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: Катаракта – солнечное «затмение» хрусталика. © Rakesh Ahuja, MD 

Похожие новости

  • 21/10/2019

    Ученые исследуют двумерные спектры ЯМР спектроскопии

    Спектроскопия ЯМР в двух измерениях является одним из наиболее важных спектроскопических методов изучения биологически важных молекул. Однако, ввиду относительно низкой чувствительности ЯМР спектроскопии, для получения таких спектров зачастую требуются десятки минут и даже часы.
    864
  • 09/12/2019

    Новые разработки ученых МТЦ СО РАН

    Ученые Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института "Международный томографический центр" Сибирского отделения Российской академии наук развивают новые научные методы.
    932
  • 31/05/2016

    Новосибирские ученые исследуют кровеносную систему

    ​Кровеносная система лежит в основе функционирования головного мозга, и в области её работы ещё много «белых» пятен. Сибирские учёные в сотрудничестве с медиками решили устранить некоторые из них.  Исследование имеет и прикладной выход: уже создана уникальная система мониторинга нейрохирургических операций, метод повышения качества магнитно-резонансной томографии, а также инструментарий для персонализированного моделирования протекания некоторых болезней.
    4684
  • 31/05/2017

    Интерн НГУ получила премию им. Ю.Н. Соколова по лучевой диагностике

    ​23-25 мая 2017 года в Москве состоялся XI Всероссийский национальный конгресс лучевых диагностов и терапевтов «Радиология-2017».  «Радиология» на данный момент является самым популярным и масштабным медицинским мероприятием по лучевой диагностике в нашей стране.
    2490
  • 23/09/2016

    На Байкале состоялась Международная конференция Asia-Pacific EPR/ESR Symposium 2016

    ​В посёлке Листвянка Иркутской области прошла X международная конференция Asia-Pacific EPR/ESR Symposium 2016. APES 2016 — официальная конференция Азиатско-Тихоокеанского общества электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), которая проводится каждые два года.
    5479
  • 13/12/2017

    МТЦ СО РАН осваивает новые медицинские технологии

    ​Как генетические трудности влияют на становление мозга ребенка? Как восстанавливается мозг взрослого человека, который перенес инсульт? Можно ли недопустить болезнь и как это сделать? Новые медицинские методологии постигают сегодня в Интернациональном томографическом центре СО РАН в Новосибирске.
    1747
  • 04/09/2016

    IV Молодёжная школа «Магнитный резонанс и магнитные явления в химической и биологической физике»

    ​С 4 по 8 сентября 2016 г. в новосибирском Академгородке пройдет IV Молодежная школа с международным участием "Магнитный резонанс и магнитные явления в химической и биологической физике".
    4805
  • 18/10/2019

    L’OREAL — UNESCO: они этого достойны

    Три молодых исследовательницы из Новосибирска вошли в число десяти лауреаток конкурса «Для женщин в науке» L’OREAL — UNESCO 2019. Его цель — улучшение позиций женщин-ученых и признания их заслуг. Мы поговорили с победительницами об их работе и о препятствиях, которые им приходится преодолевать.
    1967
  • 27/12/2018

    Чем 2018-й год запомнится новосибирцам?

    ​Год 100-летия комсомола и Красной Армии, а также год выборов высших государственных чиновников Новосибирской области и России запомнится многим жителям региона, как спокойное, созидательное время. Одной из самых больших интриг года была избирательная кампания губернатора, в которой собирались участвовать Андрей Травников и Анатолий Локоть.
    1680
  • 20/06/2018

    Возможные перспективы Академгородка 2.0

    ​Ведущие ученые СО РАН продолжили обсуждение проектов развития научной инфраструктуры Новосибирского научного центра. Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН выступил инициатором проекта «Сибирский центр малотоннажной химии».
    2738