dimanche 9 mars 2014

SOMMAIRE


I/ La mélanine, une molécule responsable de la pigmentation de la peau

A) Qu'est-ce que la mélanine?


B) La mélanine et les couleurs de peau


II/ La mélanine, une molécule essentielle pour se protéger du soleil.



Introduction

Dans le monde, nous sommes tous différents. Une des choses qui nous différencie et qui est propre à chacun de nous est notre couleur de peau. La  principale molécule responsable de notre couleur de peau est la mélanine. C'est le type de mélanine, sa répartition et la quantité présente dans notre peau qui créent toutes les nuances de couleurs.
Lorsque l'on s'intéresse à la répartition de l'ensoleillement, on remarque qu'il est plus intense au niveau de l'équateur. Plus on s'éloigne de l'équateur plus l'ensoleillement est faible. Or, avant les grandes immigrations, le long de l'équateur vivaient les individus de couleur de peau très foncée, de même plus l'on se rapprochait des pôles, plus les individus étaient de peau claire. De nos jours cela n'est plus vraiment valable puisque l'on peut voyager partout dans le monde. On peut tout de même constater aujourd'hui encore, qu'après exposition au soleil, notre peau devient plus foncée, c'est le bronzage.
http://www.ez2c.de/ml/solar_land_area/
On peut donc en conclure qu'il existe une relation entre la couleur de peau et l'ensoleillement.
On peut alors se poser la question suivante :

 De quelle manière et pourquoi le soleil agit-il sur la mélanine et la couleur de peau?

 On s’intéressera dans un premier temps au rôle de la mélanine dans la pigmentation de la peau, puis dans un deuxième à son rôle protecteur vis-à-vis du soleil.

samedi 8 mars 2014

I/ La mélanine, une molécule responsable de la pigmentation de la peau


A) Qu'est-ce que la mélanine?

Il existe trois différents types de mélanines dans les cellules épidermiques, ce sont les suivants :

–        La phéomélanine
–        L'eumélanine
–        La neuromélanine

→ Les eumélanines sont des pigments bruns ou noirs, insolubles, contenant du soufre et que nous trouvons dans l'épiderme, les cheveux et les poils .
→ Les phéomélanines sont des pigments jaunes ou rouge brun, soluble dans la soude, qui contient de l’azote et du soufre. Nous les trouvons par exemple dans les cheveux roux.
→ Les neuromélanines sont des pigments noirs présents dans le cerveau.
 La production de mélanine est fortement dépendante des hormones sexuelles, ainsi à la puberté, un adolescent va produire plus de mélanine.

Durant notre présentation, nous nous intéresserons uniquement aux pigments eumélanines et aux pigments phéomélanines étant donné que notre sujet concerne la pigmentation de la peau.

  • Propriétés chimiques de l'eumélanine et de la phéomélanine
L'eumélanine et la phéomélanine sont des molécules organiques comportant de nombreuses doubles liaisons conjuguées et des groupes chromophores (C=C et C=O). On sait que plus une molécule comporte de doubles liaisons conjuguées successives et de groupes chromophores, plus celle-ci a de chances d'apparaître colorée. Le fait que les molécules de mélanine sont colorées viendrait donc de cette particularité. En effet, la présence de certains groupes auxochromes dans une molécule organique influe sur le domaine de radiations qu'elle absorbe, donc sur sa couleur perçue. Parmi ces groupes d'atomes, on retrouve des groupes auxochromes, le groupe hydroxyle -OH présent chez les deux types de molécules ainsi que les groupes amines  -NH chez l'eumélanine et -NH2 chez la phéomélanine. Plus il y a de groupes auxochromes, plus la longueur d'onde maximale d'absorption sera grande. C'est le nombre de doubles liaisons conjuguées successives et la présence des différents groupes auxochromes qui déterminent les deux différents types de molécules et donc le fait que leur couleur soit différente. Ces deux molécules sont des polymères.

  • Comment la mélanine est-elle fabriquée ?
La mélanine est un pigment fabriqué par les cellules de la peau,qui lui donne sa coloration plus ou moins foncée. Son rôle est d'aider la peau à se protéger des rayons ultraviolet en provenance du soleil.
La mélanine est fabriquée par les mélanocytes. Les mélanocytes sont des cellules situées dans la partie profonde de l'épiderme juste au contact de la membrane basale sur laquelle l'épiderme repose et qui les sépare du derme. Ces cellules ont des prolongements qui remontent entre les cellules de l'épiderme. Grâce à ses prolongements, les mélanocytes vont fournir aux cellules de l'épiderme de la mélanine et protéger aussi des radiations ultraviolettes du soleil. L'unique fonction des mélanocytes est de produire des mélanines pour colorer la peau et protéger les structures cellulaires et moléculaires.Les cellules de la peau ont une durée de vie limitée, puisque en effet, la peau met 28 jours à se renouveler. Les cellules pigmentaires sont localisées dans l’assise basale de l’épiderme à l’interface dermo-épidermique.
 → La pigmentation de la peau est un processus complexe qui, dans l'épiderme comme dans les follicules pileux, est dû à la mélanogénèse.

  • La mélanogénèse

La mélanogénèse comprend la synthèse et la répartition de la mélanine dans l'épiderme.

→ Le synthèse de la mélanine est déclenchée par un processus complexe ayant lieu dans les kératinocytes qui sous l’effet des UV, secrètent l’hormone alpha-MSH (elle même régulée par l'AMP cyclique). L’alpha-MSH s’attache aux mélanocytes et stimule la synthèse de la tyrosinase, une enzyme clé de la synthèse de la mélanine, permettant le déclenchement de celle-ci.

La synthèse de la mélanine a lieu dans les mélanosomes au sein des mélanocytes. Etant donné qu'il existe deux types de mélanines présentes dans notre peau, chaque type est synthétisé dans des mélanosomes bien spécifiques. L'eumélanine est synthétisée dans les eumélanosomes et la phéomélanine dans les phéomélanosomes. La mélanine provient d'un acide aminé très répandu dans l'organisme, la tyrosine. Elle est catalysée par une enzyme, la tyrosinase. La tyrosine se transforme alors en Dopamine qui est dérivé en Dopaquinone. En l'absence de cystéine, de l'eumélanine est formée. En revanche, en présence de cystéine, de la phéomélanine est formée. Le passage de la Dopaquinone à l'eumélanine ainsi qu'à la phéomélanine comportent des étapes intermédiaires que l'on ne mentionnera pas car ces étapes utilisent des enzymes et des procédés trop complexes. Ces deux pigments polymérisent à un degré variable selon leur nature.

La synthèse de la mélanine est suivie par le transfert des mélanosomes présents dans le mélanocyte aux kératinocytes environnants par l'intermédiaire des dendrites. Le mode de passage des dendrites aux kératinocytes reste encore méconnu. Les mélanosomes de grande taille se répartissent isolement et ceux de petite taille se regroupent de manière à couvrir tout l'espace . La production de la mélanine faisant suite à une exposition aux UV et sa répartition dans les kératinocytes, n'est rien d'autre que le bronzage.


Schéma représentant le transfert des mélanosomes présents dans le mélanocyte aux kératinocytes environnants.

Nous avons donc vu que la synthèse de la mélanine nécessite une enzyme, la tyrosinase. Cette dernière est codée par un gène noté A. Un allèle récessif anormal de ce gène, a, code une enzyme non fonctionnelle. Les homozygotes aa ne peuvent donc pas fabriquer de mélanine. Les gènes codant pour leur coloration ne servent donc à rien. C'est le cas de l'albinisme, que nous détaillerons plus loin.




B) La mélanine et les couleurs de peau


La coloration de notre peau à la naissance dépend de trois pigments:
–  L'hémoglobine, un pigment qui donne une couleur rouge. 
–  La mélanine, un pigment responsable des plus importantes variations de couleur de peau.
–  Le carotène, un pigment orangé.

Nous nous intéresserons cependant uniquement à la mélanine.
La quantité et la nature des mélanines obtenues dans la peau, ainsi que leur répartition, sont les principaux critères déterminant sa couleur. Dans cette étape de notre TPE, nous allons nous intéresser à la quantité et à la nature des mélanines contenues dans notre peau. La mélanine est présente en quantité proportionnelle à l'intensité de la couleur, plus la peau contient de mélanine, plus elle est foncée. Ainsi, une personne à la peau blanche en fabrique beaucoup moins qu'une personne à la peau noire. En ce qui concerne l'albinisme, les sujets présentant ce cas en produisent peu ou pas du tout.

Faisons une petite parenthèse sur cette maladie qu'est l'albinisme.
L'albinisme est une particularité génétique qui peut être héréditaire. Un individu albinos présente une hypopigmentation qui est due à une réduction ou absence totale de synthèse de mélanine dans l'iris et les téguments (épidermes, poils et cheveux, plumes), malgré la présence normale de cellules pigmentaires. Si cette hypopigmentation est générale, on parle d'albinisme oculo-cutané (OCA), le cas le plus fréquent qui atteint l’œil, la peau et les phanères (poils, plumes, ongles). Nous pouvons également trouver le cas de l'albinisme oculaire localisé à l’œil et enfin l'albinisme complexe qui s'accompagne de pathologies plus graves.
Il existe une maladie contraire à l'albinisme, le mélanisme. Cette maladie est un phénotype animal caractérisé par la couleur entièrement noire de la peau, des plumes et des poils.


  • Couleurs et hérédité

 Il existe 3 types d’hérédité : L’hérédité polygénique, l’épistasie ainsi que la pléitropie.
Dans le cas des couleurs de peau, nous trouvons l'hérédité polygénique ou l'épistasie (albinisme)
Voyons l'hérédité polygénique plus en détail.
–  Hérédité polygénique : La couleur de peau résulte des interactions de plusieurs facteurs déterminés par des paires différentes de gènes.
            → Certains gènes pourraient agir sur le métabolisme des mélanocytes de la peau et en modifier le taux de production de mélanine.
            → Des gènes différents peuvent déterminer les quantités relatives de chacun des types possibles de mélanine.
            → D'autres encore pourraient affecter la production de certaines hormones intervenant dans l'activité des mélanocytes.



Comparaison d'une coupe de peau blanche avec une coupe de peau noire
Notre microscope n'étant pas assez performant pour distinguer nettement les mélanosomes présents dans les kératinocytes, nous avons fait un schéma de ce que l'on aurait dû voir.

 → Dans la peau blanche, les mélanomes sont de petite taille alors que dans la peau noire ils sont de grande taille et très nombreux.

vendredi 7 mars 2014

II/ La mélanine, une molécule essentielle pour se protéger du soleil.


A) Les dangers du soleil


  • Le rayonnement solaire



Le rayonnement solaire est composé d’une infinité de grains de lumière appelés photons transportant chacun un quantum d’énergie. Chaque photon a sa propre énergie qui correspond à une longueur d’onde.
Le rayonnement solaire est composé principalement de cinq rayonnements incidents :
–        les rayons gamma, avec des longueurs d'onde inférieur à 0,1 nm, ce sont les plus énergétiques et ils sont invisibles
–        les rayons X, avec les longueurs d'ondes entre 0,1 et 10 nm , ils sont invisibles
–        les ultraviolets, dont les longueurs d'onde sont comprises entre 10 et 400 nm, décomposés en UVC compris entre 200 et 290 nm, UVB ou UV courts compris entre 290 et 320 nm et UVA ou UV longs compris entre 320 et 400 nm, ils sont eux aussi invisibles et ne procurent pas de sensation de chaleur, on y est exposé sans s 'en rendre compte
–        le domaine du visible, avec des longueurs d'onde allant de 400 à 800 nm,  auquel est sensible la rétine, nous permettant de distinguer les couleurs
–        les infrarouges, dont les longueurs d'onde sont supérieures à 800 nm, ils sont invisibles et apportent la sensation de chaleur


  • La dangerosité dépend de la longueur d'onde incidente...




Plus la longueur d'onde est petite, plus elle est énergétique et donc dangereuse .
Ainsi, le rayonnement le plus nocif et dangereux est le rayonnement gamma, puis vient le rayonnement X et l'ultra-violet (les plus énergétiques et nocifs étant les UVC, puis les UVB, puis les UVA) . Heureusement, ceux-ci ne parviennent pas tous jusqu'à nous, les rayons les plus nocifs, les rayons gamma, rayons X, les UVC (en quasi-totalité) et une partie des UVB  sont arrêtés par la partie haute de l'atmosphère, la couche d'ozone . Cependant la dégradation de la couche d'ozone augmente l'exposition aux UVB notamment, par exemple en Australie, la couche d'ozone est plus mince et donc moins protectrice De même, plus l’altitude est élevée, plus l’exposition aux UVB sera intense (l’atmosphère sera moins épaisse et donc elle absorbera moins d'UVB).  Dans le cas d'une couche d'ozone d'épaisseur normale, seuls parviennent à nous une partie des UVB, les UVA (plus nombreux), le rayons du domaine du visible et les infra-rouges.
Les rayons du domaine du visible sont peu énergétiques et sont dits sans danger . Les rayons infra-rouges sont également dits sans danger puisqu'ils sont encore moins énergétiques .
Le rayonnement ultraviolet arrivant jusqu'à nous (UVA et UVB) est donc le principal agresseur de la peau et exerce une influence sur tous les êtres vivants. Les UVA sont moins riches en énergie que les UVB, mais ils sont 20 fois plus nombreux que les UVB dans l’atmosphère. UVA et UVB ont donc un rôle nocif comparable et nécessitent tous deux une protection de qualité.

  • La peau et le soleil



La pénétration du rayonnement ultraviolet dans la peau dépend de la longueur d’onde incidente. Les ultraviolets courts de longueurs d'onde courtes (UVB) ne dépassent pas la couche basale de l’épiderme, mais sont très nocifs, alors que les ultraviolets longs de longueurs d'onde plus longues (UVA) parviennent jusqu'au derme et les infrarouges jusqu'à l’hypoderme mais sont dits sans danger.
Les effets des UV sur notre corps peuvent être bénéfiques quand il s’agit de la synthèse de la vitamine D mais ils peuvent aussi être néfastes .
Les UVB transportent assez d’énergie pour causer des dégâts au niveau de l’ADN des cellules de l’épiderme, celui-ci est modifié par mutation génétique.
Les mutations peuvent être produites lors d'un érythème solaire ou actinique dit dans langage courant «coup de soleil». Il s'agit d'une brûlure au 1er ou 2nd degré . Lors d'un coup de soleil, l'ADN des cellules de l'épiderme a été altéré par les UV, une dilatation des vaisseaux sanguins se produit ainsi qu'une réaction inflammatoire se traduisant par des rougeurs, douleurs et un gonflement au niveau de la zone du coup de soleil .  Le coup de soleil ne procure aucun effet protecteur, bien au contraire il fragilise la peau et la rend plus sensible au soleil.
Cependant, une mutation génétique ne survient pas que lors de coups de soleil, il suffit d'expositions fréquentes au soleil ou en cabines à UV pour que des mutations de l'ADN opèrent .
Quelques mutations d'une cellule suffisent à l'induction d'une carcinogénèse, c'est-à-dire à la naissance d'un cancer de la peau comme le mélanome (intervenant au niveau des mélanocytes), ou les carcinomes basocellulaires et spinocellulaires (intervenant au niveau des kératinocytes).

Pour nous protéger des UV et des mutations génétiques engendrées, il existe une molécule présente dans notre épiderme, la mélanine .

B) Le rôle protecteur de la mélanine


  • La photoprotection


La photoprotection naturelle est essentiellement assurée par la barrière cornée et la barrière mélanique.
→ La barrière cornée agit de deux manières dans la protection de notre peau :
         -les filaments de kératine présents dans la couche cornée réfléchissent les photons du spectre visible et infra-rouges
         -Les constituants du sébum (libéré par la sueur) et la kératine absorbent les UVB
→ La barrière mélanique possède un effet photoprotecteur grâce à la mélanine présente dans les mélanosomes .


-> Expérience : la mise en évidence de l'absorption des UV par la mélanine

Nous nous sommes alors posé la question suivante : comment agit la mélanine pour nous protéger des rayons du soleil?


Nous avons émis l'hypothèse suivante : La mélanine agissant comme une barrière protectrice contre les ultra-violets, il est possible qu'elle absorbe ces rayons . De même, plus une peau contiendra de mélanine, plus elle absorbera les UV, plus elle sera protégée de ceux-ci .

Pour le démontrer, nous réalisons le début de la chaîne de la synthèse de la mélanine . La solution obtenue contiendra un composé précurseur de la mélanine dans sa chaîne de synthèse, il aura donc des propriétés chimiques similaires . Nous effectuons ensuite une échelle de concentrations allant de la solution la plus concentrée à la solution la moins concentrée puis nous mesurons leur absorbance à l'aide d'un spectrophotomètre. 
D'après l'hypothèse, on s'attend à ce que les solutions absorbent essentiellement dans les UV et que l'absorbance soit proportionnelle à la concentration .  La solution la plus concentrée devrait avoir l'absorbance la plus élevée et celle de concentration plus faible devrait avoir l'absorbance la moins élevée.






Résultats de l’expérience :

Comme nous l'avions prévu, les solutions absorbent majoritairement dans les UV. Nous pouvons valider l’hypothèse selon laquelle la mélanine protège la peau des ultra-violets en les absorbant. Lorsque l'on observe les graphiques, on remarque que plus la solution est concentrée, plus elle est absorbante, de même, plus la solution est diluée, moins elle est absorbante. L'absorbance est donc proportionnelle à la concentration. Ainsi, plus la peau contient de mélanine, plus elle sera protégée des UV, moins elle en contient, plus elle y sera sensible.
Ainsi, une peau noire contenant plus de mélanine qu'une peau blanche, sera mieux protégée face au soleil.


  • La protection varie en fonction du type de mélanine


Les deux mélanines présentes dans notre peau ne la protègent pas de la même façon, l’eumélanine ou mélanine noire absorbe beaucoup mieux les ultra-violets et est donc beaucoup plus protectrice que la phéomélanine, ou mélanine rouge qui ne les absorbe presque pas.  



  • Les phototypes


Chez les hommes, il existe une multitude de variations de couleur de peau. Chaque individu possède une carnation propre. Cependant, au XXe siècle, un scientifique du nom de Fitzpatrick a établi une classification des individus  en fonction des couleurs de peau et de leur réaction cutanée au Soleil. Cette classification est ordonnée en 6 phototypes allant de la peau la plus claire à la plus foncée. Chaque phototype ne réagit pas de la même façon face au Soleil. Plus la peau est claire plus elle sera sensible au Soleil, à l‘inverse, plus la peau est foncée, plus elle sera protégée du Soleil.

Les individus les plus sensibles au soleil, sont donc les individus à la peau très claire, les albinos, puis les personnes aux cheveux roux (ils ont très peu d’eumélanines et beaucoup de phéomélanine dans la peau, or celle-ci n’est pas protectrice), lors d’une exposition au soleil, ils ne bronzent pas ou très peu, et sont les plus touchés par les coups de soleil . Les individus les moins sensibles au Soleil sont les individus à la peau très foncée, ils n’ont presque jamais de coups de Soleil.



jeudi 6 mars 2014

Conclusion

La pigmentation de la peau est donc due principalement à un pigment : la mélanine (eumélanine et phéomélanine). La production de cette molécule est indirectement régulée par le Soleil. Le rôle de la mélanine est de protéger la peau contre le rayonnement solaire qui présente bien des dangers. En effet, lorsque le rayonnement atteint l'ADN présent dans les cellules du derme, il créé des mutations au niveau de celui-ci et engendre des cancers.
La multitude de couleurs de peau existant aujourd'hui résulte donc d'une adaptation de l'homme à son environnement. Elles sont nées progressivement au cours de l'histoire du temps.

mercredi 5 mars 2014

LEXIQUE



–  Groupes chomophores et auxochromes : influent sur la couleur d'une molécule.

–  Mélanocyte :Cellule localisée dans l'épiderme ou le derme, responsable de la pigmentation de la peau par la sécrétion de mélanine.

–  Épiderme: couche superficielle de la peau.

–  Membrane basale : Elle nous sert de moyen d'ancrage aux cellules épithéliales; elle intervient comme filtre pour leur nutrition, elle est indispensable pour leur survie et leur cicatrisation.

–  Kératinocyte : Cellules qui recouvrent la peau

–  Mélanosome : Organite dans lequel la mélanine est fabriquée.

–  Acide aminé : L’acide aminé est à la base de la constitution des protéines et autres peptides, même s'il n'en est pas l’unique constituant.

–  Enzyme : Une enzyme est une protéine fabriquée par l'organisme qui permet l'activation ou l'accélération de réactions chimiques

–  Protéine : Macromolécule biologique composée d’une ou plusieurs chaînes d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques (chaine polypeptidique). En général, on parle de protéine lorsque la chaîne contient au moins 20 acides aminés, et de peptide pour des assemblages de plus petite taille. 

–  Catalysée : agir comme un catalyseur dans une réaction chimique.
                →     Catalyseur : Déclenche et active une réaction chimique.

–  Dendrite : prolongement du mélanocyte permettant à celui-ci d’être relié au kératinocyte.

–  Dopamine: Acide aminé produit par l'organisme au niveau des cellules neuronales du système nerveux central

–  Dopaquinone : Métabolisme de biosynthèse de la mélanine dans les mélanocytes.

–  Gène :Un gène est une petite portion d'ADN, l'acide désoxyribonucléique, support de l'information génétique de l'individu.

–  Homozygotes : Qualifie une cellule qui possède deux gènes identiques sur les chromosomes de la même paires. 

–  Pigment : Substance qui permet aux matières organiques de se colorées.

–   La Pléitropie : C'est lorsqu'un gène peut déterminer plusieurs phénotypes différents.

–  L'épistasie : C'est lorsqu'un gène agit sur l'expression d'autres gènes.

mardi 4 mars 2014

Sitographie/Bibliographie 

http://www.corpscite.be/xml/sites-SITE-2064-IDC--IDD-11013-.html


http://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9lanine
fr.wikipedia.org/wiki/Couleur_de_la_peau_humaine

http://biologiedelapeau.fr/spip.php?article12

http://biologiedelapeau.fr/spip.php?mot102

http://technocoiff.chez.com/technocoiff/biologie/bio5.htm

http://tpeuv.e-monsite.com/pages/v-protection-naturelle.html

http://www.futura-sciences.com/magazines/sante/infos/dico/d/medecine-keratinocyte-181/

http://sante-guerir.notrefamille.com/v2/services-sante/article-sante.asp?id_guerir=6561

http://www.docteur-gilles-korb.com/medecine-esthetique/melanine.htm

http://fr.wikipedia.org/wiki/Classification_de_Fitzpatrick

http://www.medecine-et-sante.com/vaccinsprevention/dangerdesUV.html

http://www.prevention-soleil.fr/dangers-soleil.html

http://www.aroma-zone.com/aroma/dossier_le_soleil.asp

http://sante.lefigaro.fr/mieux-etre/beaute/peau-soleil/rayonnement-solaire

http://sante.canoe.ca/condition_info_details.asp?disease_id=200


http://www.dematice.org/ressources/DCEM3/dermatologie/D3_derm_011/web/co/peau_soleil_18.html

 - Classeur d'svt sur la mélanine de Madame Walter.
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