Молекулярные механизмы лучевого повреждения биосистем

Относительное количество молекул малого размера, повреждаемых в течении первичных стадий действия излучений, невелико. При дозе облучения 10 Гр (абсолютно летальная доза для млекопитающих) из числа молекул, находящихся в клетке, доля поврежденных составляет для углеводов 0,015%, для нуклеотидов – 0,023%, для аминокислот – 0,36%.

Наиболее биологически значимыми в облученной клетке являются изменения ДНК. Это повреждения, лежащие в основе одиночных и двойных разрывов цепочек ДНК: химическая модификация пуриновых и пиримидиновых оснований, их отрыв от цепи ДНК, разрушение фосфоэфирных связей в макромолекуле, распад дезоксирибозы. Кроме того, наблюдаются повреждения ДНК-мембранного комплекса, разрушение связей ДНК-белок, повышающее уязвимость ДНК при атаке вторичными радикалами и ферментами, сшивки ДНК – ДНК и ДНК-белок, нарушения вторичной, третичной и четвертичной структур этого биополимера.

В липидной фракции в присутствии кислорода вследствие активации свободно-радикальных процессов накапливаются продукты перекисного окисления, в первую очередь перекиси и гидроперекиси ненасыщенных жирных кислот. В ряде случаев окислительные процессы в липидах могут принять цепной характер. Липиды являются структурными компонентами внутриклеточных мембран, и их повреждение приводит к существенному нарушению метаболических процессов в клетке, вносит значимый вклад в патогенез лучевого поражения.

Активации процессов перекисного окисления липидов способствует снижения активности собственных антиокислительных систем клетки. Это обусловлено как радиационными разрушением естественных антиокислителей в клетке, которыми являются в первую очередь фосфолипиды, так и разрушением фосфолипидов в результате активации цепной окислительной реакции.

К первичным радиотоксинам относят также образующиеся в облученных клетках продукты окисления фенолов – хиноны и семихинолы.

Изменения обнаруживаются и в других молекулярных компонентах клетки. Наблюдаются повреждения азотистых оснований и разрывы цепей РНК, распад мукополисахаридов, в частности гиалуроновой кислоты, нарушения первичной (в следствии избирательного поражения отдельных аминокислот) и вторичной структур ферментов, изменения их функциональных свойств и химических характеристик и т. п.