Радиационная биофизика (ионизирующие излучения) - Кудряшов Ю.Б.
ISBN 5-9221-0388-1
Скачать (прямая ссылка):
Как уже отмечалось, под действием излучения в «радиочувствительных», наиболее легко окисляемых молекулах — полинена-сыщенных липидах мембран — будут интенсифицироваться реакции свободнорадикального перекисного окисления и накапливаться в избыточных, токсических для живой системы количествах продукты окисления липидов. При этом нарушается структура и функции биологических мембран.
В белковых макромолекулах клетки при облучении ее в высоких, летальных дозах может произойти повреждение первичной структуры (селективное разрушение отдельных аминокислот), измениться их вторичная структура; нарушиться конформация и, возможно, в конечном итоге, произойдет деградация активного центра ферментов.
Упоминалось также, что в ДНК возникают одно- и двунитевые разрывы полинуклеотидных цепей, разрушаются некоторые азотистые основания, возникают межмолекулярные сшивки (ДНК—ДНК, ДНК—белок). Могут оказаться пораженными молекулы иРНК и тРНК, а также рибосомы.
Различные повреждения молекул и субклеточных структур приводят к разнообразным функциональным нарушениям и формированию ответных реакций облученной клетки, составляющих последнюю, биологическую стадию действия излучения.
Вовлечение липидов мембран в процессы перекисного окисления приводит к нарушению важнейших для клетки барьерно-матричных, энергетических и регуляторных функций, к снижению и выравниванию важнейших для клетки электро-химио-осмотических градиентов, а также к повреждению мембраносвязанных белков с выходом
1. От изолированных молекул к клетке
209
ферментов из мест специфической локализации. При облучении в высоких дозах ферменты могут утрачивать каталитические свойства, субстратную специфичность, чувствительность к соответствующим активаторам и ингибиторам или (и) аллостерические свойства.
Повреждения ядерной мембраны могут иметь глубокие последствия для генетического аппарата, например, вследствие проникновения в ядро гидролитических ферментов —- ДНКаз, РНКаз, кислых фосфатаз и др.
Структурные повреждения нуклеиновых кислот создают препятствия для протекания процессов репликации, транскрипции и трансляции генетической информации, нарушают контроль за развитием клеток и генетическую программу их гибели.
Инактивация отдельных компонентов различного типа биологических процессов в облученной клетке возникает при неодинаковых дозах облучения и имеет различные последствия для клеточного гомеостаза: одни процессы оказываются исключенными из цепи метаболических реакций, другие нарабатывают продукты в избыточных, токсических концентрациях, третьи перестают регулироваться соответствующими эффекторами.
Впрочем, с позиций радиационной биофизики описанная здесь картина развития биологической стадии радиационного поражения клетки носит в большой мере качественный вероятностный характер. Действительно, повреждение in situ, в самой клетке, каждого из рассмотренных здесь типов биомолекул не охарактеризовано количественно, особенно в отношении функциональной инактивации, с точки зрения масштабов биологических последствий ее при каждом уровне доз облучения и реального вклада в нарушение процессов жизнедеятельности клетки. Даже при наиболее упрощенном, чисто биофизическом подходе (без учета биохимической динамики процессов самообновления клеточных молекул) к решению проблемы радиационного поражения клетки до сих пор не просчитано (или не установлено экспериментально из-за методических трудностей), какая доля, какой процент повреждений возникает хотя бы в одном классе главных входящих в состав клетки биомолекул in vivo при каждой дозе облучения и какие последствия для соответствующих функций клетки могут иметь эти радиационные повреждения с учетом уникальности или множественности тех или иных субклеточных структур, в которые эти биомолекулы входят.
Это при том, что наряду с рассмотренными примерами радиационных нарушений в макромолекулах разных классов, в клетке активируются защитные механизмы, предохраняющие или восстанавливающие макромолекулы и субклеточные структуры от лучевых повреждений. Имеются в виду антирадикальные, гипоксические и антиокислитель-ные механизмы, контролирующие процессы липопероксидации, многоплановые процессы репарации повреждений ДНК и других макромолекул.
Вместе с тем, пожалуй, нет таких биохимических процессов, которые, в зависимости от величины дозы и характера облучения, рано или
210
Гл. VI. Реакции клетки на действие ионизирующих излучений
поздно не претерпели бы изменений под действием ионизирующих излучений. Временная иерархия, т. е. последовательность появления стабильных структурно-метаболических радиационных изменений, проявляется в зависимости от этапов развития процессов повреждений и включения тех или иных защитных ресурсов в клетке.
Разнообразные и взаимосвязанные изменения на биологической стадии формируются в течение секунд, часов, суток, всего периода жизни клетки, исчисляемой для некоторых типов клеток месяцами.
Критическими для жизнедеятельности облученной клетки оказываются, в первую очередь, повреждения таких радиобиологических мишеней как ДНК и биологические мембраны. Повреждения их могут приводить к преждевременной гибели клетки посредством механизмов апоптоза или путем некроза, а в случае нелетального уровня — передаваться по наследству.
