Свободные радикалы

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФИЗИЧЕСКИЙ  ФАКУЛЬТЕТ 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                        Выполнила

студентка IV курса IV группы

Степанова Ольга Юрьевна 
 

                               Преподаватель:

                                                         Крот Владимир Илларионович 
 
 
 

Минск, 2010

Содержание 

1. Ионизирующее  излучение
2. Усиление первичных молекулярных повреждений
3. Прямое и непрямое действие излучений в клетках
4. Свободные радикалы в облученной клетке
5. Система окислительно-восстановительного гомеостаза клетки и ее изменения после облучения
6. Активные формы кислорода
7. Активные соединения азота
8. Окислительные процессы в облученной клетке
9. Радиотокси
10. Список использованных источников

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Ионизирующее  излучение

     Ионизирующим  излучением называется выделение энергии, вызывающее ионизацию среды (образование заряженных атомов или молекул - ионов).

     Источниками ионизации являются космические  лучи; природные материалы на Земле, содержащие радиоактивные вещества; искусственные источники: ядерные реакторы, ускорители частиц, рентгеновские установки, контрольно-измерительная техника (использующая принципы диагностики за счет радиационного распада веществ - дефектоскопия металлов, геологическая разведка и т.д.)

     ХХI век оказался не готовым к решению сырьевых и энергетических проблем планеты. Авария на Чернобыльской АЭС с небывалой остротой обнажила опасность, связанную с использованием «мирного» атома, с угрозой возможности разрушения ядерных реакторов, ядерной опасности при военных конфликтах, вызвала необходимость нового мышления. Мирное использование атома накладывает огромную ответственность на государственных деятелей, ученых, требует высочайшего соблюдения мер безопасности.

     Радиоактивность – это способность некоторых  природных элементов (уран, радий, и др.), искусственных радиоактивных изотопов самопроизвольно распадаться, испуская при этом невидимые и неощущаемые человеком излучения. Такие элементы называются радиоактивными (²³⁴U, ²³⁵U, ²³⁸U, ⁴⁰K и др.).

     Ионизирующее  излучение бывает корпускулярным и электромагнитным (фотоновым). Корпускулярное излучение представляет собой поток частиц с массой потока отличной от нуля (альфа и бета - частиц, протонов, нейтронов и др.). К электромагнитному излучению относятся гамма-излучение и рентгеновское излучение.

     По  физической природе излучения это  потоки элементарных, быстро движущихся частиц атомных ядер, их волновое электромагнитное излучение, обладая большой энергией, ионизирует вещество, среду, в которых  распространяются. Ионизация вещества сопровождается распадом молекул, атомов и появлением зараженных частиц-ионов, которые меняют физико-химические свойства веществ, а в биологической ткани нарушают процессы жизнедеятельности, поражая живой организм. На образование ионов расходуется энергия излучения, поэтому, чем больше образуется ионов, тем меньший путь в веществе, при прочих равных условиях, пройдет излучение, до полной потери энергии.

     Поэтому, чем больше ионизирующая способность  излучения (количество образуемых ионов  по длине в 1см – удельная ионизация), тем меньше его проникающая способность.

     К основным видам радиоактивных излучений  относятся:

     альфа(a), бета (b); нейтронные (группа корпускулярных излучений), рентгеновские и гамма (g) излучения.

     В течение всей своей жизни организм человека на Земле подвергается воздействию радиоактивного излучения. Это радиоактивное излучение, которому подвергается человек, условно можно разделить на две большие группы :

     а) естественное излучение или излучение  природного фона;

     б) антропогенное излучение, то есть радиоактивное излучение, связанное с жизнедеятельностью человечества. 
 

Усилениие первичных молекулярных повреждений

     Основной результат, который следует из опытов по изучению инактивации облученных молекул, состоит в том, что значение инактивирующей дозы D₃₇ варьирует от нескольких тысяч до миллиардов Гр. Для большинства клеток летальная доза радиации колеблется в пределах от 1 до 100 Гр. Следовательно, в летально облученной клетке доля непосредственно инактивированных молекул чрезвычайно низка — около 0,001-0,1%. Маловероятно, чтобы убыль такого незначительного числа биокатализаторов имела столь серьезные последствия для клетки. Можно было бы предполагать, что повреждение столь ничтожной доли уникальных структур, таких, как ядерная ДНК, все же способно привести к гибели клетки.

     Все же ничтожные потери первично радиационно-инактивированных биологически значимых молекул могут привести к фатальному для облученной клетки исходу. Это возможно потому, что изменения биомакромолекул в биологической стадии развития лучевого поражения развиваются (умножаются) во времени и могут достигнуть такого уровня, при котором происходят необратимые и фатальные для клеток повреждения.

     Таким образом предполагается существование механизма усиления первичных молекулярных изменений, приводящих к развитию повреждений и к гибели облученной клетки. 
 

Прямое и непрямое действие излучений в клетках

     Возникновение стойких молекулярных повреждений на биологической стадии лучевого поражения клетки обнаруживали в облученных клетках еще в середине 50-х годов (в работах Хатчинсона, Полларда, Раевского и др.). Радиочувствительность некоторых молекул в изолированных сухих препаратах и высушенных клетках совпадала.

     В опытах с коферментом А было показано, что в высушенных клетках он в 2,7 раза более чувствителен к облучению, чем в изолированном состоянии. Такой результат позволяет предположить наличие в клетке факторов, модифицирующих радиочувствительность молекул (образование избытка радикалов в клетках, высокая степень агрегации, адсорбция на поверхности субклеточных структур, образование комплексов и др.). В большом числе экспериментов сопоставляли радиочувствительность молекул во влажных и обезвоженных клетках. Как правило, обезвоживание приводило к повышению радиоустойчивости молекул. Все это указывало на важную роль радикалов воды — одного из факторов чувствительности клетки к действию радиации.

     К распространенным методам модификации свободнорадикальных лучевых изменений относятся метод температурных воздействий и уже упоминавшийся метод высушивания клеток.

     Так, замораживание клеток в равной мере предотвращало снижение уровня свободных радикалов и развитие лучевого поражения. При помещении клеток после облучения в атмосферу чистого кислорода наблюдали быстрое исчезновение радикалов и более глубокое, чем в обычных условиях, лучевое поражение.

     Аналогичное действие оказывает высокая температура. Предполагается, что в обоих случаях быстрое исчезновение свободных радикалов связано с образованием стабильных аддуктов поврежденных молекул, приводящих к летальному исходу клетки.

     Вопрос о количественном вкладе непрямого действия радиации в радиобиологический эффект длительное время оставался неясным и дискутировался более полувека. В количественные расчеты часто вносилась путаница при использовании ограниченного, устаревшего понятия «косвенного (непрямого, опосредованного) действия излучения», относящегося только к действию радикалов воды и не учитывающего роль других радикалов и миграцию поглощенной энергии излучений в биологических системах.

     Так, в зависимости от метода и объекта исследования разные авторы предлагали цифры от 0 до 100% вклада непрямого эффекта за счет радиолиза воды.

     Произведя тщательный анализ данным литературы, Ю. Н. Корыстов (1986) пришел к выводу, что в клетках прокариот и эукариот непрямое действие радиации за счет воды достигает 80-90% и является определяющим в инактивации клетки ионизирующим излучением. Действительно, сухие или замороженные клетки обычно в 2-3 раза более устойчивы к облучению, чем нативные. Этот результат указывает на роль диффундирующих активных продуктов (в жидкой фазе клетки) в поражении внутриклеточных структур, определяющих чувствительность клетки к радиационному воздействию.

     Интересен вопрос о возможном расстоянии диффузии радикалов воды от места возникновения до поражаемой структуры. Если бы это расстояние было достаточно велико и сопоставимо с размерами клетки, то облучение любого участка клетки с равной эффективностью вызывало бы биологическое поражение, связанное только с непрямым действием радикалов воды. Опыты К. Коула, проведенные еще в 1965 г., показали, что радикалы воды, возникающие в цитоплазме, могут оказаться малоэффективными — пучки электронов были способны вызывать репродуктивную гибель клетки лишь в том случае, если они пронизывали ядро. Теоретическая оценка расстояния диффузии радикалов показывает, что наиболее вероятное значение этой величины для диффундирующих радикалов — 3 нм.

     Следовательно, в непрямое действие радиации вовлекается водная оболочка, окружающая мишени, толщиной примерно в 10 молекул воды. Основная часть радикалов, образующаяся в более отдаленных участках клетки, возможно, рекомбинирует до того, как достигает мишени.

     Радикалы могут образовываться и в липидах ядерных мембран. Тогда непрямой эффект ионизирующих излучений на генетический аппарат клетки может осуществиться не только в водной фазе, но и при поглощении электронов липидами ядерной мембраны. 
 

Свободные радикалы в облученной клетке

     Свободные радикалы - это молекулярные частицы, имеющие непарный электрон на внешней электронной оболочке и обладающие высокой реакционной способностью. Их изучение ведется методом ЭПР (спиновые ловушки), хемилюминесценции и путем применения ингибиторов реакций, в которых участвуют радикалы определенного типа. Основные радикалы, образующиеся в клетках - это радикалы кислорода (супероксид и гидроксильный радикал), монооксид азота, радикалы ненасыщенных жирных кислот, радикалы, образующиеся в окислительно-восстановительных реакциях (например, убихинол). Радикалы образуются также при действии ультрафиолетовых лучей и в ходе метаболизма некоторых чужеродных соединений (ксенобиотиков), в том числе некоторых препаратов, одно время применявшихся в качестве лекарств.

     Все радикалы, образующиеся в нашем организме, можно разделить на природные и чужеродные. В свою очередь природные радикалы можно разделить на первичные (полезные), вторичные (повреждающие) и третичные (радикалы антиоксидантов). Образование первичных радикалов осуществляется при участии определенных ферментных систем; эти радикалы выполняют полезные для организма функции. Из первичного радикала – супероксида, а также в результате других реакций в организме могут образоваться весьма активные молекулярные соединения: перекись водорода, гипохлорит и гидроперекиси липидов. Под действием ионов металлов переменной валентности, в первую очередь – ионов Fe2+, из этих веществ образуются вторичные свободные радикалы, такие как радикал гидроксила и радикалы липидов, которые оказывают разрушительное действие на клеточные структуры.

     Таблица 1. Первичные радикалы, образующиеся в нашем организме

 

     Таблица 2. Вторичные радикалы