Меланиновые пигменты. Изучению фотозащитной функции меланиновых пигментов грибного происхождения посвящены немногочисленные сообщения. Впервые фотозащитное действие меланина животного происхождения наблюдал Miesher (1931, цит. по Fitzpatrick, 1965) на образцах кожи с удаленным stratum corneum. При малых дозах УФ-лучей кожа европейцев была в 8 раз чувствительнее кожи негров, при больших дозах эти различия увеличивались до 1:20. Различия в способности к адсорбции УФ-лучей показаны при сравнении степени потемнения фотопластинок, на которые помещали образцы кожи и затем их облучали (Thomson, 1955). Выявлено, что кожа белых людей почти в 3 раза более проницаема для УФ-лучей, чем кожа негров.
Seiji, Iwashita (1967) определяли ферментативную активность изолированных из печени мышей митохондрий и митохондрий в смеси с меланином мышиной меланомы. Облучение их УФ-лучами, общая доза которых составляла 1,95—11,7 X 103 Дж/см2, приводило к заметному снижению дегидрогеназной, а также тирозиназной и АТФ-азной активности. В присутствии меланина тирозиназная и АТФ-азная активность митохондрий не изменялись, а уменьшение дегидрогеназ ной активности существенно замедлялось. По мнению Daniels (1959), фотозащитная роль меланиновых пигментов в организме животных, по-видимому, скорее биохимическая, чем оптическая и состоит в способности пигмента перехватывать электроны с облученных структур клетки. Однако при этом нельзя отбрасывать возможность непосредственного оптического взаимодействия пигмента с квантами света при сплошном расположении меланиновых гранул, например в клеточных стенках грибов и бактерий. Такого же мнения о биохимической роли меланина в организме придерживается Fitzpatrick (1965). Адсорбентами света в коже млекопитающихся кроме меланина могут быть ароматические аминокислоты: тирозин, фенилаланин, триптофан, возможно гистидин, урокановая кислота (Tabachnick, 1957), но все они уступают меланиновому пигменту.
Дальнейшее развитие этот вопрос получил в работах Pathak et al. (1962, 1967, 1968), выполненных на меланине человеческой кожи. В качестве контроля все наблюдаемые фотоэффекты проверялись на синтетическом ДОФА-меланине. Авторы пришли к выводу, что под действием света изменения меланогенеза могут происходить в двух направлениях: с одной стороны, стимулируется новое образование меланинового пигмента, которое индуцируется УФ-лучами длиной волны менее 260 нм и 290—320 нм, и с другой — под влиянием УФ-лучей длиной волны более 320 нм происходит немедленное потемнение имеющегося в организме пигмента, связанное, по всей вероятности, с его окислением; оно проявляется через несколько минут после облучения и через три часа может исчезнуть. Таким образом, фотозащитная реакция меланинового пигмента — многосторонний процесс, проявляющийся не только в адсорбции радиации и дальнейшем ее рассеивании, но и в способности меланинового полимера к перестройке под влиянием света, благодаря его электронно-донорным и электронно-акцепторным свойствам (Pathak et al., 1967).
Результаты Pathak и др., согласуются с ранее полученными данными Sever et al. (1962), Соре et al. (1963), Аллен, Инграм (1963), М. А. Островского (1966), по которым под влиянием УФ-лучей и видимого света происходит увеличение интенсивности сигнала ЭПР меланинового пигмента. Установлена обратимость этого явления, а также зависимость его от концентрации кислорода, температурного режима и режима влажности. Впервые высказано предположение, что в основе фотохимического изменения молекул пигмента лежит переход 5, 6-индолхинона в семихинонное состояние. Незначительное увеличение сигнала ЭПР после УФ-облучения человеческих волос (Kerkut et al., 1962), а также отсутствие такого эффекта у Nadsoniella nigra (Рубан и др., 1968), по всей вероятности, связано с методическими особенностями, которые необходимо учитывать в таких исследованиях. Первое упоминание о кинетике фотоиндуцированных радикалов в меланине кальмара находим в работе Zahlan et al. (1966).
Potts и Au (1968) исследовали электропроводимость синтетического меланина и выделенного из радужной оболочки глаза кошки. Чередование света и темноты вызывало моментальное увеличение электропроводимости на свету и возвращение ее к исходному уровню в темноте, что подтверждалось соответствующим изменением свободно-радикального состояния пигмента. В течение 60-минутного освещения фотопроводимость пигмента постепенно нарастала, после чего процесс стабилизировался. Добавление к меланину доноров электронов хлорпромазина или хлороквина приводило к образованию комплексов, вследствие чего количество ПЦ заметно снижалось и фотопроводимость уменьшалась.
Считаем необходимым привести известные нам сведения литературы, отрицающие защитную роль меланиновых пигментов в живом организме. Сравнительное изучение устойчивости Kabatiella lini (неокрашенные штаммы) и Pullularia pullulans (пигментированный штамм) выявило примерно одинаковую устойчивость их к УФ-лучам и сходный спектр мутаций (Левитин, Захаров, 1967). Подобные результаты были получены и при облучении черных и неокрашенных штаммов Verticillium albo-atrum (Barton Hastic, 1962). Следует отметить, что конидии Kabatiella lini, Pullularia pullulans и Verticillium albo-atrum не пигментированы, а защитное действие пигмента проявляется во время облучения. Таким образом, нет оснований связывать пигментацию образовавшихся колоний с устойчивостью этих видов грибов к УФ-лучам.
Примечательно установление повышенной γ- и УФ-устойчивости бесцветных или слабопигментированных культур, у которых синтез пигмента тормозидся добавлением в среду аскорбиновой кислоты (Рубан, Лях, 1969). Предполагается, что защита апигментных клеток Nadsoniella nigra происходит вследствие стимуляции синтеза пигмента под воздействием свободных радикалов, образующихся при облучении. Кроме того, повышенная устойчивость к УФ-лучам может быть обусловлена репарационными процессами, которые у белых мутантов выражены сильнее, чем у черных (Curtis, 1970; Жданова и ш., 1977).
Особого внимания заслуживает работа Johnson et al. (1972), посвященная защитной роли меланинового пигмента в эпидермальных тканях животных. При 5—7-кратном облучении минимальной, вызывающей эритему, дозой образцов светлопигментированной и апигментной человеческой кожи авторы наблюдали заметное увеличение пигментации в первых образцах и отсутствие таковой во вторых. Они исходили из неверной, по нашему мнению, посылки, что in vitro с увеличением дозы УФ-лучей опасность гибели клеток, обработанных меланиновым пигментом, должна увеличиваться. Использовали макрофаги из брюшины мыши, которые наряду с эпителиальными клетками, человека способны к захвату добавленных частичек природного меланина. После облучения клеток исходной культуры и обработанных меланином выживаемость последних снизилась. Захваченные макрофагами гранулы меланина локализовались в вакуолях, где поступившие из клеточных лизосом гидролитические ферменты образовали вторичную фаголизосому с более хрупкой оболочкой. Скопление гидролитических ферментов вокруг пигментных частиц было связано с естественной реакцией клетки на внедрение в нее инородных включений. Но известно, что меланины могут ингибировать литические ферменты и при этом не разрушаться (Potgieter, Alexander, 1966; Kuo, Alexander, 1967). Представим себе, что произойдет в макрофаге, захватившем частицу пигмента. В меланине, обладающем способностью избирательно адсорбировать УФ-лучи, под влиянием облучения количество свободных радикалов, усиливающих губительное действие УФ-лучей, заметно увеличивается (Blois et al., 1964; Pathak, 1967; Stratton, Pathak, 1968).
В мелавизированных эпителии, радужной оболочке глаза животных, конидиях и мицелии грибов, вегетативных клетках дрожжей и бактерий; образование и локализация меланина закреплены генетически. Локализация пигмента во внешнем слое клеточной стенки у грибов и бактерий или специализированных клетках-меланоцитах у животных, по всей вероятности, имеет большое значение, так как увеличение количества свободных радикалов при адсорбции световых квантов и реакции, связанные с этим процессом, происходят на периферии клетки, в стороне от жизненно важных структур.
Источник: Н. Н. Жданова, А. И. Василевская. Экстремальная экология грибов в природе и эксперименте. Киев: Наук. думка, 1982