Радиационная биофизика (ионизирующие излучения) - Кудряшов Ю.Б.
ISBN 5-9221-0388-1
Скачать (прямая ссылка):
Показано, что тиольные радиопротекторы (цистеамин, глютатион и др.) репарируют возникающие при радиолизе биополимеров (белки, ДНК, полисахариды) повреждения: пространственно-затрудненные фенолы реагируют с макрорадикалами по типу (IV .6).
Использование термина «репарация повреждений» для физикохимического уровня исследований требует разъяснений. Строго говоря, репарация по отношению к макрорадикалам ДНК, например, по реакции (IV.6), возможна лишь в случае, если неспаренный электрон (свободная валентность) находится на 2-дезоксирибозном остатке (радикал образуется по реакциям (IV.8) и (IV.9)). При этом макрорадикал в присутствии радиопротектора прекращает свое существование. Тем самым снижается количество разрывов в сахарофосфатной цепи ДНК, поскольку эти разрывы — результат превращений 2-дезоксири-бозильных радикалов с неспаренным электроном на атомах углерода в положениях СЗ, С4 и С5.
Если же в макрорадикале ДНК неспаренный электрон локализован на каком-либо из оснований, то реагируя с молекулой ингибитора (по реакции (IV.6)), исходная структура макромолекулы не восстанавливается — из оснований образуются молекулы с насыщенными связями. В таком модифицированном нуклеотиде в составе ДНК N-гликозидная связь (между 2-дезоксирибозилом и основанием) подвергается гидролитическому расщеплению. В результате в ДНК появляются апуриновые и апиридиновые сайты. При возрастании pH в измененных местах нитей ДНК образуются разрывы.
Были предложены гипотезы, связывающие защитное действие низкомолекулярных веществ с процессами межмолекулярной миграции энергии, т. е. полагают, что в облученном межмолекулярном комплексе «макромолекула-примесь» возможна миграция энергии и заряда. В зависимости от того, какая из компонент этого комплекса является донором или акцептором, возможно ослабление или усиление повреждения биомакромолекулы. Эффективность миграции энергии зависит от
166
Гл. IV. Прямое действие ионизирующих излучений
степени комплексообразования. Показано, что в механической смеси (комплексообразование отсутствует) защитный агент обладает гораздо более слабым действием, чем при наличии комплекса защитного соединения и макромолекулы (комплекс получают из раствора при совместном осаждении макромолекулы и защитного соединения). В то же время известно, что при комплексообразовании миграция заряда гораздо сильнее, чем в механической смеси этих же веществ. Вероятно, за счет миграции энергии и заряда защитный агент «отводит» избыточную энергию, поглощенную облученной макромолекулой.
Модифицирующее действие низкомолекулярных примесных молекул используют для выяснения роли миграции энергии в начальных радиобиологических процессах, тем более что в реальных условиях (в ядре, цитоплазме или органоидах) биомакромолекулы окружены низкомолекулярными соединениями, которые могут служить донорами или акцепторами поглощенной энергии излучения.
Использование модифицирующих агентов стало традиционным приемом биофизического анализа первичных процессов лучевого поражения макромолекул и значительно более сложных систем, включая клетку и многоклеточный организм. Таким образом, пытаются подойти к выяснению роли свободных радикалов в возникновении структурных повреждений и последующей инактивации макромолекул. Представляет интерес использование агентов, видоизменяющих выход первичных радикалов или их характер, с последующим изучением структурных повреждений, возникающих в модифицированных условиях.
Изучение кислородного и температурного последействия выявило существование «скрытых» повреждений, требующих для своей реализации дополнительного, нерадиационного воздействия во время облучения и после него. Это означает, что в ряде случаев одного лишь прямого лучевого воздействия недостаточно для инактивации макромолекулы.
Использование модифицирующих агентов перспективно для выяснения причинно-следственной связи между различными типами радиационного поражения макромолекулы и характером изменения ее биологических свойств. Логика такого исследования состоит в следующем.
Пусть модифицирующий агент видоизменяет характер инактивации макромолекулы; например, в его присутствии облученный фермент сохраняет сродство к субстрату, хотя и утрачивает каталитическую активность, а без модифицирующего агента облучение инактивирует обе функции макромолекулы. В этом случае интересно сопоставить структурные повреждения, возникающие в присутствии модифицирующего агента и без него. Если в отсутствие модифицирующего агента наблюдаются какие-то дополнительные структурные повреждения, то можно предположить, что с ними связана потеря субстратной специфичности облученного фермента.
5. Модификация лучевого повреждения макромолекул___________167
Для проверки такого предположения необходимы строгие количественные исследования, например сопоставление радиационнохимического выхода данного типа структурного поражения и выхода инактивированных молекул, концентрационных зависимостей и т.д. Если это возможно, следует вызвать такие же повреждения иными, нерадиационными воздействиями и оценить, к каким последствиям для фермента это приведет.
