Wie wirken sich niedrige Cysteinbedingungen auf die Phäomelaninproduktion aus?

Erstens: Ihr Lehrer hat Recht mit der Aussage, dass eine niedrige Cysteinkonzentration die Synthese von Phäomelanin beeinflusst. Um dies zu verstehen, müssen Sie sich den Biosyntheseweg von Melanin ansehen (von hier aus ):

Die ersten Schritte für beide Melaninformen sind die Oxidation der Aminosäure Tyrosin zu DOPA ( L-3,4-Dihydroxyphenylalanin ) und des Chinons zu DOPA durch das Enzym Tyrosinase (abgekürzt Tyr). Im nächsten Schritt lenken die Äste ab, wenn genügend Cystein in den Zellen vorhanden ist, dann wird Cysteinyl-DOPA und anschließend Phäomelanin synthetisiert.

Unterschreitet die Cysteinkonzentration in der Zelle den Schwellenwert von 0,13 µM (dies ist dieser Arbeit entnommen ), erfolgt die Umstellung auf die Eumelaninproduktion.

Bei Ihrer zweiten Frage gibt es eine andere Einstellung. Die Gesamtrate der Melaninproduktion (egal welcher Geschmack) hängt von der Menge an aktiver Tyrosinase (für die Produktion der ersten Schritte in der Synthesekaskade) ab. Die Produktion dieses Enzyms wird durch Rezeptoren in der Zellmembran (und verschiedene andere Faktoren) reguliert.

Bei hellhäutigen Menschen (klassisch rothaarig und mit Sommersprossen) sind diese Rezeptoren nicht voll funktionsfähig, was zu viel weniger Tyrosinase-Enzym in den Zellen führt. Dies führt zu weniger verfügbaren Vorstufen für die Melaninproduktion und damit zu einem geringeren Bedarf an Cystein. Der Grund dafür ist, dass der Cystein-Pool der Zelle nicht erschöpft wird.

„Die Pheomelanogenese hat sich möglicherweise als Ausscheidungsmechanismus entwickelt, um überschüssiges Cystein zu entfernen, und beim Menschen könnte dies möglicherweise zu einer größeren Fähigkeit führen, Krankheiten wie Parkinson und Alzheimer zu vermeiden, bei denen überschüssiges Cystein eine mitwirkende Ursache ist.“ Quelle: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/bies.201200017

In diesem Fall hat Ihr Lehrer seine Informationen falsch. L-Cystein hat nichts mit der Produktion von Eumelanin zu tun. "Der Melanocortin-1-Rezeptor (MC1R) ist ein wichtiges Signalmolekül auf Melanozyten, das auf α-MSH reagiert, indem es die Expression von Enzymen induziert, die für die Eumelanin-Synthese verantwortlich sind. Einigen Formen der Phäomelanin-Produktion fehlt der MC1R-Rezeptor, um Eumelanin vollständig zu bilden; andere haben ein schwaches Signal, wenn Sie haben Pheo/Eumelanin gemischt. Eumelanin hat einen starken MC1R-Rezeptor, der mit dem (Melanin Stimulating Hormone) α-MSH verbunden ist. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4299862/

Pheomelanin und Eumelanin haben völlig unterschiedliche Bildungswege. „Phäomelanin, besteht hauptsächlich aus schwefelhaltigen Benzothiazin- und Benzothiazol-Derivaten (Abbildung 1a). L-Cystein ist die Hauptquelle für Schwefel und daher für die Pheomelanin-Synthese unerlässlich (12). Eumelanin hingegen ist ein extrem heterogenes Polymer, das aus 5,6-Dihydroxyindol- (DHI) und/oder 5,6-Dihydroxyindol-2-carbonsäure (DHICA)-Einheiten besteht (Abbildung 1b)." https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4299862/

Personen mit Eumelanin sind möglicherweise weniger in der Lage, auf Schwefel basierende Aminosäuren wie Methionin, Cystein, Homocystein, Taurin und Glutathion zu synthetisieren. :)

Dies sind die AKTUALISIERTEN Informationen über die L-Cystein-Produktion für die Phäomelanogenese, die nichts über das Absinken der L-Cystenin-Spiegel und die Bildung von Eumelanin aussagen, da diese „Vermutung“ (nicht einmal eine Theorie) keinen Sinn ergibt, veröffentlicht im Mai-Juni 2008

Chemie der gemischten Melanogenese – Schlüsselrollen von Dopachinon.

Ito S1, Wakamatsu K.

Informationen zum Autor

Abstrakt

Melanine können in zwei Hauptgruppen eingeteilt werden – unlösliche braune bis schwarze Pigmente, die als Eumelanin bezeichnet werden, und alkalilösliche gelbe bis rotbraune Pigmente, die als Phäomelanin bezeichnet werden. Beide Pigmenttypen leiten sich von der gemeinsamen Vorstufe Dopachinon (ortho-Chinon von 3,4-Dihydroxyphenylalanin) ab, das durch die Oxidation von L-Tyrosin durch das melanogene Enzym Tyrosinase gebildet wird. Dopachinon ist ein hochreaktives ortho-Chinon, das eine zentrale Rolle bei der chemischen Kontrolle der Melanogenese spielt. In Abwesenheit von Sulfhydrylverbindungen unterliegt Dopachinon einer intramolekularen Cyclisierung, um Cyclodopa zu bilden, das dann schnell durch eine Redoxreaktion mit Dopachinon oxidiert wird, um Dopachrom (und Dopa) zu ergeben. Dopachrom ordnet sich dann allmählich und spontan um, um 5,6-Dihydroxyindol und in geringerem Maße 5,6-Dihydroxyindol-2-carbonsäure zu bilden. deren Verhältnis wird durch ein bestimmtes melanogenes Enzym namens Dopachrom-Tautomerase (Tyrosinase-verwandtes Protein-2) bestimmt. Die Oxidation und anschließende Polymerisation dieser Dihydroxyindole führt zur Produktion von Eumelanin. Wenn jedoch Cystein vorhanden ist, führt dieses Verfahren vorzugsweise zur Produktion von Cysteinyldopa-Isomeren. Cysteinyldopas werden anschließend durch eine Redoxreaktion mit Dopachinon oxidiert, um Cysteinyldopachinone zu bilden, die schließlich zur Produktion von Phäomelanin führen. Puls-Radiolyse-Studien früher Stadien der Melanogenese (mit Dopachinon und Cystein) weisen darauf hin, dass die gemischte Melanogenese in drei verschiedenen Stadien abläuft – der anfänglichen Produktion von Cysteinyldopas, gefolgt von ihrer Oxidation zur Produktion von Pheomelanin, gefolgt schließlich von der Produktion von Eumelanin. Basierend auf diesen Daten, Es wird ein Hüllenmodell der gemischten Melanogenese vorgeschlagen, bei dem ein vorgeformter phäomelanischer Kern von einer eumelanischen Oberfläche bedeckt ist. Quelle:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18435614

Wie oben erwähnt, sind Eumelanin und Pheomelanin zwei chemisch unterschiedliche Verbindungen. Selbst wenn der Phäomelanin-Spiegel abfallen würde, würde man Eumelanin nicht durch die Verarmung an Sulfhydryl-Verbindungen erreichen, weil sie völlig anderen Synthesewegen folgen. Dies ist genetisch bedingt, man müsste zunächst die Gene SLC24A5 und SLC45A2 anschalten.

α-MSH/MC1R spielt eine wichtige Rolle bei der Produktion von Eumelanin. MC1R-Varianten „Der Melanocortin-1-Rezeptor ist ein hochgradig polymorphes Protein, und beim Menschen sind viele der Funktionsverlustvarianten mit dem Phänotyp „rote Haarfarbe“ (RHC) assoziiert helle Haut und eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber UV-Strahlung."

MC1R und Pigmentierung „Es gibt zwei Haupttypen von Pigmenten in der Haut, das dunkel pigmentierte Eumelanin und das rot/gelbe sulfatierte Phäomelanin. Eumelanin ist chemisch inert und hat einen hohen Lichtschutz, indem es UV-Strahlung und Oxidationsmittel absorbiert. Im Gegensatz dazu ist Phäomelanin viel weniger effizient bei der Blockierung des Eindringens von UV-Strahlung in die Haut und kann UV-induzierte Zellschäden fördern, indem es zu Schäden durch freie Radikale und oxidative Schäden beiträgt.Die MC1R-Signalgebung ist eine wichtige Determinante für die Menge und Art der von Melanozyten synthetisierten Melaninpigmente, die sowohl die basale Pigmentierung als auch regulieren die UV-induzierte Bräunungsreaktion **MC1R-Signalisierung erhöht die **Eumelaninsynthese****, das Verhältnis von Eumelanin zu Phäomelanin, und verstärkt den Melanosomentransfer, um die Melaninablagerung in Keratinozyten zu verstärken.

Sowohl Eumelanin als auch Phäomelanin stammen aus der sequentiellen Cyclisierung und Oxidation der Aminosäure Tyrosin (Abbildung 33) (Ito, 2003). Die ersten beiden Biosyntheseschritte teilen sich die beiden Wege: die Umwandlung von Tyrosin in DOPA und dann in DOPAchinon durch das Enzym Tyrosinase. Eumelanogenese und Phäomelanogenese divergieren nach der Bildung von DOPAquinon. Andere Enzyme neben Tyrosinase werden für die Melaninsynthese benötigt, darunter Dopachrom-Tautomerase und Tyrosinase-verwandtes Protein 1. Defekte in vielen Pigmentenzymen führen zu hypomelanotischen Phänotypen wie Albinismus. Die Phäomelanin-Produktion hängt vom Einbau eines Cysteins abund Retention von Schwefel nach der Synthese von DOPAchinon, was erklären könnte, warum reife Phäomelanin-Pigmente eher rötlich/gelb als dunkelbraun/schwarz sind, wie es Eumelanin ist. Obwohl die Kontrolle des Pigmentwechsels zwischen Eumelanin und Phäomelanin durch mehrere Faktoren reguliert wird, einschließlich des pH-Werts des zellulären Milieus und der Tyrosinasespiegel (Burchill und Thody, 1986; Ancans et al., 2001), ist das Vorhandensein eines funktionellen MC1R erforderlich für eine effektive Synthese von Eumelanin. Da Eumelanin UV-Strahlung absorbiert, ist die Haut umso besser vor UV-Schäden geschützt, je mehr Eumelanin sie hat.“ Quelle: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4885833/