Радиационная биофизика (ионизирующие излучения) - Кудряшов Ю.Б.
ISBN 5-9221-0388-1
Скачать (прямая ссылка):
3. Радиационно-обусловленные изменения и радиочувствительность биоорганических молекул в растворах
Рассмотрим отдельные примеры радиационно-обусловленных изменений биологически важных молекул: белков (ферментов), нуклеиновых кислот, фосфолипидов, а также их низкомолекулярных составляющих. При этом попытаемся найти связь между типом структурного повреждения и характером инактивации макромолекул и сравнить их радиочувствительность.
Работы в этом направлении проводятся в настоящее время во многих лабораториях. Они требуют привлечения сложного арсенала биохимических и физико-химических методов анализа для выявления структурных повреждений макромолекул.
3.1. Радиационно-обусловленные изменения молекул
Переходя к экспериментам с облученными водными или липидными растворами биологически значимых молекул, необходимо по возможности точнее установить, какой из активных продуктов радиолиза вызывает данное повреждение молекулы. Для этого используют перехватчики радикалов определенных типов. В результате при облучении в растворе останется реакционноспособным только один из радикалов воды, остальные будут перехвачены. Другой прием состоит в том, что в растворе специальными методами создают определенную концентрацию какого-либо из радикалов воды, или липида, или молекулярных продуктов радиолиза, прибавляют исследуемое вещество и изучают характер реакции. Во обоих случаях стремятся к дифференциальной оценке эффекта каждого из активных продуктов радиолиза растворителя.
3.1.1. Изменения белковых молекул (ферментов)
Фермент лизоцим облучали в присутствии различных перехватчиков или селективно воздействовали на него радикалами Н‘ и 0Н‘. Было показано, что инактивация фермента происходит в результате атаки белковой молекулы тремя типами радикалов: Н', ОН* и е^др.
Другой фермент — трипсин — инактивируется главным образом за счет атаки радикалов ОН', из всех использованных перехватчиков только этанол — перехватчик ОН' — защищал трипсин от инактивации в водном растворе.
186
Гл. У. Непрямое действие ионизирующего излучения
В растворе белковая молекула многократно взаимодействует с радикалами, среди вызываемых ими повреждений необходимо выявить те, которые приводят к инактивации.
Зависимость «доза-эффект» для инактивации белковых молекул в водном растворе сохраняет экспоненциальный характер. Как и в случае прямого действия, причина их инактивации — одиночное событие попадания. В водном растворе белков инактивирующим событием может быть одна специфическая реакция водного радикала со структурным звеном макромолекулы. Выявить эту специфическую реакцию или ее последствия крайне трудно, так как белковая молекула испытывает множество соударений с радикалами. Рассмотрим несколько примеров.
После облучения рибонуклеазы в водном растворе (1 мг/мл) физико-химический анализ выявил следующие структурные повреждения ее макромолекул: образование агрегатов (наблюдаются увеличение внутренней вязкости раствора и дополнительные фракции при гельфильтрации); появление свободных SH-групп; селективное разрушение аминокислот метионина, цистина, лизина, тирозина, фенилаланина, гистидина; изменение конформации (увеличивается перевариваемость молекул трипсином).
Все эти структурные изменения обнаружены при дозе, близкой к D37, когда каждая молекула подверглась в среднем одному инактивирующему событию попадания. Важной причиной инактивации
фермента является изменение ее конформации — развертывание молекулы вследствие разрушения аминокислот, формирующих гидрофобные или S—S-связи, поддерживающие вторичную структуру белка.
После облучения дезоксирибонуклеазы I обнаружено снижение числа триптофановых остатков на молекулу фермента. Известно, что эта аминокислота входит в состав активного центра. Если в норме на молекулу фермента приходится около 5 ее остатков, то после облучения в дозе ?>37 обнаруживается только 3 остатка триптофана. При этом происходит резкое снижение каталитической активности фермента. Интересно, что специфический ингибитор дезоксирибонуклеазы I — бромсукцинимид — также взаимодействует с триптофаном, и отмечается известный параллелизм в действии излучения и этого ингибитора (рис. V.11).
О 20 40 60 80 100
Максимальная вязкость, %
Рис. V.11. Зависимость между числом поврежденных триптофановых остатков и максимальной скоростью реакции облученной дезоксирибонуклеазы I: 1 — активность фермента, облученного в водном растворе; 2 — активность фермента, обработанного N-бром-сукцинимидом в разной концентрации (активность фермента оценивали по максимальной вязкости
ДНК)
3. Радиационно-обусловленные изменения
187
Таблица V.3. Предполагаемые причины инактивации ферментов, облученных
в водных растворах
Фермент Предполагаемая причина инактивации
при облучении
рибонуклеаза разрушение остатка метионина
дезоксирибонуклеаза I разрушение одной молекулы триптофана
