光による体内の化学反応ってどんなのですか？

質問

今、光が身体（特に皮膚からの照射）について興味を持っていろいろ調べています。

最近調べていて分かったのは、ＤＮＡは紫外線によってピリミジン塩基が二量化してしまうため、ＤＮＡが損傷してしまうらしいです。そこに、400 nm の紫の光を当てると、光回復酵素の働きが活発となり、ＤＮＡが元に戻る。。つまり、UVでピリミジン塩基が付加環化し、400 nmの光で開環するってことらしいのです。

このように、赤とか、青とか、黄色でも同様に生体内でなんらかの化学反応が起こっているのかなって思って、質問してみました。生物学の質問にものせましたが、返事が来ないので。。。やっぱり化学かな？と思いまして。。。

よろしくおねがいします。。

回答No.5

38endoh · ベストアンサー

ちょっと問題の切り口を変えてみます。色素分子の発色団を想像してしてみてください。π→π* 遷移，n→π* 遷移，CT 遷移，d-d 遷移…，まぁそんなところですよね。つまり可視部における電子遷移は，よほど特殊なものを考えない限り，この４つのうちどれかです。

光化学反応は，物質が光を吸収し，電子遷移が起こり，この励起状態の分子が起こす化学反応です。可視光で光化学反応を起こそうと思った場合，まずは物質が光を吸収することが必要で，それには，大概先ほどの４種類のどれかを使うことになります。

π→π* 遷移や n→π* 遷移が引き金となって起こる光化学反応は，代表的なものは [2+2] 環化付加型の反応であり，CT 遷移や d-d 遷移が引き金となる反応は，例えば金属錯体の光酸化など，ということになります。

で，本題の「虹色の光による美容効果」についてです。皮膚に照射する光の波長によって，異なる効果をもたらすためには，波長によって異なる光反応を起こす必要がありますね。それには，各症状に対応する数の発色団があり，それぞれの発色団がすべて光化学反応を起こさないといけないということになります。さらに言うと，振動子強度がある程度大きくないといけないでしょうし，そうすると補色が目に見えてくるでしょう。

この状況を具体化すると，例えば赤色光で治療する効果は，皮膚中の青緑色の物質が光化学反応を起こし，緑色光の場合は赤紫色の物質が関与し，青色光の場合は黄色が関与し，とならないといけないのです。ここまで来ると，虹色の光による美容効果が非現実的で荒唐無稽な話だと感じてきますね。常識的に考えて，皮膚中にそんなに色素ライクな分子はありませんし，第一，光に対してここまで活性が高かったら，皮膚として役割そのものに支障が出る感じがします。

お礼

度々ありがとうございます！！
実は、私は修論で、クロモフォアつまり発色団分子の合成もやっていた時期があったため、38endohのおっしゃる通り、全てを化学的に解明しようとすると、突き詰めると遷移を考えなければなりませんね。そこまで分かっても、それが美容効果とは結びつきませんね。。。

うーーん、やっぱり怪しい美容機器が多いのですね。。。

ありがとうございました。勉強になりました。

回答No.8

noname#21649

>ポルフアィリンってポルフィリンでしょうか？？
ご指摘のとおりです。

追加で．仁丹の中毒として．金属銀が皮膚に沈着したという話しがあります。

あと．皮膚に生化学は強く関係します。というのは．生物の代謝はどの臓器を取っても大体同じなのです。例外として．成人の脳・赤血球は脂肪代謝ができないとか．特定の酵素が特定の臓器に偏っているとかありますが．代謝全般としては違いがほとんどありません。皮膚はケラチン代謝が盛んなことが例外的違いです。
ただ．美容という観点に立つと．指標が見た目の美しさであり．生化学で良く調べられている代謝物濃度ではありません。代謝物濃度と見た目との関係は別の観点から調べる必要があるでしょう。

お礼

度々ありがとうございます。
そうですね、美容の立場から、生化学をおりまぜながら調べてみます。

ありがとうございました。

回答No.7

rei00

御質問の本来の意図とは異なると思いますが，「日本光生物学協会」（↓）というものがあります。

　この協会が編集したシリーズ物として「シリーズ/光が拓く生命科学」（日本光生物学協会編集・共立出版発行）があります。各巻のタイトルは次の様になっています（詳細は参考 URL のサイトでどうぞ）。

　　第１巻　生物の光環境センサー
　　第２巻　光環境と生物の進化
　　第３巻　生命を支える光
　　第４巻　生物の光障害とその防御機構
　　第５巻　光による医学治療
　　第６巻　光による医学診断
　　第７巻　生命科学を拓く新しい光技術
　　第８巻　夢の光――放射光が拓く生命の神秘

　なお，他にも「日本光医学・光生物学会」というものもある様です。

参考URL：

http://www.cherry.bio.titech.ac.jp/photon.html

お礼

ありがとうございます。
実は、紹介していただいた本、いくつか購入しました。。。
それでも、どうも美容とは結びつかないのです。

ＵＲＬについては知りませんでしたので、参考にしたいと思います。
ありがとうございました。

回答No.6

noname#21649

生化学の話しは2－3年もとおざかっていると．今浦島になってしまいますので．完全な今浦島の私の話しが参考になるかどうか．
神経伝達が大体化学発光を伴いますそのために．光伝達があるのではないかという説を読んだような気がします。

先天製代謝障害に光感受性が高くなる疾患．ポルフアィリンしょうなどがあります。これらば．過剰生成物が光によって分解するので．細胞をラジカルが破壊するのかなと思っています。光過敏しょうを調べてみると面白いかもしれません。

というのは．正常な人の代謝がどうなっているのかを調べる方法は．なんだかの先天性代謝疾患の方の代謝を調べることによってシンポしてきたからてす。

お礼

ポルフアィリンってポルフィリンでしょうか？？
ポルフィリンなら、納得できる部分もあります。
光過敏症ですか。調べてみます。
生化学は、私のバックグラウンドとは違うので、とてもありがたいアドバイスです。

どうもありがとうございました！！

回答No.4

uhyohyohyo

紫外線と言うのは電離性放射線(いわゆる放射線)に分類され、エネルギーが高いために分子鎖などを切断し得るのです。この質問において「光」を拡大解釈するとX線やγ線などの高エネルギー光は更に透過力がありますので体の内部まで易々と入り込み、分子の電子を強烈に叩き出します。これは2次電子と呼ばれ、光の直接の作用よりもむしろこの電荷をもった粒子が次々と分子鎖やDNAを破壊していく間接的な作用をします。

ところが我々が目にする光は可視光線と呼ばれ生体内の分子の結合を破壊出来るほどのエネルギー(青＞黄色＞赤)を持ちません。というかその前に、可視光線は当然皮膚で止まってしまい体の深部まで入り込んでいきませんので、体内で「可視光」による光反応が起こっていることはまずないでしょう。光が届く体表の近傍ならば有り得ますが。

ちなみに私は生物関係の者ではありませんので実際に体内で起こっている光化学反応については分かりません。とりあえず物理的な側面から考えてみました。(ビタミンDは紫外線照射でつくられるというのは聞いたことありますが、やはり可視光線ではありませんね)

お礼

ありがとうございます。

一応、大学院まで有機化学を専攻していたので、電磁波の知識は持っております。エネルギーも勉強しましたので。
私の質問が不明瞭でした、すみません。。。

回答No.3

38endoh

もし高エネルギーの光を使えば，σ結合を開裂するような激しい光化学反応は，体の部位に関係なくどこでも起こると思います。より弱いエネルギーの光，例えば近紫外線や可視光でも起こる反応となると，チミンダイマーの生成機構と同じ [2+2] 環化付加反応，あとは金属原子が絡む光酸化反応などに限られてくるのではないでしょうか。

以下余談ですが，光化学反応の定義は「光を吸収した物質が起こす化学反応」ですから，視神経うんぬんの話は光化学反応ではないと思います。外部から来た光によって視神経内部の色素が励起され，それが電気信号となって脳に伝わるのであって，励起状態の色素が化学反応を起こすわけではありませんから。

それと，可視光によってチミンダイマーが元に戻るという件，私には詳細は良く分かりませんが，紫外線で殺菌した大腸菌が可視光下でやや復活する，という話なら聞いたことがあります。

お礼

ありがとうございますーーー！
有機化学をやっていたので、こういう説明がとてもしっくりきます。
おっしゃる通り、DNA損傷は、UVによる［２+２］付加環化ですから、それ以外だと光酸化を考えるべきなのですね。

私も、皮膚からの光反応は、可視光では、ほとんどが光吸収による励起に関わるものであると思っていました。メラニンもそうですし。。。
下の補足にも書きましたが、メラニン吸収を利用した脱毛は有名ですが、その他の保湿とか、シミとか、そんなものに、どうやって光化学反応が関係してるのか、知りたいのです。でも、もう大学院を卒業したため、調べる術がないので、質問しました。

化学的な返答、ありがとうございました。

回答No.2

noname#211914

質問の意図が少し不明瞭ですが、質問のソースは以下でしょうか・・・？
「損傷修復と突然変異生成」
ここに文献も紹介されてますが、それらの「Introduction」には記載がないでしょうか・・・？

●http://www.biol.s.u-tokyo.ac.jp/users/hasezawa/study_kondo.html#E1
（キュウリCPD光回復酵素の生理的役割に関する研究）
このページの記載によると「ＵＶ－Ｂ（280-315 nm）」が問題なのでは・・・・？
◎http://www.biol.s.u-tokyo.ac.jp/users/hasezawa/study_kondo.html#E2
（キュウリにおける光回復酵素遺伝子の転写調節機構の解明）
このページの記載では「光(320-500nm)エネルギーを利用」との記載があります。

補足お願いします。

参考URL：

http://www.biology.tohoku.ac.jp/lab/MolGen/MolGen.html

補足

私の質問が不明瞭で申し訳ありません。。。

実は、最近、ネットで“虹色の各波長を皮膚に直接当てると美容に良い”
みたいなことを書いてあるHPを見つけたのです。
具体的に、どのいろであれば何に効くとは書いてなかったのですが、
赤やら青やら、とにかく虹色のそれぞれの波長（詳しく何nmとはないが）
が、しわ、アトピー、乾燥肌、しみに効くというのです！！！
じゃあ、どういった化学的メカニズムなのかが気になった、という流れで質問しました。。。

それで、自分で調べて、紫はMiJunさんがおっしゃるように、DNA損傷に関わってると分かったのです。
それ以外の色は、違うメカニズムだと思うので、誰が御存じかと思い、質問しました。

ありがとうございました。

回答No.1

sen-sen

ヒトは網膜に入射した可視光線の波長を化学反応を利用して弁別しています。一方、皮膚の基底細胞のDNA損傷には、ある一定以上のエネルギーを持った光子を作用させることが必要です。可視光線では、そのようなパワーを持ち得ません。

お礼

ありがとうございます！

網膜に入射した可視光すら、化学反応だとは知りませんでした。。。
私は大学院まで有機化学を専攻してたので、すべてが化学反応であるなら、どんな反応なのかを知れたらなあと思って書きました。
ありがとうございます！