Строение молекулы ДНК достаточно сложное и является пред-
; изучения биологов. Здесь мы остановимся только на основ-
ЙЬ\'Х свойствах ДНК.
1 • ДНК определяет образование и функционирование организ-
/^ Как на клеточном уровне, так и в целом по определенной про-
еме.
\"~soil ... ¦ .¦¦...¦¦ ¦¦ ¦.¦¦¦¦ ¦ ;.... . ¦ ¦ .,..,¦• .... 145
2. Почти все спонтанные повреждения ДНК залечиваются.
3. ДНК реагирует на внешние химические и физические во3
действия, разрушаясь и залечиваясь, передавая при этом инф0?)ч
мацию по клеточному циклу.
4. Необратимые разрушения ДНК могут привести в зависимо,
сти от очага поражения к гибели организма.
Биологами установлено, что среди генов, составляющих геном
человека, всегда есть такие, которые аналогичны по своей структу-
ре генам онкогенных вирусов, ответственных за способность
дефектов ДНК вызывать превращение нормальных клеток в
раковые.
Под влиянием физических или химических канцерогенных
агентов окружающей среды (иногда спонтанно при старении орга-
низма) такие «встроенные» гены могут изменяться и активиро-
ваться, что приводит к развитию раковых заболеваний. Изменения
ДНК, а также структуры и функции мембран клеток, белоксинтези-
рующего аппарата и систем энергообеспечения, нарушения го-
меостаза организма на различных уровнях — вот главные биоло-
гические основы снижения жизнеспособности организма. При
этом, если нарушается нормальное потребление организмом ки-
слорода, важную роль начинают играть активные формы кислоро-
да (радикалы, О^, ОН\", Н2О2, перекись липидов), оказывающие
разрушительное окислительное действие. Вмешиваясь в процессы
нормального функционирования ДНК, они способствуют повре-
ждениям ДНК токсичными продуктами метаболизма, нарушают
нормальный ионный обмен, снижают функции белоксинтезирую-
щего аппарата.
Анализ статистических данных о комбинированных эффектах
действия различных химических канцерогенов (ХК) и различных
видов излучений показывает, что при определенных условиях их
действие усиливает друг друга. Установлено, что ХК могут так вли-
ять на изменения ДНК, что канцерогенные эффекты, обусловлен-
ные предварительным лучевым поражением ДНК (например-
Х-облучением), резко усиливаются. А именно ионизирующая Ра\'
диация в сочетании с некоторыми химическими веществами-за-
грязнителями, постоянно присутствующими в окружающей сРе\'
де, усиливает риск раковых заболеваний во много раз. К числу за\'
грязнителей относится ряд веществ природного происхождения»
попадающих в пищевые продукты извне и являющихся генотокеИ
ческими веществами. Например, в пищевых продуктах могут с
держаться нитрат и нитрит (первый переходит во второй в жеЛУ\"
146 . • ;. .,. ,. ..... . •„,, ¦ .. .¦•¦,• ,. ¦- \' \' ,
е). Генотоксические нитросоединения накапливаются в овощах
.рИ чрезмерном применении азотных удобрений.
Вредные факторы окружающей среды целесообразно выделить
четыре большие группы: физические, химические, биологиче-
с]Сце и социальные. Например, среди вредных физических факто-
ре, постоянно оказывающих действие на человека и биосферу в
целом, — ионизирующее излучение, УФИ, излучение радиодиа-
пазона и др. Еще более широк набор биохимических (микроорга-
низмы, аллергены, вакцины, токсины) и химических факторов
(полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), SO2; CO2;
$Pj, Pb, другие тяжелые металлы, пестициды и др.).
В общем случае при комбинированном действии вредных фак-
торов окружающей среды наблюдается либо простая суммация
эффектов (аддитивное действие), либо сенсибилизирующее дей-
ствие (действие одного фактора усиливает действие второго, хотя
первое вредного действия не оказывает), либо коалитивное дейст-
вие (регистрируется новый биологический эффект, не присущий
ни одному из воздействующих агентов в отдельности).
Наиболее критическими повреждениями ДНК при действии
большинства физических и химических факторов являются двой-
ные разрывы. Общий механизм усиления реакции ДНК на комби-
нированное действие различных вредных факторов называется си-
нергизмом (рис. 2.18).
Согласно принятой модели, число двойных разрывов NQ при
облучении ДНК в дозе D можно записать в виде:
Синергическое
взаимодействие
Ионизирующее излучение
Химическое действие
а^ + р^2
Г»
1
k3XD
•
кгХг
Рис. 2.18. Схема синергического взаимодействия радиационного
и химического воздействий на ДНК
147
foD2, B.25)
где a0 — коэффициент выхода двунитевых разрывов на единицу
дозы; р0 — коэффициент, пропорциональный образованию дву,
нитевых разрывов за счет взаимодействия двух однонитевых раз.
рывов ДНК. В облученной клетке также образуются однонитевь^
разрывы ДНК, которые не вносят вклада в коэффициент C0 ддя
двунитевых разрывов ДНК. Число таких однонитевых разрывов
выражается формулой
N=yD, B.26)
гдеу — среднее число однонитевых разрывов на единицу дозы.
Если на клетку при этом действует другой агент (например, му-
таген X), то экспозиция клеток агентом X будет приводить к воз-
никновению кхХ однонитевых разрывов ДНК и к2Х2 — двуните-
вых разрывов; к]ик2 — соответствующие коэффициенты пропор-
циональности. Если клетка облучена в дозе D при одновременном
воздействии агента X, то дополнительное количество двунитевых
разрывов ДНК, образующихся в результате взаимодействия одно-
нитевых разрывов, сформированных разными агентами, будет оп-
ределяться по формуле
N2 = Л3ХД B.27)
где к3 — коэффициент синергизма, N2 — число двунитевых раз-
рывов при одновременном воздействии ионизирующего излуче-
ния и химического агента, которое пропорционально числу одно-
нитевых разрывов, возникших в результате воздействия химиче-
ского агента, а также числу однонитевых разрывов, возникших
из-за радиации.
Таким образом, при сочетании воздействия облучения и како-
го-либо мутагена общее число двунитевых разрывов ДНК Nonpe\'
деляется выражением
N= No + Nt + N2 = a0D + %tf + к2Хг + k3XD.
Рассмотренная схема означает, что механизм синергическог0
взаимодействия обусловлен формированием добавочных эффе*
тивных повреждений (двунитевых разрывов), которые обусловле
ны взаимодействием неэффективных при раздельном действ^
каждого агента повреждений (в данном случае однонитевых Ра
рывов).
148 ¦ ¦¦• ¦¦¦¦¦¦\'
К счастью, наряду с генотоксическими и канцерогенными
.^торами на человека воздействуют и факторы, обладающие
!мо противоположными свойствами (антиоксидантные факто-
р
bi). Например, в определенных овощах (морковь, капуста, пет-
ика, укроп) содержатся каротин и хлорофилл, обладающие ан-
^ радиозащитными и антиканцерогенными свой-
сТвами. В частности, реакция активных форм кислорода резко
тормозится каротином, а также витамином Ек соединениями се-
д6на. Причем антиканцерогенные свойства соединений селена
(например, 5-селенметионина), установленные медиками США,
достаточно эффективны, но нужна строгая дозировка их употреб-
ления, поскольку большие концентрации селена токсичны для ор-
ганизма. Пока речь может идти об употреблении в пищу продук-
тов, обогащенных селеном, например творога. Результаты иссле-,
дований показали, что, оптимизируя содержание селена в крови,,
можно существенно уменьшить риск развития не только злокаче-
ственных заболеваний, но и болезней сердца.
Справедливости ради следует отметить, что испытания с селе-
ном были начаты в 1912 г. в России. Работая в хирургическом отде-
лении, проф. А. Вассерман заинтересовался вопросом о жизнеспо-
собности свежеоперированных раковых опухолей в кровяной сы-
воротке, полученной от здоровых людей и от больных раком. Для
отличия живых клеток от пораженных проф. А. Вассерман пользо-
вался селенокислым и теллуровокислым натрием: эти соли в при-»
сутствии раковых клеток восстанавливаются и дают в случае тел-
лура черный осадок, а в случае селена — красный. При проведе-
нии опытов А. Вассерман заметил, что селен и теллур особенно
сильно осаждаются на наиболее жизнеспособных элементах рако-
вых опухолей. Эти клетки, участвуя в восстановлении солей селена
и теллура, сами также претерпевали существенные изменения. В
Четности, при введении растворов названных солей в различные
Раковые опухоли было обнаружено, что в большинстве случаев
ВеРДые опухоли весьма быстро размягчались и рассасывались и
еРедко достигалось полное излечение подопытного животного
\\°Пыты проводились на мышах).
Возвращаясь к природным антиоксид антам, заметим, что
^ьньщ антиканцерогенным биологическим действием обладает
каротин.