🗊 Тема 3 -БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Тема 3 -БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Вопросы : Вопросы : 1. Молекулярные аспекты биологического действия ионизирующих излучений и поражения на уровне клеток организма 2. Радиочувствительность клеток, тканей, органов и организмов 2.1 Понятие радиочувствительности (радиорезистентности) 2.2 Радиочуствительность клеток 2.3 Радиочувствительность тканей 2.4 Радиочувствительность животных и растительных организмов

Основной структурной единицей как растительных, так и животных организмов является клетка. Клетка эукариотических организмов имеет во многом морфологические и функциональные сходства. Клетки имеют достаточно сложную структуру, основными компонентами которой являются: клеточная мембрана, отделяющая внутриклеточную среду (цитоплазму) от внешней; ядро, окруженное ядерной мембраной; митохондрии, отделенные от цитоплазмы специальной мембраной; комплекс Гольджи, лизосомы; более мелкие, не ограниченные специальной мембраной структуры (рибосомы, микрофиламенты и микротрубочки). Автономные структуры (ядро, митохондрии, рибосомы) называют органеллами.

Схема строения животной клетки

Различия между животной и растительной клеткой Растительная клетка отличается от животной клетки следующими особенностями строения: 1) Растительная клетка имеет клеточную стенку (оболочку). Клеточная стенка находится за пределами плазмалеммы (цитоплазматической мембраны) и образуется за счет деятельности органоидов клетки. Основу клеточной стенки составляет целлюлоза (клетчатка). 2) У растений в клетке имеются особые органоиды — пластиды.    Различают три вида пластид: лейкопласты — бесцветные пластиды, в которых из моносахаридов и дисахаридов синтезируется крахмал (есть лейкопласты, запасающие белки или жиры);  хлоропласты — зеленые пластиды, содержащие пигмент хлорофилл, где осуществляется фотосинтез; хромопласты, накапливающие пигменты из группы каротиноидов,  которые придают им окраску от желтой до красной.  3) В растительной клетке имеются вакуоли, ограниченные мембраной - тонопластом.   У растений слабо развита система выделения отбросов, поэтому вещества, ненужные клетке, накапливаются в вакуолях. Кроме того, ряд накапливаемых веществ определяют осмотические свойства клетки. 4) В растительной клетке отсутствуют центриоли (клеточный центр).

Молекулярная организация клетки

Схема образования фрагмента макромолекулы ДНК Молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных, спирально закрученных относительно друг друга цепочек. В полинуклеотидной цепочке соседние нуклеотиды связаны между собой ковалентными связями, которые образуются между фосфатной группой одного нуклеотида и З'-гидроксильной группой пентозы другого. Такие связи называются фосфодиэфирными. Фосфатная группа образует мостик между З'-углеродом одного пентозного цикла и 5-углеродом следующего. Остов цепей ДНК образован, таким образом, сахарофосфатными остатками .

Нуклеотиды А и Т, Г и Ц называются комплементарными. В результате у всякого организма число адениловых нуклеотидов равно числу тимидиловых, а число гуаниловых — числу цитидиловых. Эта закономерность получила название «правило Чаргаффа».

Схема образования фрагмента макромолекулы ДНК Хотя в состав ДНК входит четыре типа нуклеотидов, благодаря различной последовательности их расположения в длинной цепочке достигается огромное разнообразие этих молекул. Полинуклеотидная цепь ДНК закручена в виде спирали наподобие винтовой лестницы и соединена с другой, комплементарной ей цепью с помощью водородных связей, образующихся между аденином и тимином (две связи), а также гуанином и цитозином (три связи).

Схема репликации ДНК Основное свойство ДНК - способность к репликации. Репликация — это процесс самоудвоения молекул ДНК. Каждая полинуклеотидная цепь выполняет роль матрицы для новой комплементарной цепи (матричного синтеза). В результате получается две молекулы ДНК, у каждой из которых одна цепь остается от родительской молекулы (половина), а другая — вновь синтезированная, т.е две новые молекулы ДНК представляют собой точную копию исходной молекулы. Биологический смысл репликации - точная передаче наследственной информации от материнской клетки к дочерним (при делении соматических клеток).

При дозе ~ 2 Гр в клетке происходит около полумиллиона актов ионизации, что вместе с последствиями радиолиза приводит к гибели от 10 до 90 % клеток разных тканей человека. В ДНК одной клетки образуется при этом около 2000 однонитевых и 80 двунитевых разрывов, повреждается 1 000 оснований и формируется 300 сшивок с белком. При воздействии ИИ возможны разрывы нитей ДНК: однонитевые (одиночные) - разрыв одной из нитей; двойные (двунитевые) - в скелете ДНК рядом находится сразу несколько разорванных связей, совпадающих в одной точке противоположных нитей ДНК; высвобождение нуклеиновой кислоты из ДНП (дезоксинуклеопротеида) и одновременное накопление нуклеиновых кислот в цитоплазме облученных клеток с поражением связи белок–белок, белок–ДНК.

Неотрепарированные или ошибочно репарированные повреждения приводят к снижению клоногенной активности клетки (способности клетки к неограниченному делению с образованием жизнеспособных потомков), аберрациям хромосом и различного рода мутациям. Поражение ДНК соматических клеток лежит в основе радиационной гибели самой облученной клетки, а также длительного нарушения деления ее потомков и их злокачественного перерождения, а при поражении ДНК зародышевых клеток — и генетических последствий в потомстве. Неотрепарированные или ошибочно репарированные повреждения приводят к снижению клоногенной активности клетки (способности клетки к неограниченному делению с образованием жизнеспособных потомков), аберрациям хромосом и различного рода мутациям. Поражение ДНК соматических клеток лежит в основе радиационной гибели самой облученной клетки, а также длительного нарушения деления ее потомков и их злокачественного перерождения, а при поражении ДНК зародышевых клеток — и генетических последствий в потомстве.