Как обычная вода внутри клетки становится оружием радиации

Когда речь заходит о губительном воздействии радиации, обычно представляют прямой удар по ДНК: невидимый луч проходит через тело, попадает в генетический код и что-то в нем ломает.

И хотя такой сценарий звучит упрощенно, по сути он действительно возможен. Однако в живой клетке радиация часто действует обходным путем: выбивает электроны из молекул воды, которой в клетке очень много, и запускает ее радиолиз. В результате образуются свободные радикалы — крайне активные частицы, которые легко вступают в химические реакции. Именно эти радикалы атакуют молекулы внутри клетки, включая ДНК.

Вода как источник повреждений

Среди таких частиц особенно важны гидроксильные радикалы — химически активные фрагменты, которые образуются при радиолизе воды. Они существуют очень недолго, но за это время способны повредить близлежащие молекулы. Если такой радикал возникает рядом с ДНК, он может изменить ее основания, нарушить структуру сахарофосфатного остова (каркаса) или привести к разрыву цепи.

Если происходит одинарный разрыв, клетка обычно способна справиться с этой проблемой за счет систем репарации — молекулярных механизмов, которые находят повреждение и восстанавливают структуру генетического материала.

А вот двойные разрывы опаснее: в этом случае повреждаются обе цепи ДНК, и клетке становится намного сложнее правильно восстановить исходную последовательность. Из-за этого ремонт может пройти с ошибками, которые способны привести к мутациям.

Кроме того, если повреждений слишком много, клетка может погибнуть или запустить программу самоуничтожения — апоптоз. Для организма это безопаснее, чем сохранять клетку с поврежденной ДНК. Объясняется это просто: если такая клетка выживет и продолжит делиться, ошибки могут закрепиться в дочерних клетках, что со временем повышает риск опухолевого роста.

Почему одни клетки страдают сильнее других

Радиация особенно сильно действует на быстро делящиеся ткани. Клетки костного мозга, слизистой кишечника, кожи и половой системы активно обновляются, часто проходят через деление и наиболее чувствительны к повреждениям ДНК. Если ошибка возникает перед делением или в процессе копирования генетического материала, она с большей вероятностью может быть передана дочерним клеткам и закрепиться в новой клеточной линии.

Медленнее делящиеся клетки, например нервные и мышечные, обычно менее чувствительны к радиации. Но это не значит, что они полностью защищены: при больших дозах повреждаются и они.

Системы репарации ДНК работают постоянно и исправляют огромное количество повреждений ежесекундно. Но если поломок становится слишком много или восстановление проходит неправильно, опасные для жизни последствия могут проявиться позже — от гибели отдельных клеток до повышенного риска мутаций и рака.

На первый взгляд гибель отдельных клеток может показаться чем-то безобидным: организм постоянно теряет и заменяет их. Однако проблема в масштабе. Радиация способна повреждать клетки в огромном количестве.

Если массово начинают гибнуть клетки костного мозга, нарушается кроветворение и падает защита от инфекций. Если страдают клетки слизистой кишечника, начинаются тяжелые нарушения пищеварения и резко возрастает риск воспаления.

Поэтому радиация опасна не только мутациями, но и прямым разрушением тканей, которые должны постоянно обновляться.