Механизмы защиты живых организмов от деструктивного действия ультрафиолета. Фотреактивация, фотозащита.

В процессе биохимической эволюции у живых систем сформировались специфические механизмы, направленные на повышение устойчивости клеток к повреждающему действию ультрафиолетовых лучей. К настоящему времени известны два таких процесса – фотореактивация и фотозащита.

Фотореактивация – биологический процесс, направленный на устранение УФ-индуцированных летальных фотопродуктов нуклеиновых кислот. В этом процессе участвует специальный фоточувствительный фермент фотолиаза, строго специфичный к пирмидиновым димерам. Этот фермент выделен из многих биологических объектов. Известны природа хромофорных групп у двух фотолиаз: бактериальной и дрожжевой. У бактериальной фотолиазы хромофорная группировка представлена восстановленной молекулой ФАД с максимумом поглощения при 380 нм. Хромофорная часть дрожжевой фотолиазы является производным диазофлавина с максимумом поглощения, в зависимости от значения рН, от 375 до 420 нм. Ферментативный гидролиз димеров происходит только под воздействием света, т.е. фотолиазы работают в возбужденном состоянии. Предполагается, что при этом процессе происходит перенос электронов от молекулы фермента к субстрату. Это подтверждается данными об ингибировании процесса фотореактивации активными акцепторами электронов, например, KNO₃, KCl.

Эффект фотозащиты заключается в том, что предварительное облучение клеток длинноволновым спектром ультрафиолета или видимым светом приводит к значительному повышению их устойчивости к деструктивному действию коротковолновых лучей. Проявление такого эффекта показано на клетках микроорганизмов (бактерий, дрожжевых клеток) и на культуре клеток многоклеточных организмов. Наибольший эффект фотозащиты проявляется при действии света в интервале 310 - 350 нм. Для проявления эффекта фотозащиты необходим определенный промежуток времени между действием длинноволнового и коротковолнового света. За это время в клетках происходит синтез защитных соединений (протекторов), таких как 5-окситриптамин (серотонин). Предполагается, функция этих защитных агентов заключается в связывании их с молекулой ДНК, что уменьшает выход УФ-индуцированных димеров. Экспериментально показано, что предварительное введение протекторов в клетки значительно повышает их устойчивость к действию ультрафиолетового света.

Фотосенсибилизация. Многие организмы содержат природные пигменты, поглощающие энергию света определенных длин волн, что придает им повышенную чувствительность к действию солнечного света. Такая высокая фоточувствительность может приводить к повреждениям клеток, тогда как клетки не содержащие этих пигментов светом не повреждаются. Фотосенсибилизаторы могут быть эндогенные, т.е. синтезироваться в клетках и экзогенные, когда они вносятся в клетки извне. Известны 4 класса соединений естественного происхождения, вызывающих фотосенсибилизирующий эффект: гиперицины, хлорофиллы, порфирины и псоралены.

Гиперицины получили свое название от рода растений, в экстрактах которых были впервые обнаружены: зверобой (Hypericium). Собственно гиперицин представляет собой соединение, состоящее из восьми ароматических колец с двумя метильными группами. Другие соединения этой группы вместо метильных групп содержат другие заместители. Пигменты-гиперицины являются фотоокислительными сенсибилизаторами и в присутствии кислорода они являются причиной гибели клеток при действии интенсивного солнечного света.

Хлорофиллы обуславливают фотодинамический эффект у мутантных растительных клеток с дефицитом каратиноидов.

Порфирины - циклические соединения, состоящие из четырех пиррольных колец, соединенных метиновыми мостиками. Они входят в состав молекул окислительно-восстановительных ферментов у аэробных клеток.

Псоралены представляют собой трициклические соединения, явлояющиеся спаренными кумаровыми и фурановыми кольцами. Они присоединяясь к пиримидинам, повышают фоточувствительность молекул ДНК.

Дата добавления: 2015-12-08