научная статья по теме ВИТАМИН D - ГОРМОН СОЛНЦА. А ЕСЛИ СОЛНЕЧНОГО СВЕТА НЕДОСТАТОЧНО? (ОБЗОР) Химия

Текст научной статьи на тему «ВИТАМИН D - ГОРМОН СОЛНЦА. А ЕСЛИ СОЛНЕЧНОГО СВЕТА НЕДОСТАТОЧНО? (ОБЗОР)»

БИОХИМИЯ, 2015, том 80, вып. 1, с. 14 - 28

УДК 577.24

ВИТАМИН D - ГОРМОН СОЛНЦА. А ЕСЛИ СОЛНЕЧНОГО СВЕТА НЕДОСТАТОЧНО?

Обзор

© 2015 Х. Геринг*, С. Кожухова*

Goring Consulting, Mahlsdorfer Strasse 91, De12555 Berlin, Germany, E-mail: horst-goering@online.de

Поступила в редакцию 23.03.14 После доработки 15.05.14

В то время как отдельные представители животного мира совершенствовали свои биологические механизмы и свойства, адаптируясь к новым условиям существования, у рода Homo происходило «обратное развитие»: особи становились менее приспособленными к завоеванным ранее жизненным пространствам. Постепенно теряя полезные свойства, включая волосяной покров, первобытный род Homo остался жизнеспособным только в весьма благоприятных условиях экваториальной Африки. От УФ-радиации его защищала лишь пигментация тела, волос и глаз. Тем не менее особи этого рода могли передвигаться вертикально. Руки, освободившись от необходимости участвовать в передвижении, превратились в тонкий и гибкий инструмент для изготовления полезных вещей, от каменного ножа до компьютера. Основным изменением, сопутствующим вертикальному передвижению и развитию рук, было мощное развитие мозга. Возник Новый человек, Homo sapiens, способный к завоеванию более разнообразных ареалов жизни. Одним из факторов ограничения распространения человека на Земле оказалась его зависимость от витамина D. Расширение его ареала произошло частично за счет потери пигментации. Совершенно открытым остается вопрос, насколько хорошо в новых условиях он обеспечен витамином D? В статье разбираются вопросы: возможно ли обеспечить себя витамином D, сколько человеку нужно витамина D для существования и оптимальной жизни, какие будут последствия от недостаточного обеспечения организма витамином D, какие перспективы существуют для лучшего обеспечения себя витамином D.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: витамин D (дефицит), витамин D (обеспечение), холекальциферол, эргокальцифе-рол, УФ-радиация.

ВИТАМИН Б -ЭВОЛЮЦИОННЫЙ ФОН

Без Солнца нет жизни на Земле. Все здесь: от благоприятных температурных условий на ее поверхности до создания биоорганической массы и свободного кислорода в атмосфере, создается только благодаря лучам Солнца. В живом мире выработался ряд систем, способных использовать солнечную радиацию, это: фотосинтез у цианобактерий и растений, регуляция суточных ритмов мелатонином и др.

Особую роль играет фотоизомеризация некоторых биологически важных соединений, например, стеринов, холестерина и эргостерина. Эти молекулы могут синтезироваться только в живых клетках. В то же время их фотоизомеризация под действием ультрафиолетовой радиа-

* Адресат для корреспонденции и запросов оттисков.

ции может происходить не только в живых клетках, но и в органических остатках и даже просто в пробирке (in vitro) при температуре выше 25° [1, 2].

Способность к синтезу стеринов считается очень древним свойством живых организмов, поскольку они являются незаменимыми компонентами биологических мембран. Стерины, а также продукты их фотоизомеризации широко распространены у водорослей. Микроводоросли — важная часть фитопланктона, являющегося первым звеном в кормовой цепи для большинства водных животных [3]. Поэтому можно предположить, что стерины встречаются везде, где их только пытаются найти. Создается впечатление, что и предшественники витамина D — холестерин и эргостерин — существовали в природе с самых древних времен. Наличие лишь двух дополнительных факторов необходимо для возникновения витамина D: УФ-радиации для

фотоизомеризации 7-дегидрохолестерина в пре-витамин Б и температуры выше 25° для термоизомеризации превитамина Б в витамин Б.

В 1989 г. Холик [4] написал, что, вероятно, витамин Б является одним из самых первых гормонов или даже самым первым гормоном, который существовал на Земле. Вид фитопланктона, EmШanii huxleyi, существующего более 750 млн лет в неизменном виде в Саргасовом море, производит эргостерин (провитамин Б2) в количестве ~0,1% своего сухого вещества. Если этот организм подвергать симулированному солнечному свету, то эргостерин превращается в пре-витамин Б2, который быстро переходит в витамин Б2 [4]. Хотя не было известно, почему эти ранние формы жизни накопили такую массу провитамина Б2, предполагалось, что эргостерин мог защищать организмы от УФБ- и УФС-радиации. На эту идею автор ссылался и в более поздних работах, например, в 2003 и 2007 гг. [5, 6].

Конечно, не витамин Б2 играл эту роль. Скорее всего это был его предшественник, эргосте-рин, который в таком количестве не мог находиться в растворенном состоянии в клетках. Ведь это — жирорастворимое вещество. В клетках он должен находиться преимущественно в составе клеточных мембран. В мембранах молекулы этого стерина строго ориентированы и под действием УФ-радиации подвергаются фотоизомеризации. Однако дальнейшая термоизомеризация в витамин Б не происходит из-за относительно низкой температуры воды океана. Поскольку фотоизомеризация эргостерина, как и холестерина, — реакция обратимая, то при температуре менее 25° эти стерины становятся мощными абсорбентами УФ-радиации.

Таким образом, у организмов фитопланктона, как и у многих подобных организмов, эргостерин и холестерин не выполняют функцию прогормона или даже гормона. Ориентированные в клеточных мембранах фоточувствительные молекулы эргостерина или холестерина вместе со своими s-cis, s-cis-изомерами при температуре ниже 25° могут служить мощными системами защиты биоорганических молекул от повреждающего действия УФ-радиации.

Не исключено, что и холекальциферол, и эргокальциферол могли встречаться на весьма ранних этапах эволюции. Какие функции они могли выполнять у живущих в воде организмов, например, перед их выходом на сушу? Вряд ли это имело отношение к обеспечению их клеток ионами Са, поскольку средняя концентрация кальция в морской воде колеблется в пределах 1,2%. Это означает, что морские организмы обитают в среде, богатой ионами Са. Более того, кальций стал важнейшим элементом состава

их наружного и внутреннего скелетов. Развитие и прочность скелета стали решающими эволюционными признаками, да и попросту важнейшей предпосылкой для выхода водных организмов на сушу. К тому же пресная вода и пища, которые неофиты нашли на суше, оказались существенно более бедными по содержанию в них кальция. Поэтому для обеспечения себя достаточным уровнем этого катиона в их кровеносных сосудах должны были появиться новые механизмы регуляции на клеточном уровне. И эту функцию взял на себя именно витамин Б.

Имеется строгое доказательство тому, что «.. .у большинства живущих в атмосферных условиях животных, от амфибий до приматов, выработался жизненно необходимый фотозависимый процесс синтеза витамина Б» [4].

ЭВОЛЮЦИЯ ЧЕЛОВЕКА И ВИТАМИН D

Все организмы характеризуются тем, что в ходе эволюции приобретают ряд специфических свойств, способствующих выживанию в той или иной среде, т.е. они приспосабливаются к условиям своего существования. Однако каждое новое приспособление к одним специфическим условиям невольно накладывает ограничение на приспособление к другим. Именно поэтому каждый вид занимает строго определенный, ограниченный ареал на Земле. Если рассматривать эволюцию человека, то он на каком-то этапе своего становления начал шаг за шагом терять ряд специфических приспособлений своих предков. И, в конце концов, он превратился в «голую обезьяну»! Биологически приспособленным он оказался только к наиболее благоприятным условиям жизни в экваториальных регионах Африки, став фактически «Homo imperfectum» (человеком несовершенным). Но давайте посмотрим, дало ли это человеку что-нибудь в итоге с точки зрения эволюции?

Утрата своей специфики человеком оказалась сопряжена прежде всего с приобретением вертикального положения при хождении, что освободило его руки от участия в передвижении и дало уникальную возможность для развития мозга. В итоге создались предпосылки для превращения рук в универсальный орган по изготовлению любых инструментов. Это в свою очередь способствовало дальнейшему развитию мозга. Человек стал «Homo sapiens».

Используя мозг и руки, человек постепенно завоевал все регионы Земли, поднялся в воздух и сделал первые шаги по освоению космоса. Все, что человеку надо было, он построил себе

сам! Но у Homo sapiens сохранилось одно ограничение, которое сильно затрудняло его продвижение в новые регионы Земли. Им оказалась строгая зависимость обеспечения себя витамином D от УФ-радиации, несмотря на то, что в некоторой степени он мог получать это вещество вместе с пищевыми продуктами. Может быть, именно поэтому человеку понадобился почти 1 млн лет на преодоление пути от экватора до берегов Средиземного моря [7].

В регионах возникновения человека солнечная радиация скорее всего оказалась слишком агрессивной для оголенного тела. Но у предков человека кожа, волосы и глаза были сильно пигментированы. Не было ничего удивительного в том, что наш предок изначально оказался черным! По мере продвижения в новые места обитания, где Солнце даже летом никогда не поднималось до зенита, УФ-радиация, особенно зимой, доходит до поверхности Земли в значительно меньшем количестве. Поэтому возможность синтеза витамина D у наших предков снизилась. В какой-то степени человек смог приспособиться к этим новым условиям, что, собственно, и выразилось в естественном снижении пигментации его кожных покровов.

Лумис [8] предположил, что меланиновая пигментация развивалась как средство защиты от «отравления» слишком высокой концентрацией витамина D под воздействием солнечной радиации. Позже стало известно, что Солнце само регулирует уровень витамина D, который образуется под воздействием солнечной радиации (см. ниже). Пигментация препятствует образованию витамина D. Если уровень витамина D в крови у человека со светлой кожей уже через 20 мин облучения УФ-радиацией достигает равновесного состояния, то у человека с пигментированной кожей на это требуется в 3—6 раз больше времени [9, 10].

Это свидетельствует о том, что пигментация человека служит защитой от вредного действия УФ-радиации. Когда челов

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком