Меланин — основной пигмент тела человека. Он придает окраску не только загоревшей коже, но и волосам, ресницам, радужной оболочке глаз. Меланин содержится и в пигментном слое сетчатки глаза, участвует в восприятии света.
Исходный продукт для образования меланина — аминокислота тирозин, которая под влиянием фермента тирозиназы окисляется в диоксифенилаланин. Присутствие фермента совершенно необходимо для образования меланина. Генетический дефект, сопровождающийся нарушением продукции тирозиназы, проявляется в отсутствие пигментации. Люди с таким дефектом имеют белые волосы, ресницы и розовые глаза (через радужную оболочку, лишенную пигмента, просвечивают кровеносные сосуды), носят название альбиносов. Отсутствие меланина не слишком беспокоит их. Однако против солнечных лучей они беззащитны. Пребывание под прямыми лучами Солнца означает для них ожоги, волдыри и даже некрозы.
Но меланин — не просто пигмент, не пассивный защитный экран, отгораживающий ткани и внутренние органы от не в меру горячих лучей Солнца. Меланин — необыкновенное вещество, защитные функции которого в организме значительно шире и сложнее. Когда кванты ультрафиолетовых лучей поглощаются молекулами белков, нуклеиновых кислот и других органических соединений, один из вероятных результатов такой встречи — распад и расщепление молекул. Осколки разрушенных молекул, обладающие высокой биохимической активностью, носят название ионов, если они несут электрический заряд, и свободных радикалов, если они обладают неспаренным электроном, свободной валентностью. Свободные радикалы реагируют с молекулами белков и нуклеиновых кислот, дополняя и усиливая их непосредственное повреждение, порождают лавинообразно нарастающий процесс, подобный цепной реакции распада ядер урана, возбуждаемой потоком нейтронов. Остановить эту цепную реакцию — значит ослабить повреждающее действие излучения, предотвратить его опасные для здоровья последствия.
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.
