Нуклеиновые кислоты действие ионизирующего излучения

Ультрафиолетовые лучи и ионизирующее излучение. УФ-свет, рентгеновские лучи и другие виды ионизирующего излучения оказывают на микроорганизмы как подавляющее жизнедеятельность (летальное), так и мутагенное воздействие. Их специфическое действие еще мало изучено. Исходя из совпадения кривой поглощения нуклеиновых кислот и кривой подавления жизнедеятельности клеток при облучении в зависимости от длины волны, а также частоты мутаций в популяции, можно сделать вывод о том, что УФ-лучи действуют в основном на нуклеиновые кислоты. Наиболее эффективны лучи ближней УФ-области с длиной волны около 260 нм (рис. 15.5). Побочные повреждения при этом незначительны. Поражаются главным образом пиримидиновые основания. Например, два соседних тиминовых основания в ДНК могут оказаться ковалентно связанными. Наличие таких димеров тимина служит затем источником ошибок при репликации (рис. 15.6). [c.445]

Прямое действие ионизирующих излучений. Ионизирующие излучения могут непосредственно поражать в клетке молекулы нуклеиновых кислот и белков, которые будут претерпевать первичные изменения, связанные с ионизацией и возбуждением атомов и молекул. В ряде опытов на дрозофиле, ячмене и многих других объектах было показано, что число точковых рецессивных летальных мутаций и мелких разрывов хромосом возрастает прямо пропор- [c.193]

Наиболее подвержены действию ионизирующего излучения нуклеиновые кислоты. Излучение вызывает, по-видимому, глубокие химические изменения в структуре ДНК. Вероятно, происходит распад и удаление азотистых оснований, перераспределение их порядка, нарушение принципа комплементарности в связи с переходом кетоформы оснований в еноль-ную, выпадение пар оснований, окисление углеводной компоненты, разрыв гликозидной и других связей в молекуле (преимущественно в случае пуриновых оснований) и т. д. [c.479]

Прямое действие радиации на молекулы ДНК, иРНК, тРНК и сложные надмолекулярные ансамбли — рибосомы—приводит к утрате их биологических функций, связанных с репликацией, Tpaii -крипцией и трансляцией генетического кода. Такого рода эффекты имеют решающее значение при действии радиации на вирусы, бактерии, клетки и сложные многоклеточные системы. Поэтому в настоящее время изучению механизмов инактивации нуклеиновых кислот ионизирующим излучением уделяется большое внимание. [c.66]

Лучистая энергия. Ультрафиолет и ионизирующее излучение непосредственно действуют на нуклеиновые кислоты в клетке, вызывая смертельные мутации, или приводят к образованию свободных радикалов, вызывающих инактивацию ферментных систем и разрушение клеточных структур. Солнечный свет, особенно его коротковолновая часть спектра, оказывает выраженное бактерицидное действие. УФО используют в медицине для обработки (дезинфекции) воздуха и поверхностей в операционных, родильных домах и отделениях, асептических помещениях аптек, в бактериологических лабораториях. Для этих целей в помещениях устанавливают бактерицидные облучатели с длиной волны 260 — 300 нм. Волны 260 нм максимально поглощаются ДНК, что приводит к образованию димеров тимина и соответственно к летальным мутациям. Вместе с тем УФО обладает низкой проникающей способностью и оказывает антимикробное действие только на поверхностях или в прозрачных растворах. Ионизирующее излучение (чаще у-лучи изотопов Со или Сз) используют для стерилизации термочувствительных материалов, например изделий из пластика. Обладая высокой проникающей способностью, этот вид электромагнитных волн приводит к потере электронов и образованию из атомов ионов, появлению свободных радикалов, которые могут приводить к полимеризации и другим химическим реакциям, сопровождающим разрушение химических структур микроорганизмов, а также появлению токсичных перекисных соединений. Чувствительность микроорганизмов к ионизирующему излучению сильно варьирует (например, облучение микобактерий туберкулеза дозой 0,14 мегарад приводит к такому же эффекту, как облучение возбудителя полиомиелита дозой 3,8 мегарад). [c.431]

Косвенное действие ионизирующих излучений. Ионизации в живом организме прежде всего могут подвергаться молекулы воды — основного компонента цитоплазмы. Процесс разложения молекул воды на атомы кислорода и водорода с образованием свободных радикалов Н и ОН называется радиолизом воды. Свободные радикалы существуют всего две десятимиллионные (2-10 ) доли секунды, но они непосредственно могут реагировать с белками и нуклеиновыми кислотами, оказывая на них сильное действие и изменяя наследственные структуры. Очевидно, действие свободных радикалов на хромосомы может быть различным в зависимо- [c.194]

Азотсодержащие органические соединения представлены в бытовых сточных водах белками и продуктами их гидролиза — пептидами и аминокислотами. Белки по химическому строению являются естественными полимерами — продуктом конденсации аминокислот. Молекулярная масса белков изменяется от десятков тысяч до нескольких миллионов. Количество звеньев аминокислот колеблется от нескольких десятков до сотен тысяч. В образовании белков участвуют аминокислоты различного строения с алифатическим, ароматическим или гетероциклическим радикалами и содержащие, кроме того, другие функциональные группы. Это обусловливает разнообразие строения белковых молекул, их сложность и различную биологическую активность. Белки, содержащие только остатки аминокислот, называются протеинами. Если же в молекуле наряду с белковыми группами содержится небелковая часть, то такие соединения называются протеидами. К протеидам относятся глико- и мукопротеиды, которые представляют собой соединения белков с углеводами фосфопротеиды, содержащие фосфор липопротеиды, содержащие кроме белковой части липидные группы нуклеопро-теиды — соединения бе.лков с нуклеиновыми кислотами. В воде белки образуют коллоидные растворы, устойчивость которых зависит от pH, присутствия электролитов, температуры. Повышение температуры, действие ультрафиолетовых лучей, ионизирующего излучения, некоторых химических веществ способствует биологической инактивации белков и уменьшению их растворимости в воде. [c.164]

Кислородный эффект. Наличие кислородного эффекта при прямом действии излучения доказано во многих работах. Для сухих препаратов ферментов и нуклеиновых кислот фактор кислородного эффекта равен 1,5—2,2, т. е. в присутствии кислорода макромолекулы в 1,5—2,2 раза эффективнее поражаются ионизирующим излучением. В водных растворах кислородный эффект либо очень мал, либо вообще отсутствует. Для ряда систем да- [c.110]

Весьма существенным в этой связи представляется недавно полученный результат, показывающий, что из пяти оснований нуклеиновых кислот аденин, имеющий наибольшее значение энергии делокализации, легче всего синтезируется электронным облучением смеси метана, аммиака и воды. Кроме того, было обнаружено, что между резистентностью (сопротивляемостью) этих оснований действию ионизирующих излучений и соответствующими ЭД существует глубокая связь. [c.50]

Наше понимание эффектов излучения на молекулярном уровне отражает прежде всего наши знания о молекулярной биологии в целом. Так, первые радиационные биохимики изучали действие ионизирующих излучений в основном на белки и особенно на ферменты в 1960—1970 гг. повьюилось внимание к изучению действия излучения на нуклеиновые кислоты, особенно на дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК). Радиационная биология и фотобиология (эффекты УФ-излучения) открыли одно из самых волнующих явлений в области молекулярной биологии — процесс репарации молекулярных повреждений. [c.29]

В135. В U 11 е г J. А. V., С о п W а у В. Е., J. hem. So ., 1950, 3418—3421, Действие ионизирующих излучений и радиоактивных меченых веществ на дезоксирибонуклеиновую кислоту. II Влияние кислорода на деструкцию нуклеиновой кислоты рентгеновскими лучами. [c.343]

Как можно искусственно приостановить митоз, не умерщвляя при этом клетку Мы знаем для этого несколько способов. Один из них — это подавление синтеза нуклеиновых кислот хромосом. Именно это происходит при воздействии на клетки малых доз рентгеновых лучей или других видов ионизирующего излучения, т. е. таких доз, от которых они обычно не погибают. Большие дозы облучения останавливают митоз, разрушая хромосомы. Насколько нам известно, облучение влияет на клетку, воздействуя главным образом на процесс образования и на целостность хромосом. Химические вещества, обладающие сходным действием, называются ра-диомиметическими, что означает имитирующие действие облучения . В то же время ионизирующее излучение оказывает, по-видимому, лишь незначительное действие на митотический аппарат (если не считать хромосом), а некоторые химические вещества, напротив, бывают в этом отношении весьма активны. Такие вещества растительного происхождения, как, например, производные колхицина, тормозят образование веретена митоза, но не влияют на хромосомы. Хромосомы проходят стадии деления, но не могут разойтись, так как нет митотического аппарата. В результате образуется клетка с двойным набором хромосом. Такие антимитотические агенты облегчают состояние больных при раке, хотя и не излечивают болезнь. Их применяют и в тех случаях, когда хотят вырастить организм, например какую-нибудь продовольственную культуру, с двойным набором хромосом. Само собой разумеется, что сознательное управление митозом будет возможно лишь тогда, когда МЫ поймем, что такое митоз, [c.213]

Как показывают эти наблюдения, само уменьшение вязкости еще не является доказательством, что разрывы цепочки полимера являются основной реакцией эту точку зрения мы настойчиво подчеркивали выше. Однако имеются и другие доказательства, подтверждающие, что действие Ионизирующего излучения на нуклеиновые кислоты вызывает их деградацию. Спарроу и Розенфельд [127] показали, что рентгеновские лучи снижают двойное лучепреломление в потоке дезоксирибонуклеогистоиа зобной железы и свободной дезоксирибонуклеиновой кислоты. Измерения констант седиментации и диффузии облученных нуклеиновых кислот [124, 129, 139] также показали, что происходит деградация, при которой образуются недиализуемые с )раг-менты [144], молекулярный вес которых колеблется в широки.х пределах. [c.257]

Нуклеиновые кислоты. Исключительное биологическое значение нуклеиновых кислот предопределило интерес к изучению особенностей их радиационно-химического поведения. На первоначальном этапе исследований основным критерием изменений, происходящих в нуклеиновых кислотах при действии ионизирующего излучения, служило уменьшение структурной вязкости водных растворов, связанное с разрывом межнуклеотидных связей. В случае облучения в присутствии кислорода наблюдался эффект последействия — вязкость раствора продолжала уменьшаться в течение некоторого периода после прекращения действия излучения. В облученных растворах нуклеиноц,ых кислот был обнаружен неорганический фосфат. [c.216]

В настоящем разделе описаны некоторые экспериментальные подходы, позволяющие изучать характер инактивации белков и нуклеиновых кислот ионизирующей радиацией. Феномены, наблюдаемые в такого рода экспериментах, отражают заключительный этап лучевого поражения, когда стойкие структурные повреждения уже привели к необратимым изменениям биологических свойств макромолекулы. Эти данные могут служить отправной точкой биофизического анализа механизма инактивации при прямом действии излучения. Биофизический анализ должён воссоздать все предшествующие этапы размена энергии излучения, которые в конечном счете и сформировали наблюдаемые функциональные нарушения. [c.66]

Гидроксильный радикал ОН 10- с < 10 нм Разложение пероксида водорода ионами металлов переменной валентности (реакция Фентона) действие ионизирующих излучений на воду образование при микросо-мальном окислении при взаимодействии с 07 Сильный окислитель, индуцирующий разрыв СН-связей индукция ПОЛ вызывает повреждения молекул белков и нуклеиновых кислот оказывает сильное цитотоксическое, мутагенное и канцерогенное действия Одно- и многоатомные спирты, аскорбиновая кислота, мочевая кислота, тиомоче-вина,урацил, диметилсульфоксид [c.108]

Смесь солей железа с пероксидом водорода называется реактивом Фентона и широко используется как гидроксилирующий агент. Гидроксильный радикал образуется и при радиолизе воды, что лежит в основе повреждающего действия ионизирующего излучения на биосистемы. Гидроксильный радикал повреждает нуклеиновые кислоты, оказывая как мутационное, так и летальное действие на клетку, инициирует реакции ПОЛ, инактивирует ферменты, т.е. обладает сильнейшим цитотоксическим действием. [c.110]

При изучении биологических действий излучения очень важно учитывать различие в пространственном распределении рассеянной энергии при облучении ультрафиолетовым светом и ионизирующим излучением, таким, как рентгеновы лучи. Для ультрафиолетового света коэффициент поглощения зависит от молекулярной структуры поглощающей среды и различен, например, для нуклеиновой кислоты и для белка. Поэтому доза поглощенной энергии в эргах на 1 сл может быть совершенно различной в разных частях облученной хромосомы в зависимости от количества содержащейся в них нуклеиновой кислоты и от стадии цикла деления. Для рентгеновых лучей указанные различия не существуют, так как их поглощение атомами вещества не зависит от типов химических соединений, в которых участвуют эти атомы значительное поглощение рентгеновых лучей в костной и некоторых других тканях связано с тем, что в состав последних входят соединения, содержащие атомы с большими атомными номерами. [c.10]

Показано (обзоры —см.цхо при облучении рентгеновскими и у-лучами в присутствии кислорода производные тимина, урацила и цитозина образуют гидроперекиси за счет присоединения по двойной связи С-5—С-6. Эти гидроперекиси могут затем превращаться в гликоли и — в случае производных цитозина и урацила—в производные изобарбитуровой кислоты. Возможно, что подобный ряд превращений наблюдается и при действии перекиси водорода в присутствии ионов переходных металлов 12 . Образующиеся продукты присоединения могут далее разрушаться. Деструкция оснований под действием излучения довольно мала При малых концентрациях перекиси водорода в присутствии ионов Ре + она также, по-видимому, незначительна При действии на нуклеиновые кислоты перекиси водорода 122, 123, 140, 145, 146 иОНИЗИруЮЩеЙ раДИаЦИИ 155-158 на- [c.479]

Механизм возникновения структурных повреждений ДНК в результате поглощения энергии ионизирующего излучения выяснен недостаточно. Работы в этом. направлении интенсивно проводятся в настоящее время. Большо число исследований посвящено анализу начальной стадии химических -из менений в облученных нуклеиновых кислотах, для которой характерно лоявление -свободных радикалов. Методом ЭПР-апектроскопии. изучают выход и структуру радикалов, возникающих при облучении свободных азотистых оснований, нуклеозидов ш нуклеотидов. Сопоставление этих спектров с наблюдаемыми при облучении сухой ДНК позволяет в ряде случаев идентифицировать радикалы, определяющие спектр облученных нуклеиновых ислот. Один из компонентов сигнала ЭПР облученной ДНК — радикал тимина, образованный, по мнению ряда авторов, продуктом присоединения атомарного водорода к Сб-атомам тимина. Аналогичной эффект можно продемонстрировать при действии на порошкообразный образец атомарным водородом, полученным при газовом разряде [c.80]

Изучение инактивирующего действия ионизирующей радиации на макромолекулах представляет еще самостоятельный интерес как метод анализа функциональных свойств отдельных субмоле-кулярных структур. В этом случае ионизирующее излучение выступает 1в качестве уникального инструмента биофизического анализа ферментов, нуклеиновых кислот и различных надмолекулярных комплексов ДНП, хроматина, рибосом и т. д. Используя математический аппарат теории мишени, можно на основании экспериментальных кривых доза — эффект установить геометрические размеры мишени, ответственной за данный тип инактивации макромолекулы. Модифицируя условия облучения, в ряде случаев можно добиться возникновения селективных поражений макромолекулы и оценить их роль в эффекте инактивации (например, если в результате облучения фермента разрушается определенный аминокислотный остаток и ири этом нарушается конформация активного центра и исчезает сродство к субстрату, то можно предположить, что данный структурный участок регулирует конформацию активного центра). Преимущество радиационного воздействия состоит еще ш в том, что с его помощью можно добиться возникновения узколокальных повреждений в любом участке молекулы, при этом другие структурные звенья останутся неповрежденными (существенно, что при этом макромолекулы могут оставаться сухими, находиться в вакууме или в любой газовой смеси, быть замороженными до любой температуры или параллельно подвергаться иным (воздействиям). [c.95]