Радиационно-генетические эффекты на молекулярном уровне

На первом этапе облучения в хромосомной ДНК образуется сложный макрорадикал с двумя типами локализации неспаренных электронов, которым соответствуют повреждения оснований и повреждения сахарофосфатных цепей. Причем нуклеотидные основания повреждаются чаще, чем сахарофосфатная часть ДНК, примерно в 3 раза. 

По данным работы 80-90% электронов и радикалов, образующихся при облучении, реагируют с азотистыми основаниями – самыми лабильными частями молекулы – и только 10-20% энергии расходуется на разложение сахарофосфатного фрагмента ДНК.

Наиболее радиоустойчивыми являются углеродные связи, которые в 7,5 раза стабильнее, чем фосфодиэфирные [1]. 

Из азотистых оснований большей радиочувствительностью обладают пиримидиновые, из которых самый лабильный тимин. Пуриновые основания в 2 раза устойчивее пиримидиновых.

Под действием ионизирующей радиации чаще повреждается одна нить ДНК. При этом образуются такие первичные повреждения, как дезаминирование оснований, алкилирование, возникновение оксимов цитозина, димеризация или гидратация пиримидиновых оснований и др. 

Вторичные реакции – это разрывы водородных связей, конфигурационные изменения надмолекулярных структур ДНК, а также внутри- и межмолекулярные сшивки полимерных цепей. 

Разрушение надмолекулярной структуры (деспирализация) обусловлено двойными разрывами ДНК, которые возникают, если одиночные разрывы нитей ДНК расположены на расстоянии не более 10 пар нуклеотидов друг от друга. 

Попадание кванта энергии при облучении клетки – процесс случайный, однако конечное повреждение образуется преимущественно в определенных участках хромосом, в так называемых «горячих точках».

Это явление можно объяснить миграцией энергии или заряда вдоль хромосомы к наиболее «ранимым» местам. Существует миграция электронного возбуждения по молекуле ДНК на большие расстояния – 103-104 пар оснований [4].