Жорина Л.В., Змиевской Г.Н. Основы взаимодействия физических полей с биологическими объектами (2006) (1095846), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Они могут закончиться гибелью клетки. Действие ИИ на белки, нуклеиновые кислоты, простые сахара (углеводы), липиды, клетку. Прежде чем рассматривать действие ИИ на биомолекулы, кратко напомним строение белков и ДНК. Первичная структура белка — последовательность аминокислот; вторичная — локальная упорядоченность; третичная (конформация) — пространственная структура в некотором объеме, определяется выполняемой функцией; четвертичная — сосуществование различных глобул, например как в молекуле гемоглобина. Белки выполняют различные функции: соединительную, иммунную, транспортную и т. д. Ферменты представляют собой белковые молекулы, синтезируемые живыми клетками.
Они являются биологическими катализаторами, т. е, ускоряют биологические реакции. Ферментативные реакции делятся на анаболические (реакции синтеза крупных молекул из более мелких и простых) и катаболические (реакции распада крупных молекул на более мелкие и простые). Для анаболических реакций необходимо затратить энергию, а катаболические реакции обычно идут с выделением энергии. Совокупность всех этих реакций в любой момент и есть метаболизм клетки, органа, организма. Структура ДНК делится на первичную (последовательность нуклеотидов в полинуклеотидной цепи) и вторичную (пространственное расположение цепи). Облучение белковых растворов приводит к нарушению первичной структуры белков (выборочное разрушение отдельных аминокислот, изменения в аминокислотах: разрывы связей С-С и С вЂ” )ч, отщеплсние карбоксильной группы, атома Н), изменению вторичной структуры, нарушению конформации, возможно нарушение активного центра ферментов, возникновение агрегации мо- 5б лекул за счет образования дисульфидных связей, деструкции, связанной с разрывом пептидных или углеводородных связей, а также денатурации белка, т.
е, утраты трехмерной конформации данной молекулы. При этом аминокислотная последовательность белка остается неизменной, но белок теряет способность выполнять свою обычную биологическую функцию и способность к межмолекулярному узнаванию (потеря иммунитета). Наиболее чувствительны при облучении белков БН-группы. Все эти процессы наблюдаются при поглощении достаточно 5 высоких доз (- 10 рад). При дозах 500 Р замедляется биосинтез белка за счет снижения уровня доноров метнльных групп и триптофана для аминокислот. При поглощении небольших доз с помощью системы репарации происходит восстановление повреждений, вызванных ИИ. Тест-эффектом облучения ферментов является потеря ими активности. При действии ИИ на нуклеиновые кислоты происходят однонитевые разрывы (ОР) и двухнитевые разрывы (ДР), разрывы водородных связей и частичная денатурация ДНК, повреждение нуклеотидов (пуриновых и пиримидиновых оснований, окисление спиртовых групп, разрывы С вЂ” С связей) и возникновение межмолекулярных сшивок (ДНК вЂ” ДНК, ДНК вЂ” белок).
Могут оказаться поврежденными иРНК', тРНК и рнбосомы. Наиболее чувствительными при облучении ДНК являются хромофорные группы тимина. Одно- и двухннтевые разрывы считаются ответственными за летальные события в клетке. В клетках млекопитающих эффективно репарируются как те, так и другие разрывы.
Разрыв является однонитевым, если происходит: а) в одной из нитей; б) в обеих нитях, при этом расстояние по нуклеотидной цепочке между этими разрывами достаточно большое. Такие разрывы называют также двойными однонитевыми разрывами. Двухнитевым разрывом является разрыв в обеих нитях, при этом расстояние между этими событиями по цепи не больше 3 — 5 нуклеотидов. Можно считать установленными и следующие факты; ° выход ОР пропорционален дозе облучения ИИ; ° выход ОР уменьшается с ростом линейной передачи энергии иРНК вЂ” информационная рибонуклеиновая кислота (РНК). тРНК вЂ” транспортная РНК.
57 (ЛПЭ). ЛПЭ вЂ” тормозная способность вещества, которая близка к с1Е потере энергии на единице пути, т. е. — (см, формулу (1.1)); Нх ° число ОР существенно уменьшается со временем из-за репарационных процессов. В клетках млекопитающих ОР практически полностью репарируются. При одинаковой поглощенной дозе отношение числа ДР к ОР Ю(ДР) 1 1 М(ОР) 10 50 С биофизической точки зрения такое соотношение объясняется тем, что ДР может наступить только тогда, когда в очень малом пространстве с длиной пути частицы около 2 нм и сечением, равном длине 3-5 нуклеотидов, происходит, по крайней мере, два события энергопоглощения, что значительно менее вероятно, чем единичный акт.
С ростом числа заряженных частиц выход ДР увеличивается, достигая наибольшего значения при ЛПЭ, равной 100...200 кэВ/мкм. При дальнейшем увеличении ЛПЭ выход ДР снижается. Репарация ДР в 10 % клеток млекопитающих не происходит по тем или иным причинам.
Они погибают в результате воздействия ИИ. Структурные повреждения ДНК в результате действия ИИ будут служить препятствием для нормального протекания процессов репликации, транскрипции и трансляции генетической информации, Облучение значительными дозами (до !О и более миллионов рад) приводит к окислению и распаду простых сахаров, в результате чего образуются органические кислоты и формальдегид, В результате облучения липидов инициируются реакции свободнорадикального перекисного окисления, которые имеют особое значение в развитии лучевой болезни.
При облучении организма отмечается снижение содержания липидов и их перераспределение в различных тканях с повышением их уровня в печени и крови. Перекисное окисление липидов может привести к поражению мембранно-связанных белков, а также к нарушению проницаемости мембран, смещению ионных градиентов, выходу ферментов из лизосом, нарушению окислительного фосфорилирования. В результате действия ИИ обнаруживаются изменения во внутриклеточных структурах, в частности, в митохондрнях и микросомах накапливаются токсичные для клетки продукты окисления тканевых липидов.
К числу наиболее радиочувствительных процессов в клетке относится окислительное фосфорилирование, Доза 100 Р проявляется в повреждении системы генерирования аденозинтрифосфата (АТФ), без которого не обходится ни один процесс жизнедеятельности. Наиболее чувствительными к облучению органеллами клеток организма млекопитающих являются ядро и митохондрии. Повреждение происходит при малых дозах (50 Р). Рассмотренная выше химическая стадия действия ИИ на клетку приводит к нарушениям, наступающим в результате высвобождения ферментов из клеточных органелл и изменения их активности. Эти нарушения соответствуют биохимическому этапу лучевого поражения клетки.
Высвободившиеся ферменты путем диффузии достигают любой органеллы и проникают в нее благодаря увеличению проницаемости мембран. Нарушение ядерной мембраны может привести к разрушению генетического аппарата, например, вследствие проникновения в ядро гидролитических ферментов — РНКаз, окислительных фосфатаз и др. Под воздействием этих ферментов распадаются высокомолекулярные компоненты клетки, в том числе нуклеиновые кислоты и белки.
Наиболее важными изменениями в клетке после облучения являются следующие: а) повреждение механизма митоза (деления) и хромосомного аппарата. Причем самые ранние эффекты связаны с повреждением мембран; б) блокирование процесса обновления и дифференцировки клеток; в) блокирование процессов пролиферации и последующей физиологической регенерации тканей.
Радиочувствительность клетки зависит от скорости протекающих в ней обменных процессов. Клетки, пребывающие в стационарной фазе, менее чувствительны, а клетки, для которых характерны интенсивно протекающие биосинтетические процессы, высокий уровень окислительного фосфорилирования и значительная скорость роста, более чувствительны.
В малообновляемых тканях скрытое лучевое повреждение может храниться долгое время, с этим связана способность тканей суммировать эффект лучевого поражения при длительном фракционированном облучении с малой мощностью поглощенной дозы. Биологические реакции человека на действие ИИ. Доза облучения, при которой организм погибает мгновенно, называется летальной дозой. Заметим, что чувствительность к ИИ у различных представителей флоры и фауны неодинакова.
Так, для человека смертельной является доза около 600 Р, для мышей — 650 Р, для змей — 8...20 кР, для амебы — 100 кР, а инфузории выдерживают более 300 кР. Семена лилии погибают при 2 кР, а капусты— 59 при 64 кР. Некоторые микробы выдерживают сотни килоренттен, хотя большинство из них гибнет при гораздо меньшей дозе, что позволяет использовать РИ в качестве средства холодной стерилизации изделий из материалов, не выдерживающих кипячение. Из изложенного выше следует, что биообьекты, появившиеся на Земле раньше других, выдерживают значительно более высокие дозы радиации, чем высокоорганизованные. Средняя летальная доза для млекопитающих составляет 300...900 Р.
Поглощаемая при этом тканями и органами энергия настолько мала, что могла бы повысить их температуру всего на сотые доли градуса. Поглошение организмом млекопитаюшего до 1О Гр ИИ вызывает острую лучевую болезнь. Перечислим острые поражения для человека: ° изменение формулы крови, изменение некоторых вегетативных функций — менее 100 бэр; ° острая лучевая болезнь — более 100 бэр. Дозы однократного облучения 500... 600 бэр смертельны; ° лучевые ожоги — от 500 бэр и более 1 200 бэр.
Они бывают четырех степеней тяжести: от выпадения волос, шелушения и пигментации кожи до язвенно-некротических поражений с образованием трофических язв; ° при длительном, повторяющемся или внутреннем облучении возможно развитие хронической лучевой болезни. Как уже было сказано ранее (см. 1.4), при действии на млекопитаюших различают (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
