|
Физическими мутагенами
называются любые физические воздействия на живые организмы, которые оказывают либо прямое влияние на ДНК или вирусную РНК, либо опосредованное влияние через системы репликации, репарации, рекомбинации.
В случае прямого влияния на ДНК основную роль играют два таких параметра, как величина энергии
воздействующей частицы и способность биологического материала поглощать
эту энергию.
Величина энергии убывает в ряду:
космические лучи,
g-лучи,
рентгеновские лучи,
b-лучи,
a-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, рентгеновские и g-лучи).
Ультрафиолет способен индуцировать образование неспецифических двойных связей С=С. Рентгеновские и g-лучи способны разрывать С–N, C–C, C–H, C=O (образуются перекиси). Они проникают через живые ткани, ионизируют вещества в живых тканях (ионизирующая радиация). УФ и g-излучение приводит к образованию фотоаддуктов за счет комптоновских электронов. УФ-излучение, от отличие от g-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 поглощение: 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 образующихся 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),
l – длина волны,
n – 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 жирных кислот.
У высших живых существ вещества, ослабляющие действие излучения – фотопротекторы. Многие растения содержат алкалоиды и кумарины, они усиливают 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 вещества.
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.
g-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 показал, что различие в чуствительности E. coli
в атмосфере азота и кислорода зависит от того, что существуют две мишени (в азоте мишень – ДНК, 260 нм УФ; в кислороде – мембрана, 360 нм проявление кислородного эффекта). При проведении острых опытов, наблюдали мгновенную гибель, при проведении хронических опытов – гибель через несколько дней. Энергия воздействия лучей мала, но клетка усиливает дозу облучения. При малых дозах гибель клеток через несколько недель связана с активацией нуклеаз, нарушением ДНК-мембранного комплекса. Исследование семян и бактерий высокогорья показало, что при низких 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 митоаз 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 выжить.
Действие инфракрасного излучения и шумов на клетки не изучено. Физические мутгены и их действие сильно зависит от предварительной эволюции организма. К постоянно действующим мутагенам виды выработали устойчивость. Физический мутагенез может не регистрироваться из-за быстрой гибели мутантных организмов.
Мутагенный ответ могут вызывать любые частицы, вызывающие ионизирующую радиацию (нейтроны, протоны, электроны).
Ионизирующие частицы
(образуются при распаде радиоактивного элемента)
| a-частицы
(ядра атома
He
: 2
протона, 2 нейтрона). Задерживаются даже одеждой, но роговица глаза, эпителиальные клетки и сперма могут давать мутагенный ответ.
|
b-частицы
(быстрые электроны от
U 238
или
Ra
). Обладают высокой проникающей способностью, проходят через кожу, оставляя шлейф возбужденных атомов, вторичная ионизация привотит к мутагенному ответу.
|
g-частицы
(нейтроны). Максимальная проникающая способность.
|
Нейтроны обладают очень высокой проникающей способностью. По мутационному ответу превосходят a- и b-частицы. Измеряются в следующих единицах: Кюри слишком крупные единицы, их заменили на Беккерель. БЭР (единица поглощения) – биологический эквивалент рада. Сейчас измеряют в зиветрах. 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 популяции адаптируются (Дельта Нила, Денвре, Рио–де–Жанейро).
Существуют два способа радиации: облучение снаружи и через внутренности (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 антиоксидантом, вызывает усиленную регенерацию. Грибы способны накапливать радионуклеиды в плодовых телах.
|
