NO· + O® ONO.
Пероксинитрит выполняет роль связующего звена двух высокоактивных низкомолекулярных систем: NO и АФК.
Рис. 13. Цепные свободнорадикальные процессы перекисного окисления липидов в клетке(Кудряшов, 2001г)
Таблица 5
Содержание и некоторые характеристики оксидантов в клетке(Кудряшов, 2001г)
| Название и символ | Содержание в клетке (в норме), М | Полупериод жизни, с (при 37° С) | Реакционная способность |
| Молекулярный кислород (в основном триплетном состоянии) - 2SgO2 | [10-6] | >102 | Слабый окислитель, высокая способность к диффузии |
| Активные формы кислорода – АФК | |||
Супероксид-анион-радикал - O
| [10-11] | 10-6 | Восстановитель (плохой окислитель) |
Пергидроксил-радикал - HO
| [10-11] | 10-8 | Окислитель, способен растворяться в липидах |
| Синглетный кислород – 1O2 | [10-11] | 10-6 | Сильный окислитель |
| Перекись водорода – H2O2 | [10-8] | 10 - 102 | Выраженный окислитель, способен к диффузии и оксидазной модификации |
| Гидроксид-радикал - OH· | <[10-11] | 10-9 | Очень сильный окислитель. Высокая оксидазная активность. Диффундирует на очень короткие расстояния. |
| Оксиды азота | |||
| Монооксид азота-радикал - NO· | [10-6] | 0.1 – 6.4 | Очень сильный окислитель. Высокая способность к диффузии и оксидазной модификации. |
Пероксинитрит - ONO
| <[10-6] | 1 – 2 | Очень сильный окислитель. Высокая способность к диффузии и оксидазной модификации |
| Продукты перекисного окисления липидов – ППОЛ | |||
| Алоксил-радикал (липидный) - LO· | [10-6] | 10-6 | Окислитель, первичное иницииирование цепной реакции ПОЛ |
| Пероксил-радикал (липидный) - LO
| [10-6] | 10-2 | Умеренный окислитель, инициирование цепной реакции ПОЛ |
| Липидные радиотоксины (ТР) – продукты ПОЛ – LOOH, R-LO2, R-LO | [10-6] | 10-2 - 1 | Выраженные окислители, высокая способность к диффузии и оксидазной модификации |
Установлено, что пероксинитрит и его протонированная форма, диффундируя в клетке и проникая через мембраны с помощью переносчиков анионов, имеют уникальный спектр химической реактивности: разрывы цепочек и окисление оснований ДНК, нитрирование гуанина и белков, окисление липидов биологических мембран и др. Результатом таких реакций могут быть цитогенетические реакции и мутагенез.
Таким образом, ДНК и биологические мембраны представляют собой мишени не только для непосредствененого попадания в них энергии ионизирующего излучения, но и для мультитоксичных и мутагенных прооксидантов и липидных радиотоксинов.
Радиационно-индуцированные первичные повреждения ДНК и биологических мембран только потенциально опасны для судьбы клеток. Реальная опасность этих нарушений связана с накоплением продуктов лучевых повреждений критических структур клеток. В трансформации энергии при лучевом поражении клеток исключительно важная роль принадлежит кислороду. Развитие оксидативного процесса в биологических мембранах представляет собой механизм усиления первичных повреждений, завершающийся необратимой окислительной деградацией мембранных структур клетки, которая может привести к фатальным для клетки последствиям.
В интактной клетке оксидативные процессы находятся под строгим и очень разнообразным контролем ферментативных и неферментативных систем, поэтому скорость оксидазных реакций невелика, а концентрация проокислителей находится на низком стационарном уровне (табл. 5). При действии ионизирующих излучений и образовании совокупности оксидантов в клетках и тканях происходит изменение соотношения между стационарными уровнями антиоксидантов и прооксидантов. Это соотношение в радиобиологии называется эндогенным фоном радиорезистентности.
На рис. 14 приведена схема контроля, предотвращающего или снижающего окислительную деградацию биологических мембан в результате нормализации уровня продуктов окисления в клетке.
Ферментативная и неферментативная внутриклеточная защита и восстановление избыточного накопления ППОЛ являются многоэтапным процессом:
На этапе образования первичных радикалов в воде и липидах, антирадикальные защитные ресурсы снижают образование свободных радикалов, разрушают или предотвращают их образование в клетке – антирадикальный механизм защиты;
На этапе образования окислительных радикалов включаются защитные механизмы, снижающие доступ кислорода в клетку, регулирующие уровень АФК, контролирующие уровень NO· - “гипоксический” механизм защиты;
На этапе образования ППОЛ включаются ферментативные защитные механизмы, а также механихмы действия низкомолекулярных антиоксидантов – антиокислительный механизм защиты.
Рис. 14. Механизмы защиты биологических мембран от оксидативной деградации (Кудряшов, 2001г)
К числу низкомолекулярных антиоксидантов относятся: тиолы (глутатион, цистеин); биогенные амины (серотонин, гистамин, катехоламины, кортикостероиды); пептиды (карнозин, ансерин); витамины (аскорбиновая кислота, токоферол, каротиноиды); фосфолипиды, убихинон, билирубин, фенолы, микроэлементы, ионы металлов переменной валентности.
В ответ на облучение емкость антиокислительного буфера клетки испытывает следующие стадии изменений: мобилизации, нормализации и истощения (рис. 15).
 |
Рис. 15. Схема соотношений емкости антиокислительного буфера на разных стадиях ответной реакции облученной клетки. I – уровень антиоксидантов; II – уровень прооксидантов (по Кудряшову, 2001г)
В стадии истощения антиоксидантов в зависимости от дозы может наступить необратимый разбаланс между антиокислительными и окислительными процесами. Если клетка не может справиться с развивающимся токсическим эффектом, включаются механизмы ее гибели.
Другим важным многоплановым механизмом системного ответа на облучение являются процессы пострадиационного восстановления генетического аппарата клетки.
Таким образом, сущность системного ответа клетки на радиационное повреждение сводится (в современном представлении) к следующему:
Облучение клетки активирует функции авторегуляции гомеостаза. Их значение заключается в мобилизации компенсаторных механизмов, предназначенных для предотвращения или активации восстановления поврежденных структур и нарушенного динамического равновесия поврежденной структуры. Эти компенсаторные процессы особенно важны для сохранения структуры и функций ДНК и биологических мембран;
Контроль за избыточным, токсическим накоплением продуктов радиолиза воды, АФК, NO·, ONOи продуктов перекисного окисления липидов выполняет сложная многоэтапная система защитных ресурсов клетки, включающая антирадикальный, гипоксический и антиоксидантный механизмы. Сдвиги соотношения содержания в клетке анти- и прооксидантов характеризуют уровень эндогенного фона радиорезистентности, а также степень поражения клетки.
Для восстановления повреждений ДНК в клетке функционируют многочисленные ДНК-репарационные структуры.
[1] Линейная Передача Энергии (ЛПЭ) – количество энергии, теряемой ионизирующим излучением на единицу длины пробега в веществе. За единицу ЛПЭ принимают кэВ/мкм (1 кэВ/мкм = 62 Дж/м).