М о л е к у л а Д Н К

Молекула воды

Радиационные повреждения

Уровень биологической организации	Радиационные повреждения
Молекулярный	Повреждение ферментов, ДНК, РНК, нарушение обмена веществ
Субклеточный	Повреждение клеточных мембран, ядер, хромосом, митохондрий, лизосом
Клеточный	Остановка деления и гибель клеток, трансформация в злокачественные клетки
Тканевой, органный	Повреждение центральной нервной системы, костного мозга, желудочно-кишечного тракта
Организменный	Смерть или сокращение продолжительности жизни
Популяционный	Изменение генетических характеристик в результате мутаций

Наиболее многочисленными в организме человека являются молекулы воды. При облучении молекулы воды радиационным излучениями происходит ионизация молекулы воды, т.е нейтральная молекула воды расщепляется на положительный ион НО⁺ и свободный электрон, которые вступая во взаимодействия образуют различные радикалы:

Н₂О Н₂О⁺ + е^– Н₂О^* Н^* + ОН^*

Н₂О Н⁺ + ОН^* Н^* + ОН^* Н₂О^*

Н₂О + е^- Н₂О^* ОН^* + ОН^* Н₂О₂

Н₂О⁺ + Н₂О Н₃О⁺ + ОН^*

Свободные радикалы Н^*, ОН^* особенно химически активны. Время их жизни 10^-15с. За это время они либо реагируют между собой с образованием молекулы воды, пероксидов водорода, либо с растворенным субстратом.

Продукты радиолиза воды (пероксид водорода) вступают в реакцию с липидами, белками, что приводит к гибели тканевых элементов, разрушению надклеточных структур (нитей хроматина), происходит разрыв углеродных связей, нарушения ферментативных систем, синтеза ДНК, белка. Нарушаются обменные процессы в организме. В связи с нарушением обмена веществ и энергии прекращается и замедляется рост тканей, наступает гибель клеток. Всасывание продуктов клеточного распада вызывает отравление организма, что приводит к преждевременному старению.

Наша справка. О степени и органах отравления можно судить, учитывая, что в мышцах 50% воды, в костях - 13% воды, в печени - 16% воды, в крови - 5% воды. Особенно опасен атомарный кислород, разрушающий мембраны клеток. Следует отметить, что присутствие кислорода в момент облучения клетки приводит к усилению лучевого поражения примерно в три раза (кислородный эффект).

В организме человека имеются гигантские молекулы - это нуклеиновые кислоты, белки и полисахариды. Основу жизни на Земле составляет молекула ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты). Она входит в состав клеток.

Из основ биологии известно, что молекула ДНК - это хранитель генетической информации и она же "руководит" синтезом белка в соматических клетках. Она является составной частью всех живых организмов, входит в состав хромосом, которые имеются в ядре клетки. При облучении молекулы ДНК она возбуждается в целом, но из-за миграции энергии в молекуле происходит разрыв в самом слабом месте, а именно рвутся водородные связи между отдельными участками молекулы.

Около 7% поглощенной дозы приходится на ядерную ДНК. Механизм миграции энергии заключается в том, что при выбивании электрона происходит миграция дефектного участка по полинуклеотидной цепи до участка с повышенными электрон-донорными свойствами. Такое место - чаще всего участок локализации тимина или цитозина, где и образуются свободные радикалы этих оснований. При косвенном действии излучений именно на этих участках происходит реакция с продуктами радиолиза воды.

Если между нуклеотидами происходят однонитчатые разрывы, то работает механизм репарации (восстановления) под генетическиским контролем.

Примечание. Между нуклеотидами ковалентные водородные связи (связь с помощью двух электронов).

Установлено, что в молекуле может быть восстановлено до 7 разорванных связей в однонитиевых разрывах и поражения генов молекулы не наблюдается.

Примечание. Способность молекулы ДНК восстанавливать одиночные разрывы между нуклеотидами необходимое условие выживания в условиях постоянного естественного облучения радиацией.

Но если количество однонитиевых разрывов больше 7 или имеются двухнитиевые разрывы, то происходят хромосомные аберрации (разорванные концы и целые фрагменты в дальнейшем "склеиваются" в новых сочетаниях, и закодированная в генах информация искажается или теряется совсем.

По мере накопления дозы облучения растет и количество хромосомных аберраций по линейно-квадратичному закону (рис.2.2.) и зависит от вида облучения (рис.2.3).

Рис.2.2. Механизм поражения биологической молекулы при прохождении ионизирующих излучений

Таким образом, в результате аберраций искажаются гены, возможна и гибель

молекулы ДНК. Находясь в составе хромосом соматической клетки, молекулы ДНК могут вызвать бесконтрольное деление, приводящее к раку.