Действие гамма- и рентгеновского излучения на изолированные препараты ДНК в растворе и в сухом состоянии
Информация - Безопасность жизнедеятельности
Другие материалы по предмету Безопасность жизнедеятельности
лены не только ионизирующим свойством, но и ультрафиолетовым излучением, химическими агрегатами и т.д. Значительная часть энергии клетки как раз и расходуется для репарации, т.е. для восстановления и поддержания постоянства последовательности оснований в ДНК (т.е. генетического кода).
Число однозначных разрывов линейно зависит от дозы облучения в очень широком диапазоне (от менее чем 0,2 Гр до 60 000 Гр). Другими словами, как бы ни была мала доза облучения, должно возникать определённое число разрывов одной из нитей ДНК. Эффективность образования таких одиночных разрывов нитей может меняться в зависимости от многих биохимических факторов. Также происходит достаточно эффективное восстановление одиночных разрывов нитей ДНК. Считают, что оно протекает по механизму эксцизионной реперации, которая состоит в эксцизии (вырезании) части цепи, содержащей повреждённые звенья ДНК, и использовании комплементарной (неповреждённой) цепи в качестве матрицы для повторного синтеза нового отрезка ДНК взамен повреждённого. Процесс является ферментативным и зависит от температуры, а при 0 градусам цельсия значительно замедляется. В клетках млекопитающих скорость репарации такова, что при нормальной температуре половина радикальных одиночных разрывов восстанавливается в течение примерно 15 минут. Поскольку одиночные разрывы репарируются даже в летально облучённых клетках, можно предположить, что они не являются причиной гибели клеток, в отличие от двойных разрывов или повреждённых оснований. Но такие нерепарированные одиночные разрывы вносят свой вклад в образование двойных разрывов, потому, что двойные разрывы ДНК могут бытьили результатом единичного события ионизации, или следствием совпадения одиночных разрывов в комплементарных цепях. Есть экспериментальные доказательства того, что и двойные разрывы могут репарироваться. Пока есть только теоретическая модель для объяснения возможного механизма репарации двойных разрывов ДНК, вызванных облучением.
Число повреждений азотистых оснований ДНК линейно зависит от дозы. Скорее всего, они возникают в результате взаимодействия со свободными радикалами воды ОН.
В силу множества различных повреждающих факторов, репарация ДНК - основа нормального функционирования клетки, но полная репарация происходит не всегда. Установлено, что уже при дозе 1Гр в каждой клетке человека повреждается 5 тыс. оснований молекул ДНК, возникает 1 тыс. одиночных и 10 - 100 двойных разрывов, каждый из которых может привести к неприятным последствиям.
Каковы же причины гибели клеток? Считается, что основной причиной гибели клеток (репродуктивной) являются структурные повреждения ДНК, возникающие под влиянием облучения, в частности, вследствие образования двойных и одиночных разрывов в цепи ДНК[5]. Внешние структурные повреждения ДНК легко обнаруживаются, например, методами цитологии, в виде так называемых хромосомных перестроек, или аберраций хромосом. Эти аберрации разнообразны. Часть из них препятствует делению клетки, приводит к неравномерному разделению хромосом и утрате генетического материала, вызывающей гибель клетки из-за нехватки метаболитов (метаболиты - вещества, участвующие в метаболизме, т.е. в обменных процессах ), синтез которых кодируется ДНК утраченной части хромосомы. На рис. 1 показана пространственная организация хромосомы. Хромосомы животных и высших растений представляют собой структуры, состоящие из ДНК и основных белков - гистонов. Считают, что молекула ДНК представляет собой двойную спираль, однако в последнее время Сазисехаран предложил другую модель (рис. 2), которая удовлетворяет данным кристаллографии и имеет то преимущество, что не требует раскручивания молекулы, чтобы разделить нити. Энергетическая проблема раскручивания спирали не была решена в модели Уотсона-Крика.
Рисунок 1. Пространственная организация молекул ДНК в хромосомах: 1 - двойная спираль ДНК; 2 - нуклеосома; 3 - волокно; 4 - спирализованное волокно; 5 - хромосома
Рисунок 2. Схема сравнения молекулы ДНК Сазисехарана (а) и модели Уотсона - Крика двойной спирали (б)
В процессе репарации повреждённых при облучении хромосом возможны три варианта: первый - восстановление первоначальной конфигурации (реституция); второй - соединение разных (незаконных) концов с образованием обменных аберраций (незаконная репарация ); третий - утрата части хромосомы вследствие того, что разрыв остаётся открытым (терминальная делеция ). Незаконные репарации, при которых сохраняется внешняя структурная форма хромосомы, не препятствуют дальнейшему делению клетки и, как правило, стабильны. Однако они являются потенциально более опасными, чем нестабильные аберрации, поскольку могут пройти через последующие циклы деления и привести к появлению мутантных особей. Их можно определить, только используя новейшие методики выявления структуры хромосом.
Естественно, что повреждения, в последствии облучения гамма- и рентгеновского излучения, ДНК тесно связаны с мутациями. Известно, что все клетки того либо иного растения или животного имеют одинаковую генетическую информацию. Но под воздействием различных причин, в том числе и радиации, могут происходить изменения генетического материала. Появления мутаций означает, что клетка содержит генетический материал, отличный от генетического материала, содержащихся в других клетках. Мутации могут усиливать, уменьшать или качественно изменять признак, определяемый геном. Ген - е?/p>