Іонізовані атоми і молекули і їхні вільнорадикальні стани

У випадку зіткнення заряджених частинок з електроном енергія, що використовується на іонізацію, передається за механізмом, який називають ударною іонізацією. Імовірність її характеризується значенням ефективного перерізу ударної іонізації. Якщо енергія, яка передається частинкам, котрі зазнають іонізації, достатньо велика, то поряд із однозарядними йонами можуть виникати багатозарядні. Зворотним процесом до іонізації є процес рекомбінації, за якої з іонів і електронів виникають нейтральні атоми і молекули.

Ідентифікацію вільнорадикальних станів молекул здійснюють методом радіоспектрометрії електронного парамагнітного резонансу (ЕПР). Оскільки вільні радикали мають поодинокі електрони з неспареним спіном, енергетичні рівні останніх розщеплюються в магнітному полі, що дає змогу застосовувати спектроскопію в сантиметровому радіодіапазоні. Різниця енергій між підрівнями, на які розщеплюються основний енергетичний рівень у постійному магнітному полі, залежить від міжатомних взаємодій у вільному радикалі, а також від міжмолекулярних зв’язків. Тому методами ЕПР можна досліджувати локалізацію неспареного електрона у вільних радикалах. Переважно тривалість життя вільних радикалів, що утворюються внаслідок опромінення, дуже коротка. Застосовують спеціальні прилади, які дають змогу реєструвати не тільки природу радикалів, а й кінетику їх перетворень. Для вповільнення розпаду вільних радикалів часто використовують низькі температури. У деяких випадках поява вільних радикалів у хімічному середовищі ініціює полімеризацію певних мономерів. Цю обставину використовують у методі так званої прищепної полімеризації, коли в біологічний об’єкт або в хімічні розчини додають відповідні розчинні мономери з міченими атомами, і після опромінення оцінюють кількість мічених мономерів, які ввійшли до складу нерозчинного полімеру. Деякі з вільних радикалів мають такі оптичні властивості, що їх можна ідентифікувати спектральними методами.

Стан речовини в клітинах

Стан речовини в клітинах і в простих розчинах істотно відрізняються. Наявність значної кількості макромолекул полісахаридів, нуклеїнових кислот і білків, які мають гідрофільні і гідрофобні групи є передумовою кластеризації води – впорядкування структури так званої зв’язаної води. Мембрани з їхньою складною ліпідно-білковою основою забезпечують компартментальний, камерний спосіб розмежування клітинного простору. Ці особливості структурної організації цитоплазми і ядра урізноманітнюють стан будь-якої речовини в клітині. Доля первинних йонів і вільних радикалів, що виникають внаслідок опромінення, залежить від особливостей фізико-хімічних станів речовин. Зокрема, на перетворення первинних продуктів радіолізу може впливати наявність міжмолекулярних асоціантів, бо в деяких із них може відбуватися міграція електрон-збуджених станів на значні відстані, і при цьому має місце теплова дисипація енергії. Кластеризація води, прилеглої до білкових молекул, змінює умови дифузії розчинених молекул малої маси, а також катіонів і аніонів. В структурованій воді дифузні пробіги молекул зменшуються. Очевидно, під час досліджень радіаційно-хімічних процесів у живій клітині слід враховувати відмінність фізико-хімічних умов у клітинному просторі і у звичайних розчинах. До цього ж додається специфіка радіаційно-хімічних реакцій у мембранах, будова яких зумовлюється існуванням двох орієнтованих шарів ліпідів, що взаємодіють з білковими молекулами і кластеризованою водою. У ліпідних шарах елементарної мембрани радіаційно-хімічні реакції здійснюються нібито у не в тривимірному просторі (об’ємі), а в двовимірному. Це теж впливає на кінетику реакцій. Близькими до істинних розчинів у клітинному просторі є лише вакуолі рослинних клітин.

Таким чином, у живій клітині можна виділити такі стани речовини:

1. молекули одного типу в агрегованій формі;

2. молекули у водному середовищі за наявності інших молекул у високих концентраціях;

3. молекули в неводних розчинах;

4. молекули, адсорбовані на поверхні органел;

5. комплекси з молекулами іншого типу;

6. молекули, що перебувають у різних, відокремлених один від одної, частинах клітини (компартментація);

7. молекули у водних розчинах.