Биология /
Физический мутагенез
Физическими мутагенами называются любые физические воздействия на живые организмы, которые оказывают либо прямое влияние на ДНК или ви-русную РНК, либо опосредованное влияние через системы репликации, репара-ции, рекомбинации.
В случае прямого влияния на ДНК основную роль играют два таких па-раметра, как величина энергии воздействующей частицы и способность биоло-гического 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, рентгенов-ские 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, ионизи-руют 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 погло-щение: 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 обра-зующихся фотопродуктов на один Эйнштейн поглощенной энергии.
Для нахождения повреждения необходимо подсчитать квантовый выход.
(*)
Nа – число Авогадро,
– постоянная Планка, 6,62*10–27 эрг/с,
с – скорость света (3*108 м/с),
– длина волны,
– частота.
(*) – не пригодна для ДНК, которая содержит пурины, которые поглощая энергию не дают фотопродуктов.
На клеточном уровне законы фотохимии имеют ограничения:
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 жир-ных кислот.
У высших живых существ вещества, ослабляющие действие излучения – фотопротекторы. Многие растения содержат алкалоиды и кумарины, они уси-ливают 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 вещест-ва.
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:
Модификаторы
Протекторы –
усиливают действие излучения.
(вещества и тиоловой группой, гистамин и др.) Сенсибилизаторы –
ослабляют действие излучения.
(новокаин, резерпин, морфий)
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 пока-зал, что различие в чуствительности E. coli в атмосфере азота и кислорода зави-сит от того, что существуют две мишени (в азоте мишень – ДНК, 260 нм УФ; в кислороде – мембрана, 360 нм проявление кислородного эффекта). При прове-дении острых опытов, наблюдали мгновенную гибель, при проведении хрони-ческих опытов – гибель через несколько дней. Энергия воздействия лучей мала, но клетка усиливает дозу облучения. При малых дозах гибель клеток через не-сколько недель связана с активацией нуклеаз, нарушением ДНК-мембранного комплекса. Исследование семян и бактерий высокогорья показало, что при низ-ких 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 ми-тоаз 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 вы-жить.
Действие инфракрасного излучения и шумов на клетки не изучено. Физи-ческие мутгены и их действие сильно зависит от предварительной эволюции организма. К постоянно действующим мутагенам виды выработали устойчи-вость. Физический мутагенез может не регистрироваться из-за быстрой гибели мутантных организмов.
Мутагенный ответ могут вызывать любые частицы, вызывающие ионизи-рующую радиацию (нейтроны, протоны, электроны).
Ионизирующие частицы
(образуются при распаде радиоактивного элемента)
-частицы
(ядра атома He: 2 протона, 2 нейтрона). Задерживаются даже одеждой, но роговица глаза, эпителиальные клетки и сперма могут давать мутаген-ный ответ. -частицы
(быстрые электроны от U 238 или Ra). Обладают высокой проникаю-щей способностью, проходят через кожу, оставляя шлейф возбужден-ных атомов, вторичная ионизация привотит к мутагенному ответу. -частицы
(нейтроны). Максимальная проникающая способность.
Нейтроны обладают очень высокой проникающей способностью. По му-тационному ответу превосходят - и -частицы. Измеряются в следующих еди-ницах: Кюри слишком крупные единицы, их заменили на Беккерель. БЭР (еди-ница поглощения) – биологический эквивалент рада. Сейчас измеряют в зивет-рах. 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 популя-ции адаптируются (Дельта Нила, Денвре, Рио–де–Жанейро).
Существуют два способа радиации: облучение снаружи и через внутрен-ности (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 ан-тиоксидантом, вызывает усиленную регенерацию. Грибы способны накапли-вать радионуклеиды в плодовых телах.
|
|