Радиационная биофизика (ионизирующие излучения) - Кудряшов Ю.Б.
ISBN 5-9221-0388-1
Скачать (прямая ссылка):
2.2. Роль продуктов радиолиза воды в инактивации
биооргагогческих молекул
Рассмотрим характер химического превращения органических веществ, облученных в водных растворах низкой концентрации, когда преобладает непрямое действие излучения.
Спектр конечных продуктов определяют традиционными методами химического анализа. Значительно сложнее установить, какой из активных продуктов радиолиза воды приводит к данному типу структурного превращения молекулы. Для ответа на этот вопрос разработаны специальные методические приемы.
Эффекты, связанные с перекисью водорода, образующейся в облученной воде, установить несложно. Для этого в необлученный раствор вводят Н2О2 до такой же концентрации, какая отмечена после облучения.
Типы реакций, осуществляемые радикалом ОН*, также возможно исследовать в необлученных растворах. Так как в ходе реакции между перекисью водорода и двухвалентным железом возникают радикалы ОН', то, подбирая соответствующие количества этих реагентов, добиваются появления в растворе требуемого количества ОН’.
Некоторые вещества служат перехватчиками свободных радикалов. С их помощью вызывают селективное поражение растворенных молекул одним из радикалов воды. Так, N2 О в нейтральной среде перехватывает е^р, кислород — перехватчик е~идр и Н', этиловый спирт в нейтральной среде избирательно взаимодействует с радикалами ОН‘. Облучая растворы в присутствии различных комбинаций конкурирующих агентов, раздельно изучают реакционную способность продуктов радиолиза воды.
Ниже перечислены основные типы реакций радикалов воды с органическими молекулами, обозначаемыми RH, где Н — реакционноспособный атом водорода, R — остальная часть молекулы (по Окада, 1974).
2. Биофизический анализ радиационной инактивации в растворах 177
1) Отрыв атома водорода:
R-H + ОН' —> R' + Н20,
(V.10)
(V.11)
R—Н + Н‘ —>R + Н2-
Радикал е~идр не отрывает атом водорода от органических молекул. В результате реакций (V.10), (V.11) в растворе появляется органический радикал R\ С помощью дейтериевого обмена установили, какой из атомов водорода отрывается от органической молекулы в реакциях этого типа. Отрыв водорода возможен от третичных углеродных атомов, атомов серы в сульфгидрильных группах и а-углерод-ных атомов. Не происходит отрыва атома водорода в функциональных группах -CONH2, -CONH, -CONH, -NH3, -ОН, -СООН.
2) Реакции диссоциации:
В результате протекания этих двух типов реакций также образуется растворенный органический радикал R".
Для изучения кинетики перечисленных реакций необходимо знать константы абсолютных скоростей к. Их значения можно установить с помощью импульсного радиолиза. Суть метода состоит в том, что водный раствор облучают в течение очень короткого промежутка времени, измеряют концентрацию свободных радикалов и подсчитывают константы скоростей реакции органических молекул, в том числе белков и нуклеиновых кислот, с радикалами е“идр, Н' и ОН'.
Продукты радиолиза воды высокоактивны по отношению к аминокислотам, белкам, нуклеотидам и ДНК; константы скоростей соответствующих реакций лежат в пределах 107-10u М"1 -с . Радикальные продукты реакций можно зарегистрировать методом ЭПР.
RNH+ + e-OT-i>R+NH3>
'гидр
(V-12)
(V.13)
1ШН2 + If -->It + NH3.
3) Реакции присоединения:
ОН Н
(V.15)
(V.16)
178
Гл. V. Непрямое действие ионизирующего излучения
Свободные радикалы органических молекул претерпевают внутримолекулярные перестройки, вступают в реакции друг с другом и с молекулами растворенных веществ. В результате формируется стабильное структурное поражение, приводящее к изменению биологических свойств макромолекул.
2.3. Реакции радикалов органических молекул, ведущие к
образованию стабильных продуктов
Перечислим основные типы реакций, в которые вступают свободные радикалы органических молекул в водных растворах.
1) Димеризация и присоединение:
Ri+Ra—+Ri-R2j (V.17)
R‘ + R' —> R—R. (V.18)
Продукты реакции — димеры молекул и агрегаты более высоких порядков. Например, при облучении водного раствора цистеина образуется димер — цистин:
2НООС—СН—NH2
СН2
SH
цистеин
НООС—СН—NH2
СН2
S
I
S
I
сн2
НООС—СН—NH2
цистин
(V.19)
Другой пример — образование аспарагиновой кислоты из двух радикалов глицина:
NH2—СНСООН
СН2СООН ‘ (V.20)
2NH2—СН2—СООН ---> 2NH2‘СНСООН
2) Реакции диспропорционирования:
R' + R* —> RH + P. (V.21)
В результате реакции атом водорода перераспределяется между радикалами. Один из радикалов может восстановиться до исходной структуры, а другой — превратиться в новое соединение. Например, при облучении раствора глицина в присутствии перехватчиков ОН' и е~ р с аминокислотой взаимодействует радикал Н\ осуществляя
