бычно нерастворимы ни в одном из растворителей, и поэтому их трудно выделить и очистить. Действительно, в случае меланинов почти невозможно узнать, имеем ли мы дело с чистым веществом в том смысле, что в пробе содержится только один вид молекул. Какие-либо диагностические пробы, которые могли бы оказаться полезными для меланинов, а также общие методы специфического расщепления меланиновой молекулы на специфические фрагменты или субъединицы отсутствуют. Невозможно даже доказать идентичность двух образцов меланинов. Связывание с белком, которое в нормальных условиях имеет место по крайней мере в случае меланинов животных, делает выделение и изучение этих пигментов еще более трудным.

На фоне упомянутых экспериментальных трудностей и следует рассматривать современное состояние знаний о биохимии меланинов.

7.2. Химия

7.2.1. Общая характеристика

При исследовании природных веществ установление химической структуры часто помогает предположить способ биосинтеза изучаемого соединения. В случае меланинов мы имеем дело в значительной степени с обратной ситуацией, именно биохимические исследования позволили сделать первые предположения относительно химической структуры данной группы веществ.

Сейчас известно, что меланины являются полимерами хино-идных соединений. Классическая структура меланина — это длинноцепочечный полимер, состоящий из индолил-5,6-хиноно-вых (7.1) единиц (рис. 7.1). Ситуация, однако, далеко не так

Рис.7.1, Фрагмент структуры меланина как длинноцепочечного полимера индолил-5,6-хинона (7.1).

проста. Во-первых, любой образец меланина почти наверняка состоит из смеси макромолекулярных видов. Во-вторых, меланины редко являются гомополимерами, обычно их молекулы состоят из различных мономерных единиц. Кроме того, разные меланины, например из различных живых организмов, построены из разных мономерных единиц. Ситуация еще более осложняется возможностью разветвления полимерной цепи и перекрестного связывания между цепями.

Несмотря на сложность проблемы, биохимические и химические исследования по глубокому расщеплению позволили выяснить главные структурные особенности различных классов меланинов. Необходимо, однако, отдавать себе отчет в том, что ни в одном случае мы не имеем возможности даже приблизиться к полному установлению структуры. Ниже мы обсудим главные структурные особенности и свойства прежде всего пигментов наиболее широко изучавшейся группы — эумеланинов, а затем меланинов других главных групп.

7.2.2. Эумеланины

Распространение. Название «эумеланины» применяют к черным азотсодержащим полимерным пигментам, обычно животного происхождения. Однако эумеланины синтезируются также некоторыми растительными тканями. Различают несколько типов эумеланинов, выделенных из ряда источников. Каждый тип эумеланинов имеет характерный набор элементов и характерный состав продуктов расщепления в жестких условиях: при кипячении с 6М НС1 или при нагревании со щелочью до 300 °С. Наиболее интенсивно изучен сепиомеланин — темно-коричневый пигмент защитных чернил каракатицы (Sepia officinalis) и меланин из меланом млекопитающих. В меньшей степени охарактеризованы меланины, содержащиеся в черных волосах, перьях и коже, а также в сосудистой оболочке глаза и в некоторых внутренних органах. Некоторые черные пигменты растений, в том числе те, которые образуются в результате повреждений клубней картофеля и бананов, также могут принадлежать к эумеланинам. Сходные пигменты (ДОФА-меланины) образуются из дигидроксифенилаланина [ДОФА (7.2)] под действием растительных и грибных ферментов.

Структура. Классическая идея (рис. 7.1) о том, что эумела-нин представляет собой линейный полимер индолил-5,6-хинона (7.1), в сущности верна, однако чрезвычайно упрощенно отражает положение вещей. Действительно, главными мономерами являются индолил-5,6-хинон и его восстановленные производные; кроме того, в полимере может присутствовать небольшое число пиррольных мономеров (7.3), образующихся, по-видимому, из индольных предшественников. В меланинах меланомы могут также содержаться ДОФА и ДОФА-хиноновые (7.4) фрагменты. Исследования с помощью электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) указывают на присутствие небольшого количества свободных радикалов, возможно, полухиноновых структур. In vivo с эумеланином могут быть связаны тяжелые металлы, особенно медь, цинк или железо. Степень перекрестного связы

вания меланиновых цепей не определяли, но, вероятно, она невелика.

соон

(7 2) Дигидроксифенилаланин 1ДОФА)

соон

Фрагмент предполагаемой структуры сепиомеланина показан на рис. 7.2. Структура других эумеланинов, вероятно, напоминает эту, однако она может отличаться от нее числом мономерных субъединиц и частотой их встречаемости. Природные полимеры представляют собой длинноцепочечные макромолекулы. In vivo они связаны с белком, возможно, через сульфгид-рильную группу цистеина.

(7 4) Дофа хинон

Свойства. Эумеланины практически нерастворимы э воде и в органических растворителях. Они чрезвычайно инертны и стабильны и подвергаются изменениям лишь в результате наиболее жестких химических воздействий. Вместе с тем эумеланины могут обесцвечиваться при длительном выдерживании на воздухе на ярком солнечном свету или, особенно эффективно, при продолжительном окислении перекисью водорода. Обесцвечивание человеческих волос, используемое «перекисными блондинками», хорошо известно.

Как и следовало ожидать, эумеланины, имеющие черный цвет, поглощают свет во всем видимом диапазоне. Поглощение происходит более интенсивно при более коротких длинах волн, и, возможно, это не является простым следствием высокосопряженной системы.

С помощью дифракции рентгеновских лучей твердых образцов эумеланинов животных была показана упаковка в стопки индольных и других ароматических фрагментов с образованием я-комплекса. Упакованные в стопки фрагменты могут быть удаленными друг от друга членами одной полимерной цепи или же членами разных полимерных цепей.

Рис 7 2 Фрагмент предполагаемой структуры сепиомеланина. Частота встречаемости остатков пиррольных мономеров умышленно сильно преувеличена, чтобы проиллюстрировать несколько различных возможностей связывания В действительности эти мономеры составляют лишь очень небольшую часть

всех мономеров.

7.2.3. Феомеланины

Распространение. Феомеланины имеют желтую, красную или коричневую окраску. Некоторые авторы применяют название «феомеланин» только к желтым или светло-желтоватым пигментам и называют красные вещества «эритромеланинами». В этой книге все эти пигменты мы будем называть «феомела-нинами». Распространение феомеланинов, по-видимому, ограничивается волосами и перьями, а, возможно, также и веснуш

ками, которые у людей часто сопутствуют рыжим волосам. Лучше других изучены пигменты рыжих волос человека и красных перьев некоторых линий домашних кур. Содержание фео-меланинов в красных перьях обычно значительно выше, чем в рыжих волосах.

он

Структура. Наиболее интенсивно изучались красные пигменты куриных перьев, особенно у красных родайлендов. С ними, по-видимому, сходны пигменты рыжих волос человека и других животных, например орангутана. Эти красные пигменты известны под общим названием галлофеомеланины и представляют собой сложные серусодержащие макромолекулы, образованные из дофахинона и цистеина. Главные единицы, из которых построен полимер, по-видимому, происходят от бензотиазола (7.5); фрагмент возможной структуры такого полимера показан на рис. 7.3. При обработке волос или перьев кислотой освобождается небольшое количество димерных пигментов — трихосидерион

нов (7.6). Являются ли эти пигменты природными продуктами или артефактами, остается неизвестным.

Свойства. Феомеланины отличаются от большинства эумеланинов растворимостью в разбавленных щелочах. Вместе с тем у них есть и общие с эумеланинами свойства — это нерастворимость в других растворителях и химическая стабильность.

Феомеланины и трихосидерины интенсивно поглощают свет в видимом диапазоне (500—-550 нм), что и обусловливает их красноватую окраску.

7.2.4 Алломеланины

Распространение. Черные пигменты, известные как алломеланины, являются, по-видимому, главным образом продуктами высших растений (они составляют важную часть черных защитных покровов многих зрелых семян) и грибов; у последних они обнаруживаются в спороносном слое и в спорах съедобных грибов и в черных гифах плесневых грибов, таких, как Phycomyces.

Структура. Алломеланины грибов изучались наиболее интенсивно, однако их структура еще далека от выяснения. Характерной особенностью алломеланинов является то, что они содержат мало или вообще не содержат азота и потому не могут быть полимерами индола. Многие из них, по-видимому, представляют собой полимеры простых фенолов, таких, как пирокатехин (7.7), и их хинонов и рассматриваются как пирокате-хиновые меланины. Имеющиеся доказательства свидетельствуют в пользу того, что между пирокатехиновыми фрагментами на различных стадиях окисления может происходить далеко идущая конденсация с образованием полимерных структур, в которых мономерные единицы соединены С—С- и С—О—С-связями, как, например, показано во фрагменте структуры (7.8). Пирокатехин, по-видимому, является главным продуктом расщепления растительных алломеланинов. Алломеланины грибов Aspergillus niger и Daldinla concentrica, вероятно, содержат периленовые мономеры, такие, как (7.9), представляющие собой производные 1,8-дигидроксинафталина (7.10).

Свойства. Алломеланины, так же как меланины других групп, нерастворимы ни в каких растворителях и химически стабильны. Они обычно поглощают свет во всем видимом диапазоне, однако иногда наблюдаются максимумы поглощения, главным образом при ~450 нм.

7.2.5. Склеротииы

Склеротины представляют собой полимерные вещества, наиболее характерные для экзоскелета членистоногих. Они ответственны за затвердение и связанное с ним потемнение кутикулы у многих видов насекомых.

Химия склеротинов и биохимия процесса склеротизации изучены мало, однако некоторые их особенности уже известны. Склероти