Немного фотохимии

Давайте постараемся проследить путь кванта света после того, как он попадает на кожу, и понять, что же вредного он в себе несёт. Биомолекулы (какие — мы увидим дальше) поглощают кванты света и переходят в возбуждённое состояние. Этот процесс можно проиллюстрировать диаграммой, предложенной в 1935 году польским физиком Александром Яблонским (рис. 3).

Упрощённая диаграмма Яблонского

Рис. 3. Упрощённая диаграмма Яблонского.

Не будем вдаваться в подробности энергетических переходов. Для нас важны два обстоятельства: во-первых, в возбуждённых состояниях молекулы живут очень недолго (ничтожные доли секунды, причём в синглетном состоянии обычно значительно меньше, чем в триплетном), а во-вторых, они становятся очень реакционноспособными. У такой молекулы есть три возможных судьбы. Первая — вернуться в основное состояние; при этом избыток энергии, принесённый квантом света, перейдёт в тепловую энергию, которая передастся другим молекулам и рассеется в окружающее пространство. Вторая — испустить квант света (если молекула перед этим была в синглетном состоянии, излучение называется флуоресценцией, а если в триплетном — фосфоресценцией). Наконец, возбуждённая молекула может вступить в ту или иную химическую реакцию: изомеризации, ионизации, диссоциации или в реакцию с другими молекулами.

Таким образом, ультрафиолет запускает различные вторичные процессы, в том числе и цепные реакции. Единственное препятствие — малое время жизни возбуждённых состояний.

Итак, у молекулы, поглотившей квант света, есть несколько путей для дальнейшего превращения. Для нашей кожи опасен третий путь — химические реакции возбуждённых молекул. Например, когда в такую реакцию вступают фрагменты ДНК, то возникают мутации, а это может стать причиной перерождения клетки в раковую. Эти фрагменты — азотистые основания нуклеотидов, по-разному реагируют на возбуждение: вредоносные превращения пиримидиновых оснований происходят в десять раз легче по сравнению с пуриновыми. Пиримидины могут вступать в реакции димеризации, гидратации или образовывать сшивки с белками. Но самая опасная из них — димеризация, из-за неё происходит 70–80% всех необратимых повреждений ДНК под действием УФ-света.

Конечно, в клетках предусмотрена защита от фотоповреждений. Есть множество ферментов, которые вырезают повреждённые участки и затем достраивают разорванную цепь ДНК. Так, существует фермент фотолиаза, который расщепляет пиримидиновые димеры. По некоторым данным, участвует в фотозащите и гормон серотонин, который встраивается в ДНК (без образования химических связей) и мешает образованию опасных димеров. Пиримидиновые основания поглощают свет в области 200–300 нм. Однако исследования показали, что изменения в ДНК могут происходить и под действием света УФ–А (320–400 нм), но этот механизм ещё полностью не изучен. К счастью, мягкий УФ–А действует сравнительно слабо, и вред от него проявляется только тогда, когда интенсивность и доза излучения на несколько порядков выше по сравнению с коротковолновым УФ-излучением.

Перейти на страницу:
1 2

Связь периодических процессов в организме человека, обусловленных ритмикой внешней среды, с вариациями магнитного поля солнца
Связь периодических процессов в организме человека, обусловленных ритмикой внешней среды, с вариациями магнитного поля солнца Мониторинговыми одновременными экспериментами в различных гор ...

Брюхоногие моллюски или улитки
Брюхоногие моллюски или улитки ...

Химический состав молока
Химический состав молока Химия и физика как наука начала свой отсчет в прошлом веке, в тот период она начинала с изучения химического состава молока. В нашей стране этим вопросом за ...