멜라닌(Melanin)은 여러 동물의 피부, 눈, 모발 등 신체 여러 조직에 존재하는 흑색 내지 갈색 계열의 천연 색소를 총칭하는 생체 고분자 물질이다. 어원은 고대 그리스어 μέλας(멜라스, '검은색, 어두운'이라는 뜻)에서 유래하였다.
정의와 특성
멜라닌은 올리고머 또는 중합체 형태로 조직되는 생체 분자군(biomolecules family)으로, 다양한 생물체에서 색소를 제공하는 주요 역할을 한다. 주로 글로불린과 강한 결합을 이루는 멜라닌단백질(melanoprotein) 형태로 존재하며, 물에는 용해되지 않지만 알칼리 용액이나 진한 황산에는 녹는 특성을 가진다. 멜라닌은 멜라닌세포(melanocyte)라 불리는 특수한 세포군에서 생성된다.
종류
멜라닌은 크게 다섯 가지 기본 형태로 분류된다.
유멜라닌(Eumelanin): 검은색과 갈색을 띠는 가장 흔한 형태의 멜라닌이다. 5,6-다이하이드록시인돌(DHI)과 5,6-다이하이드록시인돌-2-카르복시산(DHICA) 유래의 두 가지 형태가 있으며, 피부와 털에서 주로 발견된다. 유멜라닌은 자외선(UV)의 99.9% 이상을 흡수하여 소멸시킬 수 있는 효과적인 광흡수체이다.
페오멜라닌(Pheomelanin): 분홍색에서 붉은색 계열의 색소로, 붉은 머리카락을 가진 사람에게서 많이 발견된다. 황색에서 적색 계열의 색조를 부여하며, 자외선에 노출될 경우 발암물질로 전환될 가능성이 있는 것으로 알려져 있다.
뉴로멜라닌(Neuromelanin): 뇌의 특정 카테콜아민계 신경세포군에서 생성되는 불용성 중합체 색소이다. 인간이 가장 많은 양의 뉴로멜라닌을 가지고 있으며, 생물학적 기능은 아직 완전히 밝혀지지 않았으나 철 등 전이 금속과 결합하는 특성이 있어 파킨슨병과 관련이 있는 것으로 연구되고 있다.
알로멜라닌(Allomelanin)과 피오멜라닌(Pyomelanin): 질소를 포함하지 않는 멜라닌의 두 가지 형태이다.
생성 과정
멜라닌은 멜라노솜(melanosome)이라는 특수한 세포 내 구조에서 생성된다. 생성 과정(멜라닌생성, melanogenesis)은 여러 단계의 화학 과정을 거치며, 아미노산인 티로신(tyrosine)의 산화에 이어 중합 반응이 일어나는 방식으로 진행된다. 이 과정에서 티로시나제(tyrosinase)라는 효소가 핵심적인 촉매 역할을 한다.
기능
멜라닌의 주요 기능은 자외선으로부터 피부를 보호하는 것이다. 피부에 존재하는 유멜라닌은 태양의 자외선을 효과적으로 흡수하여 세포 핵의 DNA가 돌연변이를 일으키는 것을 방지한다. 또한 체온 유지에도 도움을 준다. 멜라닌의 양과 종류에 따라 피부색, 머리카락 색, 눈동자 색이 결정된다.
멜라닌은 피부 외에도 눈의 홍채와 맥락막, 속귀의 혈관조대(stria vascularis), 뇌간, 부신수질 등에도 존재한다. 피부에서의 기능은 비교적 잘 알려져 있으나, 뇌와 부신수질 등에서의 정확한 기능은 아직 완전히 규명되지 않았다.
의학적 관련성
멜라닌 세포의 기능 이상으로 멜라닌 합성이 거의 또는 전혀 일어나지 않는 상태를 백색증(albino)이라고 한다. 반대로 멜라닌이 국소적으로 과도하게 침착된 상태로 주근깨(freckles)나 점(mole)이 있다. 멜라닌 세포의 암을 흑색종(melanoma)이라 하며, 피부색이 어두운 사람일수록 멜라닌 농도가 높아 자외선으로 인한 피부암 발생 위험이 상대적으로 낮은 것으로 보고된다.
다른 생물체에서의 역할
멜라닌은 인간 외에도 많은 생물체에서 다양한 기능을 수행한다. 두족류(문어, 오징어 등)의 먹물은 멜라닌으로 구성되어 방어 기제로 사용된다. 곰팡이와 세균 등 미생물에서는 자외선, 고온, 중금속 등 환경 스트레스로부터 자신을 보호하는 역할을 한다. 조류의 깃털에 포함된 멜라닌은 세균 분해에 대한 저항성을 제공하고 마모에 대한 내성을 높인다.
