Радиационная биофизика (ионизирующие излучения) - Кудряшов Ю.Б.
ISBN 5-9221-0388-1
Скачать (прямая ссылка):
2. Биофизический анализ радиационной инактивации в растворах 183
Доза облучения, хЮ3 Гр
Рис. V.9. Инактивация трипсина в водных растворах (0,1 мг фермента в мл) рентгеновским излучением в аэробных (О2) и анаэробных (N2) условиях
Рис. V.10. Инактивация трансформирующей ДНК из Diplococcus pheumonia в вещном растворе: облучение в атмосфере азота (1) и кислорода (2) в присутствии 1,4-10-3 мопь/л глутатиона М; 3 — облучение в отсутствии защитного агента
значит, увеличивается вероятность их рекомбинации с образованием молекулярных продуктов Н2, Н2О и Н2С>2. При действии редкоио-низирующего излучения радикалы воды диспергированы по всему облучаемому объему и потому с большей вероятностью достигнут растворенных молекул и вызовут их поражение.
Кислородный эффект. Наличие кислородного эффекта при прямом действии излучения доказано во многих работах. Для сухих препаратов ферментов и нуклеиновых кислот фактор кислородного эффекта равен 1,5-2,2, т. е. в присутствии кислорода макромолекулы в 1,5-2,2 раза эффективнее поражаются ионизирующим излучением.
В водных растворах веществ кислородный эффект либо очень мал, либо вообще отсутствует. Для ряда систем даже было показано защитное действие кислорода. Так, при облучении раствора трипсина (рис. V.9) обнаружено увеличение радиочувствительности фермента при замене атмосферы кислорода на атмосферу инертного газа.
В водных растворах ДНК наблюдают примерно одинаковое поражение ее молекул как в присутствии кислорода, так и в аноксических условиях (рис. V.10). В клетках инактивация трансформирующей ДНК происходит в 3,7 раза эффективнее, если клетки аэрировались во время облучения.
Прибавляя к раствору ДНК радиозащитные вещества (глутати-он), удалось воспроизвести ситуацию, аналогичную наблюдаемой при облучении клетки. При концентрации глутатиона 1,4-10-3 моль/л трансформирующая ДНК в 3,7 раза эффективнее поражалась облучением в аэрированных растворах, чем в атмосфере азота (N2). Так возникло предположение, что наблюдаемый в клетках кислородный эффект связан с присутствием защитных веществ, главным образом сульфгидрильных соединений.
Г. Дертингер и Х.Юнг (1973) предлагают следующую интерпретацию кислородного эффекта для макромолекул. Благодаря парамагнитным свойствам молекулярный кислород обладает высоким
184
Гл. У. Непрямое действие ионизирующего излучения
сродством к возникающим под действием излучения радикалам. При взаимодействии кислорода с радикалом R' образуются пероксидные радикалы:
R* + 02 —> ROO\ (V.34)
Это свойство кислорода не зависит от того, является радикал R’ радикалом макромолекул или одним из активных продуктов радиолиза воды. Кроме того, электроотрицательный кислород способен улавливать электроны согласно уравнению:
е^др + Ог—(V.35)
Таким образом, в присутствии кислорода вместо радикалов Н‘, ОН‘ и е^др могут возникать радикалы ОН‘, HOj и OJ.
Если определенный специфический тип инактивации макромолекул связан с радикалами Н‘ и то кислород будет оказывать
защитный эффект, конкурируя с ними за эти радикалы воды. В случае, когда данный тип повреждения преимущественно связан с радикалом ОН', кислород может усиливать радиационное поражение вследствие перехвата радикалов Н' вследствие некоторого увеличения выхода радикалов ОН’, поскольку в отсутствие кислорода возможна рекомбинация Н' и ОН' с образованием Н2О, а взаимодействие радикалов Н' с кислородом, согласно уравнению (V.26), уменьшает число рекомбинированных радикалов Н' и ОН*. Действительно, в опытах по облучению РНКазы в присутствии кислорода обнаружено усиление поражающего действия излучения (фактор кислородного эффекта равен 1,2).
В присутствии SH-соединений лучевое поражение макромолекул снижается в результате двух эффектов: защитное соединение конкурирует за свободные радикалы воды и способно обеспечивать репарацию от начального повреждения путем переноса водорода с SH-группы на радикал макромолекулы. На рис. V.10 показано, что в анаэробных условиях глутатион в 3,7 раза понижает радиочувствительность трансформирующей ДНК (кривая 1), вероятно, в результате обоих эффектов.
В атмосфере кислорода защитный эффект глутатиона снижается, но все же радиочувствительность ДНК ниже, чем в водном растворе без радиозащитного соединения, даже если облучение проводили в аноксических условиях. Вероятно, кислород конкурирует с восстановительной способностью глутатиона, переводя радикалы ДНК в трудно репарируемую пероксидную форму, хотя и в этих условиях эффект глутатиона как перехватчика радикалов сохраняется (кривая 2 лежит выше, чем кривая 3).
Таким образом, модифицирующее действие кислорода на макромолекулы, облученные в водном растворе, определяется многими факторами: присутствием защитного соединения, его сродством к кислороду, типом радикала воды, вызывающего данное повреждение макромолекулы, вкладом прямого и непрямого действия радиации в
3. Радиационно-обусловленные изменения
185
эффект поражения. Во всех случаях кислород, вероятно, не вызывает истинной сенсибилизации или защиты макромолекул, так как он не влияет на число первичных повреждений. По-видимому, действие кислорода связано с участием в процессах репарации макромолекул от начальных повреждений в присутствии защитных веществ. Поэтому в разбавленных водных растворах, не содержащих радиопротектора, кислородный эффект может отсутствовать.
