Histidiini, Urokaanihappo (UCA), optinen säteily, elektromagneettinen säteily

Histidiiniaminohaposta muodostuva urokaanihappo (UCA) ihossa reagoi auringon UV-säteilylle muodonmuutoksella

Näin kesän lähestyessä valitsen kommentoitavaksi mielenkiintoisen kirjan ultraviolettivalon vaikutuksesta ihoon ja erityisesti ihossa oleva histidiiniaminohappoon (HIS), joka on ihon rakenneaminohappoja ja tekee muuntumisen urokaanihapoksi (UCA) ja siitä UV-energialla muodostuu eräänlainen ihoa suojaava tekijä. Asia on tiedetty urokaanihapon muutoksen osuudelta jo 1960-luvulla ja tästä on tekstiä mm amerikkalaisella Harperilla.

UV valon allonpituudet ovat A 320-400 nm, B 290-320 nm ja C <290 nm.="" p="">

Urokaanihappoa (UCA) muodostuu lähinnä UVB-ja UVC vaikutuksesta vanhan tiedon mukaan. 230-320 nm. KTS kuva Trans-urokaanihappo, Cis-urokaanihappo, tUCA, cUCA

Kaksi perusisomeerimuotoa ovat trans- muoto- ja cis- muoto on viitteessä. Pienestä valokvantista trans-muoto isomerisoituu cis-muotoon.

http://pubs.rsc.org/services/images/RSCpubs.ePlatform.Service.FreeContent.ImageService.svc/ImageService/Articleimage/2014/DT/c3dt53194e/c3dt53194e-s1_hi-res.gif

http://www.pnas.org/content/103/46/17420
  Our findings identify cis-UCA as a serotonin receptor ligand and indicate that the immunosuppressive effects of cis-UCA and UV radiation are mediated by activation of the 5-HT_2A receptor.(2006)

http://www.stuk.fi/julkaisut_maaraykset/kirjasarja/fi_FI/kirjasarja7/_files/82446510513455693/default/STUK_7_luku_5.pdf

STUK.fi kertoo myös urokaanihaposta optista säteilyä käsittelevässä kirjassaan,, että  proteiinien, urokaanihapon ja DNA:n absorptiohuiput (maksimit) ovat allonpituusvälillä 260- 280 nm eli UV-C aallonpituusalueella (Sivulla 150 . kirjassa R pastila (toim).Ultravioletti-ja laseräteily.2009)

Urokaanihapon biokemian erikoistuntija ja tutkija nuori ruotsalainen tiedemies Jonas Danielsson. Julkaisi kymmenen vuotta sitten väitöskirjatyön (2004), jota katselin 2007 aikoihin, koska siinä mainittiin kiinnostava urokaanihappo. Häneltä on muitakin julkaisuja urokaanihaposta:

http://www.chemie.unibas.ch/~jonas/mycv.pdf

LÄHDE: Jonas Danielsson Computational chemistry studies of UV induced processes in human skin (Stockholm University, 2004) ISBN 91-7265-960-2

J Danielssonin abstraktin sisältöä vuodelta 2004.
http://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:191668/FULLTEXT01.pdf

“ Tämä väitöskirja esittää ja käyttää kemian tietokonetekniikkaa tutkittaessa kahta UV-valon aiheuttamaa ihmisihon prosessia. Ensimmäinen prosessi on urokaanihapon muuntuminen immunosuppressiiviseksi aineeksi. Toinen prosessi on 8-oxoguaniini-glykosylaasi-entsyymin entsymaattinen toiminta. Urokaanihapon osoittamaa fotokemiaa on selvitelty aikatekijästä riippuvan tiheyden funktionaalisen teorian avulla. Molekyylin vertikaaleja absorptiospektrejä on tutkittu niitten eri muodoissa ja eri miljöissä ja säteilyn eri aallonpituuksille on identifioitu fotokemiallisesti vastaavia tiloja. Molekulaariselta dynamiikaltaan simulaatiot urokaanihaposta kaasufaasissa ja vesiliuoksessa osoittivat huomattavaa joustavuutta; erityisesti cis-isomeerimuodolla osoittautui intra- ja intermolekulaarisissa interaktioissa olevan lisääntynyttä joustavuutta (flexibility).

Kehitettiin malli, jolla voitiin selvittää urokaanihapon kaasufaasin fotokemiaa. Voitiin osoittaa, että isomeeriseosten uudelleentulkinnoissa saatiin merkittävästi vahvistusta teorian ja kokeellisen tieteen kesken ja spektrin useisiin outoihin piirteisiin saatiin samalla selkoa. Cis –muoto on vahvasti absorboiva kaasufaasissa; trans- muodossa excitaatio laskee.

Sitten kehitettiin malli, jolla tutkittiin vesifaasin urokaanihapon fosfokemiaa. Tässä tilassa määrää kaksi stimuloitunutta (virittynyttä) erilaista muotoa fotoisomerisaation tehokkuutta.

Vesiliuoksessa on erilainen tilanne kuin kaasufaasissa. Molekyyli muuttuu anionikseen ja stabiloi tiloja, jotka ovat heikosti absorboivia. Aallonpituudella on merkitystä.

DNA: ta korjaava entsyymi 8–oxoguaniini glykosylaasi tutkittiin myös täällä tiheyden -funktioteorialla (density functional theory). Havaittiin, että aktiivin kohdan kriittinen aminohappo voi olla katalyyttinen voima usealla eri tavalla, joista tehokkainta esitettiin tässä kirjassa. ”

Taustasta kirjoitan muistiin muutaman sanan.

”AURINKO on aikojen alusta ollut tärkeä lähimpänä säteilevänä tähtenä. Kosminen naapurimme antaa jatkuvan energiavuon ja tästä seuraa, että fotosynteettiset bakteerit, levät ja kasvit menestyvät ja tästä taas johtuu epäsuorasti kaikenlaisten maanpinnan elinmuotojen menestyminen.

Jotta ollenkaan elävä organismi pystyisi pysymään elossa ja käyttämään hyödyksi tällaista elektromagneettista säteilylajia ja muuntamaan sitä kemialliseksi energiaksi ja soluprosessien polttoaineeksi, täytyy organismin omata tiettyjä molekyylejä sitä varten. Näitä molekyylejä kutsutaan nimellä kromofori (cromophore). Näihin kuuluu klorofylli, joka on fotosynteesissä mukana. Retinaali, jota sijaitseee verkkokalvolla, rekisteröi valoa silmän sisällä.

Molekyylin kyky absorboida valoa ei aina tarkoita sitä, että tämä kehittyvä energia olisi keholle välttämättä hyödyllistä. Jos lisätyn energian kvanttia ei pystytä kontrolloimaan ja suuntaamaan, on todennäköisempää, että se aiheuttaa pikemminkin haittaa kuin hyötyä.

Yksi tunnettu esimerkki tällaisesta vauriosta on UV-säteilyn absorboituminen DNA-molekyyliin. ja tämä voi johtaa molekyylin kemialliseen muuntumisen (mutaatioon). Koska tämä DNA-molekyyli puolestaan kantaa itsessään koodistoa kaikelle solukoneistolle, muuntumisella voi olla katastrofaaliset seuraukset sekä yksilösolulle - ja siinä tapauksessa, jos mutaatio aiheuttaa kontrolloimatonta solun kasvua ja siitä johtuvaa tuumorimuutosta - koko elimistölle. Sen takia on koko keholle ollut tärkeää kehittää evoluution aikana mekanismeja, joilla voi korjata erilaisia DNA-vaurioita. ”

Suurin osa tiedemies Jonas Danielssonin väitöskirjaa keskittyy tutkimaan urokaanihappoa ( urocanic acid, UCA), joka on ollut laajasti eri tieteen haarojen kiinnostuksen kohteena kuten ympäristötieteen, ihotautien, immunologian ja fotokemian aloilla. Urokaanihappo omaa vuorovaikutusta UV-alueen fotoneitten kanssa. ja eräät näistä reaktioista tapahtuvat solutasossa ja organisminkin tasossa.

Vuonna 1874 keksittiin urokaanihappo koiran ( canis) virtsasta ja siitä sen nimikin johtuu. Mutta myöhemmin havaittiin, että tämä histidiinistä muodostuva happo on ihon normaalirakenneosa (1940-luvulla). Mutta vasta 1983 havaittiin toisen isomeerin (cis-UCA), jota UV-valon vaikutuksesta kemiallisella reaktiolla ja isomerisaatiolla muodostuu, vaikuttavan ihossa immunosuppresiivisesti (immunireaktioita vaimentavasti) ja tästä virisi laaja kiinnostus molekyyliä kohtaan. Sen jälkeen on edistytty monella tieteen rintamalla ja ymmärretään paremmin, miltä osin immuunireaktio estyy; mitä teitä käyttää tämä hyvin pienestä molekyylistä käsin tapahtuva immunologisen reaktiovasteen estymä, jossa jopa monisellulaarinen kaskadivaste voi kokonaan estyä; millainen on se reseptori, joka ottaa vastaan tämän signaalin ja minkälaisia ovat ne kemialliset reaktiot itse, mitkä aloittavat prosessin, kun fotoni on absorboitunut.

Vielä näissä aihepiireissa on monta vastaamatontakin kysymystä, mutta tässä väitöskirjassa on pyritty vastaamaan - aihepiiriä rajoittaen - viimeksi mainittuun kysymykseen, sillä juuri tällä alueella on yleensäkin fysikaalinen ja datorinen kemia erityisen soveltuvaa”.

Työn toinen osa selvitti hOGG1 entsyymitutkimuksilla DNA:n korjaantumista oksidaatiolla vaurioituneen guaniinista. Tämä entsyymi poistaa vaurioituneen guaniinin. Tämä oli ensimmäinen tutkimus juuri tästä asiasta. ”