И с этой задачей меланин справляется великолепно. Молекулы меланина, образующиеся в результате окислительной конденсации тирозина, диоксифенилаланина, пирокатехина — это огромные полимерные молекулы с сетчатой структурой. В процессе окисления предшественников меланина также образуются свободные радикалы, так называемые семихиноны. Большинство из них, соединяясь, взаимно нейтрализуется, но часть сохраняет неспаренные электроны и в составе молекулы меланина. На вооружении современной науки состоит метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), позволяющий обнаруживать присутствие свободных радикалов. С помощью этого метода удалось показать, что гигантские сетчатые молекулы меланина обладают свойствами стабильных свободных радикалов. Более того, в звеньях этой сети легко «застревают», связываются, нейтрализуются другие свободные радикалы.
Подобно чудесному защитному покрову, сетчатые молекулы меланина задерживают и обезвреживают активные, сильнодействующие осколки разрушенных ультрафиолетом молекул, не пропуская их в кровь, во внутренние среды организма. И эта защитная функция меланина не менее важна, чем поглощение тепловых лучей. Статистика бесстрастно утверждает, что рак кожи у лиц с сильно пигментированной кожей при равных условиях освещения Солнцем развивается примерно в 10 раз реже, чем у белых. Заслуга меланина здесь несомненна.
В природе существуют излучения, гораздо более высокоэнергетичные и сильнодействующие, чем ультрафиолетовое,— это рентгеновские и гамма-лучи. При их взаимодействии с живыми тканями свободные радикалы и ионы образуются значительно чаще и в больших количествах, чем при освещении кожи Солнцем. К тому же гамма-лучи проникают в тело человека на всю его глубину, и процесс расщепления молекул не ограничивается только кожей. Опасность повреждения органов и тканей свободными радикалами в этом случае неизмеримо больше, чем при освещении ультрафиолетом. Меланин кожи в этих условиях не может полностью выполнить свою защитную роль, так как не в силах задержать глубоко проникающее излучение. Но если большие молекулы меланина перевести в растворимое состояние (обработав его слабой Щелочью) и затем ввести в кровь, разрушительное действие ядерных излучений будет заметно ослаблено. Так защитные свойства меланина находят и новые, столь же важные и полезные применения.
Световая «пища» и световое голодание
Попав в желудочно-кишечный тракт, белки, жиры, углеводы пищи распадаются на простые молекулы аминокислот, простых Сахаров, жирных кислот, из которых животный организм строит сложнейшие вещества, необходимые для роста его клеток и тканей. Но есть вещества, довольно простые по строению, которые непосредственно усваиваются организмом из пищи, а не синтезируются в его тканях. Название этих веществ — витамины (жизненные амины) — не совсем точно, так как немногие из них содержат аминогруппу NH2. Но жизненная важность, необходимость их для человека — несомненна.
Суточная потребность взрослого человека в витаминах не превышает 2—5 мг; только витамин С (аскорбиновая кислота) должен поступать ежедневно в количестве 50—75 мг. Из-за недостатка даже такого ничтожного количества «примесей» в организме приостанавливается рост клеток, развиваются тяжелые заболевания. Например, недостаток витамина С вызывает цингу — болезнь, при которой кровоточат десны, выпадают волосы, развивается общая слабость, хрупкость сосудов, происходят кровоизлияния под кожу, во внутренние органы и т. п. При отсутствии в организме витамина В4 (авитаминоз Bi) поражаются нервные стволы (полиневрит), а недостаток витамина А вызывает болезнь, которую называют куриной слепотой.
В мясе и жире животных содержится жирорастворимый витамин D. В отличие от других витаминов он может не только поступать в организм с пищей, но и образовываться в нем из других веществ. В различных растительных и животных продуктах содержатся стероидные вещества, которые сами по себе витаминной активностью не обладают, но очень близки по своему строению к витамину D. Это эргостерин, присутствующий в яичном желтке, проростках пшеницы, дрожжах, грибах, а также 7,8-дегидрохолестерин, которого много в коже и мышцах животных и человека. Чтобы превратиться в витамин D, его предшественники, провитамины, должны претерпеть два превращения: разрыв одного из углеродных колец (кольца В) и образование третьей двойной связи в молекуле. Для осуществления этих химических перегруппировок необходима энергия. И природа уже на ранних этапах эволюции позвоночных изобрела простой и остроумный механизм использования для этой цели энергии ультрафиолетовых лучей Солнца. Сальные железы кожи ежедневно вырабатывают около 20 г кожной смазки, содержащей значительное количество 7,8-дегидрохолестерина или эргостерина. Под влиянием ультрафиолетовых лучей Солнца с длиной волны 2800—3130 А это вещество превращается в витамин D и всасывается с поверхности кожи в кровь.
Физиологическая роль витамина D заключается в том, что он способствует всасыванию из кишечника и усвоению кальция. Кальций входит в состав костей, участвует в свертывании крови, уплотняет клеточные и тканевые мембраны, регулирует активность различных ферментов, выполняет много других важных функций. Постоянство концентрации ионов кальция в крови и других жидкостях организма имеет поэтому важное значение. В организме человека крохотные околощитовидные железы выделяют особый гормон — паратиреокрин, с помощью которого содержание кальция (и фосфора) в крови поддерживается на одинаковом уровне независимо от поступления с пищей. Если в организме недостает витамина D, кальций пищи не усваивается и потребность в нем восполняется за счет кальция костей. Поэтому при авитаминозе D наиболее характерно поражение костей.
Болезнь, возникающая при недостатке витамина D у детей первых лет жизни, которых заботливые родители прячут от лучей Солнца, называется рахитом. Рахитичные дети капризны, раздражительны, плохо развиваются и не прибавляют в весе. Главные признаки болезни связаны с нарушением формирования скелета. Больные рахитом дети поздно начинают ходить или, болея, перестают ходить; их кости, теряя кальций, становятся чрезмерно гибкими и под влиянием тяги мышц и тяжести тела искривляются.
Недостаток витамина D иногда ощущается и взрослыми людьми. Во время беременности, например, увеличивается потребность организма в кальции. Кальций, необходимый для формирования скелета ребенка, при плохой усвояемости его из пищи заимствуется из костей материнского организма. При этом развивается размягчение костей — остеомаляция.
Чтобы предупредить развитие рахита, пользуются как естественными источниками витамина D (жиром печени трески), так и искусственными, облучая провитамины (эргостерин, холестерин и др.) ультрафиолетовыми лучами. Лучи короче 2700 А, не содержащиеся в солнечном свете, разрушают витамин D. При искусственном получении витамина из светового потока ультрафиолетовых ламп с помощью специальных фильтров исключаются наиболее коротковолновые лучи. Новые методы искусственного получения витамина D успешно разрабатываются в Институте биохимии АН УССР.
Витамин D предотвращает развитие рахита и лечит развившееся заболевание. Но самый лучший эффект наблюдается все же тогда, когда этот витамин образуется естественным путем в коже ребенка, освещенной Солнцем. В этом случае используется сила природы — путь, наиболее привычный для организма.
Однако световое голодание — это не только рахит. Это состояние, описанное и изученное особенно подробно советскими учеными, гораздо сложнее и шире. Потеря извести тканями зуба (эмалью, дентином) приводит к их разрушению. В организме больного туберкулезом известковые отложения ограничивают очаги в легких, как бы заключают в темницу возбудителей болезни. Из-за недостатка ультрафиолетовых лучей может нарушиться нормальное поступление кальция в организм и обостриться течение болезни. Потеря организмом кальция усиливает хрупкость мелких кровеносных сосудов — капилляров, увеличивает проницаемость тканей. Поэтому люди, долго живущие без солнечного света, легко простуживаются и тяжело переносят простуду. Солнечное голодание проявляется также в раздражительности, бессоннице, быстрой утомляемости и других признаках расстройства функций нервной системы человека.
В каких условиях может возникнуть световое голодание человека? Прежде всего большое значение имеют географические и климатические условия. На различных широтах земной поверхности длительность светового дня различна в разные сезоны года. Если на экваторе день всегда равен ночи и составляет 12 ч, то у полюсов ночь продолжается полгода. Различна и высота Солнца над горизонтом. В экваториальной области ежедневно в полдень Солнце стоит в зените, а за полярным кругом даже во время светлой половины года оно не поднимается высоко. При высоте стояния Солнца 7,3° в его свете вследствие рассеяния отсутствуют даже фиолетовые лучи, не говоря уже об ультрафиолетовых. В табл. 4 показана зависимость коротковолновой границы спектра от высоты Солнца над горизонтом.
