Это материал из гида Радиация: яд или лекарство, приуроченного к
75-летию атомной промышленности. Партнер гида Росатом.Что
это?Различные повреждения ДНК, вызванные ионизирующим излучением1.
Ионизирующее излучение зачастую деструктивно воздействует на живые
и неживые объекты. В живых клетках из-за радиации больше всего
страдают именно молекулы ДНК. Нельзя сказать, что они разрушаются
первыми под действием излучения, однако именно их повреждения
оказываются самыми значительными и непоправимыми. Повреждение
различных цитоплазматических структур клеток митохондрий, лизосом и
прочих играет в механизме радиационного поражения, по-видимому,
второстепенную роль.Чтобы понять, как радиация повреждает ДНК,
сначала разберемся, как устроена эта молекула. Это спирально
закрученная двунитевая макромолекула2, которая обеспечивает
хранение, считывание и передачу генетической информации. Она
состоит из двух связанных друг с другом цепей, каждая из которых, в
свою очередь, образована отдельными блоками нуклеотидами. Нуклеотид
состоит из азотистого основания, сахара (дезоксирибозы) и фосфатной
группы3. В ДНК встречается только четыре варианта азотистых
оснований:цитозин, тимин, гуанин и аденин.Нуклеотиды соединяются в
цепочки за счет дезоксирибозы и фосфатной группы это называется
фосфодиэфирной связью. В свою очередь, две цепочки соединяются за
счет комплементарности (взаимного соответствия молекул) азотистых
оснований друг другу с помощью слабых взаимодействий водородных
связей: аденин образует связи только с тимином, а цитозин с
гуанином. При этом аденин-тиминовая связь не такая прочная, как
цитозин-гуаниновая, а потому требуется меньше энергии, чтобы ее
порвать.Ионизирующее излучение повреждает ДНК в клетках по двум
основным путям:Непосредственное влияние ионизирующего излучения
приводит к разрыву фосфодиэфирных связей между нуклеотидами,
химической модификации (повреждению) азотистых оснований и сшиванию
молекул. Из-за этого в молекуле образуются однонитевые (повреждена
одна цепочка), двунитевые (повреждены обе цепочки) разрывы, внутри-
и межмолекулярные сшивки (сшиваются разные нити ДНК или нуклеотиды
одной нити соответственно), сшивки ДНК с белками хроматина или
ядерного матрикса. Обычно с простыми повреждениями (модификация
оснований, однонитевые разрывы) клетка может справиться без
проблем, но если их много или они сложные для исправления
(например, двунитевые разрывы), то механизмы восстановления клетки
зачастую уже ничего не могут с этим поделать.Косвенное воздействие
свободных радикалов4, которые возникают за счет ионизации воды в
клетке под действием радиации. Это примерно 7080% повреждений.
Высокоактивные свободные радикалы окисляют азотистые основания в
ДНК например, легкоокисляемый гуанин и разрывают связи между
нуклеотидами.Если критическая масса повреждений превышена, то
клетка гибнет. Усиливает эффект высокое содержание кислорода в
клетке, потому что он способствует еще большему окислению молекул
ДНК. Кроме того, для излучения с высокой линейной передачей
энергии6 например, альфа-частиц часто достаточно простого попадания
в клетку, для тогочтобы вызвать ее гибель.Чем это интересно для
науки?Изучение механизмов действия ионизирующего излучения на ДНК
живых клеток помогает разрабатывать средства для того, чтобы
защитить здоровые клетки нашего организма от радиации. А в случае
онкологии, наоборот, способы усилить повреждающее действие
излучения на опухолевые клетки.Зачем это нужно знать?Стоит ли
бояться флюорографии? Какие дозы излучения представляют настоящую
опасность? Каков реальный вред облучения для человека? Понимание
того, как ионизирующее излучение действует на ДНК наших клеток,
дает ответы на эти вопросы.Дополнительная литератураКак устроена
работа ДНК и РНКХимик Рамиз Алиев: Радиоактивность окружающей
среды. ПостНаукаОсновы биологического действия ионизирующего
излучения на организмы. Химфак МГУРадиация: эффекты и источники /
Научный комитет ООН по действию атомной радиации (НКДАР). 2016И.Н.
Бекман. РАДИОАКТИВНОСТЬ И РАДИАЦИЯ. Кафедра радиохимии МГУ
