Диапазон длин волн электромагнитного излучения Солнца

200-400 нм – ультрафиолетовое излучение

• UVA – 320-400 нм
• UVB – 290-320 нм (1.5 %)
• UVC – 200-290 нм (не доходит до Земли)

400-760 нм – видимый свет

>800 нм – ближний и дальний инфракрасный свет

В клетках организма содержатся молекулы-хромофоры, поглощающие энергию, переходя в электронно-возбужденное состояние. Меланин – главный хромофор кожи, поглощает УФ-излучение в диапазоне 350-1200 нм.Наиболее биологически активным является УФ-излучение с длинами волн короче 320 нм. В этой области поглощают свет белки и ДНК. Результатом такого поглощения являются различные изменения кожи, такие как эритема, катаракта, рак и др. Но солнечный свет короче 285 нм почти полностью поглощается стратосферным озоном и до поверхности Земли не доходит. Атмосфера играет роль светофильтра благодаря наличию вней молекулярного кислорода и озона. О²поглощает излучение короче 200 нм. О₃– короче 290 нм.

Образование озона происходит фотохимически:

О₂>> O + O (hv) распад молекулярного кислорода на атомы под воздействием УФ-излучения

О + О₂>> О₃ образование озона

2О₃>> 3О₂+ 285 кДж распад озона с выделением тепла

Так как озон является сильным окислителем, он образует перекисные соединения со многими веществами, в которых сам разрушается. Например, такими веществами могут служить хлорфторуглеродные (ХФУ) соединения. Т.е. в атмосфере соблюдается баланс образования и разрушения озона, благодаря чему поддерживается его стационарная концентрация. На одну молекулу озона приходится больше миллиона молекул воздуха. Основная масса озона расположена на высоте от 10 до 50 км с максимумом концентрации на высоте 20-25 км. Наиболее стабильна концентрация озона над экваториальными широтами, где его интенсивность почти не меняется в течение года. Зато в высоких широтах зимой концентрация озона и интенсивность УФ снижается.

Фотоповреждение ДНК

Наиболее неустойчивы к повреждениям пиримидиновые основания, поглощающие в диапазоне 250-270 нм. Основным типом фотоповреждения является образование тиминовых димеров, при котором возникают двойные связи у 5-го и 6-го атомов углерода в двух молекулах тимина. Между основаниями образуется циклобутанове кольцо. Фотоповреждения ДНК репарируются в результате фотохимических реакций, в которых происходит эксцизия (вырезание) поврежденного участка с последующей его заменой неповрежденным основанием. Также репарация ДНК может идти в процессе фоторактивации, происходящей с участием ферментов фотолиаз, образующих окрашенный комплекс с циклобутановыми димерами. В таком комплексе видимый свет вызывает распад димеров с регенерацией исходных оснований.

Также образуются пиримидин-6-4-пиримидоновые фотопродукты.

Повреждение ДНК

Фотоповреждение белков

Ароматические аминокислоты триптофан и тирозин поглощают волны длиной 280-285 нм, в результате чего происходит фотоионизация (выбивание электронов) с образованием свободных радикалов: катион-радикала аминокислоты (^·AH⁺) и сольватированного электрона (e^-).

Катион-радикал – сильная кислота, быстро диссоциирующая на протон и нейтральный радикал: ⁺AH^->> ^·А + H⁺

Сольватированный электрон – электрон, находящийся в комплексе с молекулами растворителя.

Т.к. радикалы являются неустойивыми соединениями, происходит дальнейшая модификация как аминокислотных остатков, так и других находящихся рядом молекул. Большим сродством к электрону обладают серосодержащие аминокилоты – цистеин и цистин. Они быстро разрушаются в результате взаимодействия с сольватированными электронами, выбитыми из ароматического кольца. Сольватированный электрон дальше может захватываться молекулярным кислородом с появлением супероксида (О₂^-·) – одной из активных форм кислорода (АФК).

Фотоизомеризация уроканиновой кислоты (УКК)

Главным хромофором рогового слоя является уроканиновая кислота, или деаминированный гистидин.

Транс-изомер УКК содержится в роговом слое эпидермиса и является одним из основных полглотителей УФ-излучения. После поглощения кванта света происходит транс-цис-фотоизомеризация УКК. Цис-изомер далее может превращаться в транс-изомер. В конце концов достигается фотостационраное состояние двух изомерных форм УКК. Максимум спектра действия фотоизомеризации УКК в коже человека располагается около 310 нм и не совпадает с макимумом спектра полглощения УКК. Это расхождение обусловлено экранирующим эффектом со стороны других хромофоров, а именно – полгощение части УФ-излучения белками рогового слоя эпидермиса.

Спектр действия – зависимость фотобиологического эффекта от длины волны действующего света. Если другие хромофоры не ославюляют свет (экранирующий эффект), то спектр действия должен совпадать со спектром поглощения хромофора, поглощающего свет.

Содержание цис-УКК возрастает в коже летом и убывает зимой. УКК не выполняет функции природного защитного пигмента кожи. Образование цис-УКК в результате УФ0облучения приводит к подавлению иммунной системы организма, что может привести к раку кожи.