Действие ионизирующих излучений на белки

Радиолиз воды. Общая схема окислительного стресса. Радиационная биохимия белков, липидов, углеводов. Действие ионизирующих излучений на мембранные структуры клетки.

IV. Индуцибельная репарация.

а) SOS-репарация - запускается в клетке при наличии сигнала бедствия - появления свободных фрагментов полинуклеотидной цепи, что указывает на серьезные повреждения ДНК. При этом клетка пытается восстановить структуру ДНК, невзирая на степень ее повреждения. Достигается это снижением 3’-5’ - корректорской функции ДНК-полимеразы, что помогает быстро, но не всегда безошибочно восстанавливать структуру.

б) постадаптационная репарация - механизм до конца не известен; впервые описана при исследовании культуры лимфоцитов, которые обладают повышенной чувствительностью к воздействию ионизирующих излучений: после предварительного облучения культуры лимфоцитов при суммарной дозе около 30 сГр с низкой интенсивностью в течение 4 часов развивалась повышенная устойчивость к повреждению ДНК, длившаяся около 66 часов (3 клеточных цикла).

Механизмы репарации генетических повреждений - сложная продублированная система защиты генетической информации клетки, основа обеспечения надежности биологических систем. Большинство одиночных разрывов репарируются даже в летально облученных клетках и не являются причиной, определяющей гибель клетки. Однако нерепарированные одиночные разрывы могут в последующем привести к образованию двойных разрывов, плохо поддающихся восстановлению. Двойные разрывы могут возникнуть в результате единичного акта ионизации либо при совпадении одиночных разрывов на комплементарных нитях, они опасны для клетки, т.к. они не всегда поддаются репарации и служат непосредственной причиной возникновения хромосомных аберраций.

Виды хромосомных аберраций:

1. фрагментация хромосом

2. образование хромосомных мостов, дицентриков, кольцевых хромосом

3. появление внутри- и межхромосомных обменов

Часть аберраций (хромосомные мосты и др.) механически препятствуют делению клетки, некоторые аберрации (внутри- и межхромосомные обмены, ацентрические фрагменты) приводят к неравномерному разделению хромосом и утрате генетического материала, что вызывает гибель клеток из-за недостатка метаболитов, синтез которых кодировался утраченной частью ДНК.

Т.к. живая материя на 70-90% состоит из воды, то большая часть энергии ионизирующего излучения первично поглощается именно молекулами воды. Воздействие продуктов радиолиза воды на биомолекулы лежит в основе косвенного действия ионизирующего излучения.

Механизм радиолиза воды (общая схема окислительного стресса):

1. При воздействии ионизирующего излучения в воде идут процессы ионизации или возбуждения.

а) ионизация - из молекулы воды выбивается электрон и образуется положительно заряженная молекула воды:

б) возбуждение - если энергии для ионизации недостаточно, образуется возбужденная молекула воды:

2. Освободившийся при ионизации молекулы воды электрон [1] постепенно теряет свою энергию и может быть захвачен другой молекулой воды, которая превращается в отрицательно заряженную молекулу воды:

3. Все перечисленные первичные продукты взаимодействия молекулы воды с излучением (H₂O⁺,H₂O^-,H₂O*)являются нестабильными и могут распадаться с образованием ионов и свободных радикалов:

4. Выбитый электрон может окружить себя четырьмя молекулами воды и превратиться в гидратированный электрон e^-_aq, а затем может быть захвачен молекулой H₂O⁺ с образованием возбужденной молекулы воды:

Возбуждённая молекула воды распадается на атомарный водород H^· и гидроксильный радикал OH^·, которые далее могут реагировать друг с другом. Это, в первую очередь, касается радикалов H^· и OH^·, образующихся при распаде H₂O*, после реакции [2]:

5. Образовавшиеся радикалы могут:

а) вступать в реакцию с другими молекулами воды:

б) вырывать атом водорода из органических молекул, превращая их в радикалы:

в) реагировать с молекулами растворенного кислорода с образованием перекисных радикалов, обладающих высокой реакционной способностью:

В целом для продуктов радиолиза воды наиболее характерны реакции окисления или восстановления субстрата, образования радиотоксинов. К окислителям относят следующие продукты радиолиза воды: ОН^·, Н₂О₂, НО₂^·, О₂ ^·, к восстановителям: Н^·, e^-_aq. Образование радиотоксинов происходит в результате реакции с хиноном и убихиноном.

До 20% поглощенной энергии связано с повреждением белков.

Механизм повреждения белков:

а) при прямом действии ионизирующих излучений: из молекулы белка выбивается электрон и образуется дефектный участок, который мигрирует по полипептидной цепи за счет переброски соседних электронов до тех пор, пока не достигнет участка с повышенными электрон-донорными свойствами. В этом месте в боковых цепях аминокислот возникают свободные радикалы.

б) при косвенном действии ионизирующих излучений: образование свободных радикалов происходит при взаимодействии белковых молекул с продуктами радиолиза воды, что влечет за собой изменение структуры белка:

- разрыв водородных, гидрофобных, дисульфидных связей;

- модификация аминокислот в цепи;

- образование сшивок и агрегатов;

- нарушение вторичной и третичной структуры белка.

Такие нарушения в структуре белка приводят к нарушению его функций (ферментативной, гормональной, рецепторной и др.).

Дата добавления: 2015-04-24