Hóa học đằng sau phản ứng của ánh sáng mặt trời lên làn da

Mùa hè tràn ngập những ngày nắng để thỏa sức vui chơi ngoài trời, tuy nhiên bạn cần mang theo những biện pháp chống nắng phù hợp để tránh làm tổn thương da. Bài viết sau đây sẽ xem xét tính chất hóa học mà mặt trời gây ra trên da của chúng ta. Bạn hãy giành ít thời gian để tham khảo nhé!

Mặt trời và bức xạ UV

Thành phần chủ yếu của ánh nắng mặt trời là tia UV, được chia thành các loại dựa trên bước sóng tương đối của chúng (được đo bằng nanomet, hoặc nm):

  • Bức xạ UVC (100 đến 290 nm); có bước sóng ngắn nhất và gần như bị hấp thụ hoàn toàn bởi tầng ôzôn.
  • Bức xạ UVB (290 đến 320 nm); không dễ xuyên qua kính nhưng vẫn gây ảnh hưởng đến lớp ngoài cùng của da (biểu bì) và là nguyên nhân chính gây cháy nắng.
  • Bức xạ UVA (320 đến 400 nm); không lọc được bằng kính, từng được cho là chỉ có tác dụng nhỏ trên da nhưng các nghiên cứu ngày nay đã chỉ ra rằng tia UVA là nhân tố chính gây hại cho da vì có khả năng đi sâu vào da hơn UVB.
Phản ứng tổng hợp vitamin D trên da. Ảnh: Clinical Nutrition

Sự hủy hoại da từ tia UV có thể dẫn đến ung thư da. Nhưng sự phơi nhiễm với một lượng nhỏ ánh sáng UV cũng quan trọng bởi vì da của chúng ta cần nó để tạo vitamin D.

Melanin, cháy nắng và sự hủy hoại DNA

Melanin

Câu chuyện bắt đầu với melanin, một loại hợp chất mà các sinh vật tạo ra cho màu da của chúng. Hệ thống lớn các điện tử di chuyển tự do (phân chia) mang lại màu sắc cho melanin cũng là thứ cho phép nó hấp thụ tia UV. 

Melanin không phải là hợp chất hấp thụ ánh sáng duy nhất trong các sinh vật sống; diệp lục và các sắc tố sáng khác ở thực vật cũng hấp thụ ánh sáng, hoạt động trong quá trình quang hợp do có số lượng lớn các điện tử phân chia trong mỗi phân tử. 

Cấu trúc hóa học của các oligome melanin: (A) eumelanin; (B) pheomelanin Ảnh: Ekaterina Revskaya

Khi melanin bị tác động bởi một photon của tia UV, nó sẽ chuyển sang trạng thái kích thích, nơi một điện tử đã tăng năng lượng. Trong chất diệp lục, trạng thái kích thích này bắt đầu chuỗi phản ứng dẫn đến quá trình quang hợp. Melanin thì khác. Thay vì trở nên rất phản ứng khi bị tia UV chiếu vào, melanin sẽ giải phóng năng lượng bổ sung dưới dạng nhiệt; nó phản ứng ít hơn 1 trong số 1000 lần nó trở nên phấn khích. Điều này cho phép melanin bảo vệ các phân tử nhạy cảm hơn, như DNA.

Tổn thương DNA khiến các tế bào ở lớp trên của da phát tín hiệu cho các tế bào sản xuất ra melanin bắt đầu hoạt động. Đây là những gì mang lại làn da rám nắng có thể xuất hiện sau khi vết đỏ đã mờ đi.

Melanin lắng đọng trên các tế bào da để bảo vệ chúng ta khỏi sự tiếp xúc với tia cực tím trong tương lai. Đôi khi, biện pháp bảo vệ này không hoạt động như dự kiến. Bức xạ tia cực tím có thể khiến các oxygen kích thích trong melanin phản ứng hoặc va chạm vào một phân tử không được xây dựng để tiêu hao năng lượng, chẳng hạn như một axit amin hay hydrogen peroxide. Đều này có thể rất có hại cho DNA hoặc tế bào.

Vì thế đừng dựa vào làn da rám nắng của bạn để bảo vệ bạn hoàn toàn vào lần sau – nó chỉ bảo vệ khi sử dụng kem chống nắng có chỉ số SPF cao. Hãy nhớ điều đó!

Cháy nắng và sự hủy hoại DNA

Cháy nắng là một vết bỏng do bức xạ, gây ra khi tia cực tím (UV) của ánh sáng mặt trời làm tổn thương DNA ở lớp trên của tế bào da.

Tác động của tia UV lên da. Ảnh: Vinmec

Như tên cho thấy, tổn thương DNA trực tiếp xảy ra khi một photon của tia UV chiếu vào DNA. DNA là một phân tử rất lớn, thường hấp thụ năng lượng mà nó có được khi bị tác động bởi một photon ánh sáng UV và sau đó nhanh chóng giải phóng năng lượng đó dưới dạng nhiệt. 

Trong thời gian sau khi DNA hấp thụ năng lượng và trước khi tản nhiệt, nó ở trạng thái năng lượng cao hơn và phản ứng mạnh hơn; thời gian phản ứng này càng ngắn thì khả năng DNA trải qua phản ứng có hại càng ít. Nó chỉ ra rằng DNA cực kỳ hiệu quả trong việc tiêu tán năng lượng thừa một cách nhanh chóng, vì vậy nó bị hư hại ít hơn 0,1% thời gian nó bị tia UV chiếu vào.

Trong trường hợp thiệt hại xảy ra, nó xảy ra như thế nào? Có nhiều cách khác nhau mà DNA bị kích thích có thể phản ứng, nhưng sự kết hợp của hai cặp bazơ là phổ biến nhất. Nếu hai cặp bazơ pyrimidine (thymine hoặc cytosine) ở cạnh nhau, hai vòng có thể hợp nhất với nhau. Điều này làm cho RNA polymerase không thể tạo mRNA chính xác từ DNA, do đó, nó ngăn chặn một cách hiệu quả tế bào không thể sử dụng DNA để tạo ra protein chính xác hoặc thậm chí sao chép.

Phản ứng tạo dimer thymine. Ảnh: Science

Da tiếp xúc nhiều với tia UV khiến nhiều liên kết chéo thymine hình thành trong DNA. May mắn thay, chúng ta có các enzym sửa chữa có thể loại bỏ các liên kết chéo thymine và khôi phục DNA trong tế bào da của bạn trở lại đúng trình tự.

Khi bạn bị cháy nắng, đó là do bạn đã tạo ra nhiều liên kết chéo thymine hơn mức có thể được sửa chữa, vì vậy các tế bào thường chết đi. Điều này dẫn đến đau đớn và da chết mà bạn nhận được khi bị cháy nắng.

Tuy nhiên, trong một số trường hợp rất hiếm, các dimer thymine xen kẽ các chức năng của chỉ các gen phù hợp để các tế bào da của bạn trở thành ung thư. Nói cách khác, chúng bắt đầu phát triển và không dừng lại như chúng nên làm. Bạn bị các khối u, và cuối cùng các tế bào ung thư xâm lấn các cơ quan quan trọng và ngăn chặn một chức năng quan trọng trong cơ thể bạn và bạn có thể chết.

Ung thư da là một trò chơi của thống kê và may rủi. Càng để da tiếp xúc với tia UV, bạn càng có nhiều khả năng nhận được sự kết hợp không may mắn của chất dimer thymine trong một tế bào không được sửa chữa và dẫn đến ung thư ở tế bào đó. Có thể mất hàng chục năm để một tế bào như vậy phát triển và phân chia thành một khối u ung thư mà bạn có thể nhìn thấy, nhưng một khi nó xảy ra, nó sẽ trở nên chết người.

Điểm mấu chốt: Phơi nắng bình thường là được. Cháy nắng thì không. Nếu bạn bị cháy nắng, bạn BIẾT rằng quá trình sửa chữa DNA của bạn không thể theo kịp số lượng dimer thymine mà bạn đã tạo ra. Điều này làm tăng đáng kể nguy cơ ung thư da của bạn.

Bài viết đến đây là hết rồi. Hi vọng sẽ giúp ích cho các bạn phần nào trong tương lai. Lần sau nếu có ai hỏi về chủ đề này thì hãy nhớ về hóa học đằng sau chúng nhé!

Tham khảo C&EN, Nature, The Conversation, Vinmec, Utexas.

Đăng ký Bản tin
BÀI ĐĂNG MỚI

Đăng ký danh sách gửi thư của chúng tôi và nhận những nội dung thú vị và cập nhật vào hộp thư đến email của bạn.

Cảm ơn bạn đã đăng ký.

Đã xảy ra lỗi.

Share: