3.3. Химическая стадия. Прямое и непрямое действие радиации

Во время химической стадии образовавшиеся ранее высокоактив­ные свободные радикалы вступают в реакции между собой и с интактными молекулами, в результате чего возникают разнообразные по­вреждения молекул. Если повреждение биомолекул происходит в ре­зультате непосредственного поглощения ими энергии излучения, при­нято говорить о прямом действии радиации. Если же биомолекулы по­вреждаются в результате их химического взаимодействия с продуктами радиолиза воды, говорят о непрямом действии радиации.

К химически высокореактивным продуктам, образовавшимся на фи­зико-химической стадии, относятся прежде всего радикалы ОН^* и Н^* и гидратированный электрон (е_гидр.). При взаимодействии первичных продуктов радиолиза воды с кислородом образуются новые продукты, такие как ионы Н₃О⁺ и пероксид водорода Н₂О₂, а также супероксид­ный анион-радикал и гидропероксид , обладающие даже более высокой реакционной способностью, чем первичные радикалы.

Гидроксильный радикал НО^* является самым сильным окислителем, образующимся при радиолизе воды, радикал водорода Н^* и – си­льные восстановители, пероксид водорода – слабый окислитель.

Образовавшиеся при радиолизе воды радикалы ОН^* и Н^* могут вступать во взаимодействие друг с другом с образованием молекуляр­ного водорода Н₂ и пероксида водорода Н₂О₂:

Н^* + Н^*  Н₂; ОН^* + ОН^*  Н₂О₂.

Гидратированный электрон вступает в реакции восстановления. Пример такой реакции представлен ниже:

+ СН(СН₂SН)СОO^  H₂S + NH₂CH(CH₂)COO^ .

цистеин

В случае наличия в воде закиси азота гидратированные электроны превращаются в гидроксильный радикал:

+N₂О  HO^* + N₂.

Эндогенный оксид азота NO, основной регулятор локальной регу­ляции тонуса артериальных сосудов, является также радикалом и ак­тивно взаимодействует с супероксид-анион-радикалом с образова­нием пероксинитрит-аниона:

+ NO^*  ONOO^.

Пероксинитрит, являясь токсическим веществом, способным по­вреждать белки и ДНК, при своем распаде вновь образует высокореак­тивные продукты – гидроксильный радикал НО^*, диоксид азота NO₂ и нитроний ион NO²⁺.

Продукты радиолиза воды способны вызвать практически все типы структурных повреждений, которые наблюдаются при прямом дейст­вии радиации. Непрямое действие радиации определяется содержанием в макромолекулах структуриро­ванной воды, когда поглощенная энергия при радиолизе воды может достигнуть важных надмолекулярных структур клетки и вызвать в них изменения. Наибольшая радиочувствительность среди органических веществ свойственна фосфолипидам, составляющим структурную основу клеточных мембран.

Так, гидратированный электрон способен присоединяться к органи­ческим молекулам с образованием анион-радикала R^*, который харак­теризуется относительно высокой стабильностью. При воздействии продуктов радиолиза воды на аминокислоты, белки, углеводы, нуклеотиды, ДНК, фосфолипиды могут образовываться радикалы растворен­ных веществ.

В частности, при взаимодействии биомолекул с гидроксильным радикалом НО^* происходит отщепление водорода от органического вещества:

RH + ОН^*  R^* + Н₂О

или, при наличии двойных ненасыщенных связей в веществе, их разрыв:

R₁HC = CHR₂ + ОН^*  R₁HC^*(ОН) – .

В результате реакций с участием ОН^* образуются нестабильные про­дукты, включая радикалы с большой реакционной способностью.

При взаимодействии с органическими веществами радикала водо­рода Н^* происходит отщепление водорода:

RH + Н^*  R^*+ H₂,

а при наличии свободной аминогруппы все завершается дезаминированием:

RNH₂ + Н^*  R^* + NH₃.

Образующиеся в результате как прямого, так и непрямого действия радиации органические радикалы обладают высокой реакционной спо­собностью. Они могут вступать в реакции:

гидроксилирования – R^* + OH  ROH;

гидрирования – R^* + H  RH;

образования гидроперекисных радикалов – R^* + O₂  ROO^*;

ROO^* + RH  ROOH + R^*.

Соединяясь с кислородом, органические радикалы образуют перок-сидные радикалы типа , которые, в свою очередь, могут перехо­дить в гидроперекиси, отщепляя водород от других соединений:

+ RSH  ROOH+ RS^*.

Органические радикалы, вступая в разнообразные реакции, чаще всего инактивируются. Однако образовавшийся в результате облучения свободный радикал может прореагировать с нормальным радикалом, участвующим в важной ферментативной реакции, и инактивировать его. В этом случае повреждающее действие радикалов может быть свя­зано с ингибированием соответствующей реакции.

Продолжительность химической стадии составляет 10^-6-10^-3 с.