Прямые и косвенные эффекты облучения
Молекула воды
Прямое воздействие |
Косвенное воздействие |
(менее |
(более |
распространено) |
распространено) |
Физический этап – |
|
Физико-химический этап |
поглощение энергии |
|
– перераспределение |
и возникновение |
|
поглощенной энергии |
возбуж-денных и |
|
излучения |
ионизиро- |
|
возбужденными |
ванных молекул |
|
молекулами |
Общая схема биологического действия ИИ (этапы воздействия ИИ на живую материю)
Химический |
|
Молекулярно-биологический – |
– |
|
изме-нение в структуре |
образование |
|
биологических молекул и клеток, |
свободных |
|
которые могут приводить к |
радикалов |
|
нарушению их функций |
Основные процессы, протекающие в организме
при его облучении и время их проявления
|
|
Процесс |
|
Время, с |
Поглощение |
энергии |
волнового |
10-24-10-4 |
|
излучения |
|
|
|
|
Поглощение энергии корпускулярного |
10-15-10-8 |
|||
изл. |
|
|
|
10-12-10-8 |
Перераспределение энергии. Возбуждение и |
||||
ионизация молекул. |
|
10-7-10-5 |
||
Химические |
повреждения |
биомолекул в |
||
результа-те |
их |
ионизации |
и возбуждения |
|
(прямое действие) |
|
|
|
|
Образование свободных радикалов |
Несколь |
|||
(косвенное действие ИИ) |
|
-ко |
||
Изменение структуры белков, нуклеиновых |
часов |
|||
неск. мксек |
||||
кислот после облучения (биомолекулярные |
- неск. |
|||
повреждения) |
|
|
часов |
|
|
|
|
||
Основные процессы, протекающие при
облучении организма и время их проявления
Процесс |
Время, |
|
|
с |
|
Поглощение энергии волнового излучения |
10-24-10- |
|
|
4 |
|
Поглощение энергии корпускулярного изл. |
10-15-10- |
|
|
8 |
|
Перераспределение энергии. Возбуждение и 10-12-10- |
||
ионизация молекул. |
8 |
|
|
||
Химические повреждения биомолекул в результа- 10-7-10-5 |
||
те их ионизации и возбуждения (прямое действие) |
|
|
Образование свободных радикалов (косвенное Неск. |
||
действие ИИ) |
часов |
|
Изменение структуры белков, нуклеиновых кислот |
неск. |
|
после облучения (биомолекулярные повреждения) |
мксек - |
|
Ранние биолог. эффекты: гибель клеток; наруш. их |
неск. час |
|
неск. мин |
||
функции; преждевременная гибель отдельного орг- |
- неск. |
|
ма |
недель |
|
Годы, |
||
Проявление отдаленных биолог. эффектов: стойкое |
||
Дальнейшие этапы радиационного поражения
сво-дятся к изменениям белков, липидов,
.
Уменьшение в тканях содержания сульфгидрильных групп – самые ранние
радиационные изменения.
При этом начальная инактивация сульфгидриль-ных групп вызывается короткоживущимими ради-калами, а в дальнейшем – стойкими перекисями.
II. ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХИЗЛУЧЕНИЙ НА
БИОЛОГИЧЕСКИЕ МОЛЕКУЛЫ (СУБКЛЕТОЧНЫЙУРОВЕНЬ)
1. Действие ИИ на молекулы |
||
Молекулы |
белка |
огромным |
|
||
разнооб-разием и последствия от их облучения
-типа облучаемого
белка; - вида и энергии
- длительности
Большое
количество
разнообразны х белковых молекул и их постоянное обновление позволяет организму противостоять воздействию радиации
Схема изменений, происходящих в белковых
молекулах под действием ИИ Действующее на белок ИИ
|
|
Прямое. |
|
|
|
|
|
|
Косвенное. |
|
|
|
||||||||
|
|
Возникновение |
|
|
|
|
Образование свободных |
|
||||||||||||
|
|
свободных |
|
|
|
|
ради-калов в результате |
|
||||||||||||
|
|
ради-калов в |
|
|
|
|
взаимо-действия белковых |
|
||||||||||||
|
|
|
цепях |
|
|
|
|
молекул с продуктами |
|
|||||||||||
|
|
аминокислот |
|
|
|
|
|
|
радиолиза воды |
|
||||||||||
|
|
|
Изменение |
|
|
|
структуры белка в виде: |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
образовани |
|
||
|
разрыва водо- |
|
|
|
|
модификации |
|
|||||||||||||
|
|
родных и |
|
|
|
|
аминокислот в |
|
|
я сшивок и |
|
|||||||||
|
дисуль-фидных |
|
|
|
|
|
|
|
цепи |
|
|
|
агрегатов |
|
||||||
|
|
связей |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Нарушение |
|
следующих функций белка: |
|
|||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
структур |
регулятор каталити- |
|
защит- |
транспорт- |
энергети |
||||||||||||||
|
ная (со- |
-ная |
ческая |
|
ная (ан- |
ная (гемо- |
ческая |
|||||||||||||
|
матика) |
(гормоны) |
|
(фе- |
|
титела) |
|
глобин) |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
Облучение белковых растворов приводит к:
-изменениям белковой структуры;
-агрегации молекул за счет образования дисуль-фидных связей;
-деструкции, связанной с разрывом
Однако все эти процессы связаны с поглощением очень высоких доз (1000 Гр и
более).
При облучении в меньших дозах в тканях, прежде всего, снижаются свободные аминокислоты. Так, при общем облучении животных дозой 5 Гр (500 рад) понижаются
уровни:
- метионина (донор метильных групп) – на 75%; - триптофана – на 26%, достигая затем 50%.
Недостаток аминокислот приводит к резкому замедлению биосинтеза белков.
2. Действие ИИ на липиды
Липиды – жироподобные не растворимые в воде органические вещества. Входят в состав биологи-ческих мембран, а также выполняют в организме роль запасных питательных веществ.
Многие процессы клеточного метаболизма протека-ют в мембранах. Поэтому вызываемое облучением перекисное окисление липидов ведет к нарушению метаболизма клеток и
Из-за нарушения целостности клеточной мемб- раны происходит сдвиг ионного баланса клетки.
Происходит также изменение в липопротеинах внутриклеточных структур, что отражается на функциях, прежде всего, митохондрий и микросом.
снижается |
с |
одновременным |
их |
перераспределением |
в различ-ных |
тканях |
|
Схема действия ИИ на липиды и
клеточные изменения при их облучении Действие ионизирущих излучений на липиды
Образование свободных |
радикалов + |
Перекисное кислород |
Изменение
биохимических
процессов в клетке При этом образование перекисей обусловлено
не столько прямым действием радиации, сколько угнетением ряда антиоксидантов.
Синтез липидов стимулируется с одновременным повышением их окисляемости, в результате чего также образуются перекиси.