Melanin

Melanin ist der Farbstoff Ihrer Haut, Ihrer Haare und Ihrer Augen: eine Familie von Pigmenten, die Pigmentzellen (Melanozyten) aus der Aminosäure Tyrosin bilden. [Quelle] Bei Mitochondriak® sehen wir darin weit mehr als Sommerbräune: ein redoxaktives Material, das Licht schluckt, seine Energie in Wärme verwandelt [Quelle] und mit Wasser sogar Strom leitet. [Quelle]

„Farbe ist das Ergebnis einer tieferen Veränderung in der Materie“, sagt Jaroslav Lachký, Gründer von Mitochondriak. [Quelle] Melanozyten finden sich nicht nur in Haut und Haarfollikeln, sondern auch in Augen, Innenohr, Knochen, Herz und Gehirn. [Quelle]

Was ist Melanin und wo entsteht es?

Melanin entsteht in eigenen Organellen der Pigmentzellen, den Melanosomen, und wird an die Hornzellen der Oberhaut weitergereicht. Die Melanozyten sitzen in der untersten Schicht der Oberhaut und in der Haarzwiebel; in den Hornzellen (Keratinozyten) sammelt sich das Pigment als Kappe über dem Zellkern und schirmt das Erbgut ab. [Quelle] [Quelle]

Das Lehrbuch sieht in Melanin deshalb einen dunklen Sonnenschirm über der DNA. Jaroslav Lachký geht tiefer, „in den Keller, wo sich Eumelanin, Wasser, Proton, Semichinon, Mitochondrium, Spin und Redox treffen“. [Quelle]

Welche Arten gibt es: Eumelanin, Phäomelanin und Neuromelanin?

Man unterscheidet das braun-schwarze Eumelanin, das gelb-rötliche Phäomelanin und das Neuromelanin der Nervenzellen. Die beiden Hautpigmente teilen sich eine Vorstufe, das Dopachinon; Phäomelanin entsteht, wenn die Aminosäure Cystein bereitsteht. [Quelle]

Das Mischungsverhältnis steuert vor allem der Melanocortin-1-Rezeptor (MC1R), über den das Hormon α-MSH die Eumelanin-Bildung antreibt; Varianten seines Gens gehen mit roten Haaren und schwacher Bräunung einher. [Quelle]

Wie entsteht Melanin und was haben die Mitochondrien damit zu tun?

Melanin entsteht Schritt für Schritt aus Tyrosin, doch wie viel davon entsteht, hängt neben Licht und Hormonen an der Energie- und Redoxlage der Zelle, und die bestimmen die Mitochondrien mit. Den geschwindigkeitsbestimmenden ersten Schritt katalysiert das kupferhaltige Enzym Tyrosinase. [Quelle] Den Anstoß gibt das Licht: An der Universität Münster fuhr die Oberhaut von Menschen nach simuliertem Sonnenlicht das Vorläuferprotein POMC, das Pigmenthormon α-MSH und seinen Rezeptor MC1R hoch. [Quelle]

Das Farbwerk hängt am Kraftwerk. Forschende am San-Raffaele-Institut in Mailand zeigten 2014, dass Mitochondrien über feine fadenförmige Brücken an die Melanosomen andocken; wurde ihre ATP-Bildung gehemmt, entstanden weniger Kontakte, und die Bildung der Melanosomen war gestört. [Quelle] Ein Team der Kyung-Hee-Universität in Südkorea fand: Wurde die Teilung der Mitochondrien gehemmt, bildeten die Pigmentzellen mehr Melanin; zerfielen die Mitochondrien in Bruchstücke, stiegen die reaktiven Sauerstoffspezies (ROS), und MITF, der Hauptschalter der Pigmentbildung, wurde abgebaut. [Quelle] Jaroslav Lachký: „Echte Bräune (braune Haut) beginnt also nicht an der Oberfläche der Haut. Sie beginnt im Inneren der Zelle, in ihrem Redox, ihrem Wasser, ihren Mitochondrien und in ihrer Fähigkeit, ein Photon in einen gesteuerten biologischen Vorgang zu verwandeln.“ [Quelle]

Wurden in menschlichen Haarfollikeln und Hautstücken die Uhrgene BMAL1 oder PER1 stillgelegt, stieg der Melaningehalt. [Quelle] Bei Mäusen aktivierte UV-B, das nur die Augen traf, über α-MSH die Pigmentzellen der Haut, vermittelt über den Trigeminusnerv und Stickstoffmonoxid. [Quelle] Nahinfrarot wiederum bremst: In Zellkulturen senkten LEDs mit 830 und 850 nm die Melaninbildung menschlicher Pigmentzellen. [Quelle] Für uns heißt das: Das ganze Sonnenspektrum zählt, UV gibt Gas, Infrarot lenkt.

Warum ist Bräune mehr als eine Farbe?

Weil Bräune ein Umbau des Gewebes ist: mehr Pigment, aktivere Pigmentzellen und Kappen über den Zellkernen. UV-B lässt neues Melanin entstehen, diese Bräune erreicht nach 3 bis 6 Tagen ihr Maximum; UV-A dunkelt vorhandenes Melanin nach, eine Bräune, die schnell kommt und ebenso schnell wieder geht. [Quelle] In nachgebauter Oberhaut ließ UV die Melanozyten aktiver werden und sich vermehren. [Quelle] Jaroslav Lachký: „Die Bräune der Haut ist also kein ‚Anstrich‘, den die Haut auf der Oberfläche verteilt. Sie ist eine lebendige Antwort des Gewebes auf die Lichtumgebung.“ [Quelle]

Selbstbräuner ist dagegen Chemie auf abgestorbener Haut: Sein Hauptwirkstoff Dihydroxyaceton reagiert in der Hornschicht mit Aminosäuren zu braunen Melanoidinen, über die Maillard-Reaktion, die auch Brotkruste bräunt. [Quelle] Melanin entsteht dabei nicht.

Was macht Melanin mit dem Licht?

Melanin schluckt ein breites Spektrum von UV bis Infrarot und verwandelt den allergrößten Teil der Energie in Wärme, statt sie als Licht wieder abzugeben. Eumelanin ist eine extrem uneinheitliche Sammlung von Farbzentren, die zusammen vom UV bis ins Infrarot absorbieren. [Quelle] Paul Meredith und Jennifer Riesz (University of Queensland) maßen 2004 an synthetischem Eumelanin, dass es mehr als 99,9 % der aufgenommenen UV- und sichtbaren Strahlung nicht wieder als Licht abstrahlt. [Quelle] Wohin die Energie geht, zeigte das Team um Bern Kohler (Ohio State University) 2020: binnen weniger Pikosekunden als Schwingung in das umgebende Wasser (im Versuch schweres Wasser), das sich dabei erwärmt. [Quelle] Für Jaroslav Lachký ist Melanin darum kein bloß passives Dach über dem Zellkern, sondern eine Kreuzung für Photonen, die das Licht weiterleitet: in Schwingung, Wärme, Redox, Wasser und Ladung. [Quelle]

Wie stark Melanin absorbiert, hängt an der Wellenlänge. Nach der Näherung von Steven Jacques (Oregon Medical Laser Center) fällt die Absorption steil ab, je länger die Wellen werden; wie viel Melanin in den Melanosomen steckt, schwankt dabei um das Zehnfache. [Quelle] Rot und Nahinfrarot kommen also leichter am Pigment vorbei als UV:

Warum leitet Melanin Strom, sobald Wasser dazukommt?

Weil Wasser im Melanin eine Redoxreaktion antreibt, die Elektronen und Protonen als Ladungsträger freisetzt: Bei neutralem pH leitet Melanin nur, wenn es feucht ist. Schon 1974 zeigten McGinness und Kollegen, dass Melanin wie ein elektronischer Schalter arbeitet; von den anderen getesteten biologischen Stoffen tat das nur Cytochrom c, ein Elektronenträger der Atmungskette. [Quelle] A. Bernardus Mostert, Paul Meredith und Kollegen zeigten 2012: Eumelanin enthält Bausteine in drei Redoxstufen, als Hydrochinon, als Chinon und dazwischen als Semichinon, ein Radikal mit einem ungepaarten Elektron. Wasser verschiebt ihr Gleichgewicht, die Komproportionierung, und macht Melanin zum elektronisch-ionischen Hybridleiter. [Quelle]

reduzierte Form + oxidierte Form + Wasser ⇌ Semichinone + Protonen

Hauptladungsträger ist das Proton, das bei der Bildung des Semichinons frei wird; Rienecker und Kollegen prüften das Modell 2015 mit schwerem Wasser (D₂O) als Sonde. [Quelle] Licht und Wasser treiben die Bildung der Semichinone gemeinsam an. [Quelle] Im feuchten Melanin fanden Forschende vor allem Grenzflächenwasser in 3 bis 5 Lagen, aber kein freies Wasser, und darin erstmals in einem Biopolymer mögliche Signaturen des Zundel-Ions (H₅O₂⁺), eines Protons, das sich zwei Wassermoleküle teilen. [Quelle] Jaroslav Lachkýs Bild dafür ist ein ausgetrocknetes Flussbett, das erst mit Wasser zu fließen beginnt. Für ihn gilt: „Melanin ist eine topologische Schnittstelle zwischen Licht, Wasser, Redox, Elektronen, Protonen und der Zelle.“ [Quelle]

Betreibt Ihr Körper mit Melanin eine Art Photosynthese?

Nach dem Modell des mexikanischen Forschers Arturo Solís Herrera ja: Melanin arbeite für Tiere wie Chlorophyll für Pflanzen, denn es spalte mit Lichtenergie Wasser und setze dabei chemische Energie frei. Diese Rolle habe man bis dahin nur dem Chlorophyll zugeschrieben, schreiben Herrera und Kollegen 2015. [Quelle] Im wissenschaftlichen Mainstream sei die Idee praktisch unbekannt, schreibt Jaroslav Lachký; für ihn ist sie ein Arbeitsrahmen, den es sich ernst zu nehmen lohnt. Mitochondrien und Melanin sprechen für ihn dieselbe Sprache aus Elektronen, Protonen, Wasser und Licht. Sein Schluss: „Der tierische Körper hat nie aufgehört, Photosynthese zu betreiben, nur tut er es nicht mit einem grünen ‚Blatt‘, sondern mit dunklem Pigment, Wasser, Protonen und elektrischem Strom …“ [Quelle]

Wie eng Melanin mit Strahlungsenergie verbunden ist, zeigen Pilze: Unter ionisierender Strahlung, etwa 500-mal stärker als die natürliche Hintergrundstrahlung, wuchsen melaninhaltige Pilze deutlich schneller als unbestrahlte oder pigmentlose, und ihr Melanin übertrug Elektronen besser. Ekaterina Dadachova, Arturo Casadevall und Kollegen (Albert Einstein College of Medicine, New York) sprechen von einer möglichen Rolle des Melanins beim Einfangen und Nutzen von Energie. [Quelle]

Was bestimmt Ihre Hautfarbe und Ihren Hauttyp?

Vor allem die Menge des Melanins, dazu Größe und Verteilung der Melanosomen. Die hellste untersuchte Haut enthielt in einer Analyse etwa halb so viel Melanin wie die dunkelste, und dauerhaft sonnenexponierte Haut bis zu doppelt so viel wie geschützte. [Quelle] Das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) unterscheidet nach Thomas Fitzpatrick sechs Hauttypen, von Typ I, der nie bräunt, bis Typ VI mit dunkelbrauner bis schwarzer Haut. [Quelle] Ihren eigenen Hauttyp kann eine Hautärztin oder ein Hautarzt bestimmen. Für Vitamin D bedeutet mehr Melanin vor allem mehr Zeit: Stärker pigmentierte Haut brauchte unter simuliertem Sonnenlicht länger bis zur maximalen Bildung von Prävitamin D3, die Höchstmenge von etwa 10 bis 15 % des Ausgangsstoffs war aber nicht geringer. [Quelle] Jaroslav Lachký: „Das Licht ist dasselbe, aber das System, das es liest, ist nicht dasselbe.“ [Quelle]

Was zeigt die Forschung zu Melanin, Licht und Mitochondrien?

Melanin ist Teil eines lichtgesteuerten Netzwerks: Mitochondrien, innere Uhr und Auge regeln mit, und mehr Pigment geht mit weniger oxidativem Stress einher.

So setzen Mitochondriaks das um

Wir lassen unser Melanin wachsen, wie die Natur es vorsieht: mit Morgenlicht, mit der Sonne des Jahres und mit einem Stopp vor der Rötung. Unser Pigmentsystem ist für draußen gebaut, doch in einer US-Erhebung mit 9.386 Befragten verbrachten Menschen im Mittel 87 % ihrer Zeit in Gebäuden. [Quelle] Unsere Lichthygiene dreht das um:

1. Morgens raus: innerhalb von 30 Minuten nach dem Aufstehen 10 bis 20 Minuten ins Freie, ohne Glas dazwischen und ohne direkt in die Sonne zu schauen. Morgens ohne Sonnenbrille, denn aus unserer Sicht liest das Auge das Licht für die Haut mit.
2. Ab dem Frühjahr UV dazunehmen: mit 5 bis 10 Minuten Mittagssonne beginnen und langsam steigern. Die Obergrenze bleibt etwa die Hälfte der Zeit bis zur ersten Rötung beim aktuellen UV-Index, bei Hauttyp II und UV-Index 8 nach der BfS-Rechnung rund 10 Minuten; steigt der UV-Index, verlängern Sie nicht weiter, sondern halten die Zeit. [Quelle]
3. Vor der Rötung aufhören: Erstes zartes Rosa heißt Schatten oder Kleidung. Jaroslav Lachký: „Ein Sonnenbrand ist der Zustand, in dem die Lichtinformation die Kapazität des Systems übersteigt und zu Schaden wird […]. Anpassung ist der Zustand, in dem das System dieselbe physikalische Sprache in Struktur übersetzen kann […]. Und Melanin ist einer der Übersetzer.“ [Quelle]
4. Sonnencreme nur als letzte Möglichkeit: Sie schirmt das Signal ab, aus dem Bräune entsteht; in der Münsteraner Studie verhinderte ein vorher aufgetragenes Breitband-Sonnenschutzmittel den Anstieg von α-MSH. [Quelle] Muss unvorbereitete Haut lange in starker Sonne bleiben, etwa beim Skifahren, am Strand oder bei der Arbeit im Freien, ist ein mineralischer Filter wie Zinkoxid besser als ein Sonnenbrand. Bei Lupus erythematodes oder Xeroderma pigmentosum gelten die ärztlichen Vorgaben zum Lichtschutz.
5. Saisonal essen: tierische Fette, Eier und fetter Fisch statt industrieller Pflanzenöle, gegessen bei Tageslicht.
6. Im Winter die tief stehende Sonne nutzen: Ihr Licht ist reich an Rot und Infrarot; für uns gehört es zum Jahresrhythmus von Mitochondrien, Haut und Melaninsystem.

Verwandte Begriffe

• Lichtschwiele – der Eigenschutz der Haut, zu dem die Bräune gehört.
• Vitamin D – entsteht mit UV-B; mehr Melanin verlängert die nötige Zeit.
• Mitochondrien – docken in Pigmentzellen an die Melanosomen an.
• Redox – Melanin wechselt zwischen Hydrochinon, Semichinon und Chinon.
• Nahinfrarotlicht (NIR) – wird von Melanin weit schwächer absorbiert als UV.
• Blaues Licht – violett-blaue Anteile pigmentieren Haut ab Hauttyp III.
• Deuterium – schweres Wasser diente als Sonde für den Protonenstrom.
• Zirkadianer Rhythmus – die Uhrgene BMAL1 und PER1 regeln die Pigmentbildung mit.

Häufige Fragen zu Melanin

Was ist der Unterschied zwischen Melanin, Melatonin und Melanopsin?

Melanin ist ein Pigment, Melatonin ein Hormon der biologischen Nacht und Melanopsin ein Lichtsensor im Auge. Der Name Melanin stammt vom griechischen mélas, „schwarz“. [Quelle] Mit den beiden anderen teilt es nur den Klang: Melatonin signalisiert Ihrem Körper die Nacht, Melanopsin meldet Ihrer inneren Uhr, wie hell der Tag ist. Mehr dazu in den Einträgen Melatonin und Melanopsin.

Schützt Melanin vor Sonnenbrand?

Ja, als Teil des Eigenschutzes Ihrer Haut, der mit der Sonne wächst. Das Pigment legt sich als Kappe über die Zellkerne und fängt einen Teil der UV-Strahlung ab. Neue Bräune braucht allerdings 3 bis 6 Tage bis zu ihrem Maximum. Deshalb steigern Mitochondriaks die Sonne Schritt für Schritt und hören vor der Rötung auf; ein Freibrief für stundenlange Mittagssonne ist auch gebräunte Haut nicht.

Bräunt Selbstbräuner die Haut wie die Sonne?

Nein: Selbstbräuner färbt nur die abgestorbene Hornschicht, echtes Melanin entsteht dabei nicht. Sein Hauptwirkstoff Dihydroxyaceton reagiert mit Aminosäuren der Hornschicht zu braunen Melanoidinen, über dieselbe Maillard-Reaktion, die Brotkruste bräunt. Echte Bräune ist dagegen eine lebendige Antwort der Zellen, mit neuem Melanin als Kappe über den Zellkernen. Die Farbe mag ähnlich aussehen, die Biologie dahinter ist eine andere.

Löst rotes Licht eine Bräunung aus?

In einer klinischen Studie nicht: Rotes Licht von 630 nm pigmentierte die Haut nicht, violett-blaues Licht von 415 nm dagegen deutlich. [Quelle] Getestet wurde das bei Hauttyp III und IV. Den Sensor für kurzwelliges sichtbares Licht, Opsin-3, fanden Forschende in den Pigmentzellen selbst; die lang anhaltende Pigmentierung tritt erst ab Hauttyp III auf. [Quelle]

Warum bräunen manche Menschen kaum oder nie?

Weil ihre Haut kaum braun-schwarzes Eumelanin bildet, häufig wegen Varianten des MC1R-Gens. Solche Varianten fanden sich bei über 80 % der Menschen mit roten Haaren oder heller, schlecht bräunender Haut, aber bei weniger als 4 % der guten Bräuner. [Quelle] Hauttyp I bräunt laut Bundesamt für Strahlenschutz nie. Diese Haut braucht mittags Schatten und Kleidung, Morgenlicht bleibt trotzdem wertvoll.

Warum leitet Melanin Strom?

Weil Wasser im Melanin Elektronen und Protonen als Ladungsträger freisetzt. Eumelanin besteht aus Bausteinen in verschiedenen Redoxstufen; Wasser verschiebt ihr Gleichgewicht so, dass Semichinone und bewegliche Protonen entstehen. Bei neutralem pH leitet Melanin deshalb nur, wenn es feucht ist, und auch Licht treibt die Bildung der Semichinone an. Forschende sehen darin einen Hybridleiter, der Protonen- in Elektronensignale übersetzen kann.

Warum haben Menschen unterschiedliche Augenfarben?

Weil die Iris unterschiedlich viel Melanin enthält, das den Farbeindruck erzeugt. Die Augenfarbe wird von mehreren Genen geprägt, doch schätzungsweise 74 % der Unterschiede hängen mit einem Abschnitt auf Chromosom 15 rund um das Gen OCA2 zusammen. Eine einzelne Basenänderung im benachbarten Gen HERC2 erklärt fast den gesamten Zusammenhang mit blauen oder braunen Augen. [Quelle]

Was Sie sich merken sollten

• Melanin ist eine Familie von Pigmenten aus Tyrosin: braun-schwarzes Eumelanin, gelb-rötliches Phäomelanin und Neuromelanin.
• Es verwandelt den allergrößten Teil der Lichtenergie in Wärme, leitet mit Wasser Strom und arbeitet eng mit den Mitochondrien zusammen.
• Echte Bräune ist ein Umbau Ihrer Haut, gesteuert von UV, Hormonen, innerer Uhr und Mitochondrien.
• Unser Weg: täglich Morgenlicht, ab dem Frühjahr Sonne in steigender Dosis, vor der Rötung aufhören und Sonnencreme nur als letzte Möglichkeit. Verbinden Sie sich wieder mit der Natur.

Wie Sie Ihre Haut Schritt für Schritt an die Sonne gewöhnen, lesen Sie im Eintrag Lichtschwiele.