ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.12.2021
Просмотров: 1010
Скачиваний: 3
Л. І. Григор’єва, Ю. А. Томілін
234
утворення вільних радикалів: H
.
, OH
.
Рис. 8.6.2.
Утворення вільних радикалів з молекули води під дією
іонізуючого випромінювання
Таким чином, у результаті
первинної дії іонізуючого випромінювання
на чисту воду
виникають дуже
реакційноспроможні вільні радикали
H
.
і OH
.
, гідратований електрон
.
Ці радикали не можуть існувати довго, з ними відбувається ряд
наступних перебудов: наприклад, радикал водню
H
може існувати
тільки дуже короткий час - порядку 10
-5
, 10
-6
сек. У цей час:
–
або два атоми водню поєднаються разом, утворюючи молекулу
водню;
–
або
H
втратить електрон, віддавши його іншому атому, і
перетвориться в атом водню;
–
або ж, якщо у воді розчинена якась речовина,
H
.
може
приєднатися до неї.
Так само нестійким і хімічно реактивним є і вільний радикал
OH
,
який є добрим окисником.
Основи біофізики і біомеханіки
235
При наявності у воді р о з ч и н е н о г о к и с н ю відбувається
утворення радикалу
HO
2
.
іонізуюче випромінювання
H
2
O+O
2
OH
.
+
HO
2
.
або
H
.
+
О
2
HO
2
.
У рідинах організму, як правило, розчинений кисень, тому утворення
радикалу
HO
2
(гідроперекисний радикал) є першим кроком перетворення
енергії іонізуючого випромінювання на енергію хімічних реакцій.
Вважається, що цей радикал, поєднуючись з іншим таким же
радикалом, перетворюється на
перекис водню
і
кисень
:
HO
2
.
+
HO
2
.
H
2
O
2
+ O
2
При наявності у воді розчиненої речовини радикал
HO
2
.
(гідроперекисний радикал), в силу своїх окислюючих властивостей,
буде віднімати електрон від іншої сполуки, перебудовуючися при
цьому в іон
HO
2
-
, який у всіх розчинах переходить на
перекис водню
:
HO
2
-
+ H
+
H
2
O
2
Тобто перекис водню є одним з первинних продуктів радіолізу води.
Таким чином (
рис. 9.6.3.
), при дії іонізуючого випромінювання на
воду, внаслідок утворення вільних радикалів
OH
.
, гідроперекисних
радикалів
HO
2
, перекисних молекул
H
2
O
2
, відбуваються процеси
окиснення розчиненої у воді речовини, що є причиною виникнення
наступних хімічних перебудов у молекулах і клітинах живого організму.
У цілому продуктами радіолізу води є гідратований електрон,
вільні радикали
OH
.
,
OH
.
;
молекули водню, перекис водню,
гідроперекисний радикал та деякі інші сполуки, які взаємодіють з
молекулами інших речовин, змінюючи їх, що і спричиняє виникненню
первинних радіаційно-хімічних ушкоджень
речовини під дією
іонізуючого випромінювання.
У загальному випадку виділяють наступні механізми перетворень
нестабільних хімічних форм, що з’являються в первинних процесах
радіолізу:
1.
Відщеплення атома водню з утворенням вільного радикалу:
R – H + H
R + H
2
,
R – H + OH
R + H
2
O.
2.
Подальші реакції залежать від того, чи є в середовищі кисень.
У присутності кисню будуть відбуватися реакції приєднання кисню:
R
+ O
2
RO
2
– радикал перекису.
3.
Подальші реакції цього радикалу перекису можуть бути
різними, наприклад:
ROO
.
+ RH
ROOH + R
.
.
Л. І. Григор’єва, Ю. А. Томілін
236
Важливим є, які саме органічні речовини в клітинах і тканинах
реагують у першу чергу з вільними радикалами води, внаслідок чого
виникають перекисні сполуки. Сьогодні є багато різних поглядів на
предмет виникнення первинних радохімічних ушкоджень клітини
(наприклад, є думки, що початковими продуктами впливу випромінювань
є ненасичені жирні кислоти і їх перекиси, через що продукти окису
жирів діють токсично на клітини, з чим і пов’язують ланцюг первинних
ланцюгових реакцій; в останній час з’явилося багато доказів, що
унікальною структурою клітини при дії іонізуючого випромінювання є
не лише ядро, ДНК, а і клітинна мембрана – з цим також пов’язують
наступні ланцюгові реакції в клітині, в організмі в цілому).
I. Вода без О
2
II. Вода, в якій розчинено О
2
Х – розчинена речовина
Рис. 8.6.3.
Схема дії іонізуючого випромінювання на воду
Основи біофізики і біомеханіки
237
Методичні підходи в радіобіології
.
Теорія мішені.
Теорію мішені
було розглянуто і розвинуто в працях К. Уіммера, М. Ф. Тимофеєва-
Ресовського. Ця теорія ґрунтується на трьох принципах:
влучання,
мішені, посилювавача
.
Принцип влучання
:
1.
Передача енергії іонізуючого випромінювання речовині
характеризується дискретністю й статистичними особливостями.
2.
Молекули або складніші субклітинні структури, яким передається
енергія випромінювання, що спричиняє їх ураження, мають неоднакове
значення в життєдіяльності клітини.
За принципом влучання основою променевого ураження клітини є
випадковий акт влучання фотону або зарядженої частинки в певну її
ділянку, де відбувається дискретне її передавання енергії випромінювання
речовині. Тобто для інактивації
26
клітини потрібно, щоб випромі-
нювання віддало певну частину своєї енергії, яке здійснюється через
фотоефект або ефект Комптону. Таким чином передумовою влучання є
проходження крізь клітину гамма-фону або зарядженої частинки й
здійснення іонізації або збудження. У випадку випромінювання із малими
значеннями ЛПЕ трек може не перетинати клітину і це може не
супроводжуватись актами іонізації та збудження молекул не відбувається.
Принцип мішені
: інактивація клітини відбувається лише за умови
влучання в певні її ультраструктури. Таким чином саме молекули й
більш складні ультраструктури клітини – є структурою мішені.
Мішень
– це
молекула або надмолекулярна структура, ушкодження
якої супроводжується проявами конкретного радіобіологічного ефекту,
який є одиницею реакції
. Найрозповсюдженішою одиницею реакції є
проліферативна загибель клітини.
Передача енергії в результаті акта влучання іонізуючої частки
відбувається у конкретному об’ємі клітини, який називається ефективним
об’ємом.
Ефективний об’єм
–
це простір, який оточує мішень, у
межах якого енергія, яка передана під час взаємодії випромінювання з
речовиною, може мігрувати до мішені
.
Принцип посилювача
полягає в тому, що внаслідок передачі енергії
випромінювання речовині (невеликої за кількістю) відбувається іонізація
молекул або їх збудження, що спричиняє інактивації клітини, а у разі
останньої відбуваються різні перетворення різноманітних молекул і
надмолекулярних структур (тобто великі структурні перетворення в
26
Порушення нормального протікання функціональних процесів у клітині.
Л. І. Григор’єва, Ю. А. Томілін
238
клітині). Таким чином, передача незначної кількості енергії внаслідок
опромінення клітини, спричиняє значні структурні перетворення у клітині.
Ця
н е а д е к в а т н і с т ь масштабів іонізуючої й результативних
подій
у разі дії іонізуючого опромінення і полягає у змісті принципу
посилювача.
Наприклад, після ушкодження гену відбувається дефіцит його
продуктів: білкових молекул, що в свою чергу, індукує багато разів
транскрипцію ушкодженого гену й процес трансляції на ушкодженій
матричній РНК, що, у свою чергу, не усуває дефіциту генного продукту й
перевантажує клітину не властивими для норми молекулами білкової
природи. Це явище визначає розвиток подальших подій, що завершується
інактивацією клітини. Це і є посилення ефекту.
Дія іонізуючого випромінювання на основні метаболічних процесів
у клітині та радіочутливість клітин.
Вплив іонізуючого випромінювання
проявляється, в першу чергу, на протіканні всіх метаболічних процесів
у клітині (поглинання поживних речовин та їх розщеплення на складові,
засвоєння речовин для побудови тканин та виведення з клітини).
По-перше,
це вплив на н у к л е ї н о в и й о б м і н . До числа
найбільш ранніх та загальних для всіх живих організмів і відносно
специфічних змін в обміні речовин відносять порушення обміну
нуклеїнових кислот, і особливо, ДНК:
1)
розриви ланцюгів молекули, порушення основ і її репарації;
2)
дефіцит синтезу ДНК і затримка поділу клітини.
Іонізуюче випромінювання гальмує нормальний синтез ДНК у клітині:
як синтез зі зменшення азотистих основ у ДНК, так і з припинення
з’єднання фосфорної кислоти з іншим компонентом ДНК – дезокси-
рибозою. Цей процес гальмування синтезу ДНК пов’язаний з гальмуванням
мітозів у клітині.
По-друге,
це впливає на б і л к о в и й о б м і н : відбувається
підсилене розщеплення білка, втрачається здібність здійснювати білком
своїх функцій. Особливо це стосується ферментів, дія іонізуючого
випромінювання на які полягає у зменшенні молекулярної маси
внаслідок розриву поліпептидних зв’язків; зміні розчинності; порушенні
вторинної і третинної структур; порушенні амінокислот, що в цілому
проявляється на зниженні ферментативної активності. Особливістю
цього впливу є те, що ферменти є чутливими до опромінення лише при
опроміненні у розчинах і при відсутності інших білків, бо будь-який
білок буде захищати фермент від радіаційного ураження. З порушенням