Ионизирующее излучение: действие на ДНК
Действие ионизирующего излучения на биомакромолекулы в основном опосредовано продуктами радиолиза воды [ von Sonntag 2006 ]. При взаимодействии высокоэнергетических фотонов или заряженных частиц с молекулой воды в качестве первичных продуктов образуются либо молекула H2O в возбужденном состоянии, либо катион-радикал H2O?+ и электрон , а далее за счет их спонтанного распада и рекомбинации возникают АФК , а также радикалы H, гидратированные электроны ?aq и ряд других продуктов. При этом каждая частица, тормозясь в воде и постепенно отдавая энергию, может производить большое число продуктов радиолиза [ von ea 2006 ]. Образующиеся молекулы АФК сосредоточены вдоль трека проходящей частицы, что увеличивает вероятность взаимодействия с частями биомакромолекулы- мишени, находящимися поблизости друг от друга. В случае ДНК это приводит к тому, что под действием ионизирующего излучения часто возникают "кластерные повреждения" - модифицированные звенья ДНК, расстояние между которыми меньше нескольких нуклеотидов. Важным источником АФК в природе служит солнечный свет, который поглощается многими соединениями- фотосенситизаторами в живых клетках с дальнейшей передачей энергии на молекулы O2.
Вне зависимости от источника АФК при обсуждении их действия на ДНК следует учитывать их относительную реактивность. O2 и H2O2 достаточно слабо реагируют с различными группами ДНК, в то время как OH чрезвычайно реакционноспособен. С другой стороны, меньшая реакционноспособность O2 и H2O2 приводит к тому, что они способны диффундировать на большее расстояние, чем OH, который реагирует с молекулами-мишенями практически сразу после образования. Поэтому для повреждения ДНК эндогенными АФК огромное значение имеет восстановление менее реакционноспособных АФК ионами переходных металлов до радикалов OH. Из таких реакций в клетке чаще всего протекает цикл Габера-Вейса , катализируемый ионами железа , всегда связанными в некотором количестве с молекулой ДНК:
Fe2+ + H2O2 = Fe3+ +*OH + OH-
Fe3+ + *O2- = Fe2+ + O2
Помимо АФК, упомянутых выше, повреждать клеточную ДНК могут синглетный кислород [ von Sonntag 2006 ] и активные формы азота, из которых наиболее важен пероксинитрит , образующийся при рекомбинации O2 и важного биологического медиатора NO [ Radi, ea 1998 ].
