Основы радиационной биофизики - Кудряшов Ю.Б.
Скачать (прямая ссылка):
Вторая группа веществ включает различные дыхательные яды (цианиды, арсенат натрия, динитрофенол, йодацетат), которые уменьшают число клеток с пикнозом ядер и ослабляют вызываемое облучением снижение количества ДНК на «летку. Выход К+ и окраи1иваемость эритрозином Б у клеток, облученных в присутствии дыхательных ядов и без них, мало различается. По-видимому, поражение мембран не модифицируется ни первой, ни второй группой веществ.
Третья группа <— различные- метаболиты. Подробно изучена модифицирующее действие никотинамида и неорганического фосфата. Никотинамид, предшественник НАД, уменьшал вызываемое облучением число пикнозов ядер, но не влиял на выход К+ и окрашиваемость клеток. Эффект неорганического фосфата обнаружить не удалось.
Вероятно, состояние хроматина, интенсивность дыхания и ypo-v вень метаболитов играют определенную роль в возникновении интерфазной гибели, однако мы не располагаем модифицирующими агентами, способными в равной мере изменять все эти параметры.
Информация, полученная с помощью модифицирующих агентов, имеет большое значение для выяснения механизмов соответствующих типов клеточной гибели.
4. ПЕРВИЧНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ОБЛУЧЕННОЙ КЛЕТКЕ
Анализ первичных физико-химических процессов, протекающих в облученной клетке, имеет первостепенное значение для создания общей теории биологического действия ионизирующих излу-
чений. До недавнего времени основная информация по этому вопросу могла быть получена в модельных экспериментах с изолированными макромолекулами, водными растворами или отдельными субклеточными органоидами. Это позволило (построить качественную картину физико-химических процессов, возникающих в живой клетке, поглотившей энергию ионизирующей радиации, которая сводилась к следующему. Ионизирующие частицы, пронизывающие высокоорганизованную микрогетерогенную структуру живой клетки, с определенной вероятностью передают часть своей энергии отдельным молекулам, расположенным вдоль треков частиц. Молекулы, поглотившие энергию излучения, .переходят в различные возбужденные состояния, часть которых заканчивается ионизацией. Вероятность переноса энергии к молекуле не зависит от ее химической структуры, она определяется суммарной электронной плотностью, имеющей примерно равные значения для различных биомолекул и .воды. Это означает, что в облученной клетке не существует структур, испытывающих преимущественное поглощение энергии, — возбужденными и ионизированными в равной мере могут оказаться белки и нуклеиновые кислоты, липиды и углеводы, молекулы воды и различные низкомолекулярные органические соединения. Эта первая, или физическая, стадия действия излучения на клетку должна закончиться в первые 10~13 с. Ее результатом служит возникновение ионизированных и возбужденных молекул, неравномерно распределенных вдоль треков ионизирующих частиц. Процессы, .происходящие на этой стадии, недоступны прямому измерению .в клетке. Нельзя их и модифицировать — число первичных актов ионизации и возбуждения не зависит от состояния объекта, а определяется лишь свойствами излучения.
Ионизированные и возбужденные молекулы нестабильны. Исчезновение метастабильного состояния происходит за счет миграции энергии внутри молекул или между ними. Вероятно, энергия может мигрировать за счет переноса спина, миграции «положительно заряженной дырки», миграции малых радикалов, прежде всего атомарного водорода. Помимо прямого действия на биомолекулы ионизирующие излучения .вызывают их поражение косвенным путем — диффундирующими .водными радикалами Н', ОН', е~гидр и др., возникающими в результате радиолиза воды. В липидной фазе могут возникать высокоактивные .перекисные радикалы и другие продукты радиационного окисления, способные передавать энергию молекулам, погруженным в липидную фазу клеток.
Процессы, связанные с внутримолекулярной миграцией энергии и диффузией радикалов воды, различными межмолекулярны-ми перестройками возбужденных и ионизированных клеточных структур, относятся к физико-химической стадии действия излучения на клетку, которая длится около 10~10 с. Возникающие первичные продукты, как правило, неустойчивы и быстро претер-
певают вторичные превращения, приводящие к образованию биорадикалов, взаимодействующих друг с другом и с окружающей средой. Процессы, происходящие на этой стадии, доступны экспериментальному анализу, например, методом ЭПР и с помощью импульсного облучения. Модифицировать физико-химический этап лучевого поражения 'могут агенты, способные изменять характер миграции энергии или вступающие в реакции со свободными радикалами.
Взаимодействие биорадикалов друг с другом и с окружающими молекулами должно привести к возникновению стойких молекулярных изменений >— 'разнообразных повреждений в структуре молекул, составляющих живую клетку. Структурные повреждения можно выявить методами аналитической биохимии. Рассматриваемая стадия действия излучения получила название химической, ее продолжительность около 10_6 с.
Исходя из результатов модельных экспериментов можно ожидать, что под действием излучения произойдет нарушение первичной структуры белков (селективное разрушение отдельных аминокислот), изменится их вторичная структура, нарушится конформация и, (возможно, структура активного центра ферментов. В нуклеиновых кислотах возникнут одно- и двухнитевые разрывы полинуклеотидных цепей, разрушатся некоторые азотистые основания, возникнут межмолекулярные сшивки (ДНК—ДНК, ДНК—белск). Могут оказаться пораженными молекулы иРНК, тРНК и рибосомы. В липидах мембран будут инициироваться реакции свободнорадикального иерекисного окис? ления, накапливаться токсические для клетки продукты окисления тканевых липидов.
