Каковы же причины гибели клеток? Считается, что основной причиной гибели клеток (репродуктивной) являются структурные повреждения ДНК, возникающие под влиянием облучения, в частности, вследствие образования двойных и одиночных разрывов в цепи ДНК[5]. Внешние структурные повреждения ДНК легко обнаруживаются, например, методами цитологии, в виде так называемых хромосомных перестроек, или аберраций хромосом. Эти аберрации разнообразны. Часть из них препятствует делению клетки, приводит к неравномерному разделению хромосом и утрате генетического материала, вызывающей гибель клетки из-за нехватки метаболитов (метаболиты – вещества, участвующие в метаболизме, т.е. в обменных процессах ), синтез которых кодируется ДНК утраченной части хромосомы. На рис. 1 показана пространственная организация хромосомы. Хромосомы животных и высших растений представляют собой структуры, состоящие из ДНК и основных белков - гистонов. Считают, что молекула ДНК представляет собой двойную спираль, однако в последнее время Сазисехаран предложил другую модель (рис. 2), которая удовлетворяет данным кристаллографии и имеет то преимущество, что не требует раскручивания молекулы, чтобы разделить нити. Энергетическая проблема раскручивания спирали не была решена в модели Уотсона-Крика.
Рисунок 1. Пространственная организация молекул ДНК в хромосомах: 1 – двойная спираль ДНК; 2 – нуклеосома; 3 – волокно; 4 – спирализованное волокно; 5 - хромосома
Рисунок 2. Схема сравнения молекулы ДНК Сазисехарана (а) и модели Уотсона – Крика двойной спирали (б)
В процессе репарации повреждённых при облучении хромосом возможны три варианта: первый – восстановление первоначальной конфигурации (реституция); второй – соединение разных («незаконных») концов с образованием обменных аберраций (незаконная репарация ); третий – утрата части хромосомы вследствие того, что разрыв остаётся открытым (терминальная делеция ). Незаконные репарации, при которых сохраняется внешняя структурная форма хромосомы, не препятствуют дальнейшему делению клетки и, как правило, «стабильны». Однако они являются потенциально более опасными, чем нестабильные аберрации, поскольку могут пройти через последующие циклы деления и привести к появлению мутантных особей. Их можно определить, только используя новейшие методики выявления структуры хромосом.
Естественно, что повреждения, в последствии облучения гамма- и рентгеновского излучения, ДНК тесно связаны с мутациями. Известно, что все клетки того либо иного растения или животного имеют одинаковую генетическую информацию. Но под воздействием различных причин, в том числе и радиации, могут происходить изменения генетического материала. Появления мутаций означает, что клетка содержит генетический материал, отличный от генетического материала, содержащихся в других клетках. Мутации могут усиливать, уменьшать или качественно изменять признак, определяемый геном. Ген – единица наследственного материала, ответственная за формирование какого-либо элементарного признака, обычно представляющая собой часть молекулы ДНК, несущую код определённого белка. Биологи делят мутации на две категории: 1) генные (точечные ) мутации, которые невидимы (под микроскопом ) и представляют собой изменение одного гена; 2) хромосомные мутации (аберрации ) – изменения, затрагивающие крупные участки хромосомы, или даже добавления и потерю целых хромосом. Хромосомные мутации можно обнаружить методами цитогенетической техники. Последствия возникновения мутаций не так велики в соматических клетках организма в отличие то мутаций половых клеток. Мутация в соматической клетке может привести к нарушению функций или даже гибели этой клетки либо её потомков, но, поскольку каждый орган состоит из многих миллионов клеток, влияние одной или двух мутаций на жизнедеятельность всего организма не будет значимым. Однако соматические мутации могут явиться причиной возникновения раковых заболеваний и старения, поэтому пренебрегать их влиянием на судьбу всего организма после облучения не следует[6].
Мутации[7,8], происходящие в половых клетках, могут оказать губительное действие непосредственно на потомство. Обнаружено, что мутации, происходящие на любой стадии развития яйцеклетки или сперматозоидов, или в оплодотворённой яйцеклетке, с большей вероятностью ведут к гибели потомства или по крайней мере вызывают появление потомства с серьёзными аномалиями.
Для оценки радиационной опасности Научный комитет по действию атомной радиации ООН принял метод удваивающей дозы, т.е. дозы, вызывающей такое же количество мутаций, которое происходит в естественных условиях. Выполненные по этому методу расчёты согласуются со статистическими данными о гибели детей, рождённых людьми, пережившими взрывы атомных бомб в Японии. Это свидетельствует об опасности ионизирующего излучения по отношению к естественной встречаемости генетических заболеваний человека. Согласно расчётам, риск рождения детей с серьёзными наследственными дефектами (уродством, умственной недостаточностью, болезнью Дауна и др. ) в ближайших двух поколениях, т.е. у детей и внуков облучённой достаточно большой популяции людей, был определён как 0,004 обратных Зв. Это значит, что при облучении большой популяции людей в дозе 0,2 – 0,1 Зв можно ожидать на 1000 родившихся младенцев в двух поколениях появления не более 1 генетически неполноценного ребёнка. Если принять во внимание, что в норме таких детей родится 4%, т.е. на 1000 человек их будет около 40, то станет ясно, что риск от дополнительного облучения в малых дозах практически не выявляем. И действительно, тщательное обследование детей у жителей Хиросимы и Нагасаки, перенёсших атомную бомбардировку, пока что не выявлено достоверного повышения наследственных заболеваний у развившегося потомства даже в группах, получивших более 1 Зв, и тем более при меньших дозах. У жителей районов с повышенным радиационным фоном в Чехословакии, Индии, Бразилии не выявлено увеличения генетических аномалий.
радиоактивность белок излучение хромосома
Заключение
Для ионизирующего излучения нет барьеров в организме, поэтому любая молекула может подвергнуться радиоактивному воздействию, последствия которого могут быть самыми разнообразными. Возбуждение отдельных атомов может привести к перерождению одних веществ в другие, вызвать биохимические сдвиги, генетические нарушения и т.п. Пораженными могут оказаться белки или жиры, жизненно необходимые для нормальной клеточной деятельности. Таким образом, радиация воздействует на организм на микроуровне, вызывая повреждения, которые заметны не сразу, а проявляют себя через долгие годы. Поражение отдельных групп белков, находящихся в клетке, может вызвать рак, а также генетические мутации, передающиеся через несколько поколений. Воздействие малых доз облучения обнаружить очень сложно, ведь эффект от этого проявляется через десятки лет.
В настоящее время среди ученых нет единой точки зрения по вопросу о биологических последствиях малых доз облучения. Некоторые считают, что зависимость доза — эффект имеет линейный вид, другие полагают, что вредные эффекты облучения выявляются, начиная с какого-то определенного порога. Третьи полагают, что небольшие дозы даже полезны. По-видимому, существуют как положительные, так и отрицательные радиационные эффекты малых доз. Науке еще только предстоит выяснить, какие — полезные или вредные для человека – эффекты будут преобладать в каждой конкретной ситуации и определить границу доз, за которой отрицательные эффекты доминируют.
Скачать реферат