Меланосома — это органелла , обнаруженная в клетках животных, которая является местом синтеза, хранения и транспортировки меланина , наиболее распространенного поглощающего свет пигмента, обнаруженного в животном мире . Меланосомы отвечают за цвет и фотозащиту в клетках и тканях животных.
Меланосомы синтезируются в коже в меланоцитах , а также в глазах в хориоидальных меланоцитах и клетках пигментного эпителия сетчатки (RPE). У низших позвоночных они находятся в меланофорах или хроматофорах . [1] [2]
Меланосомы — это относительно крупные органеллы, диаметром до 500 нм . [1] Они связаны билипидной мембраной и, как правило, имеют округлую, колбасообразную или сигарообразную форму. Форма постоянна для данного вида и типа клеток. Они имеют характерную ультраструктуру при электронной микроскопии , которая меняется в зависимости от зрелости меланосомы, и для исследовательских целей иногда используется числовая система стадий.
Меланосомы зависят от своего пигмента от определенных ферментов, особенно тирозиназы , которые синтезируют крупные полимеры меланина внутри клетки. До того, как она сгенерирует достаточно пигмента, чтобы быть видимой в световой микроскопии, она известна как премеланосома.
Дисфункция или отсутствие ферментов, синтезирующих меланин (при таких состояниях, как синдром Чедиака–Хигаси ), приводит к различным формам альбинизма .
В некоторых меланоцитах меланосомы остаются статичными внутри клетки. В других клетка может расширять свою поверхность в продольном направлении в виде временных выступов, известных как псевдоподии , которые уносят меланосомы от центра клетки, тем самым увеличивая эффективность клетки в поглощении света.
Псевдоподиальный процесс (он же процесс загара ) происходит медленно в дермальных меланоцитах в ответ на ультрафиолетовый свет и производство новых меланосом и повышенное донорство меланосом соседним кератиноцитам , которые являются типичными клетками поверхности кожи. Донация происходит, когда некоторые кератиноциты поглощают конец псевдоподий меланоцита, которые содержат много меланосом. Цитоплазматический динеин переносит везикулы, содержащие меланин, в центр клетки, что заставляет меланосомы изолировать ядро кератиноцита, обеспечивая оптимальную защиту от УФ-лучей. Эти изменения отвечают за загар кожи человека после воздействия УФ-излучения или солнечного света. [ необходима цитата ]
У многих видов рыб , амфибий , ракообразных и рептилий меланосомы могут быть очень подвижными внутри клетки в ответ на гормональный (или иногда нейронный) контроль, что приводит к видимым изменениям цвета, которые используются для поведенческой сигнализации или фотозащиты .
Меланосомы, обнаруженные у некоторых видов рыб, содержат пигменты , которые контролируют цвет чешуи рыбы . Молекулярные моторы , получив сигнал, либо переносят меланосомы, содержащие пигменты, на периферию клетки, либо концентрируют их в центре. Двигательный белок динеин отвечает за концентрацию меланосом по направлению к центру клетки или «минус-концу» микротрубочек . Наоборот, белок кинезин отвечает за рассеивание меланосом по периферии клетки и является моторами, направленными к плюс-концу . Поскольку плюс-концы микротрубочек ориентированы по направлению к периферии, кинезин переносит меланосомы на периферию. Рассеивание меланосом по периферии заставляет клетку казаться темнее; концентрация меланосом по направлению к центру заставляет клетку казаться светлее. Так работает фотозащитная система для рыб на молекулярном уровне. [3]
Недавно меланосомы были обнаружены и у пауков. [4]
Красивые и быстрые изменения цвета, наблюдаемые у многих головоногих моллюсков , таких как осьминоги и кальмары , основаны на другой системе — органе хроматофоре . [5] [6]
Недавние открытия (2008) китайского палеонтолога Сюй Сина включают окаменелые перья в скальных образованиях, датируемых от юрского периода (200–150 миллионов лет назад) до позднего палеогенового и неогенового периодов (66–2 миллиона лет назад). Перья содержат сохранившиеся остатки углерода, которые ранее считались следами бактерий, разлагавших ткани перьев; однако эти (остатки) на самом деле являются микроскопическими органическими отпечатками окаменелых меланосом. Некоторые из этих структур все еще сохраняют радужный цвет, типичный для тканей перьев и меха. Предполагается, что эти микроскопические структуры можно было бы дополнительно изучить, чтобы выявить исходные цвета и текстуры более мягких тканей в окаменелостях. «Открытие ультраструктурных деталей в окаменелостях перьев открывает замечательные возможности для исследования других особенностей в мягкотелых окаменелостях, таких как мех и даже внутренние органы», — сказал Дерек Бриггс из исследовательской группы Йельского университета . [7] [8]
Меланосомы были использованы для обнаружения истинных цветов ископаемого Anchiornis huxleyi совместной командой, включающей членов Пекинского музея естественной истории , Пекинского университета , Йельского университета , Музея естественной истории Пибоди , Университета Акрона и Техасского университета в Остине . [9] [10]
Меланосомы также были обнаружены в окаменелостях птерозавров Tupandactylus cf. imperator в нижнемеловой формации Крато в бассейне Арарипе в Бразилии . [11]
Считается, что меланосомы служат шаблоном полимеризации меланина посредством амилоидогенеза белка Pmel17 , который в большом количестве присутствует в меланосомах. [12]