu UVA (320-400 nm) ve çok az bir oranı zararlı UVB (280-320 nm) ışınlarından oluşurken, çok daha düşük bir oranı da çok daha zararlı UVC (200-280 nm) ışınlardan oluşur. UVC ışınları ozon tabakası tarafından büyük oranda emildiğinden, yeryüzüne ulaşamaz. Fakat ozon tabakasındaki delinme sonucu daha fazla UVC yeryüzüne ulaşabilmekte ve cilt kaseri riskini artırmaktadır.
Ozon tabakasındaki %1’lik bir azalmanın, bir tür cilt kanseri olan melanomdan ölüm oranında %1-2’lik artışla sonuçlanacağı hesaplanmıştır.
UV ışınların büyük çoğunluğu, zararlı olmayan uzun dalga boylu UVA (320-400 nm) ve çok az bir oranı zararlı UVB (280-320 nm) ışınlarından oluşurken, çok daha düşük bir oranı da çok daha zararlı UVC (200-280 nm) ışınlardan oluşur. UVC ışınları ozon tabakası tarafından büyük oranda emildiğinden, yeryüzüne ulaşamaz. Fakat ozon tabakasındaki delinme sonucu daha fazla UVC yeryüzüne ulaşabilmekte ve cilt kaseri riskini artırmaktadır.
Ozon tabakasındaki %1’lik bir azalmanın, bir tür cilt kanseri olan melanomdan ölüm oranında %1-2’lik artışla sonuçlanacağı hesaplanmıştır.
Şekil 12. Elektromanyetik tayfın görünen ve görülmeyene morötesi bölgeleri. Dalga boyu
200-280 nm arasındaki UVC ışınları ozon tabakasını geçmediği varsayıldığından, şekilde
gösterilmemiştir. (https://yalansavar.org/2015/08/21/guneslenme-dosyasi-1-uv-isinlari-dvitamini-ve-kanser/. Erişim: 15.02.2017).
Melanin molekülü, karboksil (COOH), hidroksil (OH) ve amino (NH2) gibi fonksiyonel gruplara sahip olduğundan, elektron alıp vererek hücredeki reaktif oksijen türlerini (ROS) ortadan kaldırır. Melaninin en iyi bilinen etkisi, hücreleri UV ışınların zararlı etkilerinden korumasıdır.
İnsan ve memeli hayvan türlerinde deri, epitel hücresi katmanlarından oluşan epidermis (üst deri) ile bağ dokusundan oluşan dermis (asıl deri) olmak üzere 2 ana katmandan oluşur. Daha detaylı incelemede çok sayıda alt katmana ayrılırsa da, epidermisin iki katmanı oldukça önemlidir. Bunlar; en üstte bulunan 300 nm’den daha uzun dalga boylu zararlı ışınları önemli oranda emerek aşağı katmanlara geçirmeyen 0.01-0.02 mm kalınlığındaki keratin (stratum korneum) katmanıyla, alttaki 0.027-0.15 mm kalınlığındaki dikensi hücreler yani stratum spinosum katmanıdır. Asıl deri katmanı olan dermis katmanı yaklaşık olarak 0.6-3.0 mm kalınlığa sahiptir. Bu bölgenin epidermise komşu olan üst bölümünde insan, memeli hayvan türleri ve kuşlarda melanin yapan melanositler bulunur. Yapısal özelliği nedeniyle derideki melanin, UV ışığı %50-75 oranında abzorbe ederek, vücudu UV hasarından korur. Melaninin UVB abzorpsiyon kapasitesi 1,5-2 arasındaki koruma faktörüne karşılık gelir ki, bu da güneş yanığına karşı korumanın ikiye katlanması demektir. Bu özelliğiyle melaninin, cilt kanseri riskini azalttığı kabul edilmektedir. Cildi ömelaninden zengin olan esmer tenli kişilerin, melanositlerden kaynaklanan melanom denen cilt kanserine yakalanma riski yaklaşık iki katı daha düşüktür. Esmer tenlilerde UVB’nin %7,4’ü, UVA’nın da %17,5’i epidermisten geçerken; açık tenlilerde UVB’nin %24’ü, UVA’nın da %55’i geçebilir. Açık tenlilerdeki melanin içeren granüller yani melanozomlar UVB etkisiyle parçalanır ve hücre çekirdeğinin alt kısımlarında melanin tozu halinde birikir.
Şekil 13. Üstderinin (epidermis) histolojik yapısı ve bir melanosit. (http://yildontanju.tr.gg/DerininRengi.htm , erişim: 20 Şubat 2017)
Melanin, melanositlerde tirozin amino asidinin oksidasyonu ve takiben polimerizasyonuyla sentezlenir. Melanin yapımı yani melanogenezis, deride morötesi (UV) ışığa maruz kalındıktan sonra başlar ve ciltte bronzlaşmaya neden olur. Hücre dışına verilen melanozomları sitoplâzmalarına alan epidermisin derin katman hücreleri kahverengi-siyaha boyanır ve melanofor hücreler olarak adlandırılırlar. Lizozomların yıkıcı etkilerine karşı dayanıklı olan bu melanozomlar bu hücrelerde hücre çekirdeğinin etrafında toplanarak çekirdeğin etrafını adeta bir kalkan gibi sarar ve çekirdekteki DNA’yı güneşten gelen UV ışınlarının iyonlaştırıcı ve mutajenik etkilerinden korur. Bu nedenle ataları uzun nesiller boyu ekvatora yakın bölgelerde yaşayanların derisinde ömelanin miktarı fazladır.
Sağlıklı bir insanın deri renginin belirlenmesinde; ömelanin ve feomelanin, kırmızı renkli oksi hemoglobin ve indirgenmiş formdaki siyanotik karboksi hemoglobin olmak üzere üç ana pigment rol oynar. Açık renkli ten ve saçta baskın melanin tipinin feomelanin, koyularda ise ömelanin fazladır. Ömelaninin ışıktan korunmadaki rolü hakkında son yıllarda şüpheler doğmuştur. Hatta UV ışığa maruz kalındığında ROS oluştrurarak cilt kanserine neden olduğu da ileri sürülmektedir. Çünkü ömelaninden yana fakir, ancak feomelaninden zengin olan açık tenlilerde melanomlar daha sık görülür.
Son yıllarda feomelaninin, hücrede DNA hasarını artırdığından, fotosensitizasyonu güçlendirdiği ileri sürülmektedir. Ömelaninin UV’ye karşı güçlü koruyucu etkisinin olmasına karşın, feomelaninin bu özellikleri konusunda son yıllarda önemli şüpheler ortaya çıkmıştır. UV’ye maruz kalan feomelanin DNA ile reaksiyona girmekte; UV’ye maruz kalan hücrede fazla miktarda hidrojen peroksit ve süper oksit reaktif oksijen türleri (ROS) oluştuğundan, DNA’da tek kol kırıkları artmaktadır. Feomelanin UV’ye maruziyetten sonra deri hücrelerinde apoptozisin artışına neden olurken, güneş yanıklarında ortaya çıkan kızarıklık ve şişliklerin oluşumunda önemli rolü olan histamin salınımına da yol açmaktadır.
Bitki hücresinde hidrokarbonların sentezi sırasında klorofil tarafından gerçekleştirilen suyun bileşenlerine ayrılması reaksiyonu, besin zincirine giden yolda dünyadaki en önemli reaksiyon olarak kabul edilmektedir. Çünkü klorofil aracılığıyla gerçekleşen reaksiyonlarla güneşten gelen ışık enerjisi, son ürün olan glukozun senteziyle kimyasal enerjiye çevrilmiş olur. Melanin de, görülen ve görülmeyen dalga boylu ışınların tamamını abzorbe ederek oluşan enerjiyi, fotosentezde klorofilin yaptığı gibi su molekülünü geri dönüşümlü bir şekilde moleküler hidrojen ve oksijene ayırmakta kullanmaktadır. Bu reaksiyon geri dönüşümlüdür ve her 2 molekül su oluştuğunda yüksek enerjili 4 elektron açığa çıkar. Melanin molekülünde, örneğin demir bağlanarak hasar oluştuğunda reaksiyonun nanometrik keskinliği ve hassasiyeti az çok kaybolarak hidroksil radikali, süperoksit anyonu, hidrojen iyonu oluşarak, reaksiyonun milyonlarca yılda ortaya çıkmış olan hassas dengesi bozulur. Aynı olay reaksiyon ortamındaki suyun metaller, böcek öldürücüler, zararlı ot mücadelesinde kullanılan kimyasallar, endüstriyel atıklar, anestezik maddeler gibi dışarıdan alınan toksik maddelerle kirletilmesiyle de gerçekleşir. Bu durumda öncelikle suyun akışkanlığı ve diğer özellikleri değişir ve melaninin gerçekleştirdiği reaksiyonların hassasiyeti kaybolarak yaş, cinsiyet, ağırlık, boy, önceki sağlık durumu gibi pek çok değişkene bağlı olarak farklı zamanlarda klinik bozukluklar ortaya çıkar.
REAKTİF OKSİJEN TÜRLERİ
En önemli reaktif oksijen türleri (ROS), hücrede oksidasyon reaksiyonları sırasında oluşan süperoksit (O2⋅−) ve hidroksil (OH) radikalleri ile hidrojen peroksittir (H2O2).
Hücrede normal enzimatik olayların gerçekleşmesi sırasında sürekli olarak serbest radikaller oluşur. Hücrenin enerji santrali olan mitokondriyonlar en önemli ROS kaynağıdır. İç plazma ağı (ER) ve mitokondriyonun iç zarında da hücre solunum enzimlerinin faaliyetlerinden kaynaklanan önemli miktarda ROS yapılır. Hücrenin membransel organellerinden olan peroksizomlar (mikro cisimler) çok önemli hücre içi hidrojen peroksit (H2O2) kaynağıdırlar.
Normal koşullarda sitoplâzmaya H2O2 sızıntısı gerçekleşmez ve bu nedenle peroksizom kaynaklı H2O2 önemli sorun oluşturmaz. Ancak hücre ölümünü takiben sitoplâzmaya sızan bu madde otolizis olayıyla hücresel yapıları parçalar.
ROS türlerinin hücredeki temel işlevi, gerek metabolik reaksiyonlar sonucu oluşan hücre kaynaklı, gerekse dışarıdan gelen zararlı maddelerin etkisizleştirilmesidir. Fakat ROS türlerinin işlev gördükleri bölgelerden uzağa veya sitoplâzmaya, hatta hücre dışına sızması, hücrenin kendisi yanında diğer hücrelere de büyük zarar verir. Bazı dış kaynaklı toksik maddeler ya doğrudan serbest radikal üreterek, yâda hücrenin antioksidan aktivitesini düşürerek, hücrede serbest radikal üretimini artırırlar. Bunların en önemlileri azot dioksit (NO2), eskiden kuru temizlemede kullanılan karbon tetraklorür (CCl4) ve karaciğerde biriken herbisit olan paraquattır. ROS’nin hücredeki miktarı vücutta enflamasyon bulunması, radyasyona maruz kalma, yaşlanma, ortamda normalden yüksek parsiyel oksijen basıncı (pO2), ozon (O3) ve azot dioksit (NO2) bulunması, bazı kimyasal maddeler ve ilaçların etkisiyle artar. Miktarı artan ROS, hücrelerin lipid, protein, DNA, karbonhidrat moleküllerini ve enzimlerini hasara uğratır. Neden oldukları lipid peroksidasyonu çok önemlidir. Tüm bu etkiler sonucu hücre hasarı meydana gelir. ROS’nin pek çok hastalığın gelişiminde rolü vardır.
Hücrede, ROS’nin oluşumu ve bunların meydana getirdiği hasarı önlemek amacıyla antioksidan savunma sistemleri yâda antioksidanlar olarak bilinen çok sayıda savunma mekanizması bulunur. Bu mekanizmalar toplayıcı, baskılayıcı, zincir kırıcı, tamir edici mekanizmalarla etki gösterirler. Vücudumuzda, ROS’nin etkisinden hücreleri korumak amacıyla enzim karakterinde yâda enzim olmayan hücre kökenli antioksidanlar yanında dışarıdan alınan antioksidanlar da görev yapar. Bazı durumlarda hücrenin antioksidan savunma mekanizmasıyla yok edilebilecek miktardan fazla ROS oluşur ki, bu durumda hücrede oksidatif stres ortaya çıkar. Son yıllarda, dışarıdan alınan bazı vitaminler, ilaçlar ve gıda kökenli antioksidanlar büyük önem kazanmıştır.
Gözün iris ve koroid bölgelerinde bulunan melanin, gözlerin UV ve yüksek frekanslı ışıktan korunmasına yardım eder. Göz merceğinin yaşlanmayla birlikte sararması da ek bir koruma sağlar. Gri, mavi ve yeşil gözlüler güneşten kaynaklanan göz problemleriyle daha sık karşılaşırlar. Bununla birlikte; yaşlandıkça, muhtemelen mercekteki proteinler arasında UV’den kaynaklanan çapraz bağların oluşumu nedeniyle göz merceği daha da sertleşir ve uzaktan yakına doğru objeleri odaklamak için gerekli olan şekil değiştirme yeteneğini kaybeder. Daha ileri aşamada katarakt da gelişebilir. Bu da keskin görüşü engeller.
Kuşların gözünde pecten oculi denen kan damarları ve melaninden son derece zengin olan özel bir yapı bulunur. Bu yapı, optik disk üzerine düşen ışığın emilmesi ve göz sıcaklığının artırılmasında işlev görür. Bu işlev, özellikle yükseklerde ve soğuk ortamda avlanan kuşların görüş keskinliğinin artırılmasında çok önemlidir. Damardan zengin bu yapı alkalen fosfataz enziminden yana zengin olduğundan, göz küresi sıvısı yani humor vitreus’a geçen besin maddeleri yoluyla kan damarlarından yoksun olan retinanın beslenmesini sağlar.
Kuşlarda, retina epitel hücrelerinde fazla miktarda melanin pigmenti taneciklerinin bulunması da buraya düşen ışınların geri saçılmasını engelleyerek keskin bir görüş oluşumuna katkıda bulunur.
Melanin yapım dengesi, bu pigmentin yapım düzensizlikleri olan albinizm ve vitiligoda önemli rol oynar. Bazı bireylerde melanositler deride belli bölgelerde toplanır ki bunların iyi huylusu melanom (ben), kötü huylu olanıysa malign melanom olarak adlandırılır.
Hücrede normal enzimatik olayların gerçekleşmesi sırasında sürekli olarak serbest radikaller oluşur. Hücrenin enerji santrali olan mitokondriyonlar en önemli ROS kaynağıdır. İç plazma ağı (ER) ve mitokondriyonun iç zarında da hücre solunum enzimlerinin faaliyetlerinden kaynaklanan önemli miktarda ROS yapılır. Hücrenin membransel organellerinden olan peroksizomlar (mikro cisimler) çok önemli hücre içi hidrojen peroksit (H2O2) kaynağıdırlar.
Normal koşullarda sitoplâzmaya H2O2 sızıntısı gerçekleşmez ve bu nedenle peroksizom kaynaklı H2O2 önemli sorun oluşturmaz. Ancak hücre ölümünü takiben sitoplâzmaya sızan bu madde otolizis olayıyla hücresel yapıları parçalar.
ROS türlerinin hücredeki temel işlevi, gerek metabolik reaksiyonlar sonucu oluşan hücre kaynaklı, gerekse dışarıdan gelen zararlı maddelerin etkisizleştirilmesidir. Fakat ROS türlerinin işlev gördükleri bölgelerden uzağa veya sitoplâzmaya, hatta hücre dışına sızması, hücrenin kendisi yanında diğer hücrelere de büyük zarar verir. Bazı dış kaynaklı toksik maddeler ya doğrudan serbest radikal üreterek, yâda hücrenin antioksidan aktivitesini düşürerek, hücrede serbest radikal üretimini artırırlar. Bunların en önemlileri azot dioksit (NO2), eskiden kuru temizlemede kullanılan karbon tetraklorür (CCl4) ve karaciğerde biriken herbisit olan paraquattır. ROS’nin hücredeki miktarı vücutta enflamasyon bulunması, radyasyona maruz kalma, yaşlanma, ortamda normalden yüksek parsiyel oksijen basıncı (pO2), ozon (O3) ve azot dioksit (NO2) bulunması, bazı kimyasal maddeler ve ilaçların etkisiyle artar. Miktarı artan ROS, hücrelerin lipid, protein, DNA, karbonhidrat moleküllerini ve enzimlerini hasara uğratır. Neden oldukları lipid peroksidasyonu çok önemlidir. Tüm bu etkiler sonucu hücre hasarı meydana gelir. ROS’nin pek çok hastalığın gelişiminde rolü vardır.
Hücrede, ROS’nin oluşumu ve bunların meydana getirdiği hasarı önlemek amacıyla antioksidan savunma sistemleri yâda antioksidanlar olarak bilinen çok sayıda savunma mekanizması bulunur. Bu mekanizmalar toplayıcı, baskılayıcı, zincir kırıcı, tamir edici mekanizmalarla etki gösterirler. Vücudumuzda, ROS’nin etkisinden hücreleri korumak amacıyla enzim karakterinde yâda enzim olmayan hücre kökenli antioksidanlar yanında dışarıdan alınan antioksidanlar da görev yapar. Bazı durumlarda hücrenin antioksidan savunma mekanizmasıyla yok edilebilecek miktardan fazla ROS oluşur ki, bu durumda hücrede oksidatif stres ortaya çıkar. Son yıllarda, dışarıdan alınan bazı vitaminler, ilaçlar ve gıda kökenli antioksidanlar büyük önem kazanmıştır.
Gözün iris ve koroid bölgelerinde bulunan melanin, gözlerin UV ve yüksek frekanslı ışıktan korunmasına yardım eder. Göz merceğinin yaşlanmayla birlikte sararması da ek bir koruma sağlar. Gri, mavi ve yeşil gözlüler güneşten kaynaklanan göz problemleriyle daha sık karşılaşırlar. Bununla birlikte; yaşlandıkça, muhtemelen mercekteki proteinler arasında UV’den kaynaklanan çapraz bağların oluşumu nedeniyle göz merceği daha da sertleşir ve uzaktan yakına doğru objeleri odaklamak için gerekli olan şekil değiştirme yeteneğini kaybeder. Daha ileri aşamada katarakt da gelişebilir. Bu da keskin görüşü engeller.
Kuşların gözünde pecten oculi denen kan damarları ve melaninden son derece zengin olan özel bir yapı bulunur. Bu yapı, optik disk üzerine düşen ışığın emilmesi ve göz sıcaklığının artırılmasında işlev görür. Bu işlev, özellikle yükseklerde ve soğuk ortamda avlanan kuşların görüş keskinliğinin artırılmasında çok önemlidir. Damardan zengin bu yapı alkalen fosfataz enziminden yana zengin olduğundan, göz küresi sıvısı yani humor vitreus’a geçen besin maddeleri yoluyla kan damarlarından yoksun olan retinanın beslenmesini sağlar.
Kuşlarda, retina epitel hücrelerinde fazla miktarda melanin pigmenti taneciklerinin bulunması da buraya düşen ışınların geri saçılmasını engelleyerek keskin bir görüş oluşumuna katkıda bulunur.
Melanin yapım dengesi, bu pigmentin yapım düzensizlikleri olan albinizm ve vitiligoda önemli rol oynar. Bazı bireylerde melanositler deride belli bölgelerde toplanır ki bunların iyi huylusu melanom (ben), kötü huylu olanıysa malign melanom olarak adlandırılır.
MELANİN YAPIM BOZUKLUKLARI
En önemli melanin yapım bozukluğu, melanin yapım noksanlığıyla seyreden genetik kökenli albinizm olup; bu hastalığın 9 farklı göz ve deri (okülokutanöz) formu vardır. Belli etnik gruplarda belli formlarının görülme sıklığı daha yüksektir. Örneğin okülokütanoz tip 2 (OCA2) albinizm, özellikle Afrika kökenli siyahlarda yaygındır. Doğuştan deri, saç ve gözlerde melanin noksanlığı veya yokluğuyla seyreden bu genetik hastalık, otozomal resesif karakterlidir. Afrika kökenli Amerikalılar’daki görülme sıklığı 1/10.000 olup, beyaz
Amerikalılar’daki görülme sıklığından (1/36.000) daha yüksektir. Bazı Afrika uluslarında görülme sıklığı 1/2000-1/5000) arasındadır. İsveç ve Alman kökenli olup, günümüzde ABD'nin Pensilvanya ve Ortabatı eyaletleriyle Kanada'da yaşayan Amish’lerde yaygın olan albinizm şekli sarı okülokütanöz albinizmdir. Hastalığın IB şekliyle doğanlar beyaz saç ve deri rengiyle doğar, kısa sürede normal deri pigmentasyonu gerçekleşir. Gözü tutan oküler albinizm, sadece göz pigmentasyonunu etkilemekle kalmaz, keskin görüşü de etkiler.
Yukarda sayılan iki albinizme ek olarak Porto Rico’lılarda yaklaşık 1/2700 oranında görülen ve melanomlarla ilintili ölümlere yol açan albinizm şekli de vardır. Albinizmle sağırlık arasındaki ilişki çok iyi bilinmekle birlikte, mekanizması tam olarak anlaşılamamıştır.
Darwin 1859’da tüyleri tamamen beyaz olan mavi gözlü kedilerin genellikle sağır olduğunu gözlediğini ifade etmiştir. İnsanlardaysa, Kuzey Amerikada’ki Kızılderili ırkı olan Hopi’lerde sık görülen Waardenburg sendromu’nda melanin noksanlığı ve sağırlık birlikte görülür. Hopi Kızılderilileri’nde albinizm görülme sıklığı 1/200 civarındadır. Benzer şekilde, diğer memelilerden köpek ve kemiricilerde albinizm ve sağırlığın birlikte görülmesi önemlidir.
Bununla birlikte, melanin sentezinde rol alan enzimlerden yoksun olan pek çok kişi normal işitme fonksiyonlarına sahip olduğundan, melanin yokluğu pigment yapım bozukluğuyla ilgili sağırlıkla direk olarak bağıntılı olmayabilir. Bununla birlikte, iç kulağın stria vascularisinde melanositlerin olmaması, cochleada fonksiyon kaybına yol açmaktadır. Bu durum henüz yeterince aydınlanmamıştır.
Bir diğer melanin yapım bozukluğu olan vitiligo, deride farklı büyüklükte beyaz lekelerin oluşumuyla karakterize bir cilt hastalığıdır. Bu beyaz lekeler sıklıkla vücudun yüz, dudak, boyun, göğüs, penis, diz, dirsek ve el ve kol bölgelerinde ortaya çıkar.
Bu bölgeler UV’ye diğer bölgelerden daha duyarlıdır. Vitiligo, tiroid bozuklukları ve anemi gibi bozukluklarla birlikte ortaya çıkabilir. Melanizasyon uyarıldığında, hastalıklı bölgeler daha da belirginleşir. Vitiligonun görülme sıklığı yaklaşık %1-4 arasındadır. Bağışıklık sistemindeki bozukluktan kaynaklanan bu hastalık kalıtsal değildir. Detaylı kontrollerden sonra vitiligo teşhisi konan hastalarda günümüzde uygulanan en yaygın tedavi yöntemi darband UVA ve UVB ışın tedavisidir. Bu sayede melanogenezis uyarılarak lekeler ortadan kaldırılır.
İstemli kasların kontrolünü sağlayan motor sinirleri tutan Parkinson hastalığında, beynin substantia nigra ve locus coeruleus bölgelerindeki dopamin ve noradrenalin sentezleyen pigmentli (nöromelanin içeren) nöronların sayısının azalması nedeniyle bu bölgelerdeki nöromelanin miktarında da önemli azalma meydana gelir. Bu durum, dopamin ve noradrenalin sentezinde düşüşle sonuçlanır. Substantia nigradaki nöromelanin seviyesiyle bireyin ırkı arasında bir bağıntı olup olmadığı bilinmemekle birlikte, zencilerde Parkinson hastalığının beyazlardan önemli oranda düşük olması derideki melaninin, substantia nigrada bulunan nöromelanini dış kaynaklı toksinlerden korunmada rol oynayabileceği ileri sürülmüştür. Oksidatif stres durumu, ışığa maruz kalma, melanozomların matriks proteinleriyle birleşmesindeki bozukluklar, pH veya metal iyonları konsantrasyonundaki yerel değişiklikler gibi bazı durumlarda, melanin yetmezliğine ek olarak melaninin moleküler ağırlığında da düşüş oluşur. Gözdeki melaninin moleküler ağırlığının azalması veya polimerizasyon derecesindeki düşüş, normalde antioksidan olan melanin polimerinin prooksidan özellik kazanmasına yol açar. Pro-oksidan melaninin, maküler dejenerasyon ve melanom gelişimine sebep olduğu ileri sürülmüştür.
Nikotin, melanin molekülü öncülünün sentezinde rol alması veya melanine geri dönüşümsüz bağlanması nedeniyle melanin içeren dokularda birikme eğilimindedir. Bu
nedenle, yukarıdaki bağıntının esmer tenli bireylerde sigara bağımlılığının yüksek, sigara bırakma oranının düşük olmasının altındaki neden olduğuna inanılmaktadır.
Amerikalılar’daki görülme sıklığından (1/36.000) daha yüksektir. Bazı Afrika uluslarında görülme sıklığı 1/2000-1/5000) arasındadır. İsveç ve Alman kökenli olup, günümüzde ABD'nin Pensilvanya ve Ortabatı eyaletleriyle Kanada'da yaşayan Amish’lerde yaygın olan albinizm şekli sarı okülokütanöz albinizmdir. Hastalığın IB şekliyle doğanlar beyaz saç ve deri rengiyle doğar, kısa sürede normal deri pigmentasyonu gerçekleşir. Gözü tutan oküler albinizm, sadece göz pigmentasyonunu etkilemekle kalmaz, keskin görüşü de etkiler.
Yukarda sayılan iki albinizme ek olarak Porto Rico’lılarda yaklaşık 1/2700 oranında görülen ve melanomlarla ilintili ölümlere yol açan albinizm şekli de vardır. Albinizmle sağırlık arasındaki ilişki çok iyi bilinmekle birlikte, mekanizması tam olarak anlaşılamamıştır.
Darwin 1859’da tüyleri tamamen beyaz olan mavi gözlü kedilerin genellikle sağır olduğunu gözlediğini ifade etmiştir. İnsanlardaysa, Kuzey Amerikada’ki Kızılderili ırkı olan Hopi’lerde sık görülen Waardenburg sendromu’nda melanin noksanlığı ve sağırlık birlikte görülür. Hopi Kızılderilileri’nde albinizm görülme sıklığı 1/200 civarındadır. Benzer şekilde, diğer memelilerden köpek ve kemiricilerde albinizm ve sağırlığın birlikte görülmesi önemlidir.
Bununla birlikte, melanin sentezinde rol alan enzimlerden yoksun olan pek çok kişi normal işitme fonksiyonlarına sahip olduğundan, melanin yokluğu pigment yapım bozukluğuyla ilgili sağırlıkla direk olarak bağıntılı olmayabilir. Bununla birlikte, iç kulağın stria vascularisinde melanositlerin olmaması, cochleada fonksiyon kaybına yol açmaktadır. Bu durum henüz yeterince aydınlanmamıştır.
Bir diğer melanin yapım bozukluğu olan vitiligo, deride farklı büyüklükte beyaz lekelerin oluşumuyla karakterize bir cilt hastalığıdır. Bu beyaz lekeler sıklıkla vücudun yüz, dudak, boyun, göğüs, penis, diz, dirsek ve el ve kol bölgelerinde ortaya çıkar.
Bu bölgeler UV’ye diğer bölgelerden daha duyarlıdır. Vitiligo, tiroid bozuklukları ve anemi gibi bozukluklarla birlikte ortaya çıkabilir. Melanizasyon uyarıldığında, hastalıklı bölgeler daha da belirginleşir. Vitiligonun görülme sıklığı yaklaşık %1-4 arasındadır. Bağışıklık sistemindeki bozukluktan kaynaklanan bu hastalık kalıtsal değildir. Detaylı kontrollerden sonra vitiligo teşhisi konan hastalarda günümüzde uygulanan en yaygın tedavi yöntemi darband UVA ve UVB ışın tedavisidir. Bu sayede melanogenezis uyarılarak lekeler ortadan kaldırılır.
İstemli kasların kontrolünü sağlayan motor sinirleri tutan Parkinson hastalığında, beynin substantia nigra ve locus coeruleus bölgelerindeki dopamin ve noradrenalin sentezleyen pigmentli (nöromelanin içeren) nöronların sayısının azalması nedeniyle bu bölgelerdeki nöromelanin miktarında da önemli azalma meydana gelir. Bu durum, dopamin ve noradrenalin sentezinde düşüşle sonuçlanır. Substantia nigradaki nöromelanin seviyesiyle bireyin ırkı arasında bir bağıntı olup olmadığı bilinmemekle birlikte, zencilerde Parkinson hastalığının beyazlardan önemli oranda düşük olması derideki melaninin, substantia nigrada bulunan nöromelanini dış kaynaklı toksinlerden korunmada rol oynayabileceği ileri sürülmüştür. Oksidatif stres durumu, ışığa maruz kalma, melanozomların matriks proteinleriyle birleşmesindeki bozukluklar, pH veya metal iyonları konsantrasyonundaki yerel değişiklikler gibi bazı durumlarda, melanin yetmezliğine ek olarak melaninin moleküler ağırlığında da düşüş oluşur. Gözdeki melaninin moleküler ağırlığının azalması veya polimerizasyon derecesindeki düşüş, normalde antioksidan olan melanin polimerinin prooksidan özellik kazanmasına yol açar. Pro-oksidan melaninin, maküler dejenerasyon ve melanom gelişimine sebep olduğu ileri sürülmüştür.
Nikotin, melanin molekülü öncülünün sentezinde rol alması veya melanine geri dönüşümsüz bağlanması nedeniyle melanin içeren dokularda birikme eğilimindedir. Bu
nedenle, yukarıdaki bağıntının esmer tenli bireylerde sigara bağımlılığının yüksek, sigara bırakma oranının düşük olmasının altındaki neden olduğuna inanılmaktadır.
MELANİN MOLEKÜLÜNÜN SON YILLARDA TESPİT EDİLEN ÖNEMLİ ÖZELLİKLERİ VE YENİ TEKNOLOJİLERDE POTANSİYEL KULLANIM ALANLARI
Melaninin immüno-farmakolojik özellikleri, AIDS tedavisinde büyük umut vadetmektedir. Farklı kaynaklardan elde edilen melaninlerin antioksidan, anti-HIV (İnsan bağışıklık yetmezlik virüsü) aktivitesi, immün düzenleyici etkileri gibi sağlık üzerinde pek çok olumlu etki gösterdikleri ortaya konmuştur. Örneğin, çörek otundan (Nigella sativa) elde edilen allomelaninin, sahip olduğu antioksidan özelliğiyle, karbon tetraklorün neden olduğu karaciğer hasarını engellediği gösterilmiştir. Auricularia auricula mantarından elde edilen ve çoğunlukla feomelaninden oluşan ürün de güçlü antioksidan etkiye sahiptir. Makro ve mikromiçes funguslarından elde edilen pigmentlerdeki melaninlerin de güçlü bir antioksidan ve DNA koruyucu etkiye sahip oldukları tespit edilmiştir.
Melaninin metal iyonlarını bağlama özelliği üzerinde yapılan çalışma sonuçları, bu molekülün, sahip olduğu karboksil ve fenolik hidroksil gruplarıyla metal iyonlarını bağlama kapasitesinin, çok güçlü bir şelat oluşturucu ajan olan etilendiamin tetraasetik asitten (EDTA) daha güçlü olduğunu göstermektedir. Bu yüzden melanin, hücredeki potansiyel toksik metal iyonlarının bağlanarak biriktirilmesinde rol alabilir. Bu rolü, Parkinson hastalığıyla melanin kaybı arasındaki bağıntının açıklanmasındaki önemini ortaya koyabilir. Melaninin metal bağlayıcı özelliğinden teknolojide adzorban olarak da yararlanılabilir.
Melaninler elektromanyetik spetrumun hemen hemen tamamında geniş band optik abzorpsiyon yaparak emilen foton enerjisini ışıma yapmadan büyük oranda ısıya dönüştürürler. Bu özelliği nedeniyle daha iyi ısıtan kumaş boyası olarak kullanılması potansiyeli yüksektir. Melaninlerin UV ışınlarını ısıya dönüştürmeleri oldukça önemlidir. Bu özellikleri fotoprotektif özellik kazanmalarını sağlaması yanında fotoelektrik özellikleri bakımından da oldukça önemlidir. Bu nedenle UV bandında diğer fotoelektrik aktivite gösteren maddelerden daha verimli olabilirler.
Melaninin ilginç bir kullanımı da selüloz esaslı ve gözenekli maddelerin bozulmasının önlenmesinde kullanılan formüllere ilave edilmesidir. Ahşap malzemelerin korunması yanında, yara örtü malzemelerinde de kullanılbaileceği ifade edilmektedir. Metal iyonlarıyla ve özellikle de bakır iyonlarıyla oluşturulan melanin-metal kompleksleri malzeme yüzeyine uygulanabileceği gibi malzemeye nüfuz ettirilerek de kullanılabilir.
Melaninlerin son yıllarda tespit edilen potansiyel faydalı özellikleri arasında çok fonksiyonlu yapıştırma kapasiteleri, deniz solucanlarının çenesinde ve mantar hücre duvarlarında yapısal eleman olarak bulunmaları ve iyonize radyasyona karşı koruyucu etkileri oldukça önemlidir.
Melaninin metal iyonlarını bağlama özelliği üzerinde yapılan çalışma sonuçları, bu molekülün, sahip olduğu karboksil ve fenolik hidroksil gruplarıyla metal iyonlarını bağlama kapasitesinin, çok güçlü bir şelat oluşturucu ajan olan etilendiamin tetraasetik asitten (EDTA) daha güçlü olduğunu göstermektedir. Bu yüzden melanin, hücredeki potansiyel toksik metal iyonlarının bağlanarak biriktirilmesinde rol alabilir. Bu rolü, Parkinson hastalığıyla melanin kaybı arasındaki bağıntının açıklanmasındaki önemini ortaya koyabilir. Melaninin metal bağlayıcı özelliğinden teknolojide adzorban olarak da yararlanılabilir.
Melaninler elektromanyetik spetrumun hemen hemen tamamında geniş band optik abzorpsiyon yaparak emilen foton enerjisini ışıma yapmadan büyük oranda ısıya dönüştürürler. Bu özelliği nedeniyle daha iyi ısıtan kumaş boyası olarak kullanılması potansiyeli yüksektir. Melaninlerin UV ışınlarını ısıya dönüştürmeleri oldukça önemlidir. Bu özellikleri fotoprotektif özellik kazanmalarını sağlaması yanında fotoelektrik özellikleri bakımından da oldukça önemlidir. Bu nedenle UV bandında diğer fotoelektrik aktivite gösteren maddelerden daha verimli olabilirler.
Melaninin ilginç bir kullanımı da selüloz esaslı ve gözenekli maddelerin bozulmasının önlenmesinde kullanılan formüllere ilave edilmesidir. Ahşap malzemelerin korunması yanında, yara örtü malzemelerinde de kullanılbaileceği ifade edilmektedir. Metal iyonlarıyla ve özellikle de bakır iyonlarıyla oluşturulan melanin-metal kompleksleri malzeme yüzeyine uygulanabileceği gibi malzemeye nüfuz ettirilerek de kullanılabilir.
Melaninlerin son yıllarda tespit edilen potansiyel faydalı özellikleri arasında çok fonksiyonlu yapıştırma kapasiteleri, deniz solucanlarının çenesinde ve mantar hücre duvarlarında yapısal eleman olarak bulunmaları ve iyonize radyasyona karşı koruyucu etkileri oldukça önemlidir.
MELANİNİN YARI İLETKEN ÖZELLİĞİ
Günümüz teknolojisinde kullanılan yarı iletkenlerde elektrik akımı elektronlar tarafından taşınırken, biyolojik sistemlerde iyonlar tarafından taşınır. Son yıllarda elektronik endüstrisi daha ucuz ve çevreye uyumlu malzemelerin geliştirilmesi üzerinde yoğunlaşmıştır. Özellikle son yıllarda öne çıkan biyolojik elektriksel arayüz materyallerinin önem kazanmasıyla biyolojik yarı iletkenler yeniden dikkati çekmiştir.
Melanin pigmentinin son yıllarda ortaya konan en önemli özelliklerinden biri de yarı iletken özelliğidir. Melaninin, geniş band abzorbansa sahip amorf bir organik yarı iletken olduğu ilk defa 1960 yılında Longuet-Higgins tarafından ileri sürülmüştür. Pullman ve Pullman, 1961 yılında Huckel-elektron teorisini ömelanin polimerine uygulayarak, molekülün elektron alıcılığı ve yarı iletken özelliklerini başarılı bir şekilde açıklayabildiler. Bu modelde ömelanin, delokalize sisteme sahip olan iri bir indol heteropolimeridir. Bu yapı, molekülün genişband abzorpsiyona sahip olan amorf bir yarı iletken özellik kazanmasını sağlar. Bu modeli destekleyen daha ileri bir görüş McGinness ve arkadaşları tarafından 1974’te ileri sürüldü. Buna göre, daha önce inorganik maddelerde gözlenmiş olan amorf yarı iletken anahtarlama davranışı, ömelanin filmlerinde de gözlenmektedir. Bununla birlikte, Hall etkisi ölçüm sonuçları, ömelanin molekülünün vakum altındaki davranışının aksine normal şartlar altında pozitif yük taşıyıcısı olduğunu ve yük taşıyıcıların %65’inin protonlar olduğunu göstermektedir.
Sonraki yıllardaki bulgular, yetmişli yıllardan beri melanin için ileri sürülen yarı iletken standard modelini desteklememektedir. Melanin molekülü bünyesine su alınca, gerçekleşen komproporsiyon reaksiyonuyla, iletkenliği sağlayan serbest yük taşıyıcıları meydana gelir ki, bu durum dışarı verilebilen serbest elektron ve protonların oluşumuyla sonuçlanır. Melaninin kimyasal yapısından kaynaklanan bu kendi içinde kimyasal doping özelliği, moleküle hibrit iyonik-elektronik davranış kazandırır ve melaninin ilginç elektriksel özelliklerinin açıklanmasında yardımcı olur. Sığır gözü, siyah insan saçı ve muz kabuğundan elde edilen melaninin temel yarı iletken özelliklerden olan karanlıkta elektrik iletkenliği ve optik abzorpsiyon kapasitelerinin sentetik melanininkiyle karşılaştırıldığı araştırma sonuçlarına göre, melanin molekülü, amorf organik yarı iletken özelliğinden ziyade elektronik-iyonik hibrit iletken özelliği sergilemektedir. Bilim adamlarını heyecanlandıran bu sonuç, yeni biyoelektronik uygulama alanları imkânları yaratmakta, özellikle doğal bir biyopolimer olan melanin kullanılarak pek çok biyoelektronik arayüz araçların geliştirilmesinin önünü açmaktadır.
Melaninin sahip olduğu optik ve elektriksel özellikleri, bu moleküle yakın gelecekte organik güneş hücreleri ve diğer elektronik araçlarda kullanılma potansiyelini kazandırmaktadır. Elde edilmesi sırasında çevreye diğer yarıiletken malzemelere göre daha az zarar verilmesi de melanine önemli bir avantaj sağlamaktadır. Ayrıca sentetik melanin, ince film hazırlamada aranan bir özellik olan güçlü önemli mekanik tutunma özelliğine sahiptir.
Melanin pigmentinin son yıllarda ortaya konan en önemli özelliklerinden biri de yarı iletken özelliğidir. Melaninin, geniş band abzorbansa sahip amorf bir organik yarı iletken olduğu ilk defa 1960 yılında Longuet-Higgins tarafından ileri sürülmüştür. Pullman ve Pullman, 1961 yılında Huckel-elektron teorisini ömelanin polimerine uygulayarak, molekülün elektron alıcılığı ve yarı iletken özelliklerini başarılı bir şekilde açıklayabildiler. Bu modelde ömelanin, delokalize sisteme sahip olan iri bir indol heteropolimeridir. Bu yapı, molekülün genişband abzorpsiyona sahip olan amorf bir yarı iletken özellik kazanmasını sağlar. Bu modeli destekleyen daha ileri bir görüş McGinness ve arkadaşları tarafından 1974’te ileri sürüldü. Buna göre, daha önce inorganik maddelerde gözlenmiş olan amorf yarı iletken anahtarlama davranışı, ömelanin filmlerinde de gözlenmektedir. Bununla birlikte, Hall etkisi ölçüm sonuçları, ömelanin molekülünün vakum altındaki davranışının aksine normal şartlar altında pozitif yük taşıyıcısı olduğunu ve yük taşıyıcıların %65’inin protonlar olduğunu göstermektedir.
Sonraki yıllardaki bulgular, yetmişli yıllardan beri melanin için ileri sürülen yarı iletken standard modelini desteklememektedir. Melanin molekülü bünyesine su alınca, gerçekleşen komproporsiyon reaksiyonuyla, iletkenliği sağlayan serbest yük taşıyıcıları meydana gelir ki, bu durum dışarı verilebilen serbest elektron ve protonların oluşumuyla sonuçlanır. Melaninin kimyasal yapısından kaynaklanan bu kendi içinde kimyasal doping özelliği, moleküle hibrit iyonik-elektronik davranış kazandırır ve melaninin ilginç elektriksel özelliklerinin açıklanmasında yardımcı olur. Sığır gözü, siyah insan saçı ve muz kabuğundan elde edilen melaninin temel yarı iletken özelliklerden olan karanlıkta elektrik iletkenliği ve optik abzorpsiyon kapasitelerinin sentetik melanininkiyle karşılaştırıldığı araştırma sonuçlarına göre, melanin molekülü, amorf organik yarı iletken özelliğinden ziyade elektronik-iyonik hibrit iletken özelliği sergilemektedir. Bilim adamlarını heyecanlandıran bu sonuç, yeni biyoelektronik uygulama alanları imkânları yaratmakta, özellikle doğal bir biyopolimer olan melanin kullanılarak pek çok biyoelektronik arayüz araçların geliştirilmesinin önünü açmaktadır.
Melaninin sahip olduğu optik ve elektriksel özellikleri, bu moleküle yakın gelecekte organik güneş hücreleri ve diğer elektronik araçlarda kullanılma potansiyelini kazandırmaktadır. Elde edilmesi sırasında çevreye diğer yarıiletken malzemelere göre daha az zarar verilmesi de melanine önemli bir avantaj sağlamaktadır. Ayrıca sentetik melanin, ince film hazırlamada aranan bir özellik olan güçlü önemli mekanik tutunma özelliğine sahiptir.
DOĞAL KAYNAKLARDAN MELANİN ÜRETİMİ VE SAFLAŞTIRILMASI
Melaninler pek çok pH aralığı ve çözücüde çözünmeyen maddelerdir ve yapısal bakımdan heterojen özellik gösterdiklerinden, organik kaynaklardan elde edilmeleri ve saflaştırılmaları da zordur. Örneğin, ömelanin elde edilmesi amacıyla günümüzde uygulanan en yaygın yöntem kimyasal yöntemdir. Sentetik yolla elde edilmeleri de kimyasal işlemlerle gerçekleştirlmekte olup, elde edilen ürün oldukça pahalıdır.
En iyi doğal ömelanin kaynakları siyah renkli insan saçı, hayvan tüyleri, yapağı ve deridir. Ömelanin eldesi için hammadde önce kir, yağ ve diğer dokulardan mekanik ve kimyasal işlemlerle temizlenir. Mineral asitlerden biriyle oldukça uzun süre muamele edilen hammadde çözelti haline gelir. Saf suya damla damla damlatılan çözeltinin taban kısmında melanozomların çökmesi sağlanır ve melanin dışındaki proteinler üre muamelesiyle çözdürülür; çok sayıdaki santrifüjleme, filtreleme ve yıkama aşamalarından sonra yüksek saflıkta ömleanin elde edilebilir. Bu ürün, santrifüjlenerek veya liyofilize edilerek toz haline
getirilir.
En iyi doğal ömelanin kaynakları siyah renkli insan saçı, hayvan tüyleri, yapağı ve deridir. Ömelanin eldesi için hammadde önce kir, yağ ve diğer dokulardan mekanik ve kimyasal işlemlerle temizlenir. Mineral asitlerden biriyle oldukça uzun süre muamele edilen hammadde çözelti haline gelir. Saf suya damla damla damlatılan çözeltinin taban kısmında melanozomların çökmesi sağlanır ve melanin dışındaki proteinler üre muamelesiyle çözdürülür; çok sayıdaki santrifüjleme, filtreleme ve yıkama aşamalarından sonra yüksek saflıkta ömleanin elde edilebilir. Bu ürün, santrifüjlenerek veya liyofilize edilerek toz haline
getirilir.
Şekil 14. Melanin eldesinde kullanılan morkaraman ırkı koyun yünü (Orijinal).
Şekil 15. Ömelaninden zengin olan siyah saçtan (soldaki tüp) ve feomelaninden zengin kızıl saçtan (sağdaki tüp) elde edilen melanince zengin çözeltileri (Orijinal).
Şekil 16. Koyun yününden elde edilen toz formda melanin (Orijinal).
Şekil 17. Çözücüde eritilerek hazırlanan melanin solüsyonu (Orijinal).
Şekil 18. Melanin emdirilen (1 ve 4) ve siyah kumaş boyası emdirilen (2 ve 3) pamuklu bezlerin UV ışık altındaki görünümleri. Üstteki beyaz kâğıt üzerinde toz melanin bulunmaktadır. Melanin UV’yi tümüyle abzorbe ettiğinden, melanin emdirilen bezler (1 ve 4) ile toz melanin floresans vermediğinden görülmemektedir (Orijinal).
SONUÇ
Melaninlerden özellikle ömelanin ve allomelaninlerin son yıllarda tespit edilen şaşırtıcı özellikleri, bu maddelerin yakın gelecekte geliştirilecek olan ileri teknolojilerde yaygın kullanım potansiyeline sahip olduğunu göstermektedir. Bu nedenle melaninin Parkinson hastalığıyla olan ilişkisinin, elektromanyetik spektrum abzorpsiyon özelliklerinin, antioksidan ve yarı iletken özelliklerinin daha detaylı biçimde anlaşılması gerekmektedir.
Günümüzde doğal kaynaklardan büyük miktarda ve düşük maliyetle melanin elde edilmesini sağlayan teknoloji bulunmadığından, bu pigmentin kullanımı sınırlıdır. Bu nedenle gerek sentetik ve gerekse doğal kaynaklardan yüksek saflıkta, ekonomik ölçekte ve ucuz melanin elde edilme yöntemlerinin geliştirilmesi önem taşımaktadır.
Nispeten düşük teknoloji gerektiren organik güneş hücrelerinin verimlerinin son yıllarda oldukça iyileşmesi nedeniyle bu sistemlerde kullanılma potansiyeli yüksek olan organik pigmentlerden melanin üzerinde yapılacak araştırmalarda elde edilecek bulgular, yakın gelecekte ülkemiz için yüz güldürücü sonuçlar alınmasına katkı sağlayabilir.
Günümüzde doğal kaynaklardan büyük miktarda ve düşük maliyetle melanin elde edilmesini sağlayan teknoloji bulunmadığından, bu pigmentin kullanımı sınırlıdır. Bu nedenle gerek sentetik ve gerekse doğal kaynaklardan yüksek saflıkta, ekonomik ölçekte ve ucuz melanin elde edilme yöntemlerinin geliştirilmesi önem taşımaktadır.
Nispeten düşük teknoloji gerektiren organik güneş hücrelerinin verimlerinin son yıllarda oldukça iyileşmesi nedeniyle bu sistemlerde kullanılma potansiyeli yüksek olan organik pigmentlerden melanin üzerinde yapılacak araştırmalarda elde edilecek bulgular, yakın gelecekte ülkemiz için yüz güldürücü sonuçlar alınmasına katkı sağlayabilir.
KAYNAKLAR
Avcı Ç. 2014. Farklı tür, ırk, yaş ve cinsiyetteki sağlıklı ve Veteriner Fakültesi Hayvan Hastanesi’ne getirlen hayvanların kılları üzerinde karşılaştırmalı morfolojik ve morfometrik çalışmalar. TÜBİTAK Üniversite Öğrencileri Yurtiçi Araştırma projeleri Destek programı (2209/A). Danışman: Prof.Dr. İlhami Çelik.
Avcı Ç. 2016. Epitelizan ve sikatrizan maddelerle antibiyotik yüklenen at kuyruk kılının (EMC 9188) cerrahi iplik malzemesi olarak kullanım imkânlarının değerlendirilmesi.
TÜBİTAK Üniversite Öğrencileri Yurtiçi Araştırma projeleri Destek programı (2209/A).
Danışman: Prof.Dr. İlhami Çelik. (Çalışma, İstanbul Üniversitesi Veteriner Fakültesi tarafından düzenlenen 18. Uluslararası Veteriner Hekimliği Öğrencileri Bilimsel Araştırma Kongresi’nde birincilik ödülü almıştır).
Brenner M., Vincent J. 2008. The protective role of melanin against UV damage in human skin. Photochem. Photobiol., 84,3:539-549.
Dryja T.P., O'Neil-Dryja M., Albert D.M. 1979. Elemental analysis of melanins from bovine hair, iris, choroid, and retinal pigment epithelium Invest. Ophthalmol. Visual Sci., 18,3:231-236.
El-Obeid A., El Tahir K.E.D., Abdelhalim M.A.K., Haseeb A. 2015. Protective action of herbal melanin against carbon tetrachloride induced hepatotoxicity protective action of herbal melanin against carbon tetrachloride. Proc. of the Third Intl. Conf. on Advances in Applied Science and Environmental Engineering - ASEE 2015.
Funatsu G. ve Funatsu M. 1962. Isolation of melanin granules from dark hair of human Agr. Bioi. Chem., 26, 6:367-370.
Ito S.K., Wakamatsu K. 2003. Quantitative analysis of eumelanin and pheomelanin in humans, mice, and other animals: A comparative review. Pıgment Cell Res., 16:523–531.
Magarelli M., Passamonti P., Renieri C. 2010. Purification, characterization and analysis of sepia melanin from commercial sepia ink (Sepia Officinalis). Revista CES Med. Vet. y Zootecnia, 5,2:18-28.
Menon A., Persad S.R., Herbert F., Haberman, M .D.,C., Kurian J. 1983. A comparative study of the physical and chemical properties of melanins ısolated from human black and red hair. J. Invest. Dermatol., 80:202-206.
Mostert A.B., Powell B.J., Pratt F.L., Hanson G.R., Sarna T., Gentle I.R., Meredith P. 2012. Role of semiconductivity and ion transport in the electrical conduction of melanin. Proc Natl Acad Sci U S A., 109,23: 8943–8947.
Riesz J.J. 2007. The spectroscopic properties of melanin A thesis submitted for the degree of Doctor of Philosophy to School of Physical Sciences of the University of Queensland.
Sava, V.M., Galkin BN., Meng-Yen H., Ping-Cheng Y., Guewha S.H. 2001. A novel melanin-like pigment derived from black tea leaves with immuno-stimulating activity. Food Res. Int., 34:337-343.
Strzelecka T. 1982. Semiconductor properties of natural melanins.Physiol. Chem. Phys.,14,3:223-231.
Takeuchi S., Zhang W., Wakamatsu K., Ito S., Hearing V.J., Kraemer K.H., Brash D.E. 2004.
Melanin acts as a potent UVB photosensitizer to cause an atypical mode of cell death in murine skin. Proc Natl Acad Sci U S A., 19, 101, 42:15076–15081.
Vairale P., Waman V., Mayabadi A., Pathan H., Jadkar S. 2014. Electrochemical synthesis of melanin thin films: evolution of structural and optical properties. Int. J. Adv. Res. Phys. Sci.,1, 7:35-45.
Avcı Ç. 2016. Epitelizan ve sikatrizan maddelerle antibiyotik yüklenen at kuyruk kılının (EMC 9188) cerrahi iplik malzemesi olarak kullanım imkânlarının değerlendirilmesi.
TÜBİTAK Üniversite Öğrencileri Yurtiçi Araştırma projeleri Destek programı (2209/A).
Danışman: Prof.Dr. İlhami Çelik. (Çalışma, İstanbul Üniversitesi Veteriner Fakültesi tarafından düzenlenen 18. Uluslararası Veteriner Hekimliği Öğrencileri Bilimsel Araştırma Kongresi’nde birincilik ödülü almıştır).
Brenner M., Vincent J. 2008. The protective role of melanin against UV damage in human skin. Photochem. Photobiol., 84,3:539-549.
Dryja T.P., O'Neil-Dryja M., Albert D.M. 1979. Elemental analysis of melanins from bovine hair, iris, choroid, and retinal pigment epithelium Invest. Ophthalmol. Visual Sci., 18,3:231-236.
El-Obeid A., El Tahir K.E.D., Abdelhalim M.A.K., Haseeb A. 2015. Protective action of herbal melanin against carbon tetrachloride induced hepatotoxicity protective action of herbal melanin against carbon tetrachloride. Proc. of the Third Intl. Conf. on Advances in Applied Science and Environmental Engineering - ASEE 2015.
Funatsu G. ve Funatsu M. 1962. Isolation of melanin granules from dark hair of human Agr. Bioi. Chem., 26, 6:367-370.
Ito S.K., Wakamatsu K. 2003. Quantitative analysis of eumelanin and pheomelanin in humans, mice, and other animals: A comparative review. Pıgment Cell Res., 16:523–531.
Magarelli M., Passamonti P., Renieri C. 2010. Purification, characterization and analysis of sepia melanin from commercial sepia ink (Sepia Officinalis). Revista CES Med. Vet. y Zootecnia, 5,2:18-28.
Menon A., Persad S.R., Herbert F., Haberman, M .D.,C., Kurian J. 1983. A comparative study of the physical and chemical properties of melanins ısolated from human black and red hair. J. Invest. Dermatol., 80:202-206.
Mostert A.B., Powell B.J., Pratt F.L., Hanson G.R., Sarna T., Gentle I.R., Meredith P. 2012. Role of semiconductivity and ion transport in the electrical conduction of melanin. Proc Natl Acad Sci U S A., 109,23: 8943–8947.
Riesz J.J. 2007. The spectroscopic properties of melanin A thesis submitted for the degree of Doctor of Philosophy to School of Physical Sciences of the University of Queensland.
Sava, V.M., Galkin BN., Meng-Yen H., Ping-Cheng Y., Guewha S.H. 2001. A novel melanin-like pigment derived from black tea leaves with immuno-stimulating activity. Food Res. Int., 34:337-343.
Strzelecka T. 1982. Semiconductor properties of natural melanins.Physiol. Chem. Phys.,14,3:223-231.
Takeuchi S., Zhang W., Wakamatsu K., Ito S., Hearing V.J., Kraemer K.H., Brash D.E. 2004.
Melanin acts as a potent UVB photosensitizer to cause an atypical mode of cell death in murine skin. Proc Natl Acad Sci U S A., 19, 101, 42:15076–15081.
Vairale P., Waman V., Mayabadi A., Pathan H., Jadkar S. 2014. Electrochemical synthesis of melanin thin films: evolution of structural and optical properties. Int. J. Adv. Res. Phys. Sci.,1, 7:35-45.
FACEBOOK YORUMLAR