Основы общей и сельско-хозяйственной радиобилогии - Гудков И.Н.
ISBN 5-7987-0005-4
Скачать (прямая ссылка):
Действительно, по мере проникновения в молекулярные основы жизненных явлений и в биохимическую сущность процессов метаболизма все более выявляется ведущая роль и значение клеточного ядра во всех процессах, происходящих в главной структурно-функциональной единице всех живых организмов, элементарной живой системе —• клетке.
В хромосомах клеточных ядер сосредоточена основная масса ДНК — до 20—25 % их сухого содержимого, несущая в структуре своих макромолекул закодированную генетическую информацию, необходимую для реализации программы развития клетки. В клеточном ядре осуществляется синтез ДНК, завершающийся удвоением ее содержания, редупликацией хромосом и последующим делением клетки — главных процессов, обеспечивающих сохранение наследственных признаков, роста и размножения живых организмов. В ядрах половых клеток происходят процессы слияния ДНК мужского и женского происхождения, процессы кроссинговера, обеспечивающие благодаря обмену гомологичных участков молекул ДНК,
изменчивость организмов и эволюцию форм жизни на Земле, завершающиеся мейозом, в результате которого происходят уменьшение числа хромосом и переход клеток из диплоидного состояния в гаплоидное.
В основном в клеточных ядрах, и в особенности в ядрышках, осуществляется синтез различных РНК, ответственных за образование всевозможных белков. Если к тому же учесть, что в клеточных ядрах находятся гли-колитическая система и система окислительного фосфо-рилирования, обеспечивающие энергетику всех вышеперечисленных процессов, синтезируются никотинамидаде-ниндинуклеотид (НАД) — кофермент, необходимый для дыхания клетки, то становится ясной исключительно важная роль ядра в наиболее существенных проявлениях жизни клетки. Понятен интерес радиобиологов к исследованию радиочувствительности этих процессов, их попытки связать радиобиологические эффекты с повреждением клеточного ядра.
К настоящему времени радиобиология накопила достаточно много фактов, доказывающих, что повреждения в структуре и функциях ДНК, дезоксирибонуклеопроте-идного комплекса (ДНП), в составе которого главным образом находится ДНК в клетках эукариотов, и более сложных образований — хромосом, состоящих из этих макромолекул, являются основной причиной возникновения радиобиологических эффектов и в первую очередь таких, как морфологические изменения, лучевая болезнь, генетические изменения, гибель организма.
Многочисленные исследования по действию ионизирующих излучений на структуру ДНК позволили выделить целый ряд различных типов ее повреждений, которые могут отразиться на функции. Уже при минимальных дозах возникают одиночные разрывы в полинуклеидной дапи двухтяжевой молекулы ДНК, образующиеся в результате повреждения связей в молекуле дезоксирибозы или эфирных фос-
Рис. 18. Схема образовании одиночных и двойных разрывов в молекуле ДНК:
а — одиночный разрыв; 6 — двойной разрыв, возникший от одной частицы; в — двойной разрыв, вызванный двумя частицами
фосфорнокислых связей (рис. 18, а). Одиночные разрывы, не изменяя молекулярного веса ДНК, могут приводить к значительным изменениям вторичной структуры молекулы, ковалентному присоединению по месту разрыва других молекул. По данным разных авторов, доза 0,1 Гр может индуцировать в каждом клеточном ядре от 8 до 200 разрывов. Если принять во внимание, что в среднем ядро соматической клетки содержит 4 • 105 молекул ДНК с молекулярным весом 107, то это значит, что даже при дозе 10 Гр в ядрах можно ожидать возникновения всего одного разрыва на 200—4000 молекул ДНК. С увеличением дозы облучения и количества одиночных разрывов возрастает вероятность появления в молекуле двойных разрывов (рис. 18, бив). Это может приводить к поперечным разрывам всей молекулы ДНК, глубокой ее деполимеризации, что уже имеет решающее значение для выживаемости клетки.
Важным типом радиационного повреждения структуры ДНК являются разрывы водородных связей между цепями в двойной спирали, которые могут приводить к частичной ее денатурации, повреждению оснований и их отщеплению от молекулы ДНК, образованию внутримолекулярных и межмолекулярных сшивок и других.
Кроме ДНК в поддержании структуры ДНП и хроматина в целом принимают участие ядерные белки. Кон-формационные изменения макромолекул, возникающие при действии радиации, также отражаются на их состоянии.
Синтез ДНК представляет собой уникальное событие в жизни клетки, к которому она готовится в течение длительного периода и вскоре после его прохождения перестает существовать, дав начало жизни двум дочерним клеткам. Синтез ДНК является очень радиочувствительным процессом. При облучении млекопитающих и некоторых видов растений, например бобовых, в дозах всего 0,5-1 Гр в клетках их постоянно обновляющихся тканей (костный мозг, эпителий кишечника, эндотелий сосудов у первых и меристемы у вторых) можно наблюдать достоверное снижение его интенсивности через 0,5—1 ч. При летальных дозах он, как правило, прекращается через несколько часов после облучения.
Главной причиной подавления синтеза ДНК следует считать повреждение ее структуры, структуры ДНП и надмолекулярной структуры хроматина в целом. Именно оно приводит к задержке синтеза ДНК, нарушению нор-
