АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Механизмы радиозащитного действия меланиновых пигментов.

Биологическая роль фенолов в организме растений и животных, а также механизмы их биологического действия описаны в ряде монографий [97, 272, 454-456]. Рассмотрим те из них, которые могут объяснить способность меланина уменьшать мутагенное действие облучения.

Известно, что содержание фенольных соединений у горных растений выше, чем у растений, произрастающих в долине [457], и по сравнению с последними они обладают большей ра-диоустойчивостью [458, 459]. Например, при облучении в дозе 6 кР семян пленчатого ярового ячменя из низменной и горной репродукции частота хромосомных аберраций у первых возросла в 10 раз, тогда как у вторых она оставалась на уровне контроля [459]. На существование прямой связи между радио-устойчивостью и содержанием фенольных соединений в пределах одного и того же вида растений указывается и в работе [458]. Высокое содержание фенольных и токоферольных соединений у горных растений можно расценивать как ответную реакцию растительного организма на постоянное воздействие космических лучей и высокой радиоактивности горных пород. У горных растений отмечено также повышенное содержание аскорбиновой кислоты [460].

Была выдвинута и экспериментально проверена гипотеза о возможном участии аутоантимутагенной системы в регуляции темпов мутирования природных популяций [461, 462]. Очевидно, что фенолы и витамины в этой системе взаимосвязаны: 1) практически во всех растительных источниках фенольные соединения содержатся наряду с аскорбиновой кислотой; 2) в тканях растений, растительных продуктах и в модельных растворах они взаимозащищают друг друга от окисления; 3) показан синергизм их биологических эффектов, как в растительных, так и в животных тканях [266].

На участках, загрязненных радионуклидами 90Sr, в популяциях тысячелистника обнаружено увеличение числа интенсивно окрашенных форм [463]. Предполагается, что такие пигментированные формы более радиоустойчивы и поэтому в условиях хронического облучения отбор идет в их пользу. Интересно, что на этих же участках наблюдалось и повышенное количество пигментных мутаций у хлореллы [464].

Таким образом, можно сделать вывод, что фенольные соединения, и в частности меланин, созданы самой природой для защиты организма от облучения.

Основной отличительной чертой меланина является его полимерная структура, которая обеспечивает не только поглощение солнечного света в наиболее активной УФ области, но и улавливание, стабилизацию и обезвреживание возникающих при этом свободных радикалов. Этот процесс протекает в коже животных и человека, где присутствие и новообразование меланина представляет собой защитную реакцию организма на действие солнечного излучения, особенно ультрафиолетовой его части. Сложная сетчатая структура молекул меланина делает их идеальными „молекулярными ситами", в ячейках которых и застревают активные осколки молекул, радикалы и другие продукты фотолиза [97].

При облучении смеси меланина и яичного альбумина установлено, что пигмент принимает электроны от облученного белка [465]. Адсорбционный спектр смеси этих веществ свидетельствует о том, что интенсивность (высота) сигнала определяется меланиновым пигментом, а его ширина – присутствием альбумина. После облучения наблюдалось уменьшение меланиновой части спектра, что свидетельствует о его переходе в восстановленное состояние за счет адсорбции электронов с облученного белка. Аналогичные данные получены при введении меланина растительного происхождения в неокрашенную кожуру семян белой горчицы. Было зарегистрировано появление характерного сигнала ЭПР, который тоже уменьшался после облучения [466].

Ионизирующая радиация наряду с ультрафиолетовым излучением является причиной возникновения свободных радикалов, в том числе и в биологических системах. Способность меланина улавливать, стабилизировать и инактивировать возникающие при этом свободные радикалы является одним из основных механизмов его радиозащитного действия. В работе [467] показано существование корреляции между содержанием меланина и концентрацией парамагнитных частиц в клетке и предположено, что защитные свойства меланина обусловлены его полимерной структурой и способностью накапливать в полимерных ячейках большое количество неспаренных электронов – ПЦ.

После γ – облучения в дозах 300-600 Гр образцов белой бараньей шерсти, а также белой шерсти с добавлением меланиновых гранул, выделенных из чернил осьминога, и коричневой шерсти наблюдалось соответствующее увеличение количества ПЦ во всех вариантах опыта [468]. Увеличение дозы облучения от 600 до 1000 Гр не влияло на количество образования ПЦ. Характерно, что через 30 мин после облучения количество свободных радикалов в белой шерсти увеличивалось в 12-15, а иногда в 40 раз; в белой шерсти с добавлением меланина – в 3-3,5 раза и в коричневой – в 1,2-2,2 раза. Авторы предпола-гают, что в меланиновых гранулах происходили захват и рекомбинация индуцированных ионизирующими излучениями радикалов и мигрирующих возбужденных состояний.

Подробное исследование механизмов радиозащитного действия меланина у грибов проведено в работе [469]. Об участии меланиновых пигментов в радиоустойчивости исследованных грибов судили по существованию прямой корреляционной зависимости этого признака от концентрации ПЦ меланина. Эта зависимость наблюдалась при сравнении таксономически различных темнопигментированных гифомицетов, штаммов С. clados porioides и его цветных мутантов, радиоустойчивость и концентрация ПЦ которых уменьшались с уменьшением их пигментации, а также при сравнении радиоустойчивости конидий С. clados porioides разного возраста с накоплением пигмента в клеточных стенках.

Исследовались также процессы пострадиационного восстановления у мутантов грибов с разным содержанием пигмента. Показано, что характер и уровень пострадиационного восстановления мутантов были сходными [469]. Соответствующие кривые восстановления были идентичны между собой по ха-рактеру, выходу кривой восстановления на плато и максимально достигнутому уровню выживаемости после одноразового и фракционированного облучения. Таким образом, конидии изученных штаммов грибов оказались в одинаковой мере способными к восстановлению от радиационных поражений, однако эти культуры существенно различались радиоустойчивостью и концентрацией ПЦ их меланиновых пигментов. Это обстоятельство служит подтверждением гипотезы электронно-акцепторного механизма защитного действия меланинового пигмента, впервые высказанной в работе [470] и впоследствии расширенной в [471] и др.

Согласно этой гипотезе защитное действие меланина связывается с адсорбцией образовавшихся в клетке вторичных электронов, что сопровождается уменьшением сигнала ЭПР, т. е. чем выше у пигмента способность к восстановлению, тем эффективнее защита от ионизирующих излучений.

Меланин является, в сущности, стабильным свободным радикалом, так как в ячейках его сетчатой структуры фиксированы и длительно сохраняются свободнорадикальные группировки [272]. Обладая свойствами стабильного свободного радикала, меланин способен вступать в реакции образования комплекса с переносом заряда и играет при этом роль акцептора электронов. Ряд авторов [472-474] полагают, что именно эти свойства объясняют низкую чувствительность самого меланина к воздействию ионизирующей радиации. По мнению авторов работы [475], такие реакции могут служить механизмом защиты клеток от свободных радикалов, возникающих под действием излучения.

Показано, что меланин создает буферную систему для избыточной энергии клеток, распределяя ее малыми дозами. Квант энергии, попадая на молекулу мишени, мигрирует по ней, а затем утилизируется молекулой меланина. Поскольку промежуточные метаболиты меланинового обмена благодаря свободнорадикальному состоянию могут окисляться и восстанавливаться, образующиеся бесконечные молекулы меланина срабатывают как электронно-обменный полимер, который, приняв на себя радиационный удар, распыляет его по всей молекуле, перераспределяя ее электронный заряд (одновременно этот полимер является и донором электронов для других систем) [331].

Благодаря наличию гидроксильных групп и особенностям электронной структуры бензольного кольца фенолы имеют склонность к легкой отдаче электронов. Они могут легко и обратимо окисляться, отдавая электроны и ядра водорода и выступая тем самым в роли восстановителей, антиоксидантов. Фенольное соединение постепенно расходует свои электроны и протоны, превращаясь в хинон и защищая от окисления соседнее вещество [272]. И только после того, как ресурсы фенола исчерпаны, начинается окисление соседних молекул.

В работах [476, 477] исследован механизм радиозащитного действия пигментов антоцианов, которые можно считать аналогами меланинов в силу того, что они образуются в растениях под действием УФ излучения (своеобразный „загар” растений) и так же, как меланины, служат для защиты растительных клеток от облучения. Показано, что антоцианы могут существовать в окисленной и восстановленной, формах и выполнять функцию переносчиков водорода в окислительно-восстановительных реакциях, влияя на ход мутагенеза.

В тканях животных при γ – облучении накапливаются вещества полифенольнохиноидной природы, которые способны восстанавливать цитохром С [478]. Причем такой способностью обладает как необлученный, так и γ – облученный 3-4-диокси-фенилаланин (ДОФА).

Интересно, что синтез меланина в клетке стимулируется цАМФ [479], а ведь именно аденил-циклазной системе, по гипотезе Лангендорффов [422], принадлежит ведущая роль в осуществлении радиозащитного действия химических веществ.

Согласно этой гипотезе механизм действия радиопротекторов самой различной химической природы сводится к стимулированию реакций, повышающих в клетке уровень цАМФ, которым обычно отводится роль регуляторов метаболических процессов. И если цАМФ запускает синтез меланина, то, очевидно, меланин является одним из необходимых звеньев радиозащитной системы клеток.

Подробное исследование механизмов радиопротекторного действия фенолов позволило сделать неожиданные выводы [272]: в условиях организма действуют не фенолы сами по себе, а окислительно-восстановительная система фенол – семихинон – хинон, компоненты которой постоянно переходят друг в друга.

Действительно, синтез меланина в клетке идет через образование ряда сильно реактивных промежуточных продуктов. Начинается он с окисления тирозина в ДОФА и затем в ДОФА-хинон. Через ряд последовательных этапов образуется индол-5,6-хинон, который, полимеризуясь и, присоединяя молекулу белка, превращается в меланин [475]. Под влиянием ионизирующей, радиации в организме резко усиливаются окислительные процессы. Нейтрализуют свободнорадикальные реакции окисления не только нейтральные молекулы фенола, но и семихинонные радикалы. При этом вместо двух радикалов, взаимно нейтрализующих друг друга, возникает нейтральная молекула – продукт сшивки радикала с фенолом. Семихинонных радикалов несравненно меньше, чем исходных молекул восстановленного фенола, но они химически более реактивны и по мере расходования возникают вновь за счет реакции между фенолом и соответствующим хиноном. Согласно „семихинонной гипотезе” Барабоя радиозащитные свойства – это свойства не фенолов или хинона, а промежуточного нестойкого продукта, возникающего при переходе их друг в друга [272].

Показано, что фенолы эффективно взаимодействуют с азотистыми основаниями ДНК и РНК [272,290], поэтому в качестве одного из механизмов генетического эффекта фенольных соединений предполагается их взаимодействие с функциональными группами ДНК, которое может или экранировать важные участки ДНК от действия мутагена, или отводить избыточную энергию [292]. В обоих случаях предотвращается образование мутаций на самых ранних этапах, что может объяснить снижение под действием меланина выхода точковых мутаций.

В то же время фенольные соединения способны образовывать непрочные временные связи с тиоловыми группами белков, защищая их от необратимой окислительной инактивации в условиях лучевого воздействия. В тканях человека, например, более двух десятков ферментных систем содержат тиоловые группы.

Многогранность биологической активности фенолов позволяет предположить их влияние (возможно, опосредованное) и на репарационные процессы в клетке.

Дата добавления: 2015-12-16 | Просмотры: 999 | Нарушение авторских прав