メラノサイトはメラニンを生成する工場的な機能があるのみで、メラニンを貯蔵する細胞ではない。メラニンは蛋白質と固く結合しており、微細な顆粒状をしているが、その生成過程は複雑である。

メラニンのルーツは、アミノ酸の一つであるチロシンである。このチロシンにチロシナーゼという酸化酵素が働き、ドーパという化合物に変わる。更にチロシナーゼはドーパにも働きかけ、ドーパキノンという化合物に変化させる。ドーパキノンは化学的反応性が高いので、酵素の力を借りる事なく次々と反応していく。ドーパクロム、インドールキノンへと変化し、最終的には酸化、重合し、黒褐色のメラニンとなるが、構造は大変複雑であり、表記は難しい。メラニンは水や全ての有機溶媒に不溶で、きわめて安定である。

なお、遺伝的にメラニンが合成されない個体をアルビノといい、こうした個体は皮膚がんになりやすい。メラニン色素がないと紫外線を吸収できないので、太陽光線による細胞のダメージを防ぐ事ができないためである。

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