Действие ии на белки.

До 20% поглощенной энергии будет локализоваться в белках. Под действием ИИ из молекулы белка выбивается электрон. Образует­ся дефектный участок, лишенный электрона - "дырка". Эта "дырка" мигри­рует по полипептидной цели за счет переброски соседних электронов до тех пор, пока не достигнет участка с повышенными электрондонорными свойствами. В этом месте возникают свободные радикалы у пептидных группировок. Такие события происходят в результате прямого действия ИИ. При косвенном действии образование свободных радикалов происходит при взаимодействии с продуктами радиолиза воды. Образование свободных радикалов влечет за собой изменения структуры белка:

- разрыв водородных, пептидных, дисульфидных связей;

- разрушение аминокислот в цепи;

- образование сшивок и агрегатов;

- нарушение вторичной и третичной структуры белка.

Такие нарушения в структуре белка приводят к нарушению всех его функций (ферментативной, гормональной, сократительной и др.). Наруше­ние ферментативной функции приводит к образованию так называемых "бе­шеных ферментов".

Примером модификации ферментативных свойств в результате окисле­ния SH-групп может служить переход ксантиноксидазы из дегидрогеназной формы в обратимую оксидазную. Последняя способна генерировать суперок­сид-анион-радикал. Таким образом, в результате пострадиационной иници­ации свободнорадикальных процессов образуется автокаталитический цикл метаболического поддержания и усиления свободнорадикальных реакций. Это ведет к формированию патобиохимических механизмов, лежащих в осно­ве радиационных поражений.

Действие ИИ на нуклеиновые кислоты.

Около 7% поглощенной дозы приходится на ядерную ДНК.

Механизм повреждения сходен с повреждением белка: выбивание электрона и образование "дырки", миграция ее по полинуклеотидной цепи (при этом пробегается несколько сотен азотистых оснований) до участка с повышенными электрондонорными свойствами. Таким местом будет место локализации азотистого основания, чаще тимина или цитозина. Возникают свободные радикалы этих оснований. Это прямое действие. При косвенном действии к образованию свободных радикалов приводит взаимодействие с продуктами радиолиза воды. Образование свободных радикалов приводит к нарушению структуры ДНК, в основе которых лежат следующие механизмы:

- однонитевые и двунитевые разрывы;

- модификация азотистых оснований;

- образование сшивок-тиминовых димеров;

- нарушение ДНК-мембранного комплекса;

- сшивки ДНК-ДНК;

- сшивки ДНК с белком нуклеопротеидного комплекса.

При дозе 1 Гр в каждой клетке человека повреждается 5000 азотис­тых оснований, возникает 1000 одиночных и 10-100 двойных разрывов.

Определенное число одиночных разрывов образуется даже при малых дозах излучения, но они не приводят к поломкам молекулы ДНК, т.к. кус­ки поврежденной молекулы прочно удерживаются на месте водородными свя­зями с противоположной нитью ДНК и хорошо поддаются восстановлению. Репарация повреждений ДНК является сложным процессом. Все механизмы репарации в клетке многократно продублированы и могут идти разными пу­тями, находящимися под генетическим контролем. Некоторые виды репара­ции - практически безошибочны. К ним относят фотореактивацию и эксци­зионную репарацию коротких участков. В отличие от них, т.н. SOS-репа­рация часто бывает ошибочной, т.к. является попыткой восстановить структуру ДНК любой ценой при серьезных массивных повреждениях.

Репарация генетических повреждений обеспечивается десятками ферментов, многие из которых участвуют также в процессах репликации и рекомбина­ции. Известно 7 основных групп ферментов, участвующих в репарации:

- нуклеозидазы (производят выщепление оснований по N- гликозидной связи с образованием, так называемых, АП-сайтов - апуриновых или апи­римидиновых участков);

- инсертазы (производят встраивание оснований в АП-сайты);

- лиазы (производят расщепление пиримидиновых димеров);

- эндонуклеазы (проводят инцизию-разрез ДНК возле повреждения);

- экзонуклеазы (проводят эксцизию-удаление поврежденного участка);

- ДНК-полимеразы (проводят синтез ДНК по комплементарной матрице);

- ДНК-лигазы (производят сшивку нуклеотидов).

Большинство одиночных разрывов репарируются даже в летально облу­ченных клетках. Поэтому одиночные разрывы не являются причиной, опре­деляющей гибель клетки. Однако нерепарированные одиночные разрывы мо­гут в последующем привести к образованию двойных разрывов.

Двойные разрывы могут возникнуть в результате единичного акта ио­низации либо при совпадении одиночных разрывов на комплементарных ни­тях. Двойные разрывы опасны для клетки, т.к. они практически не репа­рируются и служат непосредственной причиной возникновения хромосомных аберраций. Основными видами хромосомных аберраций являются:

- фрагментация хромосом;

- образование хромосомных мостов, дицентриков, кольцевых хромосом;

- появление внутри- и межхромосомных обменов.

Часть аберраций (например, мосты) механически препятствуют делению клетки. Появление обменов, ацентрических фрагментов приводит к не­равномерному разделению хромосом и утрате генетического материала, а это вызывает гибель клеток из-за недостатка метаболитов, синтез кото­рых кодировался утраченной частью ДНК.