Вклад диффундирующих продуктов радиолиза воды

Вклад диффундирующих продуктов радиолиза воды в эффект клеточной гибели можно продемонстрировать различными путями. Во многих исследованиях сопоставляли радиочувствительность высушенных или замороженных клеток с радиочувствительностью клеток, облученных во влажном состоянии. В первых двух случаях преобладает прямое действие радиации, а в последнем прямое и опосредованное продуктами радиолиза воды. Как правило, сухие или замороженные клетки в 2-3 раза устойчивее к действию радиации. Этот результат указывает на роль диффундирующих радикалов воды в поражении внутриклеточных структур, определяющих чувствительность клетки к радиационному воздействию.

Были проведены прямые эксперименты по сопоставлению радиочувствительности макромолекул во влажных и обезвоженных клетках. Критерием радиочувствительности служила величина дозы, вызывающей инактивацию 63% макромолекул (D37). Оказалось, что доза D37 для инактивации ряда ферментов значительно ниже во влажных клетках, чем в высушенных или замороженных. Например, активность алкагольдегидрогеназы во влажных дрожжевых клетках снижается до 37% от исходной величины в результате облучения в дозе 1,2 Мрад; в сухих клетках аналогичная степень инактивации наблюдалась после облучения в дозе 28 Мрад. Для инвертазы во влажных клетках доза 37 - 6 Мрад, а в замороженных - 12 Мрад.

По-видимому, более эффективное поражение макромолекул во влажных клетках связано с действием активных продуктов радиолиза воды. Не все изученные ферменты поражаются в клетке радикалами воды. Например, р-галактозидаза и ацетилхолинэстераза в равной степени ииактивировались во влажных, обезвоженных и замороженных клетках. Возможно, некоторые макромолекулы локализованы в клетках таким образом, что становятся недоступными для продуктов радиолиза воды. В связи с этим приобретает значительный интерес вопрос о возможном расстоянии диффузии радикалов воды от места возникновения до поражаемой структуры. Если бы это расстояние было достаточно велико и приближалось к размерам клетки, то облучение любого участка клетки с равной эффективностью вызывало бы биологическое поражение, связанное с непрямым действием радикалов воды.

Опыты Коула, проведенные в 1965 г., показывают, что радикалы воды (или другие реакционноспособные продукты), возникающие в цитоплазме, малоэффективны - пучки электронов вызывали репродуктивную гибель клетки только в том случае, если они достигали ядра. По-видимому, радикалы, возникающие в цитоплазме, не в состоянии атаковать ядро. Теоретическая оценка расстояния диффузии радикалов показывает, что наиболее вероятное значение этой величины - 3 нм. Следовательно, в непрямое действие радиации вовлекается водная оболочка, окружающая мишени, толщиной примерно в 10 молекул воды. Радикалы, образующиеся в более отдаленных участках клетки, возможно, инактивируются в различных реакциях до того, как достигнут мишени.