Цепные свободнорадикальные процессы в липидах при облучении биологических объектов ионизирующими лучами.

Реферат на тему
Цепные свободнорадикальные процессы в липидах при облучении
биологических объектов ионизирующими лучами.
Выполнила
Студентка 4 курса каф. Биоинженерии
Акулина Елизавета
Москва, 2013
Все клетки живых организмов окружены двуслойными мембранами. Основные
функции таких мембран это отделение внутренней жидкости клетки от внешней среды,
регуляция формы клетки, а так же обмена между средой и клеткой. Для обеспечения этих
функций необходимо сохранение целостности мембраны, за это отвечают липиды.
Заряженная часть молекулы сложных липидов представляет собой гидрофильную "головку",
обращенную в сторону воды. Чаще всего она содержит остаток фосфорной кислоты,
соединенной с полярным радикалом (в случае фосфолипидов), углеводы или другие
соединения. Гидрофобная часть липидов образована остатками жирных кислот, и именно
они, по большей части, подвергаются воздействию ионизирующего излучения. Основной
мишенью являются двойные связи в ненасыщенных жирных кислотах. В результате цепных
реакций, механизм которых будет рассмотрен ниже, образуются свободные радикалы,
гидропероксиды и другие продукты перекисного окисления липидов. Это приводит к
нарушению этих двойных связей и образованию гидроперекисей, а затем накоплению
различных карбонильных соединений. В результате изменяется проницаемость клетки,
нарушается обмен веществ и в дальнейшем клетка погибает.
Влияние радионуклидов на организм существенно зависит от его физических свойств
(тип и энергия излучения), дозы, формы соединения, вводимого пути и ритма поступления,
особенностей распределения, эффективно периода полураспада, определяющее длительность
лучевого воздействия, физиологических и генетических особенностей организма В
зависимости от перечисленных факторов тот же радионуклид может существенно или
умеренно уменьшать естественную продолжительность жизни вида, или не оказывать
влияния или даже немного увеличить его по сравнению с адекватным контролем (на 10-15%).
Эффективность
различных
видов
излучения
определяется
пространственным
распределением первичных биофизических событий, которые предопределяют конечный
биологический эффект
По Neary GJ (1960), для быстрых нейтронов эффект уменьшения средней
продолжительности жизни крыс при дозе 0,16 Гр в неделю эквивалентен тому же эффекту
для гамма-излучения при дозе 2,1-1,1 Гр в день. Гамма-излучение при низких мощностях доз
существенно менее эффективно, чем облучение при высоких мощностях доз. Эффект при
облучении нейтронами в меньшей степени зависит от протяженности дозирования.
Биологическое действие ионизирующего излучения условно можно разделить на:
1) первичные химические, физико-химические процессы, возникающие в молекулах живых
клеток и их окружающей субстрата;
2) нарушение функций организма как следствие первичных процессов
Необходимо отметить, что прямая ионизация и непосредственная передача энергии
тканям тела не объясняют действия излучения. Так, при абсолютной смертельной дозе,
равной для человека 6 Гр на все тело, у 1 кубическом сантиметре ткани образуется одна
ионизированная молекула на 10 миллионов молекул.
Прямое действие ионизирующего излучения может вызвать расщепление молекул
белка и молекул нуклеиновых кислот, разрыв наименее прочных связей, отрыв радикалов и
другие денатурационные изменения. Поскольку основную массу тела составляет вода (75%),
первичные процессы во многом определяются поглощением излучения водой клеток,
ионизацией молекул воды с образованием высокоактивных в химическом отношении
свободных радикалов и последующими цепными реакциями (в основном окисление этими
радикалами молекул белков). Это непрямое действие излучения.
Радиочувствительность фосфолипидов крайне высока и превышает чувствительность
любых неполимерных молекул клетки. Это связано с тем, что при облучении ненасыщенных
жирных кислот происходит цепная реакция, что увеличивает выход радикалов. Однако при
увеличении дозы этот выход уменьшается, так как увеличивается вероятность реакций
обрыва цепи.
При непрямом действии ионизирующего излучения на мембрану зарождается цепная
реакция. Можно выделить три последовательные стадии цепной реакции: стадия
инициирования цепи, развития и обрыва цепи. В начале нарушается двойная связь в остатке
ненасыщенной жирной кислоты. Это стадия инициирования, и она наиболее энергоемкая в
любой цепной реакции. В результате переноса электрона образуется свободный радикал,
реакционная способность которого позволяет произойти реакции.
𝑋 . + 𝑅𝐻 → 𝑋𝐻 + 𝑅 .
( X – свободный радикал, инициирующий цепь, RH – молекула жирной кислоты,
𝑅 . – радикал липида)
Затем образовавшийся радикал реагирует с кислородом с образованием гидроперекиси.
𝑅 . + 𝑂2 → 𝑅𝑂2.
При концентрации кислорода выше 10−6 моль/л все радикалы превращаются в
гидроперекисные.
В дальнейшем гидроперекисные радикалы могут реагировать с новыми молекулами
ненасыщенных жирных кислот с образованием гидроперекиси и новых радикалов. Это
стадия развития цепной реакции. Эта реакция низкоэнергозатратная и скорость ее
лимитируется реакцией взаимодействия перекисного радикала с новой окисляющей
молекулой.
𝑅𝑂2. + 𝑅1 𝐻 → 𝑅𝑂𝑂𝐻 + 𝑅1.
В процесс вовлекаются все новые молекулы липидов и кислорода, в результате
накапливаются гидроперекиси, а число свободных радикалов не меняется. Они являются
катализаторами реакции.
Однако цепная реакция может оборваться при встрече двух свободных радикалов.
Например, в результате реакции рекомбинации.
𝑅 . + 𝑅 . → 𝑅𝑅
Или в результате реакции с ионами переменной валентности.
𝑅 . + 𝐹𝑒 2+ + 𝐻 + → 𝑅𝐻 + 𝐹𝑒 3+
Или при реакции с ингибиторами антиоксидантами.
Но в присутствии металлов переменной валентности процесс может приобрести
разветвленный характер:
𝑅𝑂𝑂𝐻 + 𝐹𝑒 2+ → 𝑅𝑂. + 𝑂𝐻 − + 𝐹𝑒 3+
В результате появляются новые радикалы. Для предотвращения этого эффекта
необходимо использование радиопротекторов.
Свободно-радикальные цепные реакции, инициированные действием ионизирующего
излучения, могут приводить к вторичному повреждение клеточных и тканевых структур.
Фагоцитоз и переработка продуктов деградации сопровождаются резкой активацией
энергетического обмена макрофагов и генерацией ряда высокоактивных свободнорадикальных
форм
кислорода
(АФК),
которые
нейтрализуются
физиологическими
антиоксидантными системами организма Недостаточность антиоксидантной защиты в
условиях над остаточной продукции АФК может привести к нарушению физиологического
равновесия и появления токсического действия кислородных радикалов, усиливают пагубное
эффект радикала. Снова образованные продукты распада служат новым стимулом
фагоцитарной активности макрофагов.
Соответственно может возникнуть и поддерживаться порочный круг: образование
продуктов клеточной деградации - стимуляция макрофагов - фагоцитоз и секреция АФК истощение физиологических антиоксидантных систем - усиление процессов перекисного
окисления липидов - повреждение новых органов и ткани.