Действие ультрафиолетового света на биологические мембраны

Важность биологических мембран в метаболизме клетки позволяет их рассматривать в качестве еще одной внутриклеточной мишени при действии Уф излучения. Уф излучение вызывает увеличение проницаемости для различных веществ и прежде всего для ионов. Изменение электронной проницаемости клеточных мембран обнаружено у разных биологических объектов.

Результаты исследования свидетельствуют, что нарушение барьерной функции мембран животных клеток связано главным образом с фотолизом липидов. Основной путь фотолиза мембранных липидов заключается в перекисном фотоокислении цепей полиненасыщенных жирных кислот фосфолипидов. Результатом такого фотоокисления является образование гидроперекисей и продуктов их дальнейшего превращения. При этом протекают две фотохимические реакции: кислотно-зависимая цепная реакция перекисного окисления, заканчивающаяся образованием гидроперекисей, и реакция разложения гидроперекисей, при которой накапливаются самые разнообразные продукты, в частности альдегиды и кетоны. Гидроперекиси поглощают при 233 нм и после tдобавления к ним солей Fе 52+ 0дают вспышку хемилюминисценции, продукты второй реакции обладают поглощением в области 260-280 нм и характеризуются способностью давать окраску с 2-тиобарбитуратовой кислотой - реагентом на диальдегидную группу -СО-СО- (ТБЕ - активные продукты).

Процесс перекисного окисления липидов является фотосенсибилизированным, так как ненасыщенные жирные кислоты, не обладая способностью поглощать свет в средневолновой и длинноволновой области УФ-спектра, подвергаются перекисному фотоокислению при облучении в данной области спектра. Наиболее вероятными фото сенсибилизаторами могут быть продукты собственного окисления липидов (прежде всего гидроперекиси), которые практически всегда присутствуют в мембранах животных клеток и их органелл. Механизм сенсибилизации липидов к Уф излучению собственными продуктами окисления состоит в фотоиницировании цепей окисления ненасыщенных жирных кислот свободными радикалами, генерируемыми из гидроперекисей.

Важной особенностью перекисного окисления липидов в мембранах животных клеток является ингибировании процесса антиоксидантами (например альфа-токоферолом) и зависимость скорости его протекания от структурного состояния мембран, контролируемого, в частности, температурой.

Показано, что возрастание степени перекисного окисления липидов при температурах выше 20-25 50 0-, характерное для мембран микросом митохондрий и эритроцитов, связано не с изменениями конформации белка, а со структурной перестройкой липидной зоны мембраны, поскольку аналогичный эффект наблюдается и на липосомах, сформированных только из липидов.

3. ФОТОСЕСИБИЛИЗИРОВАННЫЕ ФОТОБИОЛОГИЧЕСКИЕ
ПРОЦЕССЫ

В медицине большое значение имеют фотобиологические процессы, возникающие в результате поглощения экзогенными веществами или эндогенными соединениями, концентрация которых резко возрастает при некоторых патологиях (протопорфирии, билирубинемии и др.)

Вещества, повышающие чувствительность организма к Уф или видимому свету называются фотосесибилизаторами. А в медицине часто используют для них термины «фототоксические» или «фотоаллергические» вещества в зависимости от того какие процессы они индуцируют.

Фотосенсибилизаторы по механизму их действия делятся на два типа.

Фотосенсибилизаторы 1 типа под действием света сами химически изменяются. Характерной особенностью реакций 1 типа час-то является их независимость от присутствия кислорода.

Например, в терапии псориаза широко используются фотосен-сибилизаторы 1 типа, называемые, псориленами. При совместном действии псоралентов и Уф излучения (ПУФА-воздействие) псориаз излечивается.

В основе терапевтического эффектов псоралентов лежит реакция ковалентного фотоприсоединения псоралентов к ДНК, не нуждающаяся в присутствии кислорода.

Другим примером сенсибилизаторов 1 типа являются фотоаллергены. Обычно эти соединения используют как антибактериальные, антигрибковые препараты и транквилизаторы (хлорпромазин, битинол, сульфаниламид, прометазин и др.). Однако они поглощаются в Уфа области спектра и при Уф облучении способны фото химически присоединяться к белкам, эта реакция приводит к образованию аллергена. Аллерген взаимодействует с макрофагами и Т-лимфоцитами, вызывая их фотосенсибилизацию. При повторных воздействиях Т-лимфоциты «узнают» аллерген им возникает ответная реакция кожи (уртикария или экзема), часто наблюдается анафилактический шок или астма.

Фотосенсибилизаторы II типа называются так же фотодинамическими соединениями. Поглотив квант света, эти соединения переходят в триплетное возбужденное состояние (А 5т1 0), а затем взаимодействуют с молекулярным кислородом. При этом кислород может переходить в возбужденное синглетно состояние в котором он примерно в 100 раз более эффективен, чем невозбужденный кислород, окисляет липиды, белки и другие биомолекулы.

В некоторых случаях сенсибилизаторы II типа образуют супероксид-анионрадикал путем переноса на О₂ электрона:

Так или иначе характерной особенностью реакции 11 типа является их полная зависимость от присутствия кислорода. Типичный представитель сенсибилизаторов II типа - протопорфирин. Он накапливается в аномально высоких концентрациях в организме человека при некоторых нарушениях биосинтеза порфиринов. Протопорфирин переходит в возбужденное состояние под действием синего света и с высокой степенью генерирует О₂. Последний окисляет ненасыщенные липиды, вызывая резкое увеличение ионной проницаемости биомембран. Одновременно инактивируются многие белки (АТФ-аза, эритроцитов, ацетилхолинэстераза и др.), происходит полимеризация мембранного белка спектрина и другие явления. Если больные находятся на дневном свете, то у них развивается эритема и эдема.

Поэтому по необходимости этим больным приходиться находиться на желтом свету, не поглощаемом протопорфирином. После того, как было выяснено, что сенсибилизированная протопорфирином эритема возникает с участием синглетно-возбужденного кислорода, был предложен терапевтический метод, основанный на приеме внутрь бэта-каротина, способного инактивировать (тушить) сингллетный кислород.

Не все светочувствительные вещества являются фотосесибилизаторами. Например, биллирубин-продукт разрушения гемоглобина, очень фотолабилен, но продукты его фотолиза не вызывают заметных фототоксических эффектов. Поэтому в родильных домах применяют фототерапию желтухи новорожденных, основанную на разрушении биллирубина при освещении синим светом. Таким образом, путем фотохимического разрушения биллирубина при освещении новорожденных устраняют возможные патологические последствия гипербиллирубинемии.