Введение

Биохимический процесс Фотозащита - это биохимический процесс, который помогает организмам справиться с молекулярным повреждением, вызванным солнечным светом. Растения и другие кислородные фототрофы разработали набор фотозащитных механизмов для предотвращения фотоингибирования и окислительного стресса, вызванных избыточным или колебательным освещением. Люди и другие животные также разработали фотозащитные механизмы, чтобы избежать ультрафиолетового фотоповреждения кожи, предотвратить повреждение ДНК и свести к минимуму последствия окислительного стресса.

В растениях

Общеизвестно, что растениям необходим свет для выживания, роста и размножения. Часто считается, что больше света всегда полезно, однако избыток света может на самом деле быть вредным для некоторых видов растений. Подобно тому, как животным требуется тонкий баланс ресурсов, растениям требуется определенный баланс интенсивности света и длины волны для оптимального роста (это может варьироваться от растения к растению). Оптимизация процесса фотосинтеза необходима для выживания, когда условия окружающей среды идеальны, и акклиматизации, когда условия окружающей среды тяжелы. Когда растение подвергается воздействию яркого света, оно реагирует, чтобы смягчить вредные последствия избыточного света. Чтобы наилучшим образом защитить себя от избыточного света, растения используют множество методов, чтобы свести к минимуму вред, наносимый избыточным светом. Растения используют различные фоторецепторы для определения интенсивности, направления и продолжительности света. В ответ на избыток света некоторые фоторецепторы способны смещать хлоропласты внутри клетки дальше от источника света, тем самым уменьшая вред, наносимый избыточным светом. Аналогичным образом, растения способны производить ферменты, которые необходимы для фотозащиты, такие как антоцианиновая синтеза. Растения, у которых отсутствуют ферменты фотозащиты, гораздо более чувствительны к световому повреждению, чем растения с функционирующими ферментами фотозащиты. Кроме того, растения производят множество вторичных метаболитов, которые полезны для их выживания и защиты от избыточного света. Эти вторичные метаболиты, обеспечивающие защиту растений, обычно используются в солнцезащитных средствах и фармацевтических препаратах для дополнения недостаточной защиты от света, присущей клеткам кожи человека. Растения могут использовать различные пигменты и соединения в качестве формы фотозащиты от УФ-лучей. Пигментация - один из методов, используемых различными растениями в качестве формы фотозащиты. Например, в Антарктиде местные зеленые мхи можно найти в естественной тени скал или других физических барьеров, в то время как красные мхи того же вида, вероятно, можно найти в местах, подверженных ветру и солнцу. Это изменение цвета связано с интенсивностью света. Фоторецепторы в мхах, фитохромы (красные длины волн) и фототропины (синие длины волн), помогают регулировать пигментацию. Чтобы лучше понять это явление, Уотерман и др. провел эксперимент по анализу фотозащитных свойств УФАК (соединения, поглощающие ультрафиолетовые лучи) и красной пигментации у антарктических мхов. Моховые образцы видов Ceratodon purpureus, Bryum pseudotriquetrum и Schistidium antarctici были собраны из островного региона в Восточной Антарктиде. Затем все образцы выращивались и наблюдали в лабораторных условиях при постоянном освещении и воде для оценки фотосинтеза, УФАК и пигментации. Моховые гаметофиты красного и зеленого сорта подвергались воздействию света и постоянному поливу в течение двух недель. После наблюдения за ростом из образцов мха извлекали пигменты клеточной стенки. Эти экстракты были протестированы с использованием спектрофотометрии UVVis, которая использует свет из УФ и видимого спектра для создания изображения, изображающего поглощение света. УФАК обычно находятся в цитоплазме клетки; однако, при воздействии высокоинтенсивного света, УФАК переносятся в клеточную стенку. Было обнаружено, что мхи с более высокой концентрацией красных пигментов и УФАК, расположенных в клеточных стенках, а не внутриклеточно, лучше работают при более интенсивном свете. Изменение цвета в мховых клетках не было вызвано движением хлоропласта внутри клетки. Было обнаружено, что УФАК и красные пигменты функционируют как долгосрочная фотозащита у антарктических мхов. Поэтому в ответ на высокую интенсивность светового стресса, выработка UVAC и красная пигментация регулируется. Хотя фотозащита еще не полностью понята, она является важной функцией растений.

У людей

Фотозащита кожи человека достигается чрезвычайно эффективным внутренним преобразованием ДНК, белков и меланина. Внутреннее преобразование - это фотохимический процесс, который преобразует энергию ультрафиолетового фотона в небольшое, безвредное количество тепла. Если энергия ультрафиолетового фотона не превратится в тепло, то это приведет к образованию свободных радикалов или других вредных реактивных химических видов (например, синглетного кислорода или гидроксильного радикала). В ДНК этот фотозащитный механизм развился четыре миллиарда лет назад, на заре жизни. Цель этого чрезвычайно эффективного фотозащитного механизма - предотвратить прямое повреждение ДНК и косвенное повреждение ДНК. Сверхбыстрая внутренняя конверсия ДНК сокращает время жизни ДНК в возбужденном состоянии всего до нескольких фемтосекунд (10−15s) таким образом возбужденная ДНК не имеет достаточно времени, чтобы реагировать с другими молекулами. Для меланина этот механизм развился позже в ходе эволюции. Меланин является таким эффективным фотозащитным веществом, что рассеивает более 99,9% поглощенного ультрафиолетового излучения в виде тепла. Это означает, что менее 0,1% возбужденных молекул меланина будут подвергаться вредным химическим реакциям или продуцировать свободные радикалы.

Синтетический меланоцит-стимулирующий гормон

В Европейском Союзе и Соединенных Штатах афамеланотид показан для профилактики фототоксичности у взрослых с эритропоэтической протопорфирией. Афамеланотид также исследуется в качестве метода фотозащиты от полиморфной световой эрупции, актинического кератоза и плоскоклеточной карциномы (форма рака кожи).

Искусственный меланин

В косметической промышленности утверждают, что ультрафиолетовый фильтр действует как "искусственный меланин". Но эти искусственные вещества, используемые в солнцезащитных кремах, не рассеивают энергию ультрафиолетового фотона в виде тепла. Вместо этого эти вещества имеют очень длительный срок жизни в возбужденном состоянии. В действительности, вещества, используемые в солнцезащитных кремах, часто используются в качестве фоточувствительных веществ в химических реакциях. (см. Бензофенон). Оксибензон, оксид титана и октилметоксицинамат являются фотозащитными агентами, используемыми во многих солнцезащитных средствах, обеспечивающими широкий спектр УФ-покрытия, включая УФ-В и коротковолновые УФ-А лучи. УФ-поглотительдругие названияпроцент молекул, которые рассеивают энергию фотона (квантовый выход: Φ) молекулы, не рассеивающие энергию быстро ДНК > 99,9% < 0,1% натуральный меланин > 99,9% < 0,1%2 фенилбензимидазол 5 сульфоновая кислота PBSA, Eusolex 232, Parsol HS, 2 этилгексил 4 диметиламинобетазензолатPadimate O, оксилдиметил PABA, OD PABA 0,1 = 10% 90%4 метилбензилидиленкамфор (4 MBC), (MBC), Parsol 5000, Eusolex 6300 tert 0.3 = 30% 4 70% бутил 4 метоксидибензоилметан (BM D), Avobenzone, Parsol 1789, Eusolex 9020 Ментил антранилат (MA), Ментил 2 аминобетазол, меланилат 0,6 = 60% 60% 60% метоксидиметилгексил (2MC EH), EMC (2MCH), Оксил, Оксил, ОК, OMC, Parsol = 19%, 0,81%, 2292%