Физический мутагенез
Физическими мутагенами называются любые физические воздействия на
живые организмы, которые оказывают либо прямое влияние на ДНК или вирусную
РНК, либо опосредованное влияние через системы репликации, репарации,
рекомбинации.
В случае прямого влияния на ДНК основную роль играют два таких
параметра, как величина энергии воздействующей частицы и способность
биологического материала поглощать эту энергию.
Величина энергии убывает в ряду: космические лучи,
(-лучи, рентгеновские лучи,
(-лучи,
(-лучу,
УФ-лучи, видимый свет, инфракрасные лучи, микроволны, ДНК прямо не повреждают радиоволны.
Повреждения ДНК могут быть двух типов: двунитевые и однонитевые
разрывы (при очень высокой энергии фотона – космическоие лучи,
рентгеновские и (-лучи).
Ультрафиолет способен индуцировать образование неспецифических двойных
связей С=С. Рентгеновские и (-лучи способны разрывать С–N, C–C, C–H, C=O
(образуются перекиси). Они проникают через живые ткани, ионизируют вещества
в живых тканях (ионизирующая радиация). УФ и (-излучение приводит к
образованию фотоаддуктов за счет комптоновских электронов. УФ-излучение, от
отличие от (-излучения, не проникает ни через бумагу, ни через кожу.
––––260–––––––––––––––280––––––––––––––330–––––––––––––––400–––– нм
1. 260-280 – зона поглощения для ДНК, РНК и белков (избирательное поглощение: 260 нм – ДНК, 280 нм – белки)
2. 280-330 – зона поглощения для липидов с ненасыщенными связями (С=С)
3. 330-400 – зона поглощения для стероидов
Законы фотохимии
1. Действует лишь тот фотон, который поглощен.
2. Повреждение – результат действия одного фотона.
Для оценки повреждения необходимо подсчитать количество моль
образующихся фотопродуктов на один Эйнштейн поглощенной энергии.
Для нахождения повреждения необходимо подсчитать квантовый выход.
|[pic] (*) |Nа – число Авогадро, |
|[pic] |[pic]– постоянная Планка, 6,62*10–27 эрг/с, |
|[pic] |с – скорость света (3*108 м/с), |
|[pic] |( – длина волны, |
| |( – частота. |
(*) – не пригодна для ДНК, которая содержит пурины, которые поглощая
энергию не дают фотопродуктов.
На клеточном уровне законы фотохимии имеют ограничения:
[pic]
С точки зрения фотохимии доза одна и та же, но при первой дозе клетки
выживают, при второй нет, так как за одну секунду не успевают включиться
системы репарации. Высокие дозы не вызывают перекисного окисления жирных
кислот.
У высших живых существ вещества, ослабляющие действие излучения –
фотопротекторы. Многие растения содержат алкалоиды и кумарины, они
усиливают процессы, вызванные радиацией. Эти вещества опастны для животных.
Источники излучения – солнечный свет, ртутные лампы, рентгеновское
излучение, радиоактивные элементы.
Проникая в кожу, квант излучения оставляет шлейф ионизированного вещества.
Для оценки радиационного поражения используют две величины:
ЛПЭ – линейная передача энергии – энергия, переданная веществу (в
электронвольтах) на 1 нм пробега частицы.
ЛПИ – линейная плотность ионизации – количество возникающих пар ионов на 1
нм пробега частицы.
(-излучение может разрывать сахарофосфатный остов, кольца пуринов и
пиримидинов.
Фактор изменения дозы: [pic]
Модификаторы
|Протекторы – |Сенсибилизаторы – |
|усиливают действие излучения. |ослабляют действие излучения. |
|(вещества и тиоловой группой, гистамин и|(новокаин, резерпин, морфий) |
|др.) | |
Теория одной мишени – чем проще органическое существо, тем большие
дозы облучения оно может выдерживать. (Пример: бактерии прособны выдержать
600 крад, мыши – 100 рад). ДНК – основной поглотитель мутагена.
1958 г. Альперт сформулировал теорию двух мишеней, в которой показал,
что различие в чуствительности E. coli в атмосфере азота и кислорода
зависит от того, что существуют две мишени (в азоте мишень – ДНК, 260 нм
УФ; в кислороде – мембрана, 360 нм проявление кислородного эффекта). При
проведении острых опытов, наблюдали мгновенную гибель, при проведении
хронических опытов – гибель через несколько дней. Энергия воздействия лучей
мала, но клетка усиливает дозу облучения. При малых дозах гибель клеток
через несколько недель связана с активацией нуклеаз, нарушением ДНК-
мембранного комплекса. Исследование семян и бактерий высокогорья показало,
что при низких дозах облучения у них образуются фотопродукты иной
структуры, чем те, что образуются при сильном облучении. (6,4-пиримидин-2-
ОН – продукт высокогорных растений, в их спорах содержится продукт другой
структуры). У дрожжей фотопродукты не образуются при облучении, а при
вегетативном размножении в момент митоаз происходит образование
обыкновенных димеров. Бактерии, обитающие на голодной среде и имеющие один
геном обречены на смерть при воздействии физического мутагена, тогда как
содержащие несколько геномов способны выжить.
Действие инфракрасного излучения и шумов на клетки не изучено.
Физические мутгены и их действие сильно зависит от предварительной эволюции
организма. К постоянно действующим мутагенам виды выработали устойчивость.
Физический мутагенез может не регистрироваться из-за быстрой гибели
мутантных организмов.
Мутагенный ответ могут вызывать любые частицы, вызывающие ионизирующую
радиацию (нейтроны, протоны, электроны).
Ионизирующие частицы
(образуются при распаде радиоактивного элемента)
|(-частицы |(-частицы |(-частицы |
|(ядра атома He: 2 |(быстрые электроны от U 238|(нейтроны). |
|протона, 2 нейтрона). |или Ra). Обладают высокой |Максимальная |
|Задерживаются даже |проникающей способностью, |проникающая |
|одеждой, но роговица |проходят через кожу, |способность. |
|глаза, эпителиальные |оставляя шлейф возбужденных| |
|клетки и сперма могут |атомов, вторичная ионизация| |
|давать мутагенный ответ.|привотит к мутагенному | |
| |ответу. | |
Нейтроны обладают очень высокой проникающей способностью. По
мутационному ответу превосходят (- и (-частицы. Измеряются в следующих
единицах: Кюри слишком крупные единицы, их заменили на Беккерель. БЭР
(единица поглощения) – биологический эквивалент рада. Сейчас измеряют в
зиветрах. Одна доза разного излучения имеет разный биологический ответ.
1 грей рентгеновского излучения равено одному зиверту.
1 грей нейтрино равен 10 зивертам.
Последствия облучения : смерть, мутация соматических клеток > рак,
мутация половых клеток > уродство потомства.
Смерть может наступать трех типов:
1. Через несколько часов в результате поражения сосудов мозга и нервов
(цереброваскуляция).
2. Через 1–2 недели – кишечный синдром в результате гибели клеток кишечника.
3. Гибель организма через 2–3 месяца. Гематоэнцефалический синдром.
Кроветворные клетки костного мозга умирают.
Все уродства при облучении затрагивали только костную систему (16 млн.
мышей). Млекопитающие устойчивы к малым дозам радиации, но к большим –
нет. В географический зонах с высоким уровнем радиации популяции
адаптируются (Дельта Нила, Денвре, Рио–де–Жанейро).
Существуют два способа радиации: облучение снаружи и через
внутренности (через легкие и пищеварительную систему). Радиация проникает
через порезы, не защищенные эпителием. Дейтерий и тритий радиоактивны.
Входя в состав молекул воды, способны вызывать мутагенез. Живая вода
является антиоксидантом, вызывает усиленную регенерацию. Грибы способны
накапливать радионуклеиды в плодовых телах.
-----------------------
[pic]