皮肤的表皮是由两大类细胞组成的。一类是角质形成细胞即角朊细胞，在其向角质细胞演变过程中，一般可以分为四层：基底层、棘细胞层、颗粒层和角质层(在手掌和足跖，角质层和颗粒层之间还有透明层)；另一类是树枝状细胞。黑色素细胞即是树枝状细胞的一种。它镶嵌于表皮基底层细胞之间，平均每10个基底细胞中有1个黑色素细胞，它是一种高度分化的细胞，细胞浆内有特殊的细胞器，名为黑色素体。黑色素就是在黑色素体内合成的。
黑色素是一种高分子生物色素。其形成过程大致如下：在黑色素体内，由酪氨酸酶作用于酪氨酸而形成多巴，多巴去氢后形成多巴醌，并重新排列成5，6一醌吲哚，聚合后与黑色素体内的结构蛋白相结合形成黑色素蛋白即黑色素。
成熟的黑色素体一黑色素通过黑色素细胞的树枝状突起输送到周围的角朊细胞，每个黑色素细胞及其周围的角朊细胞就构成了一个结构和功能单位，称为表皮黑色素单位，它们共同完成黑素的合成、转输和降解工作。这些黑色素分布到表皮各层细胞，是决定皮肤颜色的主要因素。它们大部分将随表皮角质层细胞的脱落而排出体外。也有部分黑色素受角朊细胞内溶酶体作用而被降解。另有部分黑色素移向真皮浅层，或被吞噬细胞所吞噬降解，或被运至血液循环中分解经。肾排出。黑色素细胞形成黑色素体一黑色素的合成率，与其被摄取、转运后的清除率，在体内通过一系列反馈、影响机制而保持同步，处于动态平衡之中，从而维系着人类肤色的相对稳定。
对人类而言，黑色素无疑是防止紫外线对皮肤损伤的主要屏障。黑色素能吸收大部分紫外线，从而保护和减轻由于日光引起的皮肤急性和慢性损伤。一般白种人容易发生日光性晒伤，长期日晒后又容易发生各种慢性皮肤损伤和皮肤癌，如基底细胞癌、鳞状细胞癌和黑色素瘤等。黑种人则很少发生皮肤癌。黑色素还能保护叶酸和类似的重要物质免受光线的分解。与此同时，黑色素合成可增加人在炎热气候下的热负荷，所以黑种人吸收阳光中的热能比白种人所吸收的热能要多30％，而且黑素合成还可妨碍皮肤中维生素D的合成，故在营养不良的黑种人儿童中佝偻病更常见。此外，黑色素还是一种稳定的自由基，可参与体内一些氧化还原反应。
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