Поражение ДНК

Рассмотрим механизм передачи энергии молекулам воды, из которой на 70 – 80 процентов состоит человеческий организм, при прохождении гамма-излучения. В результате взаимодействия излучения с веществом за счет поглощения энергии ионизируется молекула воды, в результате чего молекула теряет электрон, который также быстро передает свою энергию окружающим молекулам воды. В результате образуются ионы, радикалы, ион-радикалы. Свободные радикалы содержат неспаренные электроны и обладают чрезвычайно высокой реакционной способностью.

Время жизни радикала не превышает0.00001 с. За это время они либо рекомбинируют друг с другом, либо реагируют с веществами, растворенными в воде. В присутствии растворенного в воде кислорода образуются и другие продукты радиолиза: свободный радикал гидроперекиси(НО2), перекись водорода(Н2О2), атомарный кислород. Эти химически активные продукты вместе с прямой ионизацией молекул и разрывом межатомных связей оказывают непосредственное повреждающее действие на совокупность жизненно важных молекул и, в первую очередь, на ДНК.

Ионизирующее излучение, подобно другим факторам(физическим и химическим ), может привести к разрушению отдельных химических связей в ДНК– к разрыву одной или обеих ее нитей. Если повреждена одна нить, то возможно восстановление структуры ДНК за счет действия механизмов репарации, которые по второй нити(комплементарной поврежденной) способны полностью восстановить повреждение первой. В области малых доз возникновение одинарных разрывов ДНК характерно при воздействии излучений с низкой ЛПЭ(фотонов, электронов, быстрых протонов). Если повреждены оба комплементарных участка ДНК, то такое восстановление становится невозможным, что приводит к нерепарируемому повреждению ДНК, которое может иметь тяжелые последствия для судьбы клетки. Такие разрывы, как правило, приводят к инактивации и гибели клеток. В области малых доз возникновение двойных разрывов ДНК происходит при воздействии излучения с высокой ЛПЭ(альфа-частиц, медленных протонов).

В этом случае достаточно, чтобы трек одной тяжелой заряженной частицы пересек обе спирали ДНК и повредил их. В области больших доз возникновение двойных разрывов ДНК возможно и при воздействии излучений с низкой ЛПЭ. Для такого события необходимо, чтобы треки двух заряженных частиц(электронов) пересекли комплементарные участки спирали ДНК и повредили их. Это напрямую связано с коэффициентами качества излучения.

Кроме того, ошибочная репарация одинарных разрывов может привести либо к гибели клетки или к возникновению ее нежизнеспособных потомков и их гибели (инактивации клетки, ее репродуктивной гибели), либо к возникновению при делении клетки жизнеспособных потомков с новыми свойствами(клеток-мутантов).