Природа лучевого поражения клеток
Информация - Биология
Другие материалы по предмету Биология
µнный лимфоцит сохраняет жизнеспособность, что противоречит возможности отнесения такой формы поражения ядра к доминантным леталям.
Облучение вызывает разрывы молекулы ДНК, образование щелочно-лабильных связей, потерю оснований и изменения их состава, изменения нуклеотидных последовательностей, сшивки ДНК - ДНК и ДНК - белок, нарушения комплексов ДНК с другими молекулами.
Различают одиночные разрывы, когда связь между отдельными атомными группировками нарушается в одной из нитей двунитчатой молекулы ДНК, и двойные, когда разрыв происходит сразу в двух цепях, что приводит к распаду молекулы на куски. При любом разрыве нарушаются считывание информации с молекулы ДНК и пространственная структуру хроматина.
Одиночные разрывы не приводят к поломкам молекулы ДНК, так как ее куски прочно удерживаются на месте водородными, гидрофобными и другими связями с противоположной нитью ДНК, и, кроме того, структура довольно хорошо восстанавливается мощной системой репарации. С увеличением дозы излучения, кроме того, возрастает вероятность перехода одиночных разрывов в двойные, так как увеличивается возможность того, что отдельные разрывы в противоположных цепях возникают друг против друга. При действии излучений с небольшой плотностью ионизации (у- и рентгеновское излучение, быстрые электроны) 20-100 одиночных разрывов вызывают один двойной. Плотноионизирующие излучения вызывают значительно больший процент двойных разрывов. Такие виды лучевого поражения макромолекул удается регистрировать непосредственно после облучения в виде хромосомных аберраций. (Расчеты показывают, что уже при дозе 1 Гр в каждой клетке человека повреждается 5000 оснований молекул ДНК, возникает 1000 одиночных и 10-100 двойных разрывов, каждый из которых может стать причиной возникновения аберрации).
Исходя из этих представлений, выживаемость клеток во многих случаях может быть хорошо описана с помощью так называемой линейно-квадратичной модели, предложенной К. Г. Чедвиком и Г. П. Линхаутсом. Разрабатывая модель авторы исходили из того, что при облучении клеток летальными являются двойные разрывы ДНК, которые появляются либо в результате одновременного разрыва обеих спиралей ДНК одной ионизирующей частицей, либо в результате совпадения двух независимо образовавшихся одиночных разрывов комплементарных спиралей, оказавшихся напротив друг друга. Согласно модели выживаемость клеток S/S0 равна ехр (-?D-? D, где D - поглощенная доза, а а и ? - параметры, характеризующие вероятность индукции и репарации двойных и одиночных разрывов ДНК в рассматриваемых клетках.
Кроме образования разрывов, в облученной ДНК нарушается структура оснований, прежде всего тимина, что увеличивает число генных мутаций. Отмечается образование сшивок между ДНК и белком нуклеопротеидного комплекса.
Помимо структурных нарушений ДНК в облученной клетке имеет место нарушение регуляции, прежде всего выдачи в цитоплазму информации с ДНК, а также функционирования многочисленных внутриклеточных мембран. В этом проявляется роль внеядерных органелл, а также сложных взаимоопределяющих влияний ядра и цитоплазмы.
Многие сложные процессы клеточного метаболизма проходят именно на мембранах, так как они позволяют обеспечить нужное пространственное разделение реагирующих молекул. По мере увеличения дозы гамма - излучения наблюдается подавление механизмов активного и пассивного транспорта, нарушается проницаемость ионов калия. (по Кудряшеву). Нарушаются ДНК-мембранные взаимодействия, происходит денатурация и деструкция макромолекул, нарушение их функций в облученных клетках (Владимиров, 1972). Основным свойством гамма - лучей является их способность разрушать слаженность биологических реакций, их взаимосвязь, порядок, повреждать регуляторные функции системы. Живая система лишившись контроля перестает существовать (Хансон, Комар, 1985).
Наиболее радиочувствительным процессом при гамма - излучении является процесс свободно-радикального перекисного окисления ненасыщенных липидов - липопероксидация (Владимиров, Арчаков,1972). Гамма - излучения интенсифицирует пероксидацию липидов, в результате образуется избыток липидных токсических веществ, наступает деструкция мембраны. Надежность живых систем в отношении поражающего действие гамма лучей обеспечивается активностью защитных ресурсов системы - биогенных аминов, тиолов, гормонов, эндогенных антиокислительных и антирадикальных систем (Гончаренко, Кудряшов, 1980).
Для жизненной функции клеток решающее значение имеют белки и нуклеиновые кислоты. Белки - главный органический компонент цитоплазмы. Некоторые белки относятся к структурным элементам клетки, другие - к имеющим важное значение ферментам. Радиационное повреждение белков состоит в уменьшении их молекулярной массы в результате фрагментации полипептидных цепочек, в изменении растворимости, нарушении вторичной и третичной структуры, агрегировании и т. п. Биохимическим критерием радиационного повреждения ферментов является утрата ими способности осуществлять специфические реакции. Радиационное повреждение эндоплазматического ретикулума приводит к уменьшению синтеза белков. Поврежденные лизосомы высвобождают катаболические ферменты, способные вызвать изменения нуклеиновых кислот, белков и мукополисахаридов. Нарушение структуры и функции митохондрий снижает уровень окислительного фосфорилирования.
Наконец, важным последствием облучения является изменение эпигеномной (не ?/p>