AtomLab_labwork_2-2 (829248), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Как известно, ковалентные химические связи между атомами вмолекулах образуются за счет спаривания электронов, имеющих противоположныеориентации спина. Поэтому у большинства молекул с четным числом электронов суммарныймагнитный момент равен нулю, такие молекулы диамагнитны.
Если в ходе химическихпревращений (например, вследствие окислительно-восстановительных реакций или разрывахимических связей) у молекулы оказывается нечетное число электронов, то такая молекулаприобретает свойства парамагнетика. В сложных биологических системах, состоящих изогромного числа разных молекул, относительное содержание парамагнитных молекулневелико. Связано это, в частности, с тем, что большинство свободных радикалов обладаютповышенной реакционной способностью. Свободные радикалы легко вступают в химическиереакции с различными внутриклеточными соединениями, в результате чего их временажизни оказываются, как правило, очень короткими. Поэтому традиционнымимагнитометрическими методами было практически невозможно следить за химическимипревращениями парамагнитных молекул в сложных биологических системах. Положениеизменилось с появлением метода ЭПР, позволившего избирательно детектировать и изучатьэлектронное строение различных парамагнитных частиц.Например, двухатомная молекула оксида азота NO играет исключительно важнуюроль в качестве универсального регулятора клеточного и тканевого метаболизма.Многочисленные исследования последних лет показали, что молекула NO используется всистеме регуляции кровяного давления, в развитии иммунной реакции и, вероятно, являетсяважным биохимическим компонентом в системе долговременной памяти.
Сравнительнонедавно было обнаружено, что оксид азота является нейромедиатором, то есть играет рольпереносчика сигналов в нервной системе. Установлено, в частности, что образованиеизбыточного количества NO может быть связано с возникновением некоторыхпатологических состояний центральной нервной системы, включая судорожныерасстройства. Понятно, почему все больший интерес к изучению свойств и механизмоврегуляторного действия NO радикалов проявляют биохимики, физиологи и медики.Решающую роль в обнаружении NO в клетках и тканях различных животных имикроорганизмов сыграл метод ЭПР. Связано это с тем, что окись азота содержитнеспаренный электрон (химическая формула этой молекулы N O ) и поэтому обладаетпарамагнитными свойствами, благодаря которым появление NO в клетке можнозарегистрировать по сигналу ЭПР.
Молекула NO представляет собой короткоживущийрадикал, который обладает высокой реакционной способностью, поэтому концентрациясвободных молекул NO в клетке очень мала. Для улавливания NO радикалов обычноиспользуют специальные химические ловушки, которые связывают NO, образуя стабильныепарамагнитные нитрозильные комплексы. Эти комплексы дают характерные сигналы ЭПР,по которым судят об образовании в клетках и тканях NO радикалов.Сигнал ЭПР, обусловленный радикалом NO, был открыт в нашей стране в 1963 году вИнституте химической физики АН СССР в Москве в пекарских дрожжах. Сигнал имел виддублета и среднее значение g-фактора, равное 2,03.
Позже были обнаружены парамагнитныецентры, дающие такой же сигнал ЭПР, в тканях животных. Первоначально авторы открытияпредположили, что источником сигнала являются серные радикалы. Однако в ходедальнейших исследований было выяснено, что "сигнал 2,03" принадлежит нитрозильным186© www.phys.nsu.ruкомплексам железа (Fe-NO). Сигналы ЭПР нитрозильных комплексов были обнаружены вразличных биологических тканях и микроорганизмах.
Впоследствии были доказано, что NOрадикалы играют ключевую роль в регуляции многих важнейших биологических процессов,о которых шла речь выше. Метод ЭПР, позволяющий регистрировать сигналы NO радикалови их комплексов, сыграл в этом решающую роль.Наряду с биологическими парамагнитными центрами естественного происхождения,к которым, в частности, относятся NO радикалы, в биологических системах могут возникатьпарамагнитные центры, вызванные радиационными повреждениями биомолекул. МетодомЭПР были обнаружены свободные радикалы и ион-радикалы, появляющиеся под действиемионизирующего излучения в целых клетках и тканях, изолированных белках и нуклеиновыхкислотах.
Ограничимся лишь одним из многочисленных примеров практическогоприменения метода ЭПР в области дозиметрии.Одной из важных практических задач этого радиационной биофизики являетсяпроведениебиодозиметрическихобследованийнаселения,пострадавшегоприрадиоактивном загрязнении окружающей среды, в частности после аварии наЧернобыльской АЭС и многолетних испытаний ядерного оружия. Население, проживающеевблизи ядерных полигонов или аварийных АЭС, подвергалось неконтролируемомуоблучению ионизирующими излучениями, однако подавляющее большинство людей, какправило, не имели дозиметров. Поэтому в настоящее время приходится определятьпоглощенные дозы облучения ретроспективно, используя биодозиметры, созданныеприродой.
В основе метода биодозиметрии лежит тот факт, что под действиемионизирующего излучения в некоторых биологических тканях и материалах накапливаютсядолгоживущие парамагнитные центры, количество которых пропорционально поглощеннойдозе. Такие стабильные радиационно-индуцированные парамагнитные центры возникают, вчастности, в эмали зубов и костях.
Эмаль зубов имеет минеральную основу в видеизоморфных кристаллов апатита, в которую включены некоторые органические соединения.Образующиеся при радиационном облучении эмали зубов парамагнитные центрыисключительно стабильны. По некоторым оценкам, их времена жизни составляют 109 лет!Это неудивительно, поскольку парамагнитные центры, возникающие при облучении втвердой минеральной основе эмали зубов, жестко фиксированы и не могут рекомбинироватьдруг с другом.
Поэтому на протяжении всей жизни животных и человека в эмали их зубовнакапливаются устойчивые парамагнитные центры, возникающие под действиемионизирующего излучения. Чем выше полученная доза, тем больше образуется такихпарамагнитных центров. Иными словами, каждый человек, имеющий хотя бы один зуб,обладает своеобразным природным дозиметром ионизирующего излучения.Дозу излучения, поглощенного эмалью зубов, нетрудно рассчитать, если с помощьюспектрометра ЭПР измерить концентрацию радиационно-индуцированных парамагнитныхцентров.
Измеряя интенсивность радиационно-индуцированного сигнала ЭПР, можноопределить дозу ионизирующего излучения, поглощенного организмом в течение всей егожизни. К сожалению, для того чтобы приготовить стандартный образец зубной эмали ипровести соответствующие измерения методом ЭПР, пациенту обычно приходитсяжертвовать своим зубом.187.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
