Экология. Рациональное природопользование и безопасность жизнедеятельности. Часть 2
Выделив одну часть
процесса, а именно работу онковируса, при условии, что идет син-
хронное перерождение ДНК клетки, можно смоделировать моле-
кулярную стадию вирусогенетического онкогенеза на объектах не-
живой природы, чувствительных к УФИ того же спектрального
диапазона, что и биологическая клетка, в которых можно искусст-
венно создать модель онковируса. Такими объектами являются
щелочно-галоидные монокристаллы (ЩГК). Например, два типа
монокристаллов NaCl, выращенных по методу Киропулоса в оди-
наковых условиях, NaCl(l) — легированный солью МпС12 @,2 мае. %)
и NaClB) — легированный солью МпС12 • 4Н2О @,2 мае. %)•
Подготовка модельных образцов заключалась в отжиге кри-
сталлов в специальной титановой ампуле в течение 6 ч в парах Na
при температуре 650 °С с последующим медленным охлаждением
(в течение 24 ч) до комнатной температуры. В результате прове-
денной термообработки в спектре оптического поглощения обоих
типов кристаллов появляется коротковолновая полоса поглоШ6\'
ния в NaCl(l) 220—280 нм, а в NaClB) — 240—330 нм, ответствен-
ная за возникновение чувствительности кристаллов к биологиче\'
ски активному УФИ. После такой обработки («очувствления») 8
матрице кристалла создается стабильный при комнатной темпер3\'
туре центр электромагнитной чувствительности (ЦЭЧ), представ
ляющий локальное дефектное образование сферической симМеТ^
рии на основе иновалентных примесей (Мп2+, О~~2, ОН\" и др.)aIlVl
онных (Кд) и катионных (V~) вакансий и электронов.
106 . .-...¦;., ...-,¦
г
gce составляющие ЦЭЧ удерживаются за счет сил кулоновско-
язаимодействия. При воздействии на кристалл ЭМИ в полосе
Г° ^omeHHH ЦЭЧ происходит его перестройка, проявляющаяся в
11 зцикновении центров окраски (ЦО), при этом по спектрам по-
^щения можно расшифровать механизмы протекания электрон-
г ионных преобразований. Механизм образования ЦЭЧ в ЩГК
и0жно раскрыть различными методами.
Специально введенные примеси в кристаллы систематизиру-
т и перераспределяют составляющие элементы скопления, соз-
давая упорядоченные участки второй фазы, определенной формы.
Например, известно, что в кристаллах, легированных двухвалент-
ной катионной примесью, образуются включения второй фазы
сферической симметрии, окруженные оболочкой декорирующих
частиц серебра, отличных от плотности и размеру от частиц сереб-
ра в центре включения. В данном случае структура ЦЭЧ представ-
ляет типичный участок второй фазы, создаваемый примесями и
режимом термообработки. Специфика этого участка в отличие от
«классической» второй фазы заключается в высокой электромаг-
нитной чувствительности в ультрафиолетовой области спектра,
обусловленной повышенной концентрацией заряженных точеч-
ных дефектов.
Анализ кинетики образования ЦО в результате воздействия
УФИ в полосе поглощения ЦЭЧ показал, что в NaCl(l) идет одно-
стадийный процесс образования простейших электронно-вакан-
сионных ^-центров, при этом линейный размер ЦЭЧ не меняется
и составляет ~ 40 нм. В NaClB) при облучении УФИ идет много-
стадийный процесс: сначала образуются элементарные .F-центры,
затем происходят их агрегация и разрастание ЦЭЧ за счет объеди-
нения агрегатных ЦО с продуктами фотоиндуцированного распа-
Да примесных образований со слабыми связями. Увеличение раз-
меров ЦЭЧ происходит в пределах от 40 до 210 нм.
Общее свойство кристаллов NaCl(l) и NaClB) заключается в
том, что после 2-минутного экспонирования УФИ при комнатной
емпературе идет накопление только /\"-центров. Этот процесс об-
Им, и после 2-минутной выдержки при 70 °С первоначальная
РУктура ЦЭЧ восстанавливается в обоих случаях (кристаллы
есцвечиваются), размер ЦЭЧ не меняется. Увеличение времени
?. СГ1°нирования у NaCl(l) приводит к увеличению концентрации
^Центров до 1018 см~3, то есть вырабатываются все ЦЭЧ, а в
Нк ^ \"~ к смене механизма работы ЦЭЧ (образование агрегат-
* ЦО, увеличение размера ЦЭЧ).
107
При этом ЦЭЧ в ЩГК может изменять свое состояние
результате электромагнитного, температурного или комплексно!-8
воздействия, что сопровождается люминесценцией в ближней
УФ-, видимом и ИК-диапазонах спектра. С другой стороны, поел
таких же воздействий структурные нарушения в онковирусах I
биологических макромолекулах, изменяя свое состояние, поро^
дают биолюминесценцию в тех же спектральных диапазонах, чтой
люминесценция в ЩГК.
Если рассматривать только электромагнитное воздействие, т0
и в ЦЭЧ, и в онковирусе за стадией возбуждения в последующих
темновых процессах инициируются схожие физико-химические
превращения. Последовательность этих превращений вписывает-
ся в единую схему: поглощение ЭМИ активным центром и образо-
вание электронно-возбужденных состояний -> миграция энергии
электронного возбуждения -» появление первичных радиацион-
ных продуктов -» темновые физико-химические превращения -» ко-
нечный продукт. В обоих случаях прослеживается тенденция
влияния процессов микроуровня (онковирус, ЦЭЧ) на макроуро-
вень (клетка, матрица ЩГК). Это влияние проявляется в измене-
нии свойств и структур клетки и матрицы ЩГК в целом, фикси-
руемом по измерению структурно-чувствительных характеристик
(табл. 2.2).
Таблица 2.2
Сравнение структурных изменений в ЩГК со структурными изменениями
в клетке
ЩГК
Большинство структурно-чувстви-
тельных характеристик (теплофизиче-
ских, электрических, оптических и др.)
определяется присутствием воды в раз-
ных модификациях
Собственная полоса электромагнит-
ного оптического поглощения ЦЭЧ на-
ходится в области 200—320 нм
Природные (фоновые) дефекты обес-
печивают зародышеобразование ЦЭЧ
Люминесцентные реакции при разру-
шении ЦЭЧ 300—600 нм (темпера-
турный интервал 50—70 °С)
Биологическая клетка _
Присутствие воды в разных модифи-
кациях определяет многие онкогенньк
преобразования
Биологически активное электромаг-
нитное излучение 200—300 нм совпада-
ет с областью аномальной оптической
активности, связанной с дефектно»
подструктурой ДНК
Природные (фоновые) дефекты, зало
женные биологической наследственно^
стью в ДНК (онкогенные вирусы), с°3
дают предпосылки развития онкогене3
Биолюминесценция (восстановлен
природного нарушения ДНК) 250—650 в
(температурный интервал 50—lOjzL^1
108
г
Продолжение табл. 2.2
ЩГК
^х оты ЦЭЧ в ЩГК, не со-
>каших водной составляющей, при
й температуры или ЭМИ имеет
Тратимый характер
Необратимое качественное измене-
ние фототермических продуктов ЦЭЧ
опровождается увеличением размеров
с последующим выпадением квазиме-
таллических частиц в матрице ЩГК
(окончание преобразований электрон-
Нп-вакансионных комплексов)
Биологическая клетка
Возникновение и исчезновение изме-
нений структуры онковируса на ранней
стадии (водная составляющая находит-
ся в связанном состоянии) имеет обра-
тимый характер, обусловленный либо
температурным, либо ЭМ-воздействием
Окончание обменного взаимодейст-
вия вируса и клетки. Законченная орга-
низация онковируса и обновленной
ДНК клетки, способной самостоятель-
но синтезировать онкогенный белок
Устойчивость радиационных продуктов в каждом облучаемом
объекте определяется исходными условиями. Например, «работа»
ЦЭЧ в ЩГК, определяется четырьмя факторами: предысторией
кристалла, спектром действующего излучения, временем его дей-
ствия и температурой. В биологической клетке эти же факторы оп-
ределяют эффективность возникновения молекулярных преобра-
зований, создающих электронно-возбужденные состояния на
уровне вирусной ДНК.
Исходя из различных особенностей структурно-чувствитель-
ных характеристик кристаллов NaCl(l) и NaClB), можно отме-
тить, что для раскрытия механизма обратимых электронно-ион-
ных процессов в качестве модели целесообразно использовать
кристалл NaCl(l), изучая динамику и кинетику образования и из-
менения состояния ЦЭЧ. В этом случае можно считать, что ЦЭЧ в
NaCl(l) является аналогом инфекционного вируса, когда нуклеи-
новая кислота вируса работает в одну сторону, а именно подавляет
Работу ДНК клетки и самостоятельно синтезирует вирусный бе-
Лок; в результате клетка повреждается и гибнет.
С другой стороны, ЦЭЧ в NaClB) можно считать аналогом он-
овируса в этом случае идут более сложные процессы, чем в
аС1A). В частности, нуклеиновая кислота вируса не подавляет
иНтез клеточных белков, его потенция даже возрастает. Однако
^УКлеиновая кислота онковируса постепенно инкорпорируется в
^°м клетки, что в итоге вызывает перерождение ДНК клетки.
процесса, а именно работу онковируса, при условии, что идет син-
хронное перерождение ДНК клетки, можно смоделировать моле-
кулярную стадию вирусогенетического онкогенеза на объектах не-
живой природы, чувствительных к УФИ того же спектрального
диапазона, что и биологическая клетка, в которых можно искусст-
венно создать модель онковируса. Такими объектами являются
щелочно-галоидные монокристаллы (ЩГК). Например, два типа
монокристаллов NaCl, выращенных по методу Киропулоса в оди-
наковых условиях, NaCl(l) — легированный солью МпС12 @,2 мае. %)
и NaClB) — легированный солью МпС12 • 4Н2О @,2 мае. %)•
Подготовка модельных образцов заключалась в отжиге кри-
сталлов в специальной титановой ампуле в течение 6 ч в парах Na
при температуре 650 °С с последующим медленным охлаждением
(в течение 24 ч) до комнатной температуры. В результате прове-
денной термообработки в спектре оптического поглощения обоих
типов кристаллов появляется коротковолновая полоса поглоШ6\'
ния в NaCl(l) 220—280 нм, а в NaClB) — 240—330 нм, ответствен-
ная за возникновение чувствительности кристаллов к биологиче\'
ски активному УФИ. После такой обработки («очувствления») 8
матрице кристалла создается стабильный при комнатной темпер3\'
туре центр электромагнитной чувствительности (ЦЭЧ), представ
ляющий локальное дефектное образование сферической симМеТ^
рии на основе иновалентных примесей (Мп2+, О~~2, ОН\" и др.)aIlVl
онных (Кд) и катионных (V~) вакансий и электронов.
106 . .-...¦;., ...-,¦
г
gce составляющие ЦЭЧ удерживаются за счет сил кулоновско-
язаимодействия. При воздействии на кристалл ЭМИ в полосе
Г° ^omeHHH ЦЭЧ происходит его перестройка, проявляющаяся в
11 зцикновении центров окраски (ЦО), при этом по спектрам по-
^щения можно расшифровать механизмы протекания электрон-
г ионных преобразований. Механизм образования ЦЭЧ в ЩГК
и0жно раскрыть различными методами.
Специально введенные примеси в кристаллы систематизиру-
т и перераспределяют составляющие элементы скопления, соз-
давая упорядоченные участки второй фазы, определенной формы.
Например, известно, что в кристаллах, легированных двухвалент-
ной катионной примесью, образуются включения второй фазы
сферической симметрии, окруженные оболочкой декорирующих
частиц серебра, отличных от плотности и размеру от частиц сереб-
ра в центре включения. В данном случае структура ЦЭЧ представ-
ляет типичный участок второй фазы, создаваемый примесями и
режимом термообработки. Специфика этого участка в отличие от
«классической» второй фазы заключается в высокой электромаг-
нитной чувствительности в ультрафиолетовой области спектра,
обусловленной повышенной концентрацией заряженных точеч-
ных дефектов.
Анализ кинетики образования ЦО в результате воздействия
УФИ в полосе поглощения ЦЭЧ показал, что в NaCl(l) идет одно-
стадийный процесс образования простейших электронно-вакан-
сионных ^-центров, при этом линейный размер ЦЭЧ не меняется
и составляет ~ 40 нм. В NaClB) при облучении УФИ идет много-
стадийный процесс: сначала образуются элементарные .F-центры,
затем происходят их агрегация и разрастание ЦЭЧ за счет объеди-
нения агрегатных ЦО с продуктами фотоиндуцированного распа-
Да примесных образований со слабыми связями. Увеличение раз-
меров ЦЭЧ происходит в пределах от 40 до 210 нм.
Общее свойство кристаллов NaCl(l) и NaClB) заключается в
том, что после 2-минутного экспонирования УФИ при комнатной
емпературе идет накопление только /\"-центров. Этот процесс об-
Им, и после 2-минутной выдержки при 70 °С первоначальная
РУктура ЦЭЧ восстанавливается в обоих случаях (кристаллы
есцвечиваются), размер ЦЭЧ не меняется. Увеличение времени
?. СГ1°нирования у NaCl(l) приводит к увеличению концентрации
^Центров до 1018 см~3, то есть вырабатываются все ЦЭЧ, а в
Нк ^ \"~ к смене механизма работы ЦЭЧ (образование агрегат-
* ЦО, увеличение размера ЦЭЧ).
107
При этом ЦЭЧ в ЩГК может изменять свое состояние
результате электромагнитного, температурного или комплексно!-8
воздействия, что сопровождается люминесценцией в ближней
УФ-, видимом и ИК-диапазонах спектра. С другой стороны, поел
таких же воздействий структурные нарушения в онковирусах I
биологических макромолекулах, изменяя свое состояние, поро^
дают биолюминесценцию в тех же спектральных диапазонах, чтой
люминесценция в ЩГК.
Если рассматривать только электромагнитное воздействие, т0
и в ЦЭЧ, и в онковирусе за стадией возбуждения в последующих
темновых процессах инициируются схожие физико-химические
превращения. Последовательность этих превращений вписывает-
ся в единую схему: поглощение ЭМИ активным центром и образо-
вание электронно-возбужденных состояний -> миграция энергии
электронного возбуждения -» появление первичных радиацион-
ных продуктов -» темновые физико-химические превращения -» ко-
нечный продукт. В обоих случаях прослеживается тенденция
влияния процессов микроуровня (онковирус, ЦЭЧ) на макроуро-
вень (клетка, матрица ЩГК). Это влияние проявляется в измене-
нии свойств и структур клетки и матрицы ЩГК в целом, фикси-
руемом по измерению структурно-чувствительных характеристик
(табл. 2.2).
Таблица 2.2
Сравнение структурных изменений в ЩГК со структурными изменениями
в клетке
ЩГК
Большинство структурно-чувстви-
тельных характеристик (теплофизиче-
ских, электрических, оптических и др.)
определяется присутствием воды в раз-
ных модификациях
Собственная полоса электромагнит-
ного оптического поглощения ЦЭЧ на-
ходится в области 200—320 нм
Природные (фоновые) дефекты обес-
печивают зародышеобразование ЦЭЧ
Люминесцентные реакции при разру-
шении ЦЭЧ 300—600 нм (темпера-
турный интервал 50—70 °С)
Биологическая клетка _
Присутствие воды в разных модифи-
кациях определяет многие онкогенньк
преобразования
Биологически активное электромаг-
нитное излучение 200—300 нм совпада-
ет с областью аномальной оптической
активности, связанной с дефектно»
подструктурой ДНК
Природные (фоновые) дефекты, зало
женные биологической наследственно^
стью в ДНК (онкогенные вирусы), с°3
дают предпосылки развития онкогене3
Биолюминесценция (восстановлен
природного нарушения ДНК) 250—650 в
(температурный интервал 50—lOjzL^1
108
г
Продолжение табл. 2.2
ЩГК
^х оты ЦЭЧ в ЩГК, не со-
>каших водной составляющей, при
й температуры или ЭМИ имеет
Тратимый характер
Необратимое качественное измене-
ние фототермических продуктов ЦЭЧ
опровождается увеличением размеров
с последующим выпадением квазиме-
таллических частиц в матрице ЩГК
(окончание преобразований электрон-
Нп-вакансионных комплексов)
Биологическая клетка
Возникновение и исчезновение изме-
нений структуры онковируса на ранней
стадии (водная составляющая находит-
ся в связанном состоянии) имеет обра-
тимый характер, обусловленный либо
температурным, либо ЭМ-воздействием
Окончание обменного взаимодейст-
вия вируса и клетки. Законченная орга-
низация онковируса и обновленной
ДНК клетки, способной самостоятель-
но синтезировать онкогенный белок
Устойчивость радиационных продуктов в каждом облучаемом
объекте определяется исходными условиями. Например, «работа»
ЦЭЧ в ЩГК, определяется четырьмя факторами: предысторией
кристалла, спектром действующего излучения, временем его дей-
ствия и температурой. В биологической клетке эти же факторы оп-
ределяют эффективность возникновения молекулярных преобра-
зований, создающих электронно-возбужденные состояния на
уровне вирусной ДНК.
Исходя из различных особенностей структурно-чувствитель-
ных характеристик кристаллов NaCl(l) и NaClB), можно отме-
тить, что для раскрытия механизма обратимых электронно-ион-
ных процессов в качестве модели целесообразно использовать
кристалл NaCl(l), изучая динамику и кинетику образования и из-
менения состояния ЦЭЧ. В этом случае можно считать, что ЦЭЧ в
NaCl(l) является аналогом инфекционного вируса, когда нуклеи-
новая кислота вируса работает в одну сторону, а именно подавляет
Работу ДНК клетки и самостоятельно синтезирует вирусный бе-
Лок; в результате клетка повреждается и гибнет.
С другой стороны, ЦЭЧ в NaClB) можно считать аналогом он-
овируса в этом случае идут более сложные процессы, чем в
аС1A). В частности, нуклеиновая кислота вируса не подавляет
иНтез клеточных белков, его потенция даже возрастает. Однако
^УКлеиновая кислота онковируса постепенно инкорпорируется в
^°м клетки, что в итоге вызывает перерождение ДНК клетки.