Ферменты, повреждение радиационное

Другие изменения касаются радиационных влияний на ядерную. мембрану и хроматин. На структуре хроматина сказываются депротеинизация участков ДНК и активация ДНКаз как следствие нарушения проницаемости ядерной мембраны. Облучение может также инактивировать ферменты, участвующие в репарации повреждений молекулы ДНК. Эти и другие повреждения как на уровне ДНК, так и хроматина в конечном счете выражаются в изменениях белкового синтеза, прохождения фаз клеточного цикла, в образовании хромосомных аберраций, увеличении частоты мутаций в клетках, нарушении систем регуляции и гибели клетки. [c.436]

В качестве примера действия излучения на ферменты можно рассмотреть инактивацию дезоксирибонуклеазы (ДНКазы) — фермента, который расщепляет ДНК. На рис. 2.1 приведено действие облучения в разных дозах на активность молекул ДНКазы ин витро при трех различных концентрациях в растворе. Сразу же можно заметить, что с увеличением дозы облучения увеличивается процент инактивированных молекул. Кроме того, радиочувствительность, т. е. реакция на единицу дозы облучения, меняется в зависимости от концентрации фермента в растворе в растворах с низкой концентрацией инактивируется намного больше молекул, чем в растворах с высокими концентрациями. Вероятно, по мере уменьшения концентрации фермента в растворе и увеличения числа молекул воды относительно числа молекул фермента излучение более интенсивно инактивирует молекулы фермента. Это — хорошая иллюстрация косвенного действия излучения (см. гл. 1). При очень больших концентрациях фермента основной радиационный эффект обусловлен прямым действием излучения на фермент. Напротив, при низких концентрациях повреждения фермента вызываются главным образом диффузией реакционноспособных свободных радикалов воды. Для значительной инактивации каталитических свойств фермента ин витро требуется облучение в дозах, превышающих десятки грей. Кроме облучения ферментов ин витро, можно также облучать клетки, а затем выделять необходимые ферменты и проверять их каталическую активность. И опять для получения заметного эффекта ин виво требуется облучение в дозах, превышающих несколько десятков грей. Эти дозы на порядок выше, чем те, которые необходимы для выраженного повреждения клеток. Например, облучение в дозе 1,5 Гр вызовет гибель 2/3 популяции клеток млекопитающих, облученных как ин виво, так и ин витро (см. гл. 3 и 4). Можно предположить, что развитие техники в будущем позволит уловить и изменения е ферментах при облучении в низких дозах — 1—2 Гр. [c.30]

Радиационные повреждения эндоплазматического ретикулума. Эндоплазматический ретикулум (ЭР) — это система мембран, проходящих через цитоплазму, с которой связаны многие ферментативные системы. Ферментам для полной активности необходима нормальная мембрана, [c.45]

Для жизненной функции клеток решающее значение имеют белки и нуклеиновые кислоты. Белки — главный органический компонент цитоплазмы. Некоторые белки относятся к структурным элементам клетки, другие — к имеющим важное значение ферментам. Радиационное повреждение белков состоит в уменьшении их молекулярной массы в результате фрагментации полипептидных цепочек, в изменении растворимости, нарушении вторичной и третичной структуры, агрегировании и т. п. Биохимическим критерием радиационного повреждения ферментов является утрата ими способности осуществлять специфические реакции. При интерпретации пострадиационных изменений ферментативной активности in vitro наряду с радиационными нарушениями самого фермента следует учитывать и другие повреждения клетки, прежде всего мембран и органелл. Чтобы вызвать явные изменения ферментативной активности в условиях in vitro, требуются значительно большие дозы, чем in vivo. [c.16]

Радиационные повреждения митохондрий. Митохондрии — первичные места окислительного фосфорилирования, что приводит к накоплению энергии в клетке в форме высокоэнергетических химических связей. Предполагают, что ферменты в митохондриальных мембранах должны быть расположены в определенной последовательности и только неповрежденные митохондриальные мембраны могут обеспечить их правильное функционирование. Можно предположить, что если излучение пробивает отверстия в мембране, ступень в окислительном процессе может быть нарушена. Эксперименты показали, что и структура, и функция митохондрий значительно нарушаются при облучении в средних дозах. В клетках печени облучение в дозе 10 Гр приводит к образованию шаровидных митохондрий, к их фрагментации, что сопровождается уменьшением окислительного фосфорилирования на 50%. Подавление окислительного фосфорилирования отмечено также в клетках тимуса (особенно радиочувствительной ткани) после облучения в таких низких дозах, как 0,25 Г р. [c.45]

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]

Пример 11-М. Обнаружение радиационных повреждений в бактериальной ДНК. При обработке меченной Н-тимидином бактерии ферментом лизоцимом, который разрушает часть клеточной стенки бактерии, и быстром нанесении полученного препарата на щелочной градиент сахарозы лизис бактерии будет завершаться при действии щелочи, а ДНК при этом будет денатурировать. Последующее центрифугирование показывает, что большая часть ДНК имеет очень высокий 5 (рис. 11-35). Если же перед лизисом клетки подвергнуть рентгеновскому облучению, значение 5 существенно понижается, указывая тем самым на то, что облучение приводит к одноцепочечным разрывам. Из эмпирического соотношения между 5 и М можно рассчитать число одноцепочечных разрывов и сравнить его с дозой радиации. Этот подход позволяет установить связь между разрывами цепей и убивающим действием рентгеновских лучей. [c.323]

Перспективно использование модифицирующих агентов для выяснения причинно-следственной связи между различными типами поражения макромолекулы и характером изменения ее биологических свойств. Логика такого исследования состоит в следующем. Пусть модифицирующий агент видоизменяет характер инактивации макромолекулы, например в его присутствии облученный фермент сохраняет сродство к субстрату, хотя и утрачивает каталитическую активность, а без модифицирующего агента облучение инактивирует обе функции макромолекулы. В этом случае интересно сопоставить структурные повреждения, возникающие в присутствии модифицирующего агента и без него. Если в отсутствие модифицирующего агента наблюдаются какие-то дополнительные структурные повреждения, то можно предположить, что с ними связана потеря субстратной специфичности облученного фермента. Для проверки такого предположения необходимы строгие количественные исследования, например сопоставление радиационно-химического выхода данного типа структурного поражения и выхода инактивированных молекул, концентрационных зависимостей и т. д. Если это возможо, следует вызвать такие же повреждения иными, нерадиационными воздействиями и оценить, к каким последствиям для фермента это приведет. [c.94]

С нарушением клеточной мембраны связаны радиационные изменения поведенческих функций ЦНС. Радиационное повреждение эндоплазматического ретикулума приводит к уменьшению синтеза белков. Поврежденные лизосомы высвобождают катаболические ферменты, способные вызвать изменения нуклеиновых кислот, белков и мукополисахаридов. Нарушение структуры и функции митохондрий снижает уровень окислительного фосфорили-рования. [c.17]

Все эти данные указывают на то, что после облучения в организме должен нарушаться биосинтез отдельных фракций клеточной РНК. Косвенным доказательством этого положения, по данным ряда авторов, служит изменение уровня синтеза суммарной РНК клетки и снижение активности таких белков-ферментов, как ДНК-полимераза и тимидилаткиназа. Согласно общепринятой схеме Жакоба и Моно, синтез индивидуальных белков направляется ДНК при помощи специфичных информационных РНК (иРНК). По-видимому, падение активности указанных ферментов в регенерирующей печени облученных крыс обусловлено радиационным поражением механизмов биосинтеза иРНК в результате повреждения соответствующих участков в молекуле ДНК. [c.187]

Материал этой главы посвящен рассмотрению биофизических подходов к анализу механизмов инактивации биомакромолекул ионизирующей радиацией. В общем ряду радиобиологических проблем этот вопрос имеет первостепенное значение лучевое поражение любой биологической системы, от вируса до многоклеточного организма, начинается с инактивации небольшого числа молекул, составляющих биологичеомий субстрат. В то же время облученные сухие гомогенные препараты ферментов или нуклеиновых кислот I— идеальная система для биофизического анализа. В живой клетке на первичные радиационные повреждения макромолекул накладываются эффекты, гораздо более сложные и пока еще не определенные расширение поражения за счет метаболических реакций, восстановление пораженной молекулы за счет функционирования репарирующих систем, эффекты, связанные с гетерогенностью облучаемой системы, присутствием воды и низкомолекулярных субстратов и т. д. Следовательно, изу- [c.94]

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]

Блокирование ферментов, участвующих в образовании тимиди-новых и других дезоксинуклеотидов, вызывает задержку синтеза ДНК. Ингибирование репликации ДНК, возникающее вследствие дефицита предшественников, облегчает протекание репарационных процессов на матрице еще до момента развития первичных радиационных повреждений. Считается, что облученная ДНК становится более доступной к действию ферментов, конкурирующих за субстрат, реализующих и репарирующих повреждения (Газиев, 1975, 1978). Временное блокирование тиольным протектором репликации ДНК способно, по мнению Е. Ф. Романцева и др. (1977), устранить конкуренцию ферментов за субстрат ДНК, облегчить тем самым репарацию ДНК и снизить накопление бракованных деталей , поскольку за этот период часть повреждений ДНК успевает репарировать и последующее новообразование ДНК будет происходить иа частично восстановленной матрице. Рассмотренный механизм радиозащитного действия тиольных протекторов может быть применим к репродуктивному типу гибели клеток, находящихся в стадии синтеза ДНК, а адсорбционный механизм может иметь место лишь в случае интерфазной гибели клеток. Таким образом, гипотеза комплексного биохимического действия радиозащитных средств рассматривает охранительное торможение биосинтеза ДНК как один из важнейших компонентов этого комплекса. Однако авторы гипотезы не исключают участия аминотиолов в защите и на стадии образования первичных повреждений ДНК- [c.274]

Помимо расхождения в дозах, необходимых для повреждения ферментов и для повреждения клеток, часто возникают трудности, связанные с интерпретацией радиационного изменения ферментов. Например, при действии излучения ин виво никогда нельзя быть уверенным, поврежден ли сам фермент, или изменение его активности — результат радиецион-ного поражения других компонентов клетки, скажем мембран. Предположение, что изменения ферментов ин виво могут быть вторичными по отношению к другим радиационным повреждениям, подтверждается тем фактом, что обычно для получения заметных изменений в функциях фермента ин витро необходимо облучение в больших дозах, чем при облучении ин виво. [c.31]

Основными способами залечивания радиационных повреждений является ренативация частично инактивированных ферментов, ресинтез и замена денатурированных белков и других биологически важных молекул. Для возобновления клеточного цикла существенно восстановление дисульфидных групп белков. Устранению последствий облучения благоприятствует определенное сочетание условий культивирования клеток. Восстановлению клеток способствует их экспонирование на "голодных" средах, тормозящих возобновление деления, и условия оптимальные для метаболизма (температура, 0 и др. ). Противоречивые на первый взгляд требования находят объяснение в свете новых данных об условиях синтеза в клетке стресс-белков (Matin, 1990). [c.117]

Как мы видели на примерах переносчиков кислорода и ферментов, описанных в предыдущих главах, рентгеноструктурный анализ является надежным методом изучения трехмерной структуры растворимых белков. Применим ли рентгеноструктурный анализ к мембранным белкам Трудность заключается в том, что до сих пор не удавалось получить интегральных белков мембраны в виде трехмерных кристаллов. Однако некоторые мембранные белки образуют правильную решетку в плоскости мембраны, т.е. двумерные кристаллы. Структурный анализ этих кристаллоидных форм удается осуществить с помощью электронной микроскопии в частности, такое исследование было с успехом проведено на пурпурной мембране НаЬЬасгепит /1а/оЬшт-бактерии, обитающей в соленой среде. Пурпурная мембрана-это специализированная область клеточной мембраны, содержащая бактериородопсин-белок массой 25 кДа, который превращает энергию света в трансмембранный протонный градиент, используемый для синтеза АТР (разд. 19.21). Были получены кристаллоиды в виде листка, или диска, диаметром до 1 мкм. Благодаря тому что в каждом из них содержалось около 20 ООО молекул бактериородопсина, можно было получить изображение, используя очень слабый пучок электронов и тем самым сводя к минимуму радиационные повреждения. Кроме того, для получения изображения с высокой степенью разрешения можно было брать неокрашенные препараты. Одно электронно-микроскопическое изображение кристаллоидного листка пур- [c.221]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология