ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 ВЛИЯНИЕ РАДИАЦИИ НА НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ
1.1 ДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ НА МОЛЕКУЛЯРНУЮ СТРУКТУРУ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ (ДНК, РНК) IN VITRO И IN VIVO
1.2 ВЛИЯНИЕ РАДИАЦИИ НА ОБМЕН НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ В КЛЕТКЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ВВЕДЕНИЕ
Наиболее обширное изучение действия радиации на различные ткани началось после возможности подробного исследования структур и функций различных органелл клеток с помощью электронных микроскопов, изучения процессов клеточного деления и передачи наследственной информации от материнских клеток к дочерним. Особое значение для понимания механизмов принадлежит исследованиям нуклеиновых кислот, которые были открыты еще в 1870 г., но огромная биологическая роль которых стала ясна лишь спустя 50 лет. С ними оказался связан процесс передачи наследственной информации, стали понятными процессы синтеза белков.
При облучении в клетке повреждаются многочисленные ее структуры. Из-за значительного размера и особенно значимой роли молекул ДНК в передаче потомственной информации в качестве главной мишени более часто рассматривается характер образующихся нарушений ДНК и вероятность их репарации.
Из основ биологии установлено, то что молекула ДНК считается составляющий частью всех живых организмов, входит в состав хромосом, которые имеются в ядре клетки. При облучении молекулы ДНК она возбуждается в целом, однако из-за миграции энергии в молекуле совершается разрыв в самом малом участке, а именно рвутся водородные связи между отдельными зонами молекулы.
Приблизительно 7% поглощенной дозы приходится на ядерную ДНК. Механизм миграции энергии состоит во этом, что при выбивании электрона совершается миграция дефектного места по полинуклеотидной цепи до места с повышенными электрон-донорными свойствами. Такое место – чаще всего участок локализации тимина либо цитозина, где и возникают вольные радикалы этих причин. При непрямом воздействии излучений непосредственно в данных местах совершается отклик.
Цель: изучить влияние радиации на нуклеиновые кислоты клетки.
Задачи:
1. Выявить действие радиации на молекулярную структуру нуклеиновых кислот in vitro и in vivo;
2. Рассмотреть влияние радиации на обмен нуклеиновых кислот в клетке.
ГЛАВА 1 ВЛИЯНИЕ РАДИАЦИИ НА НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ
1.1 Действие радиации на молекулярную структуру нуклеиновых кислот (ДНК, РНК) in vitro и in vivo
Действие радиации на нуклеиновые кислоты – ДНК, разные формы РНК in vitro и in vivo и на их аналоги исследовано обстоятельно.
Исследованиями доказано, что в развитии лучевого поражения клетки особо важное место принадлежит молекулярным повреждениям компонентов генетически важных молекул, в частности ДНК, входящей в состав хромосом.
Определяющая роль повреждения ДНК основывается на том, что гигантские молекулы ДНК в гаплоидном наборе хромосом не повторяют друг друга, представляя собой уникальную структуру клетки. Поэтому исследование радиационно-химических повреждений молекул нуклеиновых кислот приобрело большое значение в раскрытии механизмов радиобиологических явлений.
Полученные в последние годы данные свидетельствуют об усилении повреждающего действия ионизирующего излучения на ДНК животных и растений в опытах как in vivo, так и in vitro. Ионы таких металлов, как, например, Си, связываясь с ДНК, сами по себе приводят к одно- и двунитевым разрывам ДНК, а при действии ионизирующего излучения наблюдается эффект синергизма, то есть взаимного усиления эффектов.
При облучении ИИ возникают следующие повреждения ДНК.
1) Окисление азотистых оснований и образование перекисей нуклеотидов. После облучения у пиримидиновых оснований, под воздействием радикала ОН, происходит насыщение двойной связи с последующим образованием гидроперекисей.
Наиболее чувствительны к действию облучения пиримидиновые основания, в то время как пуриновые основания в 1,5–2 раза более устойчивы к действию облучения. Количество поврежденных оснований ДНК при облучении примерно в 4 раза превышает число однонитевых разрывов.
2) Гидролиз – дезаминирование, депуринизация, депиримидинизация.
При депуринизации и депиримидизации места молекулы ДНК образовывается АР-сайт. АР-сайт (апиримидиновый сайт) – место в нуклеотидной последовательности ДНК, в котором порвана связь между остатком дезоксирибозы и пиримидиновым основанием, однако сберегается пентозофосфатный каркас. Уже после этого в молекуле образовывается брешь – пентозо-фосфатные группы в отсутствии оснований. При данном ковалентная связь между основанием и пентозом рушится и пуриновое либо пиримидиновое основание «выпадает» из молекулы ДНК.
1.2 Влияние радиации на обмен нуклеиновых кислот в клетке
К числу наиболее ранних, общих для всех живых организмов и относительно специфичных изменений обмена веществ надо отнести нарушения обмена нуклеиновых кислот и особенно ДНК.
Нарушения же после облучения в обмене нуклеиновых кислот выражаются в том, что общее содержание полноценных в функциональном отношении молекул нуклеиновых кислот в клетке значительно уменьшается. Причинами этого являются их первичное радиационно-химическое повреждение, нарушение репарации (в результате активизации эндонуклеаз стабилизируются образовавшиеся «бреши» в молекулах ДНК и РНК, что создает условия для дальнейшей их деградации), нарушение процессов их биосинтеза в ядрах клеток и митохондриях.
Нарушение биосинтеза молекул нуклеиновых кислот связано с недопродукцией строительных материалов (вследствие нарушения других видов обмена веществ), одновременно возникающими помехами в доставке их к местам биосинтеза (из-за повреждения эндоплазматического ретикулума) и нехваткой энергетического материала. Нарушение обмена нуклеопротеидов приводит к тяжелым последствиям. Расстройство процессов репликации молекул ДНК вызывает срыв клеточного деления, расстройство процессов производства молекул РНК – снижение продукции белка.
Исследования показали, что содержание ДНК в таких радиочувствительных органах, как костный мозг, зобная железа, после облучения резко снижается; уменьшается содержание ДНК и в других органах. Этого следовало ожидать, учитывая, что деление клеток тормозится, часть клеток гибнет, а поэтому в какой-то период после облучения уменьшается их число. Получены данные о качественных изменениях ДНК в клетках. Вот в чем их суть. Как известно, бактерии «привыкают» к антибиотикам: они приобретают способность нейтрализовать губительное действие антибиотика. Эта способность передается по наследству, то есть все организмы, происходящие от устойчивых к антибиотику бактерий, тоже к нему устойчивы.
Передача по наследству этого приобретенного свойства связана с ДНК. Мало того, данное качество устойчивости может быть перенесено совместно с ДНК, отделенной от стабильных конфигураций, в восприимчивые к антибиотику штаммы. Обнаружилось, то что при облучении порциями порядка миллионов рад данное качество пропадает, несомненно, вследствие скелетного повреждения в ДНК. Огромную заинтересованность возбудил установленный впервые в 1942 г. шведскими учеными Хевеши и Эйлером обстоятельство торможения быстроты синтеза ДНК под воздействием рентгеновых лучей. Открытие это было сделано при помощи способа меченых атомов, или, как его еще называют, изотопического способа. Более всего это замедление выражено в радиочувствительных материях и органах: слизистой кишечного тракта, костном мозгу, селезенке и др.
Такого рода процедура излучения характерна для всех живых организмов. Таким образом, М. Н. Мейсель обнаружил сокращение количества радиоактивного фосфора в ДНК дрожжевых клеток, при облучении дрожжей порцией 15000 р. Сочетание ДНК останавливается при облучении разных зон клетки из культуры ткани: ядрышка, ядерного сока, цитоплазмы и в том числе и питательной среды.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
При облучении клетки поражаются все ее структуры. Возможность поражения тех либо других молекул обусловливается их величиной: чем больше молекула, тем больше возможность ее повреждения.
Условиями повреждения при облучении считаются не только лишь электромагнитное излучение или заряженные частички, однако и продукты радиолиза воды – действующие радикалы кислорода.
При влиянии редкоионизирующего испускания в дозе 2 Гр, порождающего гибель от 10% до 90% клеток различных тканей человека, в ДНК одной клетки образовывается приблизительно 2000 однонитевых и 80 двухнитевых разрывов, повреждается 1000 оснований также создается 300 сшивок с белком. Непосредственно данные поражения и лежат в базе радиационной смерти клетки, продолжительного нарушения эффективности деления ее потомков и злокачественного перерождения, но в случае воздействия на половые клетки – и генетических результатов облучения родителей для потомства.
Дефекты ДНК, наблюдающиеся уже после облучения, не считаются уникальными. Они появляются и в необлученных клетках. По этой причине в процессе развития сформировалась непростая система репарации ДНК, которая может возобновить большинство дефектов ДНК, приобретенных при облучении.
Митоз и разделение клеток наиболее радиочувствительны, по этой причине радиочувствительность клеток увеличивается с повышением ДНК, количества и объемов хромосом. К критическим (смертельным) дефектам причисляют одинарные и парные разрывы ДНК в следствии 1-го либо 2-ух попаданий в противоположные комлементарные нити.
Излучение может оказывать воздействие на нуклеиновые кислоты непосредственным и опосредственным путем.
1. Бекман, И.Н. Радиохимия. В 2 т. / И.Н. Бекман. – М.: Издательство Юрайт, 2015. – 473 с.
2. Верещако, Г. Г. Радиобиология: термины и понятия: энцикл. справ. / Г. Г. Верещако, А. М. Ходосовская; Нац. акад. наук Беларуси, Ин-т радиобиологии. – Минск: Беларуская навука, 2016. – 340 с.
3. Гребенюк А. Н., Стрелова О. Ю., Легеза В. И., Степанова Е. Н. Основы радиобиологии и радиационной медицины: Учебное пособие. – СПб: ООО “Издательство ФОЛИАНТ”, 2012. – 232 с.
4. Гродинский, Д.М. Радиобиология: учебник. – Киев: Лебедь, 2000. – 448 с.
5. Давыдов, Ю.П. Основы радиохимии: учебное пособие / Ю.П. Давыдов. – Минск: Выш.шк., 2014. – 317 с.
6. Лысенко Н.П., Пак В.В., Рогожкина Л.В., Кусурова З.Г. Радиобиология. – М.: Лань, 2012. – 576 с.
7. Радиобиология: пособие для студентов биологических специальностей университетов / М.М. Филимонов, Д.А. Новиков – Мн.: БГУ, 2015. – 130 с.
