Основы радиационной биофизики - Кудряшов Ю.Б.
Скачать (прямая ссылка):
условиях. В ряде опытов изучали торможение образования гибридов ДНК—РНК после рентгеновского облучения ДНК из Е. coli В (препарат иРНК выделяли из того же объекта). Молекула иРНК воспринимала ДНК как «комплементарную», даже если она уже содержала несколько индуцированных облучением повреждений; только после накопления определенного числа повреждений резко снижалась способность облученной ДНК образовывать гибриды с иРНК.
Доза облучения, X10' Гр
Рис. III—5. Инактизация сухих препаратов тРНК электронами с энергией 1 МэВ (по Сэтлоу и др., 1964). 1, 2, 3, 4, 5, 6 — соответственно комплексы лейцина, аланииа, изолейцина, пролина, метионина и валина со специфическими
тРНК
Рис. 111—6. Инактивация лиофилизированных рибосом из Е. coli В -у-лучами 80Со (по Кукану, 1966)
Способность транспортных РНК связывать соответствующие
аминокислоты можно оценить в специальных модельных системах и, таким образом, количественно оценить их инактивацию ионизирующими лучами. Для этого облучают препарат тРНК и инкубируют его с аминокислотами, меченными по углероду 14С, затем осаждают тРНК и определяют содержание меченых аминокислот в кислотонерастворимой фракции. Результаты такого эксперимента приведены в табл. III-2. Относительную радиочувствительность различных тРНК оценивали по величине дозы Dw — наиболее радиочувствительной оказалась лейциновая тРНК.
Кривые «доза—эффект» для лучевой инактивации тРНК представлены на рис. III-5, из которого видно, что доля молекул, сохранивших способность связывать аминокислоты, экспоненциально убывает с ростом поглощенной дозы излучения.
Функциональную активность рибосом, облученных in vitro, можно оценить по количеству белка, синтезированного в единицу времени в полной системе, содержащей соответствующие иРНК, тРНК и аминокислоты (рис. III-6). Рибосомы выделяли из Е. coli, облучали и инкубировали в системе, содержащей в качестве иРНК полиуридиловую кислоту (поли-У), которая инициирует синтез полифенилаланина. Как видно из рис. III-6, с ростом дозы экспоненциально снижается доля рибосом, сохранивших исходную синтетическую активность.
Таким образом, в модельных системах in vitro можно анализировать инактивацию нуклеиновых кислот и надмолекулярных комплексов, в которые входят эти макромолекулы. В последние годы исследователи уделяют большое внимание изучению радиационного поражения хроматина. Эти эксперименты приближают нас к пониманию реальных процессов инактивации ДНК в клетке.
Прямое действие радиации на молекулы ДНК, иРНК, тРНК и сложные надмолекулярные ансамбли — рибосомы—приводит к утрате их биологических функций, связанных с репликацией, транскрипцией и трансляцией генетического кода. Такого рода эффекты имеют решающее значение при действии радиации на вирусы, бактерии, клетки и сложные многоклеточные системы. Поэтому в настоящее время изучению механизмов инактивации нуклеиновых кислот ионизирующим излучением уделяется большое внимание.
В настоящем разделе описаны некоторые экспериментальные подходы, позволяющие изучать характер инактивации белков и нуклеиновых кислот ионизирующей радиацией. Феномены, наблюдаемые в такого рода экспериментах, отражают заключительный этап лучевого поражения, когда стойкие структурные повреждения уже привели к необратимым изменениям биологических свойств макромолекулы. Эти данные могут служить отправной точкой биофизического анализа механизма инактивации при прямом действии излучения. Биофизический анализ должён воссоздать все предшествующие этапы «размена энергии» излучения, которые в конечном -счете и сформировали наблюдаемые функциональные нарушения.
2. ПЕРВИЧНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ,
ПРИВОДЯЩИЕ К ИНАКТИВАЦИИ МАКРОМОЛЕКУЛ ПРИ ПРЯМОМ ДЕЙСТВИИ ИЗЛУЧЕНИЯ
В главе II рассматривался формальный подход, позволяющий на основании экспериментальных кривых «доза—эффект» судлгь
о природе первичных событий, приводящих к конечному радио-
биологическому эффекту. В частности, там обсуждались критерии «одноударности» процесса инактивации и перечислялись условия, выполнение которых показывает, что радиобиологический эффект вызван одиночным переносом дискретной порции энергии излучения к мишени, находящейся в пределах объекта.
Рассмотрим, выполняются ли эти условия в случае инактивации белков и нуклеиновых кислот. Первое требование — экспоненциальный характер кривых «доза—эффект». Как указывалось в данной главе, при облучении сухих или кристаллических белков и нуклеиновых кислот эффект облучения экспоненциально зависит от поглощенной дозы радиации. Второе условие — независимость эффекта от мощности дозы и от того, .какими частями она сообщалась объекту, — также выполняется на различных изученных системах. О выполнении третьего условия — снижения эффективности излучения с ростом ЛПЭ — свидетельствуют многочисленные опыты, результат одного из которых представлен на рис. Ш-7. Трипсин облучали сравнимыми дозами \‘излУчения и «-частиц полония (с энергией 5,25 МэВ). Во всем диапазоне исследованных доз уизлучение оказалось примерно вдвое более эффективным: доза ?>37 для у-лучей составляла 180 кГр, а для «-частиц — 320 кГр. При одинаковой поглощенной дозе уизлучение генерирует редкорасположенные одиночные ионизации, а «-частицы — плотные колонны ионов, практически непрерывно следующие вдоль трека частиц. Если одиночной ионизации достаточно для инактивации макромолекулы, то а-частицы образуют множество «ненужных» ионизаций в пределах мишени, а большинство редкорасположенных ионизаций, вызванных у-лучами, эффективно и приведет к поражению большого числа молекул.
