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La maggior parte dell’emoglobina viene rimossa quando gli animali vengono macellati e dissanguati. Così, nel tessuto muscolare correttamente dissanguato la mioglobina è responsabile del 90% o più della pigmentazione. La quantità di mioglobina varia considerevolmente tra i tessuti muscolari ed è influenzata da specie, età, sesso e attività fisica.

La pigmentazione è usata da molti animali per proteggersi, per mezzo di mimetismo, mimetismo o colorazione di avvertimento. Alcuni animali tra cui pesci, anfibi e cefalopodi usano cromatofori pigmentati per fornire un mimetismo che varia in base allo sfondo.

La pigmentazione è usata nella segnalazione tra animali, come nel corteggiamento e nel comportamento riproduttivo. Per esempio, alcuni cefalopodi usano i loro cromatofori per comunicare.

Il fotopigmento rodopsina intercetta la luce come primo passo nella percezione della luce.

I pigmenti della pelle come la melanina possono proteggere i tessuti dalle scottature da radiazioni ultraviolette.

Tuttavia, alcuni pigmenti biologici negli animali, come i gruppi eme che aiutano a trasportare l’ossigeno nel sangue, sono colorati come risultato del caso. Il loro colore non ha una funzione protettiva o di segnalazione.

Malattie e condizioniModifica

Una varietà di malattie e condizioni anormali che coinvolgono la pigmentazione sono negli esseri umani e negli animali, sia da assenza o perdita di pigmentazione o di cellule pigmentarie, o dalla produzione eccessiva di pigmento.

• L’albinismo è un disturbo ereditario caratterizzato dalla perdita totale o parziale di melanina. Gli esseri umani e gli animali che soffrono di albinismo sono chiamati “albinisti” (il termine “albino” è anche usato a volte, ma può essere considerato offensivo se applicato alle persone).
• L’ittiosi lamellare, chiamata anche “malattia delle squame di pesce”, è una condizione ereditaria in cui un sintomo è la produzione eccessiva di melanina. La pelle è più scura del normale, ed è caratterizzata da macchie scure, squamose e secche.
• Il melasma è una condizione in cui appaiono macchie marrone scuro di pigmento sul viso, influenzate dai cambiamenti ormonali. Quando si verifica durante una gravidanza, questa condizione è chiamata la maschera della gravidanza.
• La pigmentazione oculare è un accumulo di pigmento nell’occhio, e può essere causato dal farmaco latanoprost.
• La vitiligine è una condizione in cui c’è una perdita di cellule che producono pigmento chiamate melanociti in chiazze di pelle.

Pigmenti in animali mariniModifica

Carotenoidi e carotenoproteineModifica

I carotenoidi sono il gruppo più comune di pigmenti trovati in natura. Più di 600 tipi diversi di carotenoidi si trovano in animali, piante e microrganismi.

Gli animali non sono in grado di produrre i propri carotenoidi e quindi dipendono dalle piante per questi pigmenti. Le carotenoproteine sono particolarmente comuni tra gli animali marini. Questi complessi sono responsabili dei vari colori (rosso, viola, blu, verde, ecc.) per questi invertebrati marini per i rituali di accoppiamento e il camuffamento. Ci sono due tipi principali di carotenoproteine: Tipo A e Tipo B. Il tipo A ha carotenoidi (cromogeni) che sono associati stechiometricamente a una proteina semplice (glicoproteina). Il secondo tipo, il tipo B, ha carotenoidi che sono associati a una lipo-proteina e di solito è meno stabile. Mentre il tipo A si trova comunemente nella superficie (gusci e pelli) degli invertebrati marini, il tipo B si trova di solito nelle uova, nelle ovaie e nel sangue. I colori e l’assorbimento caratteristico di questi complessi carotenoproteici si basano sul legame chimico del cromogeno e delle subunità proteiche.

Per esempio, la carotenoproteina blu, linckiacyanin ha circa 100-200 molecole di carotenoidi per ogni complesso. Inoltre, le funzioni di questi complessi pigmento-proteina cambiano anche la loro struttura chimica. Le carotenoproteine che sono all’interno della struttura fotosintetica sono più comuni, ma complicate. I complessi pigmento-proteina che sono al di fuori del sistema fotosintetico sono meno comuni, ma hanno una struttura più semplice. Per esempio, ci sono solo due di queste astaxantina-proteine blu nella medusa Velella velella, contiene solo circa 100 carotenoidi per complesso.

Un carotenoide comune negli animali è l’astaxantina, che emette un pigmento blu-viola e verde. Il colore dell’astaxantina si forma creando complessi con le proteine in un certo ordine. Per esempio, la crustochrina ha circa 20 molecole di astaxantina legate alle proteine. Quando i complessi interagiscono per interazione eccitone-eccitone, si abbassa l’assorbanza massima, cambiando i diversi pigmenti di colore.

Nelle aragoste, sono presenti vari tipi di complessi astaxantina-proteina. Il primo è la crostacianina (max 632 nm), un pigmento blu ardesia presente nel carapace dell’aragosta. Il secondo è la crustochrina (max 409), un pigmento giallo che si trova sullo strato esterno del carapace. Infine, la lipoglicoproteina e l’ovoverdina formano un pigmento verde brillante che è solitamente presente negli strati esterni del carapace e nelle uova dell’aragosta.

TetrapirroliModifica

I tetrapirroli sono il prossimo gruppo di pigmenti più comune. Hanno quattro anelli di pirrolo, ogni anello consiste di C4H4NH. Il ruolo principale dei tetrapirrolli è la loro connessione nel processo di ossidazione biologica. I tetrapirrolli hanno un ruolo importante nel trasporto di elettroni e agiscono come sostituto di molti enzimi. Hanno anche un ruolo nella pigmentazione dei tessuti degli organismi marini.

MelaninEdit

Melanina è una classe di composti che serve come pigmento con diverse strutture responsabili dei pigmenti scuri, abbronzati, giallastri/rossastri negli animali marini. Viene prodotta quando l’aminoacido tirosina viene convertito in melanina, che si trova nella pelle, nei capelli e negli occhi. Derivati dall’ossidazione aerobica dei fenoli, sono polimeri.

Ci sono diversi tipi di melanine considerando che sono un aggregato di molecole componenti più piccole, come le melanine contenenti azoto. Esistono due classi di pigmenti: le eumelanine insolubili nere e marroni, che derivano dall’ossidazione aerobica della tirosina in presenza di tirosinasi, e le feomelanine solubili in alcali che vanno da un colore giallo a un rosso marrone, derivanti dalla deviazione del percorso dell’eumelanina attraverso l’intervento di cisteina e/o glutatione. Le eumelanine si trovano di solito nella pelle e negli occhi. Diverse melanine diverse includono la melanoproteina (melanina marrone scuro che è immagazzinata in alte concentrazioni nel sacco dell’inchiostro della seppia Sepia Officianalis), echinoidea (che si trova nei dollari della sabbia e nei cuori dei ricci di mare), holothuroidea (che si trova nei cetrioli di mare), e ophiuroidea (che si trova nelle stelle fragili e nei serpenti). Queste melanine sono probabilmente polimeri che nascono dall’accoppiamento ripetuto di semplici intermedi monomerici bi-polifunzionali, o di alto peso molecolare. I sistemi di anelli benzotiazolo e tetraidroisochinolina agiscono come composti assorbitori di UV.

BioluminescenzaModifica

L’unica fonte di luce nelle profondità marine, gli animali marini emettono energia luminosa visibile chiamata bioluminescenza, un sottoinsieme della chemiluminescenza. Questa è la reazione chimica in cui l’energia chimica viene convertita in energia luminosa. Si stima che il 90% degli animali delle profondità marine produca una sorta di bioluminescenza. Considerando che gran parte dello spettro della luce visibile viene assorbito prima di raggiungere le profondità marine, la maggior parte della luce emessa dagli animali marini è blu e verde. Tuttavia, alcune specie possono emettere una luce rossa e infrarossa, e c’è stato persino un genere che è stato trovato ad emettere bioluminescenza gialla. L’organo responsabile dell’emissione di bioluminescenza è noto come fotofori. Questo tipo è presente solo nei calamari e nei pesci, ed è utilizzato per illuminare le loro superfici ventrali, che mascherano la loro silhouette ai predatori. Gli usi dei fotofori negli animali marini sono diversi, come lenti per controllare l’intensità del colore e l’intensità della luce prodotta. I calamari hanno sia fotofori che cromatofori che controllano entrambe queste intensità. Un’altra cosa che è responsabile dell’emissione di bioluminescenza, che è evidente negli scoppi di luce che le meduse emettono, inizia con una luciferina (un fotogeno) e finisce con l’emettitore di luce (un fotoricettore.) Luciferina, luciferasi, sale e ossigeno reagiscono e si combinano per creare una singola unità chiamata fotoproteine, che può produrre luce quando reagisce con un’altra molecola come il Ca+. Le meduse lo usano come meccanismo di difesa; quando un predatore più piccolo sta tentando di divorare una medusa, lampeggerà la sua luce, che quindi attirerà un predatore più grande e scaccerà il predatore più piccolo. È anche usato come comportamento di accoppiamento.

Nei coralli che costruiscono la barriera corallina e negli anemoni di mare, sono fluorescenti; la luce viene assorbita ad una lunghezza d’onda e riemessa ad un’altra. Questi pigmenti possono agire come filtri solari naturali, aiutare nella fotosintesi, servire come colorazione di avvertimento, attirare i compagni, avvertire i rivali, o confondere i predatori.

CromatoforiModifica

I cromatofori sono cellule che cambiano i pigmenti di colore che sono direttamente stimolate dai neuroni motori centrali. Sono usati principalmente per un rapido adattamento ambientale per mimetizzarsi. Il processo di cambiamento del pigmento di colore della loro pelle si basa su una singola cellula cromatoforo altamente sviluppata e su molti muscoli, nervi, cellule gliali e guaine. I cromatofori si contraggono e contengono vescicole che immagazzinano tre diversi pigmenti liquidi. Ogni colore è indicato dai tre tipi di cellule cromatofore: eritrofori, melanofori e xantofori. Il primo tipo è l’eritroforo, che contiene pigmenti rossastri come carotenoidi e pteridine. Il secondo tipo è il meloforo, che contiene pigmenti neri e marroni come le melanine. Il terzo tipo sono gli xantofori che contengono pigmenti gialli sotto forma di carotenoidi. I vari colori sono prodotti dalla combinazione dei diversi strati dei cromofori. Queste cellule si trovano di solito sotto la pelle o le squame degli animali. Ci sono due categorie di colori generati dalla cellula – biocromi e schematocromi. I biocromi sono colori formati chimicamente microscopici, pigmenti naturali. La loro composizione chimica è creata per prendere alcuni colori della luce e riflettere il resto. Al contrario, gli schematocromi (colori strutturali) sono colori creati dai riflessi della luce da una superficie incolore e dalle rifrazioni dei tessuti. Gli schematocromi agiscono come prismi, rifrangendo e disperdendo la luce visibile nell’ambiente circostante, che alla fine rifletterà una specifica combinazione di colori. Queste categorie sono determinate dal movimento dei pigmenti all’interno dei cromatofori. I cambiamenti di colore fisiologici sono a breve termine e veloci, si trovano nei pesci, e sono il risultato della risposta di un animale ad un cambiamento nell’ambiente. Al contrario, i cambiamenti di colore morfologici sono cambiamenti a lungo termine, si verificano in diversi stadi dell’animale e sono dovuti al cambiamento del numero di cromatofori. Per cambiare i pigmenti di colore, la trasparenza o l’opacità, le cellule cambiano forma e dimensione, e allungano o contraggono il loro rivestimento esterno.

Pigmenti fotoprotettiviModifica

A causa dei danni da UV-A e UV-B, gli animali marini si sono evoluti per avere composti che assorbono la luce UV e agiscono come protezione solare. Gli aminoacidi simili alla micosporina (MAA) possono assorbire i raggi UV a 310-360 nm. La melanina è un altro noto protettore UV. I carotenoidi e i fotopigmenti agiscono entrambi indirettamente come pigmenti fotoprotettivi, poiché spengono i radicali liberi dell’ossigeno. Integrano anche i pigmenti fotosintetici che assorbono l’energia luminosa nella regione blu.

Ruolo difensivo dei pigmentiModifica

È noto che gli animali usano i loro modelli di colore per mettere in guardia i predatori, tuttavia è stato osservato che un pigmento di spugna imitava una sostanza chimica che coinvolge la regolazione della muta di un anfipode che era noto per predare le spugne. Così, ogni volta che l’anfipode mangia la spugna, i pigmenti chimici impediscono la muta, e l’anfipode alla fine muore.

Influenza ambientale sul coloreModifica

La colorazione negli invertebrati varia in base alla profondità, temperatura dell’acqua, fonte di cibo, correnti, posizione geografica, esposizione alla luce e sedimentazione. Per esempio, la quantità di carotenoidi di un certo anemone di mare diminuisce man mano che ci si addentra nell’oceano. Così, la vita marina che risiede in acque più profonde è meno brillante degli organismi che vivono in zone ben illuminate a causa della riduzione dei pigmenti. Nelle colonie della simbiosi ascidia-cianofita Trididemnum solidum, i loro colori sono diversi a seconda del regime di luce in cui vivono. Le colonie che sono esposte alla piena luce del sole sono fortemente calcificate, più spesse e sono bianche. Al contrario, le colonie che vivono in zone d’ombra hanno più ficoeritrina (pigmento che assorbe il verde) rispetto alla ficocianina (pigmento che assorbe il rosso), sono più sottili e sono viola. Il colore viola nelle colonie ombreggiate è dovuto principalmente al pigmento ficobilina delle alghe, il che significa che la variazione di esposizione alla luce cambia i colori di queste colonie.

Colorazione adattativaModifica

L’aposematismo è la colorazione di avvertimento per segnalare i potenziali predatori a stare lontano. In molti nudibranchi cromodroridi, essi assorbono sostanze chimiche sgradevoli e tossiche emesse dalle spugne e le immagazzinano nelle loro ghiandole ripugnanti (situate intorno al bordo del mantello). I predatori dei nudibranchi hanno imparato ad evitare questi certi nudibranchi basandosi sui loro modelli di colore brillante. Le prede si proteggono anche con i loro composti tossici che vanno da una varietà di composti organici e inorganici.

Attività fisiologicheModifica

I pigmenti degli animali marini servono diversi scopi, oltre ai ruoli difensivi. Alcuni pigmenti sono noti per proteggere dai raggi UV (vedi pigmenti foto-protettivi). Nel nudibranco Nembrotha Kubaryana, il pigmento tetrapirrolo 13 è stato trovato essere un potente agente antimicrobico. Anche in questa creatura, le tamjamine A, B, C, E e F hanno mostrato attività antimicrobiche, antitumorali e immunosoppressive.

I sesquiterpenoidi sono riconosciuti per i loro colori blu e viola, ma è stato anche riportato che esibiscono varie bioattività come antibatteriche, immunoregolatrici, antimicrobiche e citotossiche, così come l’attività inibitoria contro la divisione cellulare nelle uova fertilizzate di riccio di mare e ascidia. Diversi altri pigmenti hanno dimostrato di essere citotossici. Infatti, due nuovi carotenoidi che sono stati isolati da una spugna chiamata Phakellia stelliderma hanno mostrato una leggera citotossicità contro le cellule leucemiche del topo. Altri pigmenti con implicazioni mediche includono scytonemin, topsentins, e debromohymenialdisine hanno diversi composti di piombo nel campo dell’infiammazione, artrite reumatoide e osteoartrite rispettivamente. Ci sono prove che le topsentine sono potenti mediatori dell’infiammazione immunogenica, e la topsentin e la scytonemin sono potenti inibitori dell’infiammazione neurogenica.