Фотобиология - Конев С.В.
Скачать (прямая ссылка):
клеток с повреждением плазматических мембран. Так, в опытах К. А,
Самойловой
332
Глава XXI. Световые болезни клеток
с сотр. показано, что сразу же после УФ-облучения клетки начинают терять
вещества белковой и углеводной природы. По мнению авторов, основным
источником этих веществ являются мембрана и примембран-ные слои, которые
разрушаются под влиянием УФ-света.
2. УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЙ СВЕТ И ПРОНИЦАЕМОСТЬ БИОЛОГИЧЕСКИХ МЕМБРАН
Способность ультрафиолетового света вызывать нарушения проницаемости
цитоплазматических мембран показана многими авторами. Обнаружено
возрастание проницаемости мембран для различных катионов, воды и
красителей у эритроцитов, дрожжей, яиц морского ежа, клеток валонии,
элодеи, простейших и изолированных внутриклеточных органелл. Наряду с
этим из облученных клеток выходят наружу нуклеотиды и фрагменты
нуклеиновых кислот. Конечные макроскопические изменения (уменьшение
внутриклеточных вакуолей, грануляция протоплазмы, увеличение жировых
капелек, сжатие клетки) соответствуют по времени максимальному изменению
проницаемости мембран. Чрезвычайно важно, что клетки с нарушенной
проницаемостью в состоянии нормально размножаться, а их метаболизм в
целом существенно не страдает.
Рассмотрим теперь более подробно некоторые примеры действия УФ-света на
проницаемость мембран.
Удобными объектами для изучения влияния света на проницаемость внешней
цитоплазматической мембраны клеток для воды являются простейшие. Обычно
они живут и нормально функционируют в гипотонич-ной среде: концентрация
солей внутри клетки выше, чем вне ее. Поэтому осмотические силы постоянно
нагнетают воду в клетку. Для поддержания гомеостаза простейшие с помощью
сократительных вакуолей выбрасывают излишки воды из клетки. Было
обнаружено, что ультрафиолетовое облучение (около 1000 Дж/м2). Amoeba
proteus и Paramecium caudatum делает их наружные мембраны более
проницаемыми для воды. Это проявляется в увеличении объема контрактильных
ва-
2. УФ-свет и проницаемость мембран
333
куолей и частоты их пульсаций. По мере увеличения облучения аппарат
элиминации воды повреждается, вакуоли теряют способность к сокращению. В
конце концов клетка набухает, а затем разрывается.
Ускорение проникновения воды в клетку наблюдается также у эритроцитов
млекопитающих. Наряду с этим выравнивается концентрация ионов натрия и
калия в системе эритроцит-окружающая среда. Как и у простейших, большие
дозы ультрафиолетового света приводят к разрыву клеток - гемолизу
эритроцитов. Температурный коэффициент гемолиза приблизительно равен
двум, что указывает на участие в процессе тем-новых химических реакций.
Скорость гемолиза зависит от pH. Минимальные значения ее отмечены при рН
= = 5,8-7,8.
Процесс фотонарушения ионной проницаемости у эритроцитов характеризуется
квадратичной зависимостью от дозы. Иными словами, для возникновения
эффекта необходимо повреждение не одной, а нескольких молекул в мембране.
О способности УФ-света вызывать серьезные нарушения проницаемости мембран
для ионов К+ и Na+ свидетельствуют и опыты по облучению возбудимых
клеток. Так, ультрафиолетовое облучение уменьшает амплитуду спайка и
скорость проведения нервного импульса. С помощью микроэлектродной техники
на одиночном аксоне лягушки было показано, что проницаемость мембран для
ионов К+ увеличивается (падение потенциала покоя) с ростом дозы УФ-
облучения. Более того, с помощью УФ-облучения можно вызвать генерацию
потенциала действия механорецепторов у рака и потенциал действия у
водоросли Nitella, что указывает на резкое увеличение проницаемости
мембраны для ионов Na+ (известно, что потенциал действия имеет в основном
"натриевую" природу).
Спектры действия изменения клеточной проницаемости в зависимости от типа
биологических мембран имеют различную форму. Так, спектры действия
увеличения реобазы и блокирования натриевых каналов нервных волокон имеют
отчетливый максимум около 280 нм. В то же время спектры действия
инактивации калиевых каналов нервных волокон, гемолиза, накоп-
334 Глава XXI. Световые болезни клеток
ления в дрожжевых клетках ионов Na+ и выхода из них ионов К+ не
обнаруживают ни белкового, ни нуклеинового максимума и характеризуются
вначале медленным, а затем резким повышением эффективности света по мере
укорочения его длины волны (рис. 68).
Двойственный характер спектров действия наводит на мысль, что в мембране
акцептором биологически
активного света являются хромофорные группировки белков и липидов. Как
известно, в белках в области 280 нм наибольший вклад в поглощение света
вносят остатки ароматической аминокислоты триптофана; в области спектра
короче 250 нм фотохимически активный свет поглощается цистином и в
области 220 нм - сульф-гидрильными группами, пептидными связями, имидазо-
лом гистидина. Основным хромофором в липидном компоненте являются
ненасыщенные жирные кислоты, входящие в состав фосфолипидов (область
поглощения короче 225 нм), холестерин (250-300 нм) и а-токоферол
