Биологический каталог




Фотобиология

Автор С.В.Конев, И.Д.Волотовский

, дыхание, размножение, развитие организмов, их раздражимость, двигательная активность, нервно-мышечная деятельность, секреторные и выделительные функции и т. д.

В подавляющем большинстве случаев при УФ-облучении клеток угнетается метаболизм и физиологические процессы, хотя приводятся и отдельные примеры эффектов стимуляции. Например, ряд авторов отмечали стимуляцию деления и дыхания клеток микроорганизмов, животных и растений малыми дозами УФ-света. Как показали исследования К. А. Самойловой, митоз-стимулирующее действие УФ-света особенно отчетливо проявлялось у инфузорий, находящихся в угнетенном физиологическом состоянии. УФ-облучение может приводить даже к увеличению числа митохондрий в клетках (например, в листьях гороха). Описаны также случаи стимуляции продуктивности сельскохозяйственных растений и животных (последний эффект связан в значительной степени с фотобиосинтезом витамина D).

Эффективность патофизиологического действия УФ-света в сильной степени зависит от генотипа и фенотипа клетки или организма. При этом играет роль не только тип или вид клеток, но и их возраст и исходное физиологическое состояние. Большое значение имеют и факторы внешней среды: температура, концентрация кислорода, химический состав и рН среды, видимый свет и т. д. Влияние указанных факторов проявляется перед, во время и после УФ-облучения.

Спектры действия самых разнообразных патофизиологических процессов носят как белковый, так и нуклеиновый характер. Белковый максимум спектров действия (280 нм) характерен для следующих процессов: замедления дробления яиц морского ежа, оплодотворенных нормальной спермой; замедления образования цист у Colpoda; иммобилизации парамеций и их сенсибилизации к теплу; замедления развития яиц нематоды; стимуляции размножения Chlorella vulgaris. и Stichococcus bacilloris. Нуклеиновые максимумы в спектрах действия зарегистрированы при замедлении скорости регенерации Blepharisma и дроблении яиц морского ежа после оплодотворения облученной спермой; подавлении роста тканевой культуры; повышении чувствительности бактерий к трансформирующей ДНК; потере эвгленой хлоропластов.

В ряде случаев акцептором света, обладающего патофизиологической активностью, является т-РНК. Так, спектр действия торможения роста Е. coll В/г, характеризующийся максимумом при 340 нм, близок к спектру поглощения т-РНК, содержащей необычное основание — 4-тиоурацил. В опытах на изолированной т-РНК было обнаружено фотообразование сшивок между тиоурацилом (в положении 8) и цитидином (в положении 13), приводящее к уменьшению ее функциональной активности. Процессы инактивации т-РНК и торможения роста наблюдаются в одном и том же доз-ном интервале.

Описаны также спектры действия физиологических реакций, указывающие на то, что в роли хромофоров могут выступать не только белки и нуклеиновые кислоты, но и липиды, витамины, коферменты, пигменты. Например, обратимое ингибирование синим светом ми-тотической активности микроспороцитов Lilium и Trillium обусловлено фотохимическим повреждением цитохрома аз- Остановимся на некоторых патофизиологических реакциях.

1. ИНГИБИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ДВИЖЕНИЯ И РАЗМНОЖЕНИЯ КЛЕТОК

Типичным примером ингибирования процессов движения и размножения может служить УФ-болезнь клеток, обнаруженная и изученная на парамециях Д. Н. Насоновым и В. Я- Александровым. Эти авторы показали, что облучение парамеций сублетальными дозами ультрафиолетового света приводит к волнообразным изменениям их функциональной активности (темп деления, движение, питание) по схеме: снижение-*-подъем снижение. Болезнь заканчивается либо гибелью особей на 19—23-й день, либо выздоровлением.

Эффект последействия, по данным К. А. Самойловой, характерен как для коротковолнового (Л.<300 нм), так и для длинноволнового (?ь>300 нм) УФ-света не только при летальных, но и малых нелетальных дозах.

Следует отметить также весьма наглядные опыты С. С. Чахотина, который ультрафиолетовым микропучком облучал различные структуры в клетках простейших. Характер изменения двигательной реакции завиI I 1 1 l_ I I ! I 1__

220 240 260 280 220 240 260 280 Л,т

Рис. 66. Спектр действия иммобилизации Paramecium caudatum

(Brandt С, Giese А., 1956)

Рис. 67. Спектр действия «побледнения» хромосом (Zirkle R., Uretz P.,

1963)

сел не только от дозы, но и от того, какие группы ресничек на теле клетки подвергались облучению. Локальное облучение Spirostomum, Stentor и Euglena вызывало сильное сокращение всего тела. У Climato-stomum это сокращение приводило даже к разрыву тела на две части. По данным Гизе, спектр действия потери подвижности парамеций имеет белковый максимум при 280 нм (рис. 66). Сходный спектр действия характерен и для угнетения движения клеток в культуре ткани млекопитающих.

Ультрафиолетовый свет обладает также ярко выраженной способностью тормозить клеточные деления, повреждать митотический аппарат клетки и вызывать хромосомные аберрации. Облучение часто не сказывается на первом делении, но тормозит последующие. Это замедление называется стазом. В зависимости от дозы стаз может длиться многие часы и даже дни.

В противоположность простейшим деление яиц морских беспозвоночных и клеток млекопитающих в культуре ингибируется обычно сразу же после облучения. Чувствительность к УФ-свету неодинакова на различных фазах митотического цикла. Так, нейробласты кузнечика обнаруживают наибольшую чувствительность в интерфазе и наименьшую — в профазе. Аналогичная зависимость обнаружена и у яиц морского ежа.

Продолжительность стаза контролируется также факторами внешней среды. Понижение температуры укорачивает и даже устраняет стаз. Таким же образом действует и видимый свет в пострадиационном периоде. Иными словами, повреждения, лежащие в основе стаза, фотореактивируются.

В опытах с использованием УФ-микропучков была предпринята попытка оценить соотносительную роль ядра и цитоплазмы в нарушениях клеточного деления. Оказалось, что УФ-облучение как ядра, так и цитоплазмы вызывает такие повреждения хромосом, при которых становится невозможным их деление. Если избирательно повредить светом кинетохор (место прикрепления нитей митотического веретена), хромосома утрачивает способность к направленному движению. УФ-облучение приводит также к слипанию хромосом. Молекулярный механизм замедления деления клеток может быть связан с повреждением белков митотического аппарата. Действительно, спектр действия торможения деления яиц нематоды имеет белковую природу (максимум при 280 нм). Цирклем с сотр. было показано, что спектр действия разрушения митотического веретена нейробластов эмбриона кузнечика близок к спектру поглощения тирозинсодержащего белка — 275 нм (рис. 67). Следствием деструкции веретена было замедление митозов в нейробластах. Как ни странно, это белковое по своей природе повреждение имело характер реакции первого порядка — одноудар-ный механизм.

В последнее время появились данные в пользу тесной связи фотопатологии клеток с повреждением плазматических мембран. Так, в опытах К. А, Самойловой с сотр. показано, что сразу же после УФ-облучения клетки начинают терять вещества белковой и углеводной природы. По мнению авторов, основным источником этих веществ являются мембрана и примембран-ные слои, которые разрушаются под влиянием УФ-света.

2. УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЙ СВЕТ И ПРОНИЦАЕМОСТЬ БИОЛОГИЧЕСКИХ МЕМБРАН

Способность ультрафиолетового света вызывать нарушения проницаемости цитоплазматических мембран показана многими авторами. Обнаружено возрастание проницаемости мембран для различных катионов, воды и красителей у эритроцитов, дрожжей, яиц морского ежа, клеток валонии, элодеи, простейших и изолированных внутриклеточных органелл. Наряду с этим из облученных клеток выходят наружу нуклеотиды и фрагменты нуклеиновых кислот. Конечные макроскопические изменения (уменьшение внутриклеточных вакуолей, грануляция протоплазмы, увеличение жировых капелек, сжатие клетки) соответствуют по времени максимальному изменению проницаемости мембран. Чрезвычайно важно, что клетки с нарушенной проницаемостью в состоянии нормально размножаться, а их метаболизм в целом существенно не страдает.

Рассмотрим теперь более подробно некоторые примеры действия УФ-света на проницаемость мембран.

Удобными объектами для изучения влияния света на проницаемость внешней цитоплазматической мембраны клеток для воды являются простейшие. Обычно они живут и нормально функционируют в гипотонич-ной среде: концентрация солей внутри клетки выше, чем вне ее. Поэтому осмотические силы постоянно нагнетают воду в клетку. Для поддержания гомеостаза простейшие с помощью сократительных вакуолей выбрасывают излишки воды из клетки. Было обнаружено, что ультрафиолетовое облучение (около 1000 Дж/м2), Amoeba proteus и Paramecium caudatum делает их наружные мембраны более проницаемыми для воды. Это проявляется в увеличении объема контрактильных ва2, УФ-свет и проницаемость мембран

333

куолей и частоты их пульсаций. По мере увеличения облучения аппарат элиминации воды повреждается, вакуоли теряют способность к сокращению. В конце концов клетка набухает, а затем разрывается.

Ускорение проникновения воды в клетку наблюдается также у эритроцитов млекопитающих. Наряду с этим выравнивается концентрация ионов натрия и калия в системе эритроцит—окружающая среда. Как и у простейших, большие дозы ультрафиолетового света приводят к разрыву клеток — гемолизу эритроцитов. Температурный коэффициент гемолиза приблизительно равен двум, что указывает на участие в процессе темновых химических реакций. Скорость гемолиза зависит от рН. Минимальные значения ее отмечены при рН = = 5,8—7,8.

Процесс фотонарушения ионной проницаемости у эритроцитов характеризуется квадратичной зависимостью от дозы. Иными словами, для возникновения эффекта необходимо повреждение не одной, а нескольких молекул в мембране.

О способности УФ-света вызывать серьезные нарушения проницаемости мембран для ионов К+ и Na+ свидетельствуют и опыты по облучению возбудимых клеток. Так, ультрафиолетовое облучение уменьшает ампл

страница 59
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69

Скачать книгу "Фотобиология" (3.60Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(21.11.2019)