: 03.02.2021
Хрусталик глаза – пожизненный УФ-фильтр
Мы не умеем, как саламандры, отращивать новые конечности, однако многие наши ткани и органы, такие как кожа или печень, успешно регенерируют. Но есть орган, который играет огромную роль в нашей жизни, однако не способен обновляться в течение всей жизни человека, – это хрусталик, основной оптический элемент глаза. А учитывая, что хрусталик также служит светофильтром, задерживая губительное ультрафиолетовое излучение, возникает вопрос: как устроена и как меняется с возрастом его природная защита? И как ее сохранить? Ответ – в статье специалистов новосибирского Международного томографического центра СО РАН
Хрусталик глаза пропускает солнечный свет и фокусирует его на сетчатке, одновременно поглощая излучение в ближнем ультрафиолетовом диапазоне – основном УФ-излучении на поверхности Земли. Такой «ультрафиолет» проходит сквозь облака и оконное стекло и способен повреждать фоточувствительные клетки сетчатки.
Опасность ультрафиолетового излучения в том, что при поглощении света один из электронов органической молекулы (к примеру, белка) переходит на более высокий энергетический уровень. Сам по себе этот процесс не опасен – все дело в пути, по которому молекула будет возвращаться из этого крайне неустойчивого состояния в основное. Если избыточная энергия будет излучена в виде кванта света или тепла – все в порядке. Но есть и третий путь, зависящий от суммарной проекции спинов высокоэнергетического электрона и его оставшегося без пары «партнера».
Квантовым понятием «спин» обозначают момент импульса, внутренне присущий элементарным частицам, не связанный с их реальным перемещением (вращением) в пространстве и поэтому не имеющий аналогии в классической механике. Благодаря своей квантовой природе спин может принимать лишь дискретные, строго определенные значения: к примеру, спин электрона равен ½В последнем случае возбужденная молекула может перейти в так называемое триплетное состояние (Т-состояние), которое может существовать долгое время. Так образуются опасные частицы с избытком энергии, способные реагировать с большим числом своих соседей. Как правило, эти фотохимические реакции необратимы, а накопление дефектных молекул может со временем вызывать развитие таких патологий, как рак кожи и катаракта – помутнение хрусталика глаза.
Хрусталик имеет необычную структуру. Его клетки, совсем не похожие на обычные, заполнены длинными прозрачными волокнами белков-кристаллинов, плотно прилегающих друг к другу на манер луковичных чешуй. В них нет ни клеточных ядер, ни других органелл, которые могли бы рассеивать свет. Соответственно, в них не идет синтез, восстановление и утилизация белков, поэтому всю свою жизнь мы живем практически с тем хрусталиком, с которым родились.
Неудивительно, что с возрастом под воздействием света кристаллины накапливают многочисленные химические модификации, что приводит к увеличению жесткости, появлению желтой окраски и возрастанию светорассеяния хрусталика. С другой стороны, у многих людей хрусталики остаются прозрачными даже в очень преклонном возрасте. Что же за механизм поддерживает в добром здравии нашу «зеницу ока»?
Около полувека назад было установлено, что молекулярным УФ-фильтром хрусталика служат кинуренин (промежуточный продукт ферментативного распада аминокислоты триптофана) и его производные. Однако механизм его «работы» оставался неизвестным до недавнего времени.
Исследователи из МТЦ СО РАН (Новосибирск) выяснили, что в водных растворах под действием ультрафиолетового излучения молекула кинуренина светится слабо и производит крайне малое количество реакционно-активных триплетных состояний. Это значит, что она очень быстро и эффективно избавляется от избыточной энергии, преобразуя ее в тепло. При этом требуется среда, насыщенная водородными связями, иначе УФ-фильтр превращается в свою противоположность – фотосенсибилизатор.
С возрастом содержание кинуренинов в хрусталике человека существенно снижается, в первую очередь из-за присоединения к белкам-кристаллинам. И чем больше будет присоединенная частица, тем хуже будет работать молекулярный УФ-фильтр.
Находясь в опасном триплетном состоянии, молекулы кинуренинов могут вступать в реакции с белками хрусталика с образованием радикалов, что приводит к «сшиванию» белковых молекул, которые на каком-то этапе могут выпадать в осадок – так в хрусталике появляются светорассеивающие области. Но даже в этом случае фотоповреждения белков обычно невелики, в том числе благодаря действию антиоксидантов – аскорбиновой кислоты и глутатиона. Первый из них эффективно «гасит» триплетные состояния кинуренинов, второй – перехватывает свободные радикалы, предотвращая связывание белков.
Благодаря таким механизмам наши глаза эффективно защищены от пагубного солнечного излучения в молодом и среднем возрасте. С годами эффективность транспорта малых молекул в хрусталике снижается, что приводит к накоплению продуктов распада и замедлению поступления нужных веществ, включая антиоксиданты. Поэтому лучшей профилактикой катаракты является здоровый образ жизни, поддерживающий защитные системы в хорошем состоянии, а также достаточное потребление аскорбиновой кислоты, которую человеческий организм не может сам синтезировать. И, конечно, использование солнцезащитных очков для компенсации снижения в хрусталике глаза природных УФ-фильтров.
Подробнее читайте в журнале «НАУКА из первых рук» в статье П. С. Шерина и Ю. П. Центаловича «Хрусталик: солнечное затмение»
Фото: https://www.flickr.com
: 03.02.2021 
