Экзаменационные вопросы и основные моменты, которые должны быть отражены в ответах студентов на эти вопросы (1123290), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Так,например, могут возникать:– супероксиданионрадикал O 2 по реакции:eaq O2 O2 ,– перекисный радикал HO 2 (Н–О–О•) по реакции:H O 2 HO 2 .В целом, наибольшее биологическое значениеимеют продукты радиолиза воды, представленныена рис. 5.Как видно, среди них есть и радикалы (радикалводорода H•, гидроксильный радикал OH•,супероксиданионрадикал O 2 и перекисный радикалHO 2 ), и нерадикальные продукты (гидратированныйэлектрон е–aq и перекись водорода H2O2).Гидроксильный радикал OH• является мощнымокислителем и считается наиболее химическиактивным продуктом радиолиза воды.Гидратированный электрон также обладает высокой47реакционной способностью, однако, уже в качествевосстановителя.
Перекись водорода, хотя и неявляется радикалом, представляет собой оченьнеустойчивое соединение и является источникомрадикальных продуктов (в частности,гидроксильного радикала). Ионы Fe2+ увеличиваютскорость распада перекиси водорода на несколькопорядков; при этом образуются гидроксильныйрадикал, гидроксильный анион и Fe3+ (реакцияФентона):H 2 O 2 Fe 2 OH OH Fe 3 .Продукты радиолиза воды могут диффундировать отместа образования к жизненно важным молекуламклетки и вызывать их модификацию, т.е.повреждение, например, в результате следующихреакций (МН здесь любая молекула – 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 свободныерадикалы жизненно важных молекул могут привестикак к внутримолекулярным перестройкам этихмолекул (например, сшивкам), так и квзаимодействию этих молекул с другимиимеющимися в клетке соединениями (например, скислородом или какими-либо органическимивеществами).
В результате этих измененийбиомолекулы могут изменить свои физикохимические свойства и потерять функциональнуюактивность.Следует отметить, что и радикальные, инерадикальные продукты, образующиеся при48радиолизе воды, не являются какими-либоспецифическими соединениями, возникающимитолько в процессе радиолиза. Все эти продуктыобразуются и в различных метаболическихпроцессах, протекающих в клетке в норме вотсутствие облучения.
В нормальных условиях,однако, их уровень существенно ниже. Повышенныйуровень радикальных продуктов может наблюдатьсяи при многих других патологических состояниях, ане только при облучении. Кроме того, в клетке приразличных метаболических процессах образуются идругие радикальные продукты. Большинство из этихрадикальных продуктов имеют в своем составекислород и поэтому получили название активныхформ кислорода (АФК, Reactive Oxygen Species –ROS).Для предотвращения избыточного накопления АФКи интенсификации деструктивных окислительныхпроцессов в организме имеется сложный комплексзащитных антиоксидантных (антиокислительных)систем как ферментативной, так инеферментативной природы.Радиационно-индуцированные окислительныепроцессы в липидах (реакции инициирования цепи,продолжения цепи, разветвления цепи):h2LH L LOO L LOOHOLH2L LOO ............OOH LO LOOH LOO HLH499.Антиокислительные системы, участвующие врегуляции активных форм кислорода.1) Назовите основные активные формы кислорода,образующиеся при действии ионизирующихизлучений.2) Какую из активных форм кислорода считаютнаиболее реакционноспособной (т.е.
опасной дляклетки).3) Назовите основные антиоксидантные защитныесистемы и факторы в организме.4) Какую реакцию осуществляетсупероксиданиондисмутаза?5) Назовите основные пути детоксикации перекисиводорода в клетке.6) Нарисуйте схему функционированияглутатионпероксидазной системы, какиекомпоненты она включает?7) Какую реакцию осуществляет гемоксигеназа,какие продукты при этом образуются и почему еесчитают антиоксидантным ферментом.8) Какие вы знаете неферментативные (небелковые)антиоксиданты?9) Какая антиоксидантная система осуществляетдетоксикацию органических гидроперекисей?10)Перекись водорода не является радикалом.Тогда какую же она представляет опасность дляклетки?10.Кислородныйэффект в радиобиологии и егомеханизмы.Кислородный эффект в радиобиологии – это явлениеусиления поражающего действия ионизирующегоизлучения в присутствии кислорода во время50облучения. Иными словами, кислородным эффектомназывают радиосенсибилизирующее действиекислорода.
На практике кислородным эффектомчасто называют также радиозащитное действиегипоксии.Кислородный эффект является универсальнымявлением и наблюдается при облучении различныхобъектов – целых организмов, клеток и простыхмодельных систем.Для количественной оценки любогорадиомодифицирующего эффекта используют т.н.«фактор изменения дозы» (ФИД), которыйрассчитывают как отношение равноэффективныхдоз облучения в присутствии и отсутствиирадиомодифицирующего агента.
При этомнезависимо от направления модифицирующеговоздействия (т.е. усиления или ослабления лучевогоэффекта) берется отношение большей дозы кменьшей. В случае кислородного эффекта величинуФИД часто называют коэффициентом кислородногоусиления (ККУ) (Oxygen Enhancement Ratio – OER).На рис. 1 показаны кривые выживаемостикультивируемых клеток, облученных γ-излучениемна воздухе и в отсутствии кислорода (т.е. в условияханоксии, которую обычно создают помещаяисследуемые объекты в атмосферу азота). Каквидно, для снижения доли выживших клеток до 0,01от исходной при облучении на воздухепотребовалась доза Х1, а при облучении в условияханоксии – доза Х2.
Таким образом, ККУ равен Х2/Х1,т.е. кислород повысил радиочувствительностьклеток в Х2/Х1 раз. Обычно ККУ в экспериментах наклетках не превышает значение 3. В радиобиологииподобные радиомодифицирующие эффекты51считаются очень сильными, т.е. кислород являетсявесьма эффективным радиосенсибилизатором.Часто также для определения ККУ в экспериментахна культивируемых клетках используютсоотношение доз D0 в условиях аноксии (илигипоксии) и в нормальных условиях:D в условиях аноксии (или гипоксии).ККУ= 0D0 в нормальных условияхНаиболее четко кислородный эффект наблюдаетсяпри облучении редкоионизирующими излучениями(γ- и рентгеновским), характеризующимися низкойлинейной потерей (передачей) энергии (ЛПЭ).
Сувеличением ЛПЭ кислородный эффект быстроуменьшается и полностью отсутствует при действииα-излучения, обладающего высокой ЛПЭ. На рис. 2представлены различные варианты проявлениякислородного эффекта в зависимости отприменяемого вида ионизирующего излучения –рентгеновского, нейтронного и α-излучения. Как52видно из рисунка, самое высокое значение ККУнаблюдается при действии рентгеновскогоизлучения.ККУ при облучении животных рассчитывают какотношение полулетальных доз (ЛД50) в условияхгипоксии и в нормальных условиях:ККУ =ЛД50 в условиях гипоксии.ЛД50 в нормальных условияхКривая гибели животных после облучения вусловиях гипоксии сдвигается в область болеевысоких доз как показано на рис.
3. При облученииживотных заметное снижениерадиочувствительности, по сравнению снормальным атмосферным воздухом, наблюдаетсяпримерно при 10%-ном содержании кислорода иниже. Для мышей минимальной концентрациейкислорода в воздухе, ниже которой они гибнут,является 7%, а для крыс – 5%. Максимальный ККУдля животных не превышает 2. Длительностькислородного эффекта у животных невелика, т.е.защитное действие гипоксии снижается придлительном нахождении в гипоксических условиях.53Кислородный эффект обнаружен не только наклеточном и организменном уровне, но и вэкспериментах с биологическими макромолекуламив простых модельных системах. Основныерезультаты получены, главным образом, сферментами и нуклеиновыми кислотами.Кислородный эффект почти всегда наблюдается приоблучении сухих ферментов.
Однако, при облучениимакромолекул в разбавленных водных растворахкислородный эффект может быть очень слабым илиполностью отсутствовать. Более того, возможендаже защитный эффект кислорода (т.н. обратныйкислородный эффект), что былопродемонстрировано, например, при облучениирастворов трипсина: его радиочувствительность ватмосфере азота была в 3 раза выше, чем вкислородной среде.На клеточном уровне зависимость кислородногоэффекта от концентрации кислорода подробна былаисследована в 50-е годы прошлого столетияЛ. Греем с сотрудниками (экспериментыпроводились на дрожжах, бактериях и клеткахмлекопитающих в культуре). Графическоеизображение этой зависимости (т.н. кривой Грея)54представлено на рис.
4. Как видно из рисунка, ввоздухе ККУ равен примерно 3 (т.е.радиочувствительность уже максимальна) и невозрастает при повышении концентрации кислорода.При снижении концентрации кислорода со159 мм рт. ст. (воздух) до 30 мм рт. ст. ККУснижается очень незначительно. А вот в диапазонеот 20 мм рт. ст. до 0 мм рт. ст. ККУ снижается оченьрезко. При парциальном давлении кислорода3 мм рт. ст. (что соответствует 0,4%-номусодержанию кислорода) ККУ равен примерно 2.В 1956 г.
Т. Альпер и П. Говард-Фландерс высказалигипотезу о механизме кислородного эффекта,включающую несколько положений:а) в результате облучения мишени образуется ееактивированное состояние;б) это активированное состояние мишенисуществует в течение очень короткого времени(несколько миллисекунд, не более 20 мс), а затем55мишень возвращается в стабильное состояние (т.е.восстанавливается);в) в активированном состоянии мишень являетсяочень реакционноспособной по отношению ккислороду;г) если во время облучения в среде присутствуеткислород, то мишень в активированном состояниивзаимодействует с ним с образованием перекиси(гидроперекиси), т.е.
происходит пероксидациямишени.д) пероксидация мишени приводит к потере еефункциональных свойств (например,ферментативной активности и т.д.) и затрудняет еерепарацию (например, у молекулы ДНК) или вовседелает ее невозможной. Повреждение становитсянерепарируемым. Иными словами, кислородзакрепляет («фиксирует») повреждение мишени, всвязи с чем описанную гипотезу о механизмекислородного эффекта часто называют «гипотезойкислородной фиксации».На рис.
5 представлена схема механизмакислородного эффекта. Как видно из рисунка,кислородный эффект отражает наличие конкуренциимежду процессами восстановления и необратимойпероксидаций первичных повреждений мишени.Следует отметить, что нерепарируемые повреждениямишени могут возникать и без участия кислорода,56т.е. при действии излучения на мишень возможнопоявление 2-х типов повреждений:а) повреждений I типа – потенциально летальныхповреждений (скрытых), которые могут статьявными (летальными, нерепарируемыми) привзаимодействии с кислородом;б) повреждений II типа – летальных всегда,независимо от наличия кислорода.Ослабление кислородного эффекта при повышенииЛПЭ излучения происходит именно потому, что сувеличением ЛПЭ возрастает доля летальныхповреждений, появление которых не зависит откислорода (т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
