автор лого - Климентий Левков Дом ученых и специалистов Реховота
(основан в июле 1991 года)
 
 
В Доме ученых и специалистов:
----------------
 
 
Архив
 
Дом ученых и специалистов Реховота

Проект "Научно и понятно"    

12.12.2010

 

Не Делаем Секрета из Ультрафиолета:
цикл УФ рассказов


Эдуард Коркотян (Реховот)Эдуард Коркотян

 

Начало   Пред.

Рассказ третий: УФ-оборона

В прошлом рассказе мы разобрали схему атаки на кожу коротковолнового света. Из неё легко понять и возможную стратегию УФ-обороны. Она должна состоять в том, чтобы вовремя «перехватить» агрессивный квант света, дабы тот не достался ДНК, но при этом не спровоцировать образования свободных радикалов, то есть не допустить передачи полученного возбуждения на другие молекулы, а перевести его в относительно безвредное тепло. Именно такими свойствами обладают защитные кожные хромофоры: меланин и гораздо менее известная урокановая кислота, которая выделяется на поверхность кожи вместе с порцией пота. В этом смысле пот можно рассматривать как своего рода солнцезащитное покрытие, которое само распределяется по коже. Урокановую кислоту, среди прочего, открыл в 1874 году талантливый, а ныне полузабытый, немецкий химик-клиницист еврейского происхождения Макс Эдуард Яффе (1841-1911). Он работал в Лейденском Институте клинической медицины и стоял у истоков зарождения биохимической науки (похоронен на еврейском кладбище Вайсензее в Берлине рядом со знаменитым философом Германом Когеном и писателем Михой Йосефом Бердичевским). Кстати, свойствами, сходными с меланином и урокановой кислотой, обладают и современные солнцезащитные кремы. Они также наносятся на роговой слой кожи и поглощают ультрафиолет (рассказ о них еще впереди).




Можно задать закономерный вопрос: как вышло, что человек столь подвержен солнечному облучению? В отличие от большинства зверей и птиц, мы лишены защитного покрова вроде толстой шкуры, шерсти, перьев, чешуи; единственное исключение – волосы на голове. Их естественный цвет, а также окраску кожи обеспечивает один и тот же пигмент, который хорошо всем знаком – меланин (от греческого «мелас» - чёрный). В том или ином количестве он присутствует в покровах каждого человека и животного; исключение составляют альбиносы, которые лишены меланина из-за врожденной мутации. Природный окрас животных также зависит от наличия меланина, но основное его назначение не столько в защите от света, сколько в обеспечении мимикрии. Классическим примером являются арктические и субарктические звери и птицы, сливающиеся цветом со снегом и льдом: белый медведь, песец, полярная сова. Многообразие оттенков песочного цвета являют обитатели пустынь и степей. Почему человек утратил волосяной покров в процессе эволюции – вопрос дискуссионный. (Читайте об этом в пятом УФ рассказе.) Ясно лишь, что именно меланин его кожи оказался последним щитом на пути мутагенного излучения. Конкретное содержание меланина у человека определяется его расовой и национальной принадлежностью, а также индивидуальными особенностями. Кроме того, текущая концентрация меланина в коже может меняться в довольно широких пределах.

 

За выработку пигмента отвечают специализированные клетки – меланоциты, залегающие в коже на достаточной глубине. Однако их отростки соединены с кератиноцитами – основным строительным материалом всей кожи и её поверхности - эпидермиса.

 



Изображение взято из: www.riken.go.jp и модифицировано http://elementy.ru/news/430363?page_design=print

Своё название эти клетки получили от залегающего в их цитоплазме целого семейства родственных протеинов - кератинов. Кератины имеют характерную нитевидную форму и уникальный состав, придающий эпидермису его знаменитую эластичность, прочность и химическую устойчивость. Как показали недавние исследования, каждый меланоцит соединен строго с 36-ю кератиноцитами. Облучение последних ультрафиолетом типа А и, особенно, В, вызывает резкий выброс ими особых сигнальных факторов, которые заставляют меланоциты вырабатывать всё новые порции меланина. Этот меланин по отросткам мигрирует к верхнему слою кожи. Кератиноциты постепенно заполняются его гранулами. От этого кожа темнеет, или, как мы говорим, покрывается загаром. Как любое черное тело, меланин наилучшим образом поглощает лучистую энергию по всей ширине спектра, но с существенным акцентом в области ультрафиолета, и плавно рассеивает её в виде тепла, что особенно важно для защиты от обжигающего УФ-В. Облучение этим типом света активнее всего образует загар. Кроме того, в самих клетках меланин скапливается вокруг клеточного ядра, что дополнительно защищает ДНК от мутаций. В последние годы появляются всё новые свидетельства того, что меланин не только поглощает вредный свет, но и, до известной степени, нейтрализует мутагенные свободные радикалы и активные формы кислорода: супероксид-анион и перекись водорода, о которых писалось выше. Тому способствует особое строение его молекул. В сущности, меланин - это полимерная смесь, элементы которой сами обладают свойствами свободных радикалов, благодаря наличию, как говорят химики, неспаренных электронов. Так что меланин можно назвать антиоксидантом - ловушкой для оксидантов и свободных радикалов, но активность его умеренна, то есть не создаёт угроз клетке и при этом достаточна для её защиты. В физиологическом смысле принято выделять IV типа светочувствительности кожи: от крайне чувствительного, светлого (тип I) до нейтрального, очень тёмного (тип IV). На практике, для оценки чувствительности кожи определяют оговоренный уровень УФ, достаточный для того, чтобы вызвать на ней лёгкое покраснение, называемое «минимальной эритемной дозой» - МЭД. Как правило, чем темнее коже, тем медленнее на ней обозначится МЭД. Эта реакция кожи сама по себе никак не связана с пигментацией. Она зависит от процессов, происходящих в залегающей ниже дерме, по которой проходят многочисленные капилляры. Красноту вызывает их расширение и увеличение тока крови. К сожалению, загар, образующийся на базе светлой кожи в результате солнечного ожога, хоть и обладает определённым защитным действием, но гораздо менее эффективен, нежели врождённая насыщенная пигментация. Это следует учитывать тем, кто возлагает слишком большие надежды на защитные свойства свежего загара. В последние годы показано, что загар весьма слабо защищает ДНК.

Если, несмотря на усилия урокановой кислоты и меланина, мутация ДНК всё-таки произошла, то её ещё можно исправить при помощи ремонтных или репарационных белков. Они присутствуют в геноме каждой клетки и беспрестанно обходят (сканируют) его в поисках структурных сбоев. Работа этих белков ещё недостаточно изучена. Известно, что они как бы скользят вдоль цепочки ДНК, иногда задерживаясь или замедляя ход на одном из участков в течение нескольких секунд, а по завершении работы перепрыгивают на соседнюю нить[1].

На фоне картин «светоразрушения», которые даны во многих популярных статьях, хочу особо отметить, что главным УФ-риском остаётся повреждение молекул ДНК. Именно туда ведут цепочки событий, которые мы проследили. Да, от фотоожога повреждаются и другие биомолекулы: белки, липиды. Отмирают некоторые клетки. Но все эти процессы происходят и сами по себе, естественным образом. К счастью, потери среди клеток кожи и крови восполняются, а срок жизни белков и без того не слишком велик.

Подведём итоги: два пиримидиновых основания ДНК: тимин и цитозин находятся под непосредственным «обстрелом» фотонов. Из белков в группе риска, кроме гемоглобина, состоят и другие: например фермент оксидаза или метаболический белок ферредоксин. Отдельные аминокислоты, из которых строятся все белки, также абсорбируют свет. Это цистеин, тирозин и особенно триптофан (спектр поглощения которого доходит до области УФ-А). Энергия света, поглощенная этими хромофорами, способна повредить ближайшую к ним ДНК, что во много раз повышает вероятность прямых мутаций.

Эксперименты показывают, что даже совсем кратковременное (секундное и минутное) пребывание в зоне сильного УФ-облучения приводит к многочисленным тяжелым поломкам. Еще более впечатляющие результаты были получены при анализе накопления мутаций во времени. Если клетка с поврежденной ДНК не погибает, то помехи в её геноме передаются следующим поколениям клеток эпидермиса и дермы. Если же они подвергаются всё новым воздействиям УФ, то мутаций накапливается больше и больше. Причем, не играет особой роли, сколько именно времени (месяцев, лет или даже десятков лет!) пройдёт между эпизодами облучения. Загар, полученный нами в детстве или в юности, может «аукнуться» много лет спустя. Меланин и урокановая кислота принимают на себя более 90-95% энергии света и рассеивают её в виде отраженного света или теплоты, но и их возможности зависят от цвета, чувствительности и даже от потливости нашей кожи и, как правило, далеко не перекрывают все УФ - риски.

 

Долгое и/или частое пребывание на солнце губительно влияет на все типы клеток кожи. В краткосрочной перспективе это приводит к ожогам различной степеней поражения, кожа может покраснеть, покрыться волдырями, начнет отслаиваться и отмирать. В то же время, новые слои кожи в значительной степени лишены пигментации и еще больше подвержены мутагенному воздействию света. Страдает и терморегуляция кожи, а, следовательно, всего тела. Агрессивные фракции света повреждают потовые железы, распределённые по всей поверхности тела. В результате потоотделение ухудшается или прекращается вовсе, отчего кожа перегревается ещё сильнее. В очагах ожогов образуются микротрещины, чреватые инфицированием. В среднесрочной перспективе кожа на пораженных участках станет толще, грубее, потеряет гладкость и эластичность, в дальнейшем на ней может проступить старческая пигментация. В наиболее долгосрочном плане облучение карциногенно, то есть чревато развитием различных форм рака кожи, частота которых во всём мире неуклонно растёт.

 

[1] Использованы материалы Science Daily, 14.03.2010;
http://www.sciencedaily.com/releases/2010/03/100311123522.htm

(Продолжение)

Copyright © 2010-2011 Эдуард Коркотян    

март, 2011 г.    



Страница 4 из 5
  ГлавнаяДневник мероприятийПлан на текущий месяц     copyright © rehes.org
Перепечатка информации возможна только при наличии согласия администратора и активной ссылки на источник! Редакция не несет ответственности за отзывы, оставленные посетителями под материалами, публикуемыми на сайте. Мнение редакции не всегда совпадает с мнением автора.