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這只青蛙為了應對強烈的陽光，它正在涂防曬，它能分泌一種防曬蠟質，并用四肢把全身都涂抹到，在網上有視頻，非常有趣。
和人一樣，幾乎所有的生命對紫外線都是非常敏感的。我們常用紫外線殺菌；日曬能使皮膚變黑，這其實是機體的一種保護方式，避免紫外進一步的傷害。
雖然我們很少見到植物因為紫外線灼傷，那是因為它們需要光，不能庇蔭，經過億萬年的進化，對紫外線具有比較好的抵抗作用，但也只對于UVA和少量的UVB，更高能量的UVC對植物也具有很強的殺傷作用。
我們根據(jù)紫外線的波長，把紫外線分為三段，分別為短波紫外線（UVC），中波紫外線（UVB）、長波紫外線（UVA）。
圖2. 各種光波波長
根據(jù)光量子能量方程
h是普朗克常數(shù)，c是光速，λ是波長，波長越短，能量越大，所以紫外線的能量要比可見光大很多。UVC的能量大于UVB大于UVA，還好大氣層中的臭氧吸收了幾乎所有的UVC，讓地球的生靈免受輻射，才讓生命有了繁衍生息的基礎，這也是為什么人類這么關心臭氧層的原因。
當然波長越短，穿透能力越差；波長越長，穿透能力越強?！颈热缒壳按罅Πl(fā)展的5G，已經到達毫米波段（c=?*?），頻率更高（能量更高，耗能更多），相比4G，傳輸效率更高，但是穿透能力弱，所以要架設更多的基站，也更耗電】對于紫外線對皮膚的作用來說，UVA能深達皮下組織，UVB只能到達真皮層（見圖3）。
圖3. 不同波段的紫外線對皮膚的作用位置
那紫外線是如何對物質造成影響的呢？
我們知道，一個原子由原子核以及圍繞在原子核周圍飛速運轉的電子組成，一般情況下電子處于穩(wěn)定的基態(tài)，但當電子吸收了與之特征頻率一致的光子時，就會發(fā)生能級躍遷，有些分子比較穩(wěn)定，電子可以重新回到原來的基態(tài)，釋放能量，就會產生熒光（或者磷光，也有可能肉眼不可見的光）。我們玩的夜明珠或者夜光棒在吸收可見光之后，在黑暗的環(huán)境中能發(fā)出熒光，但一陣子之后熒光會消失，因為電子都回到基態(tài)了，等再次光照后又可以釋放熒光（見圖5，有些夜光棒是化學反應），像洗衣液中的熒光劑能吸收紫外線，釋放出的熒光與黃光疊加會讓肉眼看到的更白。但有時候電子就逃逸了，直接生成自由基，自由基的活性很強，就會到處搞破壞，最后體系就會崩潰。
圖4. 簡單的原子模型
圖5. 電子能級躍遷產生熒光和磷光
那什么樣的結構能使電子更容易逃逸出去呢？一般含有不飽和鍵、酚羥基、烯醇式結構、能形成p-π共軛（芐基等）等結構的電子更不穩(wěn)定，經過紫外照射后更容易飛走形成自由基。這些結構的成分也是很容易被氧化的，一般被保護或者充當抗氧化劑來保護他人。
細胞膜是磷脂雙分子層，為了行使物質運輸、信號傳遞、催化等各種功能，必須具備流動性特征，所以細胞膜上含有大量的不飽和脂肪酸（油酸、亞油酸、亞麻酸等常溫下都是液體的，具有良好的流動性，而飽和脂肪酸例如硬脂酸常溫是固體，熔點65℃左右），不飽和鍵的電子云密度更大，電子躍遷需要的能量更低。而UVB的能量更高，電子躍遷到更高能級最后逃逸的概率就更大，更容易產生自由基。（在前面的文章《肌肽與脫羧肌肽的抗氧化與抗糖化機理》中已經闡述過脂質自由基的產生機理，UVC能直接電離飽和鍵，危害更為嚴重）。
在眾多的文獻中，都闡述了UVB對皮膚的作用，該波段紫外線極大部分會被皮膚表皮所吸收，但它不能深入皮膚內部。對皮膚可產生強烈的光損傷，被照射部位真皮血管擴張，皮膚可出現(xiàn)紅腫、水泡等癥狀。長久照射皮膚會出現(xiàn)紅斑、炎癥、皮膚老化，嚴重者可引起皮膚癌。中波紫外線又被稱作紫外線的曬傷（紅）段，是應重點預防的紫外線波段。
UVA屬于長波紫外線，波長320－400nm。長波紫外線對衣物和人體皮膚的穿透性遠比中波紫外線要強，可達到真皮深處，并可對表皮部位的黑色素起作用，從而引起皮膚黑色素沉著，使皮膚變黑，起到了防御紫外線，保護皮膚的作用。因而長波紫外線也被稱做“曬黑段”。長波紫外線雖不會引起皮膚急性炎癥，但對皮膚的作用緩慢，可長期積累，是導致皮膚老化和嚴重損害的原因之一。
既然紫外線能使分子發(fā)生能級躍遷，那有什么結構在此波段下最容易躍遷又很穩(wěn)定呢？答案是苯環(huán)。苯環(huán)對紫外的吸收很強，苯在乙醇/正己烷溶液中，204nm處有一個強吸收，這是苯環(huán)的共軛電子躍遷導致的，在230-270nm之間有弱吸收，這個是成鍵軌道向反鍵軌道躍遷以及苯環(huán)的震動導致的（見圖6）。人體內含有三種芳香族氨基酸：酪氨酸、苯丙氨酸、色氨酸。它們作為前體，可以生成各種結構的化合物，對紫外輻射具有很好的保護作用，其中酪氨酸就是生成黑色素的成分。
圖6. 苯環(huán)的吸收峰
但苯環(huán)對紫外的吸收在UVC波段，那如何讓其在UVB和UVA階段有吸收呢？就是給它加更多的苯環(huán)或者共軛雙鍵（見表1，苯環(huán)上的非雙鍵基團基團也是有影響的，會形成Pπ共軛，也會降低電子的躍遷能）。
表1. 常見的化學防曬劑的結構與紫外吸收峰
阿伏苯宗含有兩個苯環(huán)以及中間的兩個羰基，吸收峰到了357nm（見圖8、圖9）
圖7. 阿伏苯宗的結構
圖8.阿伏苯宗（BMDBM）、甲氧基肉桂酸乙基己酯(EHMC)、苯基苯并咪唑磺酸（PBSA）的紫外吸收波段。
如果共軛雙鍵更多呢？那這個化合物的吸收峰將會紅移。
比如葉黃素（屬于類胡蘿卜素）含有11個共軛雙鍵（見圖9），它的吸收波段已經在藍光波段了（見圖10）。
圖9.葉黃素的結構（11個共軛雙鍵），通常分子中π系統(tǒng)的共軛越長，分子可以捕獲/吸收的光子波長也越長
圖10. 各光合色素的光譜吸收圖示
而我們熟知的黑色素，是由酪氨酸、多巴胺等單體形成的真黑素，結構見圖9。真黑素含有多個苯環(huán)或者雙鍵，就具有吸收UVB和UVA全波段的能力。
圖9. 真黑素的前體和潛在結構。 (A)真黑素單體的化學結構：酪氨酸、L-DOPA、多巴胺、DHI、DHICA和酪胺。(B) DHI 真黑素和 (C) DHICA 真黑素的代表性結構
當然共軛雙鍵會多更容易氧化，同樣產生自由基。例如視黃醇（見圖10），在光照下會生成光毒性成分（氧化生成自由基），對皮膚反而帶來傷害，所以才有了早C晚A這個經典護膚理論（只要涂抹維A的成分之后，只要不接觸陽光以及紫外線，也是沒問題的）。
圖10.視黃醇
本篇文章簡單介紹了化合物的結構與紫外吸收之間的關系，由于筆者水平有限，不能確保理論都正確，希望能與大家多多交流。后面將介紹酪氨酸酶的結構以及作用機制，簡單敘述如何通過抑制酪氨酸酶來減少黑色素的生成，敬請期待。
參考文獻
何黎. 美容皮膚科學[M]. 人民衛(wèi)生出版社, 2011.
Cao W , Zhou X , Mccallum N C , et al. Unraveling the Structure and Function of Melanin through Synthesis[J]. Journal of the American Chemical Society, 2021(1).
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