Mélanine - Définition

Introduction

Les mélanines sont parmi les pigments principaux responsables de la coloration des téguments dans le règne animal. La couleur de la peau, des cheveux et des yeux chez l’homme dépendent principalement de son type et de sa concentration. Les plantes, les oiseaux pour leurs plumes et bien des animaux, jusqu'aux protozoaires en produisent aussi.

Les mélanines biologiques sont des macromolécules produites pour la plupart par les mélanocytes, par addition ou condensation de monomères formés à partir de la tyrosine (eumélanine) ou de la tyrosine et de la cystéine (phéomélanine), avec le concours de l'enzyme tyrosinase. Une faible proportion, comme la neuromélanine de la substantia nigra du cerveau humain, n'est pas fabriquée dans les mélanocytes mais provient probablement du métabolisme d’une amine simple comme la dopamine.

Il existe également des mélanines artificielles : polyacétylènes, polyanilines, et polypyrroles de couleur noire ou brune, et leurs copolymères ; elles ont une application industrielle ou biotechnologique.

Le rôle principal de la mélanine est la protection pigmentaire contre les radiations UV. Chez certains animaux, les mélanophores, chromatophores porteurs de mélanine, contribuent au camouflage ou signalent par leurs transformations l’émotion, le stress ou un changement de l’environnement (température etc.). Chez certains invertébrés, les agents pathogènes sont encapsulés dans de la mélanine, qui contribuerait donc chez eux à la défense contre les infections. Il semble aussi que ses groupes carboxylate et hydroxyl-phénol puissent isoler du milieu certains éléments dommageables lorsqu’ils sont en excès, comme les métaux lourds.

Les effets de la mélanine sur l'apparence physique peuvent exercer une grande influence sur la société humaine (choix d’un partenaire, discrimination).

Types

On connaît deux principaux types de mélanine comportant chacun deux sous-groupes, et un type mineur moins connu :

• l'eumélanine noire ou brune
• la phéomélanine rouge ou jaune
• la neuromélanine

Aspect au microscope

Au microscope, la mélanine doit être distinguée des pigments produits par la destruction des hématies (hémosidérine). Elle apparait sous forme de granules bruns non-réfractiles de moins de 800 nm alors que les granules de pigments sanguins sont plus gros, réfractiles et verts, jaunes ou brun-rouge Une solution diluée de permanganate de potassium fait disparaitre la mélanine.

Synthèse

Le mécanisme de formation de la mélanine est très complexe et les mécanismes précis pour toutes les variétés ne sont pas encore totalement élucidés. La mélanine est produite à partir de tyrosine grâce à l’enzyme tyrosinase. La tyrosine est tout d’abord convertie en DOPA, puis en DOPAquinone. En l’absence de cystéine, de l'indole 5-6 quinone est formé, donnant l'eumélanine. En présence de cystéine, du cystéinyl-DOPA est formé, donnant de la phaeomélanine. Ces deux pigments polymérisent à un degré variable selon leur nature.

• Étape de base commune :
  • Tyrosine (tyrosine oxydase) → DOPA (3,4-dihydroxyphénylalanine) (dopa exydase)→ dopaquinone
• Deux chemins possibles vers l’eumélanine :
  • Dopaquinone → leucodopachrome → dopachrome → DHI (5,6-dihydroxyindole ou DHI ) → indole 5,6 quinone
  • Dopaquinone → leucodopachrome → dopachrome →DHICA (acide 5,6-dihydroxyindole-2-carboxylique)

En général les deux voies existent simultanément. Si le mélange est riche en DHI, la mélanine est noire, s’il est riche en DHICA, elle est brune.

• Deux chemins possibles vers la phéomélanine :
  • Dopaquinone + cysteine → 5-S-cysteinyldopa → benzothiazine → phéomelanine
  • Dopaquinone + cysteine → 2-S-cysteinyldopa → précurseur de benzothiazine → phéomelanine

Chez l'homme, sous l’effet des UV, les kératinocytes secrètent l’hormone alpha-MSH par scission de la pro-opiomélanocortine (POMC), grâce à l'action d’une protéine appelée p. 53. L’alpha MSH s’attache aux mélanocytes et stimule la production de mélanine. P53 étant également une protéine produite en cas de stress, cela pourrait expliquer l’hyperpigmentation qui apparait parfois, particulièrement chez les personnes âgées, en cas d’irritation prolongée de la peau.

C'est au niveau de la régulation de l'activité de la tyrosinase qu'interviennent les produits dépigmentants comme l’hydroquinone et l'acide kojique. D’autres comme les antioxydants (acide ascorbique par ex.) interviennent au niveau des quinones formées. Toute mutation génétique rendant la tyrosinase moins active ou absente est à l'origine de l'albinisme, trouble qui se traduit sous sa forme extrême par l'absence totale de mélanine.

Il a été proposé que la capacité de la mélanine à se comporter comme un anti-oxydant serait d’autant plus forte que son poids moléculaire est élevé. Des conditions défavorables à la polymérisation (certains ph, présence de toxiques...) libéreraient des radicaux et rendraient la mélanine cancérigène ou destructrice, favorisant la formation des mélanomes ou de la dégénérescence maculaire.