Вплив ультрафіолетового випромінювання на біологічні об’єкти

В залежності від дії на біологічні об’єкти, в ультрафіолетовому діапазоні виділяють три зони:

- А -зона, або антирахітна (l=400…315 нм), - викликає синтез вітаміну D,

- B -зона, або еритемна (l=315…280 нм), - викликає утворення еритерми і сприяє синтезу пігменту меланіну, який поглинає кванти світла і одночасно є антиоксидантом (антиоксиданти – це сполуки, які зв’язують вільні радикали);

- С -зона, або бактерицидна (l=280…200 нм), - викликає мутації, канцерогенез, здійснює бактерицидний ефект; енергія випромінювання цього діапазону (3,1-6,8 еВ) є достатньою для дисоціації і іонізації молекул.

Ультрафіолетове випромінювання з l£280 нм дуже сильно поглинається, в тому числі і повітрям, тому його дія на біологічні об’єкти звичайно не розглядається.

Ультрафіолетове випромінювання інтенсивно поглинається живими клітинами й практично не проникає на глибину більш ніж 1 мм. У людини ультрафіолетові промені поглинаються в шкіряних покровах. Тому безпосередній ефект ультрафіолетового опромінення позначається саме на клітинах шкіри.

Через те, що коефіцієнти поглинання для ультрафіолету дуже великі, то поглинена доза D приблизно дорівнює потужності випромінювання W, якепотрапило на одиницю площі шкіряного покрову за час t:

D=Wt

(12.8.1.)

Випромінювання різних довжин хвиль однакового потоку приводить до різного ступеня ушкоджень. Залежність фотобіологічного ефекту від довжини хвилі випромінювання називається спектром дії. Спектр дії можна побудувати як для окремих молекул, так і для клітин (рис. 12.8.1).

Рис. 12.8.1. Спектри дії ультрафіолетового випромінювання: 1 –розвиток еритеми шкіри у людини, 2 – ушкодження рослинної клітини, 3 – інактивація ДНК.

Відповідно до законів фотобіології, фотозміни в молекулі можуть утворитися лише при поглинанні нею кванта випромінювання. Тому спектр дії за своєю формою збігається зі спектром поглинання тих молекул, які відповідають за певну хімічну або фізіологічну відповідь. Наприклад, спектр інактивації вірусу тютюнової мозаїки повністю збігається зі спектром поглинання його інформаційною РНК. Через це вважається, що інактивуюча дія ультрафіолету на цей вірус обумовлена саме ушкодженням нуклеїнових кислот.

Визначено, що біологічний ефект ультрафіолету, поперед усього, визначається змінами, які воно викликає в структурі білків, нуклеїнових кислот, а також біологічних мембран.

Амінокислоти, що входять до складу білків, мають максимумипоглинання в діапазоні довжин хвиль λ=180...190 нм за рахунок пептидних зв'язків. Крім того, ароматичні амінокислоти: фенідаланін, тирозицин і триптофан мають допоміжні максимуми поглинання (λ_max=258,280 й 285 нм відповідно) за рахунок ароматичних груп. Через те, що опромінення ультрафіолетом (як природнє, так і штучне) найчастіше відбувається при λ > 240 нм, та основний внесок у фотоушкодження білків вносять саме ароматичні амінокислоти. Дія ультрафіолетового випромінювання на білкові молекули здатна привести до розриву дисульфідних містків між поліпептидними ланцюгами до утворення вільних радикалів[6]. Особливо ці ушкодження небезпечні, якщо торкають активного центра ферменту, що може викликати його інактивацію.

Поглинання ультрафіолету нуклеїновими кислотами обумовлене наявністю у них пуринових і пиримединових основ (λ_max =260 нм). Із сполук, що входять до складу нуклеїнових кислот, більш чутливими до дії опромінення є пиримединові основи (цитозин, тимін й урацил), хоча фотопошкодження можуть виникати й у пуринових основ (аденіні, гуаніні), і вуглеводних компонентах. Фотопорушення нуклеїнових кислот можуть привести до появи мутацій, канцерогенезу і, навіть, до загибелі клітини. Часто ці порушення гальмують нормальне проходження процесів транскрипції і реплікації нуклеїнових кислот, що виключає можливість нормального поділу клітин.

Іноді фотопорушення молекул можуть бути викликані не безпосереднім поглинанням випромінювання певною молекулою, а її взаємодією з іншою молекулою, яка поглинула квант світла і яка перйшла у збуджений стан. Сполуки, які підвищують чутливість біолоігчних об’єктів до світла, називаються фотосенсибілізаторами, а реакції, які викликані ними – фотосенсибілізованими.

Фотосенсибілізованими реакціями виступають порушення мембранних ліпідів внаслідок впливу ультрафіолетового випромінювання. Це відбувається завдяки тому, максимум поглинання ліпідів приходиться на l<220 нм, а довжина хвилі традиційного УФ –випромінювання перевищує 240 нм. Ультрафіолетове випромінювання викликає появу в мембрані вільних радикалів R^. (наприклад, радикалів води, амінокислот і т.ін.), які спроможні викликати ланцюгові реакції перекисного окислення ліпідів.

Порушення ліпідів підвищує іонну проникненість мембрани, порушує її стабільність та нормальне функціонування мембранних компонентів. Порушені під дією ультрафіолетового випромінювання молекулярні структури здатні оновлюватися за допомогою репараційних [7] систем організму, але здатність яких залежить від багатьох факторів (див. § 12.10.).