Строение липидов. Воздействие ИР на молекулы липидов. Структурная классификация липидов. Простые: жиры (триаглицерины); воска (эфиры); стероиды (холестерин). Сложные.: глицерофосфолипиды; сфингофосфолипиды; гликолипиды.

Обязательным структурным компонентом всех классов липидов (кроме холестерина) являются жирные кислоты. Все жирные кислоты - это длинноцепочечные органические кислоты. Содержат одну карбоксильную группу СООН и длинный неполярный гидрофобный хвост. Поэтому липиды нерастворимы в воде. Они бывают насыщенными и ненасыщенными. Насыщенные: пальмитиновая, стеариновая, цереброновая. Ненасыщенные: олеиновая, линолевая, линоленовая, арахидоновая.

Стероиды- в основе их структуры - углеводный скелет стерина. Главный их представитель - холестерин. В тканях он находится в свободном виде или в форме эфира с высшими жирными кислотами (стериды). Холестерин является обязательным компонентом биологических мембран. К этой же группе стероидов относятся важнейшие биологически активные производные холестерина: желчные кислоты. стероидные гормоны. витамины группы В. Фосфолипиды - большая группа различных по строению омыляемых липидов, являющихся обязательными компонентами биомембран. Их молекулы содержат наряду с углеводородными цепями полярную ионизированную часть. Фосфолипиды не запасаются клеткой. Они постоянно обновляются.

Природные жирные кислоты

Схема строения лецитина

Биологические мембраны Биологические мембраны состоят из липидов и мембранных белков, образующих липопротеиновую структуру. Плазматическая мембрана называется также плазмалеммой, наружной клеточной мембраной. Это биологическая мембрана, толщиной около 10 нанометров. Мембраны состоят из липидов трёх классов: фосфолипиды, гликолипиды и холестерол, а также белков, в частности, поверхностных антигенов и рецепторов.

Функция плазматической мембраны Клеточная мембрана представляет собой двойной слой (бислой) молекул класса липидов, большинство из которых представляет собой так называемые сложные липиды фосфолипиды. Молекулы липидов имеют гидрофильную («головка») и гидрофобную («хвост») часть. При образовании мембран гидрофобные участки молекул оказываются обращены внутрь, а гидрофильные наружу. Клеточные мембраны обладают избирательной проницаемостью: через них медленно диффундируют глюкоза, аминокислоты, жирные кислоты, глицерол и ионы.

Воздействие ИИ на липиды При действии на липиды первичные изменения при воздействии ионизирующих излучений состоят в образовании свободных радикалов гидролиза молекул воды, которые, взаимодействуя с кислородом, являются источником возникновения перекисных соединений. Последние в свою очередь могут вступать в реакцию с жирами, в результате чего образуются гидроперекиси (продукты перекисного окисления липидов - ПОЛ). Гидроперекиси легко распадаются с образованием ряда высокоактивных радикалов: ROOH R * ; ROOH ROO * начальное образование радикалов; R * + O 2 RO * 2 ; Образовавшиеся радикалы (липидные радиотоксины) могут дать толчок к развитию цепных реакций окисления, в том числе перекисного окисления липидов.

При облучении большими дозами радиации происходит декарбокси- лирование жирных кислот и даже их распад. Важные последствия лучевых повреждений структуры липидов проявляются в: деструкции липопротеидных комплексов, изменении проницаемости клеточных мембран, смещения ионных градиентов в клетке, нарушения процессов адсорбции и активного транспорта веществ. Эти явления приводят к повреждению клеток организма.

Общая схема повреждения биополимеров свободными радикалами

Общая схема первичных физико-химических процессов при воздействии ИИ

2. Радиочувствительность клеток, тканей и органов 2.1 Радиочувствительность клеток

Основные изменения в клетке при воздействии ИИ нарушения дифференцировки и деления клеток;дифференцировкиделения трансформация клетки; митотическая (гибель клетки при попытке разделиться или после одного деления), репродуктивная (гибель после нескольких циклов размножения) и интерфазная (без деления и попыток к росту) гибель клеток. Причины изменений: повреждение ядер, хромосом, других ядерных органелл; повреждение биологических мембран;мембран мутации в клетке.

1 - однонитчатые (одиночные) разрывы в молекуле ДНК, 2 - двунитчатые (двойные) разрывы ДНК, 3 - нарушение связи ДНК с белком, 4 - повреждение структуры ДНК мембранного комплекса, 5 - разрушение ядерной мембраны, 6 - повреждение мнтохондриальной мембраны Основные виды структурных радиационных повреждений клетки

Мутагенное воздействие ИИ впервые установили отечественные ученые Г.А. Надсон и Г.С. Филиппов в 1925 г. в опытах на дрожжах. В 1927 году это открытие было подтверждено Г. Меллером на классическом генетическом объекте – дрозофиле. ИИ способны вызывать все виды наследственных изменений – генные, хромосомные, геномные. Эти изменения носят дозозависимый характер и современными представлениями считается, что любая дополнительная выше природного радиационного фона (ПРФ) доза ИИ, независимо от величины и мощности приводит к опасности кумулятивного генетического эффекта и способна вызвать генетические изменения, поскольку биологическая репарация мутации невозможна (Коглл Дж., 1986). Мутации дрозофилы Соматические и наследуемые эффекты, возникающие даже из одной измененной клетки, называются стохастическими эффектами.

Исходы поражения клеток при воздействии ИИ зародышевых клеток: - возникающие мутации (генные и хромосомные) элиминируются (выводятся) из популяции;. - рецессивные мутации (благодаря генетическому дрейфу и эффекту родоначальника), могут размножаться в популяции и приводить к увеличению числа случаев врожденных уродств, аномалий обмена веществ и т.д. соматических клеток : - гибель клеток; - приобретение клеткой новых наследственных свойств, которые проявляются процессами малигнизации, преждевременного старения клеток и тканей, развитием новообразований.

Одним из последствии воздействия ИИ на клетку является митохондриальное старение клеток.

Наибольшей радиочувствительностью характеризуются эпителиальные клетки красного костного мозга, кишечника, половых желез, хрусталика глаза. Радиочувствительность тканей по Д 0 ( Д 0 – доза, при которой доля живых клеток уменьшается в сравнении с исходной в е раз (е – основание натуральных логарифмов = 2,72)., Виды тканейД0Д0 Лимфоидные клетки0,5 Клетки костного мозга (кроветворные)0,9-1,0 Клетки эпителии кишечника1,3 Клетки спермиогонного эпителия1,7 Эпителии почечных канальцев1,5-1,6 Эпителии альвеол молочной железы1,3 Фолликулы щитовидной железы2,0

Клинически значимое подавление кроветворения при остром облучении наблюдается с порогом 0,15 Гр поглощенной дозы во всем красном костном мозге. Порог временной стерильности мужчин при однократном облучении семенников находится при дозах ~ 0,15 Гр. Порог для постоянной стерильности женщины при остром облучении 2,5 6 Гр. Основной мишенью являются половые клетки. Наиболее радиочувствительны интенсивно делящиеся клетки спермиогенного эпителия, молодые формы спермиев.

Схема спермиогенеза и овогенеза

2.2. Радиочувствительность тканей Избирательность действия ИИ на различные ткани определяется законом Бергонье-Трибондо, согласно которому более радиочувствительны ткани и органы с интенсивным делением клеток (незрелые клетки), радиорезистентны - дифференцированные (зрелые) клетки. По степени возрастания радиочувствительности (снижения радиорезистентности), клетки и ткани млекопитающих можно расположить в следующем порядке: нервная ткань, хрящевая и костная ткань, мышечная ткань, соединительная ткань, эпителиальная ткань - щитовидная железа, пищеварительные железы, легкие, кожа, слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта, половые железы, лимфоидная ткань и красный костный мозг. Типичным примером радиочувствительной ткани является красный костный мозг (орган кроветворения) и периферическая кровь, первый имеет быстро делящиеся и дифференцирующиеся незрелые клетки- предшественники (стволовые), второй имеет более резистентные (зрелые, отдифференцированные) форменные элементы крови – эритроциты, тромбоциты, лейкоциты).

Типы радиологических повреждений Тип биологической организации Важнейшие радиационные эффекты МолекулярныйПовреждение макромолекул – ферментов, РНК, ДНК, липидов, углеводов, воздействие на обменные процессы. СубклеточныйПовреждение клеточных мембран, ядер, хромосом митохондрий и лизосом, высвобождение их ферментов. КлеточныйНарушения деления клеток, их гибель и трансформация (мутация клеток), в т.ч. злокачественная. Ткани, органыНарушения в красном костном мозге, желудочно-кишечном тракте, органах размножения, центральной нервной системе могут привести к радиационным повреждениям и гибели, отдаленным последствиям. ОрганизмРазличные виды радиационных последствий, вплоть до летального исхода. ПопуляцииИзменение генетических характеристик вследствие генных, хромосомных мутаций у индивидуумов

2.3 Радиочувствительность организмов Дозы излучения, вызывающие гибель животных, называются летальными – ЛД. Дозу, вызывающую гибель 50 % подопытных животных, называют полулетальной и обозначают ЛД 50, а вызывающую 100 % гибель – абсолютно летальной (ЛД 100 ). При этом принято указывать сроки наблюдения за животными после их облучения летальными дозами. Например, ЛД 50/30 или ЛД 100/30. Дозы облучения ниже летальных называются сублетальными. Для реализации каждого из указанных критериев необходима соответствующая доза облучения. Радиочувствительность бактерий и простейших составляет Гр, а бактерий Micrococcus radiodurens, обитающих в каналах ядерных реакторов, – до 10 6 Гр.

Летальные дозы облучения биологических объектов, Гр ВидЛД 50/30ЛД 100/30 Морская свинка1,5-3,04,0-6,0 Мышь4,6-7,57,0 Крыса5,0-7,010,0 Овца1,5-4,05,5-7,5 Ягнята до 3 мес.1,5-3.06,0 Крупный рогатый скот 1,6-5,56,5 Телята до 5 мес.2,0-5,58,0 Свинья2,5-3,04,5 Поросята до 2 мес. 2,5-6,0- Лошадь3,5-4,05,0-6,5 Осел2,1-5,57,5 Коза2,5- ВидЛД 50/30ЛД 100/30 Верблюд2,5-4,04,0-6,0 Собака2,0-3,54,0-5,0 Кошка5,0-7,58,0 Человек2,5-5,54,0-6,0 Обезьяна2,5- 6,08,0 Полевка6,0-9,09,0-10,0 Суслик6,0-9,59,0-11,5 Сурок8,0-10,011,0-12,0 Кролик10,0-13,014,0 Птицы, рыбы8,0-20,0 Насекомые10,0-100,0 Змеи80,0-200,0

Радиочувствительность растений Сельскохозяйственные культуры Экспозиц. доза, Р Горох, озимая рожь2000 Пшеница, ячмень, овес, подсолнечник 3000 Гречиха, просо, томаты5000 Лен10000 Картофель15000 Сахарная свекла, турнепс20000 Капуста, морковь, столовая свекла Радиочувствительность сельскохозяйственных культур определяется по снижению урожайности на 50 % при облучении от всходов до цветения. Критические дозы облучения семян на порядок выше, чем вегетирующих травянистых растений. Для большинства вегетирующих растений критическая доза оценивается крад, а летальная – в 5-10 крад.

Радиорезистентность (радиоустойчивость) растений в разные периоды онтогенеза 1) семена молочной спелости – восковой спелости – полной спелости – покоящиеся – возрастает; 2) семена покоящиеся – прорастающие – всходы – снижается; 3) всходы – заложение вегетативных органов – заложение оси соцветия – возрастает; 4) от заложения оси соцветия и перехода к генеративному состоянию – формированию элементов цветка – спорогенез – повышается; 5) от спорогенеза до гаметогенеза – снижается.

Снижение урожайности зерна озимых культур, % Фаза развития Доза облучения, Р Кущение Выход в трубку Колошение Цветение Молочная спелость 579 Полная спелость 000

Дозы облучения, при которых семена непригодны для посева КультурыФазы развитияДоза, Р Зерновые озимые 1. Выход в трубку, колошение, цветение 2. Всходы, кущение Зерновые яровые 1. Цветение 2. Всходы, кущение, выход в трубку, колошение Кукуруза Выметывание метелки, цветение7000 Горох 1. Всходы, бутонизация, цветение 2. Созревание

Продовольственное и техническое качество сельскохозяйственной продукции Продовольственное и техническое качество сельскохозяйственной продукции существенно не ухудшается даже при снижении урожайности до % от контроля (не облученных растений). Содержание белка и клейковины в зерне пшеницы, рассчитанное на единицу массы, не снижается. Снижение масличности семян подсолнечника (на 8-27 %) наблюдается при облучении растений в фазы генеративного развития дозами 3-10 крад. Аналогичная закономерность наблюдается и по выходу сахара в урожае корнеплодов. Посевные и посадочные качества семян и клубней снижаются. При облучении картофеля до периода бутонизации и цветения клубни получаются безростковыми из-за высокой радиочувствительности промеристематических клеток, но по содержанию крахмала и по вкусовым качествам они не отличаются от обычных клубней.