Кіріспе
Биохимиялық процесс Фотоқорған - организмдерге күн сәулесінің молекулалық зақымдануына төтеп беруге көмектесетін биохимиялық процесс. Өсімдіктер мен басқа да оттегі фототрофтары фотоингибициялау мен тотықтырғыш стрессті болдырмау үшін фотоқорғау механизмдерін жасады. Адамдар мен басқа жануарлар теріге УФ-сәулесінен зақым келтіруден, ДНҚ-ның зақымдануынан және тотықтырғыш стресстің төменгі әсерін азайту үшін фотоқорғау механизмдерін әзірледі.
Photoprotection is the biochemical process that helps organisms cope with molecular damage caused by sunlight. Plants and other oxygenic phototrophs have developed a suite of photoprotective mechanisms to prevent photoinhibition and oxidative stress caused by excess or fluctuating light conditions. Humans and other animals have also developed photoprotective mechanisms to avoid UV photodamage to the skin, prevent DNA damage, and minimize the downstream effects of oxidative stress.
Өсімдіктерде
Өсімдіктердің тіршілік етуі, өсуі және көбеюі үшін жарық қажет екені кеңінен белгілі. Көбінесе жарық көп болса, пайдасы тиетінін айтады, алайда кейбір өсімдік түрлеріне зиянды болуы мүмкін. Жануарлар ресурстардың нәзік тепе-теңдігін қажет еткендей, өсімдіктер оптималдық өсу үшін жарық қарқындылығы мен толқын ұзындығының нақты тепе-теңдігін қажет етеді (бұл өсімдіктерден өсімдікке өзгеруі мүмкін). Фотосинтез процесін оңтайландыру қоршаған ортаның жағдайы жақсы болған кезде тіршілік ету үшін және қоршаған ортаның жағдайы нашар болған кезде акклиматизация үшін өте маңызды. Өсімдік жарық көзіне көп түскенде, ол жарықтың зиянды әсерін азайтады. Өсімдіктер жарық сәулесінен барынша қорғаныш болу үшін, жарық сәулесінен болатын зиянды азайту үшін көптеген әдістерді қолданады. Өсімдіктер жарықтың интенсивтілігін, бағытын және ұзақтығын анықтау үшін түрлі фоторецепторларды қолданады. Артық жарыққа жауап ретінде кейбір фоторецепторлар хлоропластарды жасушаның ішінде жарық көзінен алыстатып, артық жарық тигізетін зиянды азайтады. Сол сияқты өсімдіктер фотоқорғау үшін қажет ферменттер, мысалы антоцианин синтезасын да өндіре алады. Фотоқорғау ферменттері жетіспейтін өсімдіктер фотоқорғау ферменттері жұмыс істейтін өсімдіктерге қарағанда жарық зақымдануына әлдеқайда сезімтал. Сонымен қатар, өсімдіктер тіршілік етуі мен артық жарықтан қорғалуы үшін пайдалы әр түрлі екіншілік метаболиттер өндіреді. Өсімдіктерді қорғайтын бұл екіншілік метаболиттер әдетте адам терісінің жасушаларына тән жарықтан қорғанышсыздықты толықтыру үшін адам үшін қолданылатын күн сәулесінен қорғайтын кремдер мен фармацевтикалық препараттарда қолданылады. Өсімдіктер әр түрлі пигменттер мен қоспаларды УФ-көктемдік сәуледен қорғану түрінде де пайдалана алады. Пигментация - бұл түрлі өсімдіктер фотоқорғаныштың бір түрі ретінде қолданатын әдістердің бірі. Мысалы, Антарктидада жасыл түсті көгершіндер табиғи түрде тау-тастардан немесе басқа да кедергілерден көлеңкеде кездеседі, ал қызыл түсті көгершіндер жел мен күн сәулесіне ұшыраған жерлерде кездеседі. Бұл түс өзгеруі жарық интенсивтілігіне байланысты. Мұқадағы фоторецепторлар, фитохромдар (қызыл толқын ұзындығы) және фототропиндер (көк толқын ұзындығы), пигментацияны реттеуге көмектеседі. Бұл құбылысты жақсырақ түсіну үшін Waterman және басқалар. Антарктиданың балдырмаларында UVAC (Ультрафиолетті сіңіретін қосылыстар) және қызыл пигментацияның фотоқорғау қасиеттерін талдау үшін эксперимент жүргізді. Ceratodon purpureus, Bryum pseudotriquetrum және Schistidium antarctici түрлерінің шыбын-шіркей үлгілері Шығыс Антарктидадағы арал аймағынан жиналды. Барлық үлгілер фотосинтез, УФАК және пигментация өндірісін бағалау үшін тұрақты жарық және су жағдайында зертханада өсіріліп, бақыланды. Қызыл және жасыл түсті шыбын-шіркейлер екі апта бойы жарық пен тұрақты суарумен қамтамасыз етілді. Өсуді бақылаудан кейін балдыр үлгілерінен жасуша қабырғасының пигменттері алынады. Бұл экстракттер UVVis спектрофотометриясы арқылы тексерілді, ол UV және көрінетін спектрдің сәулелерін пайдаланып, жарық сіңіруін бейнелейтін сурет жасайды. УФАК-тар әдетте жасушаның цитоплазмасында кездеседі; алайда, жоғары интенсивті жарыққа ұшыраған кезде УФАК-тар жасуша қабырғасына тасымалданады. Қызыл пигменттер мен УФАК-тар жасуша қабырғаларында емес, жасуша ішінде орналасқан көбірек концентрациялы шыбын-шіркейлер жоғары интенсивті жарықта жақсы жұмыс істегені анықталды. Мұздақтың түстерінің өзгеруі хлоропласттардың клетканың ішінде қозғалысына байланысты емес екені анықталды. Ультрафиолеттік қышқылдар мен қызыл пигменттер Антарктиданың көбейдеріне ұзақ уақыт бойы фотоқорғау ретінде қызмет ететіндігі анықталды. Сондықтан, жарықпен қатты әсерленгенде, УФАК және қызыл пигменттің пайда болуы жоғары реттеледі. Фотоқорған әлі толық түсінілмеген болса да, өсімдіктердің маңызды функциясы болып табылады.
Адамда
Адам терісінің фотоқорғанысы ДНК, ақуыздар мен меланиннің өте тиімді ішкі түрленуі арқылы жүзеге асады. Ішкі түрлендіру - УФ-фотон энергиясын шағын, зиянсыз жылуға айналдыратын фотохимиялық процесс. Егер УФ-фотон энергиясы жылуға айналмаса, онда ол еркін радикалдар немесе басқа зиянды реактивті химиялық заттардың пайда болуына әкеледі (мысалы, синглеттік оттегі немесе гидроксилдік радикал). ДНҚ-да осы фотоқорғау механизмі төрт миллиард жыл бұрын өмірдің басында пайда болды. Бұл өте тиімді фотоқорғау механизмі тікелей және жанама ДНК зақымдануын болдырмауға арналған. ДНҚ-ның өте жылдам ішкі түрленуі ДНҚ-ның қозғайтын күйдегі өмір сүру мерзімін бірнеше фемтосекундқа (10-15 секунд) ғана қысқартады. Осылайша қозғайтын ДНҚ-ның басқа молекулалармен әрекеттесуге жеткілікті уақыты болмайды. Меланиннің бұл механизмі эволюция барысында кейін дамыды. Меланин - өте тиімді фотоқорғаушы зат, ол сіңірілген УФ-сәулелердің 99,9%-дан астамын жылу түрінде таратады. Бұл дегеніміз, қозылған меланин молекулаларының 0,1% -дан азы зиянды химиялық реакцияларға ұшырайды немесе еркін радикалдар түзеді.
Меланоциттерді ынталандыратын синтетикалық гормон
Еуропалық Одақ пен АҚШ- та афамеланотид эритропоэтикалық протопорфириямен ауыратын ересектерде фототоксикацияның алдын алу үшін қолданылады. Афамеланотидтің полиморфты жарық эрукциясын, актиникалық кератозды және плазмоцитті карциноманы (тұрқан қатерлі ісігінің бір түрі) емдеуде фотоқорғау әдісі ретінде де зерттеу жүргізілуде.
Жасанды меланин
Косметика өнеркәсібі УФ-фильтр "жасанды меланин" ретінде әрекет етеді деп мәлімдейді. Бірақ күн сәулесінен қорғайтын заттар УФ-фотон энергиясын жылу түрінде тиімді тарата алмайды. Керісінше, бұл заттардың өте ұзақ қозған күйдегі өмір сүру мерзімі бар. Шын мәнінде, күн сәулесінен қорғайтын кремдерде қолданылатын заттар көбінесе химиялық реакцияларда фотосенсибилизатор ретінде қолданылады. (Бензофенон дегенді қараңыз). Оксибензон, титан оксиді және октил метоксицинамат көптеген күн сәулесінен қорғайтын заттарда қолданылатын фотоқорғаушы заттар болып табылады, олар кең ауқымды УФ-қақпақты қамтамасыз етеді, соның ішінде УФ-В және қысқа толқынды УФ-А сәулелері. УФ-қаптаушыФотондар энергиясын тез тарататын молекулалардың пайыздық мөлшері (кванттық өнімділігі: Φ) энергияны тез тарататын молекулалар емес ДНК > 99,9% < 0,1% табиғи меланин > 99,9% < 0,1%2 фенилбензимидазол 5 сульфоно қышқылы PBSA, Eusolex 232, Parsol HS, 2 этилгексил 4 диметиламинбезотаценаPadimate O, оксилдетил PABA, OD PABA 0,1 = 10% 90%4 метилбензилидин кафур (4 MBC), (MBC), Parsol 5000, Eusolex 6300 0,3 = 30% 4 70% бутил 4 метоксидибензоил метан (BM D), Avobenzone, Parsol 1789, Eusolex 9020 Ментил атранилат (MA), Ментил 2 аминобат, 0,6 40% мерадиманат = 60% 60% метоксидиметилгексинат (2 EMC E), EMMC EH (EH), Оксиметил ПАБА, ОД ПАБА 0,1% ОМК, ОМКК 0,81 = 229%, Parsollex 81%