Радиационная биофизика (ионизирующие излучения) - Кудряшов Ю.Б.
ISBN 5-9221-0388-1
Скачать (прямая ссылка):
Если в результате поглощения энергии ионизирующего излучения вода становится «химически активной», то растворенные молекулы будут испытывать дополнительное поражение. В этом случае эффективность лучевого поражения макромолекул в водных растворах должна быть значительно выше, чем в сухих препаратах.
На рис. V.1 сопоставлена радиочувствительность рибонуклеазы в сухих препаратах и в водном растворе. Как следует из данных эксперимента, если значение дозы D$j для инактивации сухого фермента составляет 420 кГр, то в водном растворе сравнимая инактивация достигается после облучения в дозе 4 кГр. Такой результат характерен
170
Гл. У. Непрямое действие ионизирующего излучения
для различных макромолекул — белков, нуклеиновых кислот, и др.; в разбавленном водном растворе их радиочувствительность возрастает в десятки и сотни раз.
Зависимость «доза-эффект* при облучении водных растворов макромолекул носит экспоненциальный характер, аналогично наблюдаемому при облучении сухих препаратов. Это указывает на одноударность процесса инактивации. При одноударном механизме объем мишени, ответственной за инактивацию, пропорционален I/D37 (см. уравнение (III.8)). Из сравнения доз ?>37 для инактивации сухого и растворенного ферментов можно было бы заключить, что в растворе размер чувствительной мишени, инактивируемой одиночным попаданием кванта энергии, возрастает в сотни раз по сравнению с размером мишени для инактивации этого же фермента в высушенном состоянии. Такое предположение маловероятно. Объем макромолекулы не может увеличиться в сотни раз в результате растворения ее в воде.
Убедительнее предположение, согласно которому в растворе формальная мишень охватывает область, превосходящую линейные размеры макромолекулы, и включает в себя прилегающие к ферменту молекулы воды. Тогда одиночное попадание не только в пределы рассматриваемой белковой молекулы, но и в окружающие ее молекулы воды может привести к ее инактивации.
Для рассматриваемого случая поражения мишеней, растворенных в воде, вводится понятие «эффективного объема», или такого объема, из любого места которого энергия попадания, не растраченная до уровня, более низкого, чем порог действия, тем или иным путем достигнет «места действия» (например, определенного структурного звена макромолекулы, ответственного за инактивацию) и приведет к возникновению «единицы реакции» (т.е. к инактивации фермента). В водном растворе энергия, поглощенная растворителем, может передаваться растворенной макромолекуле за счет диффузии активных продуктов радиолиза воды.
В принципе, более высокую радиочувствительность макромолекулы в водном растворе можно было бы объяснить снижением энергии активации. В этом случае на каждые 100 эВ поглощенной энергии в растворе инактивировалось бы значительно больше молекул, чем в сухом препарате. Для сравнения энергий активации необходимо
Рис. V.I. Инактивация 7-излучением рибонуклеазы в сухом состоянии (верхняя кривая) и в водном растворе фермента в концентрации 5 мг/мл (нижняя кривая)
2. Биофизический анализ радиационной инактивации в растворах 171
определять величину радиационно-химического выхода G инактивации фермента в растворе и в сухом препарате из соотношения
q _ число образованных или пораженных молекул (VI)
100 эВ поглощенной энергии
В опытах с РНКазой установлено, что G в сухом препарате равна 1,68, в водном растворе — 0,89. Обе величины относительно мало отличаются друг от друга. По-видимому, причина повышения радио-чувствительности фермента в водном растворе связана не с изменением его физико-химических свойств в результате растворения (энергия активации изменилась незначительно), а с появлением в облученной воде дополнительных поражающих факторов — активных продуктов радиолиза воды. Поэтому правильнее говорить не об истинном повышении радиочувствительности макромолекулы, а об увеличении эффективности данной дозы, которое обусловлено увеличением объема чувствительной мишени. В мишень большего размера более вероятно одиночное попадание, приводящее к инактивации.
Для изучения механизма радиационной инактивации растворенных в воде молекул необходимо осуществить ряд логически связанных друг с другом этапов биофизического анализа:
- изучить характер радиационно-химического превращения молекул воды, природу возникающих активных продуктов, их физико-химические свойства и реакционную способность;
- установить кинетические характеристики процесса инактивации растворенных молекул;
- определить основные типы реакций, в которые могут вступать органические молекулы и продукты радиолиза воды;
- исследовать характер структурных повреждений, возникающих в биомакромолекулах, взаимодействующих с активными продуктами радиолиза воды, и найти причинно-следственную связь между типами структурного повреждения и характером инактивации растворенных макромолекул.
Далее мы кратко рассмотрим ряд методических подходов к решению перечисленных задач и остановимся на некоторых важных результатах, полученных в биофизических исследованиях.
