Melanin-Synthese

Melanin ist der Farbstoff, der für die Hautfarbe und teils auch für die Haar- und Augenfarbe verantwortlich ist. Die Struktur von den beiden Melanin-Typen Eumelanin und Phaeomelanin, ist bis heute noch nicht ganz aufklärt. Man weiß aber, dass es sich um Polymere auf Indochinon-Basis (Eumelanin) bzw. Cysteinyldopa-Basis (Phaeomelanin) handelt.

Das folgende Schema zeigt den Syntheseweg des 5,6-Indolchinons, dem Monomer des Eumelanins. Auf die für die einzelnen Umwandlungsschritte notwendigen Enzyme (und Gene) wird auf dieser Seite nicht eingegangen.

Synthese von Indol-5,6-Chinon aus Phenylalanin
Autor: Ulrich Helmich 2022, Lizenz: siehe Seitenende

1. Phenylalanin → Tyrosin
   Dazu wird am Benzolring der Aminosäure Phenylalanin eine OH-Gruppe eingefügt.
2. Tyrosin → L-Dopa
   Hier wird eine zweite OH-Gruppe in den Benzolring eingebaut.
3. L-Dopa → Dopachinon
   Die beiden OH-Gruppen am Benzolring werden oxidiert, es bilden sich zwei Ketogruppen.
4. Dopachinon → Dopachrom
   Die Aminogruppe addiert sich an die eine C=C-Doppelbindung des Benzolrings, es bildet sich neben dem Benzolring ein Fünferring mit einem N-Atom als Heteroatom.
5. Dopachrom → 5,6-Dihydroxyindol
   Abspaltung der COOH-Gruppe, gleichzeitig Reduktion der beiden C=O-Gruppen am Benzolring.
6. 5,6-Dihydroxyindol → Indol-5,6-Chinon
   Erneute Oxidation der beiden OH-Gruppen am Benzolring.
7. n Indol-5,6-Chinon → Melanin
   Aus vielen Indol-5,6-Chinon-Molekülen bildet sich nun das Polymer Melanin, genauer gesagt, das Polymer Eumelanin.

Bei der Bildung von Phäomelanin verläuft die Synthesekette bis zum Dopachinon genau so wie bei der Eumelanin-Synthese. Ab Schritt 4 wird aber ein anderer Weg eingeschlagen: Die Aminosäure Cystein lagert sich an den Benzolring an, und unter Verlust der Cystein-COOH-Gruppe entsteht die Verbindung Cysteinyldopa:

Synthese von Indol-5,6-Chinon aus Phenylalanin
Autor: Ulrich Helmich 2022, Lizenz: siehe Seitenende

Diese Verbindung polymerisiert dann zu Phäomelanin.

Ein Ausschnitt aus dem Phäomelanin-Polymer. An den Pfeilen hängen weitere Einheiten.
Autor: Roland1952, Lizenz: Public domain.

Hier sehen wir einen kleinen Ausschnitt aus dem Phäomelanin-Polymer. An den Pfeilen hängen weitere Gruppen, und die eingeklammerte (COOH)-Gruppe ist optional.