Фотдеструктивные процессы.
Деструктивное действие на биологические системы оказывает ультрафиолетовые лучи - излучение с ниже 400 нм. УФ- излучение на поверхности Земли представляет коротковолновую часть спектра солнечного света и является важным природным фактором в эволюционном процессе. Поглощение квантов ультрафиолетового излучения приводит к ионизации атомов и молекул. Ультрафиолетовое излучение Солнца условно можно разделит на три области: динноволновая ( УФ А с = 320 –400 нм), средневолновая ( УФ В с = 280-320 нм), коротковолновая (УФ С с = 200-280 нм). Озоновый слой атмосферы полностью поглощает средневолновую и коротковолновую часть ультрафиолетового солнечного излучения. Покровные ткани животных и растений поглощают около 100% попавших на них УФ-лучей. Соответственно, биологическое действие ультрафиолета в естесственных усоловиях обуславливается теми клетками и тканями, которые не защищены от их действия. Например, организмы обитающие в толще воды, не испытывают действие УФ- лучей.
Вредное воздействие ультрафиолета заключается в повреждении биологически важных молекул, в первую очередь молекул белков, нуклеиновых кислот, жирных кислот в составе липидов. В области с = 200-400 нм высоким коэффициентом поглощения характеризуются соединения с сопряженными двойными связями и кольцевыми структурам. В частности, в молекулах нуклеиновых кислот в этой области поглощают пуриновые и пиримидиновые основания (max = 260 нм), в молекулах белков – ароматические аминокислоты (max = 280 нм), в липидах - двойные связи остатков жирных кислот (max = 200 нм),
Действие ультрафиолетовых лучей на микроорганизмы, на культуральные клетки животных и растений индуцирует разнообразные мутации и может привести к гибели клеток. У многоклеточных организмов при действии УФ-лучей появляются разнообразные изменения в структуре и метаболизме клеток, тканей, органов. В частности, УФ-облучение снижает содержание липидов в мембранах, тормозит рост клеток, вызывает различные болезни, например, солнечный ожог (хлороз) растений. Действие малых доз ультрафиолета на человека приводит к накоплению пигмента меланина и активации синтеза витаминов группы D. Эти реакции являются защитной реакцией организма на облучение. Высокие дозы ультрафиолетового облучения могут привести к возникновению раковых заболеваний кожи. Фотоканцерогенез кожи представляет кумулятивный процесс и проявляется при длительном хроническом облучении. Интенсивность воздействия ультрафиолетового излучения на живые организмы на Земле, в т.ч. и на человека, в последние годы сильно возросла. Это связано с нарушением озонового слоя вследствие техногенного загрязнения атмосферы. Подсчитано, что уменьшение способности озонового слоя поглощать УФ-лучи на 1% повышает частоту заболеваемости жителей Земли раком кожи на 2 %.
Повреждение молекул нуклеиновых кислот, белков, липидов, вызываемые уф-светом. Основные фотохимические реакции в клетках.
Как отмечалось, действие ультрафиолета на организмы приводит к возникновению мутаций и гибели клеток. Проявление деструктивных фотобиологических эффектов у живых организмов наблюдается при длинах волн 200 –280 нм, где интенсивно поглощают энергию света молекулы нуклеиновых кислот и белков.
Нуклеиновые кислоты. Основными светопоглощающими группировками (хромофорами) в молекулах НК являются азотистые основания, в первую очередь, пиримидиновые основания. Поглощение энергии света приводит к возбуждению этих молекул, т.е. образованию электронно-возбужденных синглетных и триплетных состояний. Возбужденные молекулы способны вступать в фотохимические реакции. Рассмотрим наиболее важные фотохимические реакции пирмидиновых оснований, происходящие в живом организме: реакции димеризации, гидраьации, связывания основания с молекулой белка.
При фотодимеризации происходит связывание двух одинаковых оснований, например, тимина, по 5,6 двойной углеродной связи. Подсчитано, что димеры пиримидиновых оснований составляют около 70 % летальных повреждений , индуцируемых УФ- светом у микроорганизмов. Реакция димеризации в живых клетках является фотообратимой.