Основные моменты, которые должны быть отражены в ответах студентов на эти вопросы и вопросы к экзамену, страница 6

при прямом действии излучения с ростом концентрациирастворенных молекул (т.е. с увеличением количества мишеней) числопораженных молекул (мишеней) должно возрастать (как это представлено нарис. 3, А) вследствие повышения вероятности попадания в них квантаизлучения. При этом доля пораженных молекул должна оставаться неизменной(рис. 3, Б).Именно поэтому и было сделано заключение, что повреждение растворенных вводе молекул может осуществляться не только в результате прямоговзаимодействия с ними излучения, но и в результате непрямого (косвенного)действия, а именно через активные продукты радиолиза воды.

Исходя изпредположения о наличии непрямого действия излучения, отсутствиезависимости радиационного эффекта от концентрации растворенных молекулобъясняется тем, что, начиная с какой-то концентрации, не всем растворенныммолекулам «достаются» активные продукты радиолиза воды, образующиеся вопределенном количестве при данной дозе облучения. Т.е. лимитирующимпараметром становится не концентрация молекул растворенного вещества, а23количество образовавшихся при данной дозе облучения активных продуктоврадиолиза воды. Поэтому дальнейшее увеличение концентрации растворенныхмолекул не приводит к росту числа пораженных молекул (рис. 4, А).Повышение же числа поврежденных молекул при больших исходныхконцентрациях растворенных молекул (изображено пунктиром) связано с тем,что здесь заметный вклад в их повреждение начинает вносить прямое действиеизлучения.

Это означает, что непрямое действие излучения преобладает тольков сильно разбавленных растворах. Очевидно, что доля пораженных молекулпри непрямом действии излучения снижается с увеличением исходнойконцентрации этих молекул (рис. 4, Б).Таким образом, эффект Дейла можно использовать в качестве одного изкритериев наличия прямого и непрямого действия излучения на радиационныеповреждения макромолекул в простых модельных системах (т.е. в водныхрастворах). Однако, в отношении клеток этот критерий неприменим, т.к. приразбавлении клеточной суспензии увеличивается расстояние только междуклетками, тогда как содержимое самих клеток не разбавляется.В качестве других критериев оценки вклада прямого и непрямого действияизлучения на какие-либо органические соединения и макромолекулыиспользуют сравнение эффективности облучения этих объектов врастворенном и сухом (или замороженном) состоянии.

В сухом (илизамороженном) состоянии эффект поражающего действия радиациипроисходит в основном в результате прямого действия излучения. Поэтому,если в растворенном состоянии эти объекты становятся значительно болеечувствительными к облучению, то считают, что существенный вклад в ихповреждение вносят продукты радиолиза воды.Обычно в растворенном в воде состоянии макромолекулы на несколькопорядков более чувствительны к облучению, чем в сухом состоянии. Например,при облучении РНК-азы γ-излучением 60Со доза D37 составляет 42 Мрад всухом состоянии и 0,42 Мрад в водном растворе, т.е.

различается в 100 раз. Этоговорит о том, что в водном растворе только 1% молекул РНК-азыинактивируется непосредственно за счет поглощения энергии излучения, тогдакак 99% инактивируются продуктами радиолиза воды.В настоящее время считают, что на уровне клетки непрямое действиеионизирующего излучения обеспечивает 70-90% лучевых поврежденийкритических клеточных структур, в том числе молекул ДНК.24Продукты радиолиза воды. Процесс радиолиза воды весьма сложен иокончательно еще не выяснен.

Основные реакции, протекающие при радиолизеводы, приведены ниже.I. Поглощение энергии ионизирующего излучения молекулой воды можетпривести к ее ионизации (энергия, которая для этого необходима, составляет12,56 эВ):hH 2O  H 2O+  e ,т.е. из молекулы воды выбивается электрон. Образовавшийся положительныйион воды взаимодействует с молекулой воды с образованием иона гидроксонияH3O + и гидроксильного радикала:H 2 O   H 2 O  H 3O   OH  ,а электрон взаимодействует с молекулой воды с образованием гидроксильногоиона и радикала водорода:e   H 2 O  OH   H  .Электрон может также стабилизироваться до относительно долгоживущегосостояния, известного под названием «гидратированный электрон» (е–гидр, илие–aq), путем структуризации вокруг себя молекул воды, являющихся, какизвестно, полярными молекулами.

Первая гидратная оболочкагидратированного электрона состоит из 6 молекул воды, расположенных ввершинах октаэдра и повернутых в сторону электрона одним из своих атомовводорода. Гидратированный электрон может диффундировать на значительноболее далекие расстояния, чем обычный электрон, и взаимодействует срастворенными биологическими молекулами уже вдали от места своегопоявления в результате радиолиза воды.II. Если поглощенная молекулой воды энергия излучения не достаточна дляионизации, но составляет по крайней мере 7 эВ, то молекула воды переходит ввозбужденное состояние и распадается непосредственно с образованием двухрадикалов – радикала водорода и гидроксильного радикала:hH 2 O  H 2 O*  H   OH  .При рекомбинации радикалов Н• и ОН• возникают вторичные молекулярныепродукты радиолиза воды – водород Н2 и перекись водорода Н2О2:H  H  H 2 ,OH   OH   H 2 O 2 .В области рН от 3 до 10 радиационно-химический выход G1 для указанныхпродуктов радиолиза воды имеет следующие значения:G H   0,6 ,G OH   2,3 ,G e   2,3 ,aqG H 2  0,45 ,G H 2 O 2  0,75 .1В общем случае радиационно-химический выход означает количество поврежденных илиобразовавшихся молекул на 100 эВ поглощенной энергии излучения:G=число поврежденных или образовавшихся молекул.100 эВ поглощенной энергии25При радиолизе воды образуются и другие продукты, однако, их радиационнохимический выход существенно ниже, чем для перечисленных выше.При наличии в воде растворенного кислорода О2 количество возможныхпродуктов, образующихся в результате радиолиза воды возрастает.

Так,например, могут возникать:– супероксиданионрадикал O 2 по реакции:eaq O 2  O 2 ,– перекисный радикал HO 2 (Н–О–О•) по реакции:H   O 2  HO 2 .В целом, наибольшее биологическое значение имеют продукты радиолизаводы, представленные на рис. 5.Как видно, среди них есть и радикалы (радикал водорода H•, гидроксильныйрадикал OH•, супероксиданионрадикал O  и перекисный радикал HO  ), и22нерадикальные продукты (гидратированный электрон е–aq и перекись водородаH2O2).

Гидроксильный радикал OH• является мощным окислителем и считаетсянаиболее химически активным продуктом радиолиза воды. Гидратированныйэлектрон также обладает высокой реакционной способностью, однако, уже вкачестве восстановителя. Перекись водорода, хотя и не является радикалом,представляет собой очень неустойчивое соединение и является источникомрадикальных продуктов (в частности, гидроксильного радикала). Ионы Fe2+увеличивают скорость распада перекиси водорода на несколько порядков; приэтом образуются гидроксильный радикал, гидроксильный анион и Fe3+(реакция Фентона):H 2 O 2  Fe 2   OH   OH   Fe 3  .Продукты радиолиза воды могут диффундировать от места образования кжизненно важным молекулам клетки и вызывать их модификацию, т.е.повреждение, например, в результате следующих реакций (МН здесь любаямолекула – ДНК, белка, липида и др.):MH + H• → M• + H2,MH + H• → MH2•,MH + OH• → M• + H2O,MH + OH• → MHOH•,MH + HO2• → MOOH + H•.Образовавшиеся в этих реакциях свободные радикалы жизненно важныхмолекул могут привести как к внутримолекулярным перестройкам этихмолекул (например, сшивкам), так и к взаимодействию этих молекул с другими26имеющимися в клетке соединениями (например, с кислородом или какимилибо органическими веществами).

В результате этих изменений биомолекулымогут изменить свои физико-химические свойства и потерять функциональнуюактивность.Следует отметить, что и радикальные, и нерадикальные продукты,образующиеся при радиолизе воды, не являются какими-либо специфическимисоединениями, возникающими только в процессе радиолиза. Все эти продуктыобразуются и в различных метаболических процессах, протекающих в клетке внорме в отсутствие облучения. В нормальных условиях, однако, их уровеньсущественно ниже. Повышенный уровень радикальных продуктов можетнаблюдаться и при многих других патологических состояниях, а не только приоблучении. Кроме того, в клетке при различных метаболических процессахобразуются и другие радикальные продукты. Большинство из этихрадикальных продуктов имеют в своем составе кислород и поэтому получилиназвание активных форм кислорода (АФК, Reactive Oxygen Species – ROS).Для предотвращения избыточного накопления АФК и интенсификациидеструктивных окислительных процессов в организме имеется сложныйкомплекс защитных антиоксидантных (антиокислительных) систем какферментативной, так и неферментативной природы.Радиационно-индуцированные окислительные процессы в липидах (реакцииинициирования цепи, продолжения цепи, разветвления цепи):hOLH2 L  LOOHLH  L LOO  O2 ............L LOO  LHOH  LOLOOH   LOO   H9.

Антиокислительные системы, участвующие в регуляции активных формкислорода.1) Назовите основные активные формы кислорода, образующиеся придействии ионизирующих излучений.2) Какую из активных форм кислорода считают наиболеереакционноспособной (т.е. опасной для клетки).3) Назовите основные антиоксидантные защитные системы и факторы ворганизме.4) Какую реакцию осуществляет супероксиданиондисмутаза?5) Назовите основные пути детоксикации перекиси водорода в клетке.6) Нарисуйте схему функционирования глутатионпероксидазной системы,какие компоненты она включает?7) Какую реакцию осуществляет гемоксигеназа, какие продукты при этомобразуются и почему ее считают антиоксидантным ферментом.8) Какие вы знаете неферментативные (небелковые) антиоксиданты?9) Какая антиоксидантная система осуществляет детоксикацию органическихгидроперекисей?2710) Перекись водорода не является радикалом.

Тогда какую же онапредставляет опасность для клетки?10. Кислородный эффект в радиобиологии и его механизмы.Кислородный эффект в радиобиологии – это явление усиления поражающегодействия ионизирующего излучения в присутствии кислорода во времяоблучения. Иными словами, кислородным эффектом называютрадиосенсибилизирующее действие кислорода. На практике кислороднымэффектом часто называют также радиозащитное действие гипоксии.Кислородный эффект является универсальным явлением и наблюдается приоблучении различных объектов – целых организмов, клеток и простыхмодельных систем.Для количественной оценки любого радиомодифицирующего эффектаиспользуют т.н.