Биологический каталог




Фотобиология

Автор С.В.Конев, И.Д.Волотовский

зом способен запускать сложную цепь темновых реакций биосинтеза основного пигмента кожи — меланина.

Меланин представляет собой неупорядоченный, хаотический полимер, построенный из дигидрооксииндоль-ных единиц, белка и металлов (металлопротеид). Предшественником мономерных единиц меланина служит аминокислота тирозин. Это следует из опытов, в которых использовался метод меченых атомов. Меченый по углероду тирозин вводился животным, которые затем облучались УФ-светом. В конечном счете эта метка обнаруживалась в выделяемом из кожи меланине. На основании радиоизотопных опытов установлена определенная последовательность превращения тирозина в мелаиин:

J, 4 - Дигидрооксифетлаланин

\

сн-соон

NH2 Тирозин

н

н

Меланин Цндол-5,6 -хинон

Процесс меланогенеза осуществляется в особых, отличных от митохондрий и рибосом внутриклеточных органеллах меланосомах, которые содержатся в специализированных клетках кожи — меланоцитах. Мела-носомы выделены из меланоцитов методом препаративного центрифугирования в градиенте плотности и обладают высокой тирозиназной (ДОФА-оксидазной) активностью. По мере протекания меланогенеза мела-носомы постепенно превращаются в коричневые мела-ниновые гранулы, которые диссеминируют в мальпи-гиевом слое кожи, придавая ей характерную окраску (загар). Методом электронной микроскопии показано,

что зрелые меланиновые гранулы (d=300-=-500 А) ассоциированы с мембранами клетки.

Биосинтетическая цепь образования меланина не включает, по-видимому, прямых фотохимических стадий. Свет, следовательно, лишь активирует аппарат биосинтеза пигмента. Действительно, при УФ-облуче-нии увеличивается количество меланоцитов и содержащихся в них меланосом, резко усиливается синтез структурных мембранных белков, а также ферментов, участвующих в многостадийной реакции превращения тирозина в меланин. В связи с этим предполагается, что УФ-облучение изменяет активность генома через прямую или косвенную фотоинактивацию репрессоров, которые управляют биосинтезом ферментов, принимающих участие в реакциях меланогенеза. В то же время, как показано К. А. Самойловой с сотр., большие дозы коротковолнового ультрафиолетового света (254 нм) препятствуют появлению обычной для загара пигментации под действием естественной солнечной радиации. Эффект блокирования загара ультрафиолетовым «ударом» сохранялся на протяжении 1—1,5 месяца и связан, по-видимому, с повреждением аппарата меланогенеза.

Прямая (непосредственная) пигментация. По сравнению с непрямой прямая пигментация вносит неизмеримо меньший вклад в возникновение загара. Прямая пигментация заключается в незначительном потемнении кожи сразу же после (или во время) ее облучения. Это потемнение нестойко и сравнительно быстро исчезает в темноте. Для прямой пигментации необходимы дозы света 2—6 • 104 Дж/м2, т. е. на два порядка большие, чем для эритемы. Спектр действия прямой пигментации представляет собой широкую бесструктурную полосу, простирающуюся от 300 до 700 нм с максимумом в районе 400—480 нм (рис. 65).

Эта фотобиологическая реакция, по мнению Пата-ка, обусловлена прямым фотоокислением локализованного в меланоцитах бесцветного предшественника меРис. 65. Спектр действия прямой фотопигментации (Pat* hak М. et al, 1962)

ланина. Прямая пигментация протекает в несколько стадий через свободнорадикальные состояния. Об этом свидетельствуют фотоиндуцированные сигналы ЭПР, зарегистрированные при 77 К у пигментированной кожи, волос, меланосом, меланиновых гранул и ДОФА-меланина. Облучение меланина уменьшает время спин-решеточной релаксации в полимере. Предполагается, что поглощение кванта света мономерной единицей меланина приводит к ее окислению через образование семихинона согласно следующей схеме:

Таким образом, принципиальное отличие прямой пигментации от непрямой заключается в том, что в основе ее лежит прямое фотохимическое превращение предшественника в меланин, а не косвенная активация ферментов цепи меланогенеза.

В заключение остановимся на биологической роли меланина (загара), который выполняет функции оптического экрана, предохраняющего клетки от фотохимических повреждений. Судя по данным ЭПР, меланин содержит большое количество как свободных радикалов, так и ловушек для них. Поэтому пигмент способен выступать в роли химического протектора, дезактива-тора токсичных для организма свободнорадикальных состояний, которые генерируются как фотохимическим, так и, по-видимому, метаболическим путем.

4. КАНЦЕРОГЕНЕЗ

Хроническое УФ-облучение кожи может приводить к возникновению так называемых актиничных кератозов, которые способны к перерождению в злокачественные опухоли — саркомы и карциномы. Как правило, возникновению опухоли предшествует более или менее длительный латентный период. Установлено, что частота возникновения рака кожи у человека наиболее высока для открытых участков тела (голова, шея, руки). Кроме того, белые люди более подвержены заболеванию раком кожи, чем негры. Это, по-видимому, связано с защитной ролью меланина, которым обогащена кожа негров.

Тип опухоли определяется глубиной проникновения радиации в покровные ткан». Там, где она значительна, возникают соединительнотканные опухоли саркомы, там, где она невелика,— эпителиальные (рак кожи у «толстокожих» животных). По данным Блюма, монохроматический свет с длиной волны 254 нм вызывает преимущественно эпидермальные карциномы, а свет с длиной волны 280 нм — саркомы. Поскольку многократное УФ-облучение приводит к утолщению рогового слоя кожи, играющего роль инертного оптического экрана, доза каждого «сеанса» должна превышать пороговую эритемную дозу, иначе вероятность канцерогенеза значительно снизится. Повышение температуры стимулирует развитие канцерогенного процесса. Вероятность возникновения опухолей при облучении УФ-светом значительно повышается в присутствии канцерогенных веществ, например 7,12-диметилбензантра-цена, 3,4-бензпирена. Существует обратная корреляция между естественной продолжительностью жизни животных данного вида и их фотоканцерогенной чувствительностью.

Спектры действия фотоканцерогенеза (впрочем, как и других фотобиологических процессов в коже) имеют несколько условный характер. Они отражают одновременно как спектральную чувствительность клеток, способных к злокачественному перерождению, так и спектры поглощения инертных покровных тканей. Неудивительно поэтому, что различные авторы, работающие с разными животными, приписывают максимальную канцерогенную активность несколько варьирующим спектральным участкам (от 260 до 300 нм), хотя длинноволновая граница спектров действия «единодушно» локализуется вблизи 320—340 нм. По мнению Блюма, акцепторами биологически активного света в тканях являются нуклеопротеиды.

Фотофизические и фотохимические стадии канцерогенеза не выяснены. Из рассматриваемых в литературе трех теорий фотоканцерогенеза — мутагенной, лизосо-мальной и фотохимической — наиболее экспериментально обоснована фотохимическая.

Фотоканцерогенез — процесс кумулятивный, возникающий при хроническом УФ-облучении. Иными словами, для возникновения опухоли, по всей видимости, важно длительное поддержание на определенном уровне критического количества стабильных канцерогенных фотопродуктов. До сих пор еще не описана индукция опухоли при однократном УФ-облучении, что, в принципе, должно было иметь место при мутационной природе опухолеобразования.

Детальное исследование влияния УФ-облучения на стабильность лизосомальных мембран показало, что УФ-индуцированный лизис лизосом является следствием УФ-повреждения иных (других, чем лизосомы) тканевых структур и поэтому вряд ли может быть основной причиной опухолевого роста.

Согласно фотохимической теории канцерогенеза, непосредственной причиной возникновения опухоли является образование в коже канцерогенного фотопродукта холестерин-а-оксида. Действительно, показано, что количество образовавшегося продукта пропорционально дозе облучения. При хроническом облучении концентрация этого канцерогена достигает наибольшего значения к 10-й неделе, т. е. к моменту возникновения опухоли. Различные антиоксиданты подавляют как образование опухолей, так и накопление холестерин-а-оксида.

Учитывая, что холестерин-а-оксид является продуктом перекисного окисления, трудно исключить участие в индукции опухолевого роста и других перекисных продуктов окисления липидов.

Рекомендуемая литература

Барабой В. А. Биологическое действие УФ-лучей.— Успехи соврем, биол., 1962, 53, 265.

Black Н. S., С h е n J. Т. Experimental ultraviolet light-cancero-genesis.— Photochem. and Photobiol., 1977, 26, 183.

Blum H. Cancerogenesis by UV-light. Princeton, d959.

Epstein J. H. Photomedicine.— In: The science of photobiology. N. Y., 1977, p. 175.

Johnson В., Daniels F„ Magnus I. Responce of human skin to ultraviolet light.— In: Photophysiology. N. Y., 1968, v. 3, p. 139.

P a t h a k M. Photobiology of melanogenesis: biophysical aspects.— Adv. Biol. Skin, 1967, 8, 397.

The biological effects of ultraviolet radiation (with emphasis on the skin). Oxford, 1969.

Глава XXI. СВЕТОВЫЕ БОЛЕЗНИ КЛЕТОК

В настоящей главе рассматриваются фотобиологические процессы, которые не приводят к гибели клеток, а сопровождаются лишь нарушением их физиологических функций. Данная группа реакций может быть отнесена к патофизиологическим реакциям. УФ-свет влияет практически на все метаболические и физиологические реакции растительных и животных клеток и микроорганизмов, причем рассмотрение колоссального фактического материала наталкивается на большие трудности. Это обусловлено преимущественно феноменологическим характером работ и отсутствием точных сведений о природе акцепторов света, фотофизике и фотохимии процессов.

Ограничимся перечислением некоторых фоточувствительных процессов; хотя в пределе это перечисление должно охватить все известные реакции и свойства живой материи: метаболизм белков и самых разнообразных ферментов, метаболизм всех видов нуклеиновых кислот, углеводный и липидный обмен, обмен витаминов, гормонов и кофакторов, водно-солевой обмен

страница 58
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69

Скачать книгу "Фотобиология" (3.60Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(10.12.2019)