investigaciÓn documental y de campo · la melanogénesis humana ha sido mi tema central de...
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INVESTIGACIÓN DOCUMENTAL Y DE CAMPO
Informe final
Melanogénesis
ASPIRANTE:NICTEADRIANALOPEZRAMIREZ
JUNIO2018
INDICE Pág.
v INTRODUCCIÓN……………………………………………………………...3 v METODOLOGÍA………………………………………………………….…...4 v RESULTADOS………………………………………………………….….....8 v CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES……………………….….....16 v REFERENCIAS Y FUENTES DE CONSULTA……………………….…..16
INTRODUCCIÓN:
La melanogénesis humana ha sido mi tema central de interés desde hace varios años, y
hay dos problemáticas principales en las que quería trabajar, una es con la reacción
reversible melanina-agua en la que hay desprendimiento de energía (como fuente alterna
de electricidad), otra es su función energética (biomolecularmente) dentro del cuerpo
humano, la cual puede usarse en la industria farmaceutica, y por ultimo es su
participación en la pigmentación del cabello y como podría manipularse dicha reacción
para conseguir un cambio de color, lo cual sería muy rentable en la industria de la belleza.
En la primer y segundo problemas los trabaje en las anteriores actividades, enfocándome
en utilizar su reacción reversible con el agua con desprendimiento de energía como fuente
de electricidad, así como otras opciones de energía alterna, acoplándolas para optimizar
el funcionamiento de una casa autosustentable. Este tema me apasiona pero no quería
usar solo ese enfoque y quería hacer mi trabajo final sobre un tema un poco más
novedoso en el cual ya había estado trabajando anteriormente también.
La malanina y su función dentro del cuerpo humano fue mi segunda problemática a tratar.
En actividades anteriores desarrolle dicho tema, pero ahora quiero terminarlo con un uso
práctico concreto, el cual es su participación en la reacción de pigmentación del cabello y
posibles aplicaciones en la industria de la belleza.
Las melaninas son pigmentos negros o castaño oscuro derivados de la oxidación
enzimática de la tirosina por la tirosinasa en el citoplasma del melanocito.
El mecanismo mediante el cual se producen es influido por factores genéticos y se
encuentra en un aparente estado de equilibrio fisicoquímico capaz de ser alterado por
cambios locales o generales.
En el cabello existen dos tipos de melaninas que al combinarse dan toda la gama de
colores del cabello humano, excepto el rojo que proviene de una melanina que
normalmente pigmenta solo la piel, éstas son la eumelanina negra y café.
Partiendo de esto podemos plantear como hipótesis de éste trabajo que se puede
manipular dicha reacción para obtener los colores deseados desde el interior del cabello.
METODOLOGÍA
Delimitación del tema y plan de investigación
TEMA DE INVESTIGACION: BIOMOLÉCULAS. Melanina como biomolécula energética.
Objetivo general.
Conocer las propiedades de la melanina como biomolécula, así como su función en
distintos procesos metabólicos para así tener un panorama más claro de su importancia y
posibles usos en aplicaciones biotecnológicas.
Objetivo específico.
Estudiar a fondo el papel de la melanina en procesos metabólicos de interés,
principalmente aquellos de función energética. Catalogar su participación y detallar las
reacciones que lleva a cabo en el cuerpo humano.
Objeto de estudio.
Melanina. Planteamiento del problema.
¿Qué importancia tiene la melanina como biomolécula en el cuerpo humano? ¿Tiene un
carácter energético? ¿Como participa en esos procesos metabólicos? ¿Cuándo influye en
el desarrollo de enfermedades? ¿Dónde se obtiene la instrucción que dirige su uso en que
o cual proceso y de qué depende? ¿Hay factores externos al cuerpo humano que
determinen su acción en el organismo? ¿Porqué la melanina sintética genera una
reacción reversible con el agua que desprende energía indefinidamente y en el cuerpo
humano su función más estudiada es la pigmentación? ¿Cuál es su potencial en el
desarrollo biotecnológico?
Importancia.
Teniendo en cuenta el amplio campo de investigación que se tiene de dicha biomolécula
por su versatilidad al participar en gran cantidad de procesos en el cuerpo humano, se
puede asegurar que el conocimiento que se obtendrá de su investigación será de gran
valor no solo académico sino práctico y hasta posiblemente comercial.
Posibilidad de investigación, viabilidad e interés.
Los potenciales experimentos necesarios para avanzar en la investigación de dicha
biomolécula no requieren de un laboratorio altamente especializado o equipo demasiado
costoso en un principio, y conforme se obtengan resultados sería bastante sencillo
encontrar apoyo de inversionistas interesados en los resultados que podrían obtenerse.
Se trata de un tema con un gran potencial e interés en muchas ramas diferentes, desde
su aplicación en productos cosmetológicos innovadores, entendimiento de ciertas
enfermedades, hasta su aplicación en métodos de interés evolutivo de obtención de
energía para el ser humano.
Plan de trabajo.
Como prioridad es necesario concretar un marco teórico y algunas hipótesis atractivas
que permitan ser candidato a algunas clase de plan de investigación existente, esto se
haría a nivel teórico solamente, en base a fuentes bibliográficas ya existentes. Una vez
captado la atención de una institución académica se procedería a desarrollar
experimentos y pruebas preliminares que nos den bases sólidas de información y
ejecutarlos. Lo siguiente es elegir una ruta temática primaria con un objetivo práctico y
otra con el objetivo de ampliar el conocimiento de su funcionamiento a nivel molecular.
Los siguientes pasos no pueden ser establecidos por ahora pues se está en un etapa muy
temprana de la investigación, pero lo principal sería delegar ramas de su investigación
para acelerar su estudio.
Selección y recopilación de información.
“Introducción: Los melanocitos son células presentes en piel y en mucosas que sintetizan
melanina, además de citoquinas. Es sabido que melanina presenta actividad
antimicrobiana y que los melanocitos se melanizan al ser expuestos a moléculas
microbianas. Objetivo: Estudiar la actividad antifúngica de melanina en cepas clínicas
de Candida spp. Metodología: Se midió la concentración inhibitoria mínima (CIM) a
melanina, de 4 cepas de CandidaATCC (C. albicans SC5314, C. parapsilosis 22019, C.
glabrata 2001 y C. krusei 6258) y 56 aislados clínicos de Candida spp. (33 C. albicans, 12
C. glabrata, 3 C. famata, 3 C. krusei, 3 C. parapsilosis, 2 C. tropicalis) mediante un
método de microdilución en caldo. Además se estudió el efecto antifúngico de lisados de
melanocitos y células de melanoma de ratón en C. albicans.
Resultados: Melanina inhibió las cepas analizadas, incluso cepas susceptibles dosis-
dependiente y resistentes a fluconazol, siendo los rangos de CIM y CIM50 de 0,09-50
µg/mL y 6,25 µg/ mL, respectivamente. Los lisados de células pigmentadas inhibieron C.
albicans. Conclusiones: Melanina es capaz de inhibir cepas clínicas de Candida spp. La
melanización podría ser un importante mecanismo protector de los melanocitos.
Palabras clave: Melanina, melanocito, actividad antifúngica, Candida spp.”
Bibliografía (revista)
Fuentes, M., Hernández, R., Gordillo, D., Amaro, J., Falconer, M., Alburquenque, C., y
otros. (2014). Actividad antifúngica de melanina en cepas clínicas de Candida spp.
Revista chilena de infectología , 31 (1).
“La melanina es uno de los pigmentos más comunes y de mayor distribución en la
naturaleza. Es responsable de la coloración de plantas y animales; se encuentra en los
ojos, el cabello, la piel, el plumaje, la cáscara de los huevos, la cutícula de los insectos, la
tinta de los cefalópodos y en la pared y el citoplasma de muchos microorganismos. En los
humanos este pigmento se ha encontrado también fuera de la piel, en las neuronas de la
sustancia nigra y en los hepatocitos. Entre los microorganismos que se han reportado
como productores de melanina tenemos Vibrio cholerae, Mycobacterium leprae, Bacillus
thurigiensis, Pseudomonas aeruginosa, Schistosoma mansoni, Fasciola gigantita,
Trichuris suis, Alternaria alternata, Aspergillus niger, Blastomyces dermatitidis, Candida
albicans, Cladosporium carionii, Coccidioides immitis, Cryptococcus neoformans,
Exophiala (Wangiella) dermatitidis, Fonsecaea pedrosoi, Histoplasma capsulatum,
Paracoccidioides brasiliensis, Penicillium marneffei, Pneumocystis carinii (jirovecii),
Scedosporium prolificans, Scytalidium dimidiatum y Sporothrix schenckii; esto sin tener en
cuenta los hongos dematiáceos, entre muchos otros.
Palabras clave: melanina; factor de virulencia; respuesta inmune; complemento;
fagocitosis; estrés oxidativo; apoptosis; citocinas; anticuerpos; antimicrobianos.”
Bibliografía
Urán, M., & Cano, L. (2008). Melanina: implicaciones en la patogénesis de algunas
enfermedades y su capacidad de evadir la respuesta inmune del hospedero. infectio , 12
(2), 357-377.
“Con el fin de proteger al organismo de condiciones estresantes, tales como cambios de
osmolaridad y de temperatura, además de actuar como pantalla protectora en contra de
los rayos ultravioleta (UV). Se ha observado que ciertos anfibios han desarrollado
pigmentación en su encéfalo como una posible protección ante el aumento de la radiación
UV, causada por el daño en la capa de ozono, la cual estaría alterando al ecosistema. En
este trabajo se describe la presencia de pigmentación en el encèfalo de X. laevis durante
el desarrollo larvario y su posible función protectora frente a la radiación UV. Para ello, se
recolectaron individuos de diferentes estados larvarios, los que fueron obtenidos de
distintas localidades de la región de Valparaíso (V región, Chile), para ser procesados con
el método corriente H-E y el método de Lillie. En los análisis se pudo evidenciar que la
pigmentación correspondía a melanina, que se encontraría en la membrana denominada
leptomeninge, la cual recubre al encéfalo y estaría actuando como un filtro protector para
evitar daños a nivel del desarrollo en el sistema nervioso de estos anuros. En suma, los
rayos UV como agentes deletéreos estarían estimulando la producción de eumelanina en
la leptomeninge de estos anfibios, para proteger parte del SNC (encéfalo), como al
individuo en sí de posibles alteraciones teratogénicas y/o mutagénicas.
Palabras clave: Melanina; Radiación ultravioleta; Xenopus laevis.”
Bibliografía
Díaz Murillo, H., & Pedemonte Campos, C. (2013). Aparición de Melanina como Pigmento
Protector en el Encéfalo de Xenopus laevis para Protegerlo de los Efectos de la Radiación
Ultravioleta. International Journal of Morphology , 31 (3), 1120-1123.
“Se ha descubierto recientemente que la mólecula de melanina en presencia de luz
cataliza la reacción de disociación del agua, propiedad hasta ahora solo otorgada a la
clorofila. Esto sirve como fuente suplementaria de energía a los mamíferos, pero este
artículo se centrará en la explotación de este fenómeno como fuente de energía eléctrica.”
Bibliografía
Espeso López, P. (2015). Melanina: una fuente de energía renovable. MoleQla: revista de
Ciencias de la Universidad Pablo de Olavide (18), 52-54.
RESULTADOS
Marco teórico.
Antecedentes:
Una investigación realizada en España en 2016 (ROJAS, VILLARREAL, & MORENO ,
2016) menciona que todo comenzó en el año 1990, en un laboratorio en Aguascalientes
México en ese año se empezó por medio de métodos computarizados para estudiar las
causas de la ceguera, estos métodos permitieron analizar la retina y el nervio por medio
de espectrofotometría, los resultados al cambiar de longitud de onda y con el uso de
filtros; luego del análisis se encontró que la melanina era una sustancia con increíbles
propiedades.
En 1998, se obtienen los primeros militaros de melanina artificial, con el fin de instalarlos
en el ojo y ver las reacciones o resultados terapéuticos en el paciente, pero solo hasta el
año 2002 se logró entender la gran capacidad de la melanina al descubrir que esta
sustancia captaba la energía fotónica y la transformaba en energía química.
Los resultados mostraban que la melanina no solo la conforman los vegetales que
realizan la fotosíntesis, sino también los mamíferos cualquier ser viviente que contenga la
melanina en su código genético. Entonces de esta forma surgieron las dudas y cito:
(Arturo Solis - Dic 2007) si sacamos la melanina del tejido y la ponemos a producir
energía, ¿cuánto nos va a durar? ¿30 segundos, 50 segundos? Para nuestra sorpresa
funciona por años, y si perfeccionamos la tecnología, probablemente funcione décadas o
cientos de años. Es decir, la melanina es miles de veces más eficiente para captar las
partículas elementales de las radiaciones electromagnéticas (fotones) que la clorofila.
"Molecular Cell Biology,Lodish Berk, Ed Freeman.(P.37)
Y otra también realizada en España pero en 2015 (López, 2015) donde se habla de que
es de conocimiento popular que la melanina es un pigmento oscuro que aparece en
nuestra piel cuando tomamos el sol en verano. También sabemos que es la responsable
de que nos pongamos morenos y nos protege de los rayos ultravioleta. Pero las funciones
de esta molécula no se quedan ahí, ciertos estudios revelan una mejora significativa en el
desarrollo bajo condiciones adversas de organismos dotados con melanina respecto a
otros organismos de la misma especie carentes de la misma. [1] Asimismo, se descubrió
que la melanina en presencia de luz cataliza la fotólisis del agua, tal como lo hace la
clorofila. [2] Ver Fig. 1.
Aunque aún no ha sido posible saber la estructura química exacta de la melanina [3], se
cree que esto es posible gracias a que la melanina se polimeriza dando lugar a
numerosos centros activos muy similares a los de la clorofila. Ver Fig. 2 y Fig. 3. Fig. 2.
Bibliografías
López, P. E. (2015). Melanina: una fuente de energía renovable. MoleQla: revista de
Ciencias de la Universidad Pablo de Olavide , 52-54.
ROJAS , J., VILLARREAL , H., & MORENO , J. (2016). Antecedentes melanina. El
confidencial .
MELANOGENESIS HUMANA
GENERALIDADES
• Tipos de pigmentos en animales:
o ROJO
§ Hemoglobina
§ Carotenoides
§ Ommocromos
§ Pterinas
§ Cuerpos intermedios
de la melanina
o ANARANJADO
§ Carotenoides
o AMARILLO, en algunas
etapas de la síntesis de:
§ Melaninas
§ Carotenoides
§ Riboflavina
§ Xantoproteína
o VERDE
§ Bilina
§ Biliverdina
§ Carotnoides
§ Tetrapirroles
o AZUL
§ Caroteno proteínas
§ Bilina
o CASTAÑO O CAFÉ
§ Ommocromos
§ Melaninas
• Pigmentos en la piel humana:
o Melanina: Extremo
violeta del espectro de luz
visible.
o Oxihemoglobina: 5.420 Å
Y 5.760 Å
o Hemoglobina reducida:
5.560 Å
o Caroteno: 4.800 Å
o Melanoide: 4.000 Å
PROPIEDADES DE LA MELANINA
• Melanina, del griego melas: negro, da un color desde amarillo hasta negro.
• Si se elimina la melanina de la piel, obtendría un color grisáceo claro.
• Existe una gran diferencia entre el sistema melanogénico del hombre y el de los
vertebrados superiores o el resto de los animales.
• La mayoría son polímeros irregulares, y de origen neural pero no se sabe el pasaje
de los melanoblasto a los sitios picmentados.
BIOQUÍMICA DE LAS MELANINAS
• La Russula nigricans, una enzima obtenida de un hongo, oxida la tirosina
transformándola en un pigmento negro (la peroxidasa y la lactasa no).
• Sustancias intermedias del proceso de transformación de la tirosina en melanina:
o 3-4 dihidroxifenilanina
o 5-6 dihidroxiindol
o Ácido 5-6 dihidroxiindol 2 carboxílico
o 5-6 quinona del ácido indol-2-carboxílico
• Mediante precursores con Deuterio y C14 marcados se puede determinar que
posiblemente existan otros monómeros que al unirse conduzcan a melaninas.
• La degradación de las melaninas por fusión alcalina da origen al 5-6 dihidroxiindol
• La adrenalina y el catecol tienen relación con la formación de melaninas.
• La melanina se forma en células llamadas melanoblastos en el límite
dermoepidérmico, como efecto de la oxidasa intracelular (dopaoxidasa) sobre la 3-
4 dihidroxifenil-alanina
• Forma en que la trosina actúa en la reacción:
o En la primera etapa (tirosina a dopa) en presencia de cobre al estado
cuproso, reducido (Cu+), mediante la actividad cresolasa.
o En segunda etapa (dopa a dopaquinona) en presencia de cobre al estado
cúprico oxidado (Cu++) debido a la actividad ctecolasa. La dopa accionaría
sobre e ión Cu++ y lo reduciría a Cu+, de manera que éste pordría
intervenir nuevamente en la primera etapa (actividad cresolasa)
• Empleando cobre radiactivo se demuestra que:
o La tirosiasa tiene dos centros activos dferentes (cresolasa y catecolasa)
o El cresolasa para la primera parte de la reacción, el catecolasa para actuar
sobre la dopa.
• Clasificación de inhibidores de la reacción tirosina-tirosinas
o Sustancias que se combinan con el cobre (cisteína)
o Metales que compiten con el cobre
o Inhibidores por competición
o Sustancias o condiciones que prolongan el periodo de inducción de la
oxidación de la tirosina
o Compuestos parahidroxifenilados
o Sustancias que se combinan con las ortoquinonas
o Sustancias reductoras
o Sustancias que se combinan con la tirosinasa
o Sustancias que destruyen los melanocitos
o Éter monobencílico de la hidroquinona (no da origen a melanina, sino a un
compuesto rojo)
MELANINA EN EL CABELLO
• Las concentraciones con que la melanina pasa a formar el picmento dan como
resultado las distintas tonalidades en el cabello.
• Existen anormalidades de
picmentación muy comunes, como es el
caso del cabello rojo, pues el tipo de
melanina utilizada es la feumelanina que
da el color a los labios, genitales, etc.
Este puede llegar a ser cancerígeno en
rayos ultravioleta.
• Con la edad existe una
disminución en la densidad de los
melanocitos y distint reacción a la dopa.
Aún no se conoce el destino de los
melanocitos que una vez fueron
mlanoproductores.
• En el bulbo piloso superior se encuentran en gran cantidad, mientras que en la
matriz o bulbo inferior no.
• Con hematoxilina y eosina aparecen como células claras con un núcleo oscuro
pequeño.
• Se coloran con 3-4 dihidroxifenilalanina porque tienen tirosinasa (dopaoxidasa) y
forman melanina.
• No presentan tonofibrillas ni desmosomas.
• Son argirófilas, porque pueden ser impregnadas con soluciones de nitrato de plata
que al reducirse se tiñen de negro, y argentafines, porque los grupos fenólicos de
la melanina reducen el nitrato de plata amoniacal o plata libre de color negro.
• Como prueba auxiliar identificadora se los decolora con agua oxigenada y
permanganato de potasio.
• Con las coloraciones de plata se observan los gránulos de melanina y
prolongaciones dendríticas entre los queratinocitos y las células del bulbo superior.
• En el pelo en fase telogena no se los observa, pero al pasar a fase anagena
aparecen melanocitos con características normales.
• En el folículo existen dos tipos de melanocitos: los bioquímicamente activos
(melanóticos) e inactivos (amelanóticos).
• Después de la dermabrasión los melanocitos amelanóticos se multiplican y migran
hacia el folículo para ser picmentados.
TRANSFERENCIA DE MELANINAS CAPILARES
El pasaje de melaninas puede realizarse de dos maneras distintas:
• Por fagocitosis de la porción distal de las prolongaciones dendríticas por los
queratinocitos o por las células del bulbo piloso. La membrana de la dendrita
desaparece y los gránulos de melanina se dispersan en el citoplasma.
• Por pasaje de las organelas del melanocito a las células espinosas o del bulbo.
En general la melanina se ubica en la región supranuclear en las células del estrato
mucoso, favoreciendo así su papel de pantalla de las radiaciones ultravioleta.
Bibliografías
Bases de la melanogénesis humana, pedro horacio magnin, eudeba editorial
universitaria de buenos aires, argentina 1969
Bases teóricas:
El tema de la melanina puede abordarse desde muchos puntos diferentes; farmacología,
medicina y energías renovables son algunos de ellos. Se trata de una biomolécula que
participa en múltiples procesos metabólicos y de pigmentación, está presente en muchos
organismos, uno de ellos el ser humano.
Para ampliar un poco (López, 2015) menciona que se ha descubierto recientemente que
la molécula de melanina en presencia de luz cataliza la reacción de disociación del agua,
propiedad hasta ahora solo otorgada a la clorofila. Esto sirve como fuente suplementaria
de energía a los mamíferos, pero también puede explotarse este fenómeno como fuente
de energía eléctrica.
También sabiendo que la melanina es un pigmento orgánico presente en la piel, ojos,
cabello, entre otros tejidos, en los cuales varía la intensidad del color dependiendo de las
cantidades de enzima que participen, podemos asumir que al controlar dichas
proporciones se lograra cambiar el color del cabello internamente.
Análisis de datos estadísticos.
Encuesta referente a la aceptación de energías alternas y nuevas tecnologías en mi
entorno social. Se uso una muestra de personas con rangos de edades diversos y
características socioeconómicas medio-altas, pues es difícil que ésta investigación tuviera
buen recibimiento en un nivel socioeconómico bajo.
Encuesta:
Edad: 1.¿Conoce las opciones alternas para obtener energía? (solar, eólica, hidrólisis, malanina-agua, etc) a.Si b.No 2.¿Consideras que las tecnologías de energía alterna son costosas? a.Si b.No 3.¿Considera las nuevas tecnologías peligrosas? a.Si b.No 4.¿Están a su alcance (disponibilidad de mercado)? a.Si b.No 5.¿Cree que a largo plazo sean una buena inversión? a.Si b.No 6.Si se tratara de un sistema de bajo mantenimiento y fácil manejo, ¿sería esto decisivo en su preferencia por el uso de éstas tecnologías?
a.Si b.No 7.¿Cree importante que nos desplacemos a este tipo de fuentes de energía y recursos ante la problemática y crisis actual mundial? a.Si b.No 8.¿Considera que su uso para otro tipo de industrias como la de la belleza o la salud sería bien aceptado? a.Si b.No 9.¿Estaría dispuesto a probarlas? a.Si b.No 10. ¿Considera que hay el apoyo suficiente para el desarrollo de dichas tecnologías? a.Si b.No *El estudio se hizo en personas de rango de edades variadas, sexo indistinto y escolaridad variada, por lo que el factor de agrupación principal fue al edad.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
El tema de la melanina desde todos sus enfoques es muy poco conocido y por lo tanto no
se tiene demasiada información al respecto, sin embargo representa un campo
sumamente explotable.
Trate de dirigir mi investigación desde 3 enfoques, uno para la obtención de energía
eléctrica en la reacción melanina-agua, otra presentando la melanina como biomolécula
con potencial energético en funciones internas del cuerpo humano y todo el potencial
farmacéutico que eso representa, y por último como participe en la reacción de
pigmentación del cabello, con lo cual pretendo manipular la coloración del mismo
internamente, abriendo un potencial en la industria de la belleza.
La investigación aun requiere trabajo y disciplina, sin embargo los objetivos iniciales se
cumplieron, principalmente aquellos referentes a ampliar mi conocimiento del tema para
poder ser más objetiva y real a la hora de plantear hipótesis y posibles proyectos futuros.
REFERENCIAS Y FUENTES DE CONSULTA.
Fuentes, M., Hernández, R., Gordillo, D., Amaro, J., Falconer, M., Alburquenque, C., y
otros. (2014). Actividad antifúngica de melanina en cepas clínicas de Candida spp.
Revista chilena de infectología , 31 (1).
Urán, M., & Cano, L. (2008). Melanina: implicaciones en la patogénesis de algunas
enfermedades y su capacidad de evadir la respuesta inmune del hospedero. infectio , 12
(2), 357-377.
Díaz Murillo, H., & Pedemonte Campos, C. (2013). Aparición de Melanina como Pigmento
Protector en el Encéfalo de Xenopus laevis para Protegerlo de los Efectos de la Radiación
Ultravioleta. International Journal of Morphology , 31 (3), 1120-1123.
Espeso López, P. (2015). Melanina: una fuente de energía renovable. MoleQla: revista de
Ciencias de la Universidad Pablo de Olavide (18), 52-54.
López, P. E. (2015). Melanina: una fuente de energía renovable. MoleQla: revista de
Ciencias de la Universidad Pablo de Olavide , 52-54.
ROJAS , J., VILLARREAL , H., & MORENO , J. (2016). Antecedentes melanina. El
confidencial .