Радиационная биофизика (ионизирующие излучения) - Кудряшов Ю.Б.
ISBN 5-9221-0388-1
Скачать (прямая ссылка):
Вязкость («микровязкость») — это основная характеристика степени неупорядоченности и подвижности липидного бислоя мембран. Она играет важную роль в восприятии мембраной сигналов различных воздействий, в том числе и ионизирующих излучений. Изменение вязкости мембраны связано с изменениями расположения и окисленности ненасыщенных жирных кислот в бислое. Вследствие структурных изменений БМ происходят адаптивные перестройки и изменения функционального состояния мембраносвязанных белков, воспринимающих и передающих внешние сигналы. К таким белкам относятся протеинкиназы и другие сенсоры, а также ионные каналы и
3. Механизмы действия ионизирующих излучений в малых дозах 357
переносчики различных ионов и молекул. Изменения активности сенсорных белков влияют на экспрессию генов, обеспечивающую преодоление клеткой возникших изменений, направленную на нормализацию ее состояния.
При действии ионизирующих излучений, также как и любого другого стрессора, происходят характерные изменения вязкости липидов БМ. В качестве иллюстрации таких изменений вязкости БМ от воздействия облучения в малых дозах приведем данные Е. Б. Бурлаковой 1994 г. (рис. VII.9). Эти изменения после облучения в среднем диапазоне малых доз наступают практически сразу после облучения и обнаруживают немонотонную, колоколобразную зависимость от дозы. Возрастание вязкости по мере увеличения дозы облучения проходит через максимум, сменяясь затем при росте дозы спадом кривой (рис. VII.9) вплоть до значений, меньших нормальной величины.
Интересно, что при других, нерадиационных стрессовых воздействиях на клетку также наблюдаются зависимые от их интенсивности (дозы УФ-излучения, температуры, концентрации вещества во внешней среде) как повышение, так и понижение вязкости липидов БМ.
Например, при холодовом или гиперосмотическом стрессе (повышение концентрации растворенных веществ во внешней среде клетки) происходит увеличение вязкости БМ, а при гипертермии или гипоосмотическом давлении — ее понижение. При этом наблюдается прямая зависимость текучести мембраны от степени ненасыщенности фосфолипидов в ней, а увеличение числа двойных связей в жирных кислотах способствует интенсификации их окисления.
Проиллюстрируем изменения структуры и свойств БМ на примерах гипо- и гипертермического стресса (рис. VII.10, VII.11; JL А. Лось, 2001).
3.2.1.1. Адаптивные изменения БМ при холодовом
(гипотермическом) стрессе
При понижении температуры происходит сближение «хвостов» (молекул жирных кислот) и заряженных головок фосфолипидов в горизонтальной плоскости липидного слоя мембраны. Это вызывает
Рис. VII.9. Относительное изменение вязкости липидов ядерной мембраны после облучения клеток в малых дозах. На ординате изображена вязкость в относительных к норме (= 1,0) величинах
358
Гл. VII. Биологические эффекты малых доз излучений
I N II
Рис. VII. 10. Схематическое изображение молекулярной геометрии фосфолипидов мембран в норме (N), при гипотермии (I) и гипертермии (II). При понижении температуры молекулы жирных кислот сближаются, их подвижность и радиус свободного вращения уменьшаются (I). В результате повышения температуры происходит противоположное — молекулы раздвигаются, их подвижность и радиус
вращения возрастают (II)
жидкокристаллическая зона фазового
фаза перехода
I
16
Холодовой
стресс
фаза геля
II
гипертермический стресс
дезинтеграция и нарушение структуры мембраны
Рис. VII.11. Изменения структуры и свойств мембраны при стрессорных воздействиях на клетку.
Норма: В норме мембрана находится в жидкокристаллической фазе.
I а-I Ь: При снижении температуры окружающей среды в мембране возникают зоны разделения фаз (I а), и затем мембрана может перейти в фазу геля (I б). При этом происходит сближение полярных головок фосфолипидов, уменьшение объема клеток и сжатие мембран.
II: При повышении температуры может произойти частичная или полная дезинтеграция мембраны с хаотичным слиянием липидов и образованием внутримем-бранных инвертированных фаз. Ненасыщенные жирные кислоты фосфолипидов в разрыхленной мембране легко подвергаются окислительным реакциям, образуя токсические продукты.
При более глубоких стрессовых повреждениях возможен пробой липидного слоя с выщеплением окисленных фрагментов жирных кислот и образованием пор в мембране. Это наблюдается, например, при некротической форме гибели клеток после воздействия ионизирующих излучений в высоких дозах
3. Механизмы действия ионизирующих излучений в малых дозах 359
увеличение вязкости липидов и сжатие БМ. По мере усиления гипотермии текучесть липидов понижается настолько, что мембрана приобретает гелеобразное состояние (рис. VII. 11, 16). В этом состоянии резко снижается подвижность и конформационная мобильность мембраносвязанных белков, и в завершение подавляются биологические функции БМ и клетки.
