2) захватывает гидратированный электрон
3) испускает электрон
4) распадается на радикалы H и OH (+)
Ионизирующее излучение передаёт энергию молекулам воды, переводя их в возбужденное состояние. Для возбужденной молекулы возможна диссоциативная релаксация с гомолитическим разрывом связи O–H: H2O* → H• + OH•. Поэтому правильным является вариант, описывающий образование атомарного водорода и гидроксильного радикала. В данном контексте H• и OH• — электрически нейтральные свободные радикалы, а не ионы H+ и OH−.
Гидроксильный радикал OH• относится к наиболее реакционноспособным активным формам кислорода и быстро взаимодействует с биомолекулами. Он вызывает окисление оснований ДНК, разрывы сахарофосфатного остова, повреждение белков и липидов мембран. Атомарный водород также участвует в последующих реакциях рекомбинации, восстановления и образования вторичных продуктов радиолиза.
Необходимо отличать диссоциацию возбужденной молекулы от других первичных процессов радиолиза воды. Испускание электрона соответствует ионизации, а образование гидратированного электрона — его сольватации в водной среде. Эти реакции протекают параллельно с возбуждением и формируют совокупность продуктов радиолиза, определяющих непрямое действие излучения на клетки.
| Процесс | Схематическое уравнение | Основной продукт | Биологическое значение |
|---|---|---|---|
| Диссоциативное возбуждение | H2O* → H• + OH• | Атомарный водород и гидроксильный радикал | Формирование высокореакционноспособных радикалов, повреждающих ДНК и мембранные структуры |
| Ионизация воды | H2O → H2O+ + e− | Радикал-катион воды и свободный электрон | Запуск последующих реакций переноса протона и образования вторичных радикалов |
| Гидратация электрона | e− + H2O → eaq− | Гидратированный электрон | Сильный восстановитель; участвует в восстановлении растворённых молекул и кислорода |
| Протонный перенос | H2O+ + H2O → H3O+ + OH• | Гидроксильный радикал и ион гидроксония | Связывает ионизацию воды с образованием химически активных частиц |
| Рекомбинация радикалов | H• + OH• → H2O | Молекула воды | Снижает концентрацию первичных радикалов и частично ограничивает их повреждающее действие |
| Реакция с кислородом | eaq− + O2 → O2•− | Супероксид-радикал | Участие в кислородном эффекте и усиление фиксации радиационного повреждения |
| Взаимодействие OH• с ДНК | OH• + ДНК → окисленные основания и разрывы цепей | Первичные молекулярные повреждения | Формирование потенциально летальных и мутагенных повреждений клетки |
Выход продуктов радиолиза зависит от линейной передачи энергии, концентрации кислорода, температуры и состава среды; количественно его характеризуют радиационно-химическим выходом G. При высоком линейном переносе энергии радикальные треки расположены плотнее, поэтому рекомбинация становится более вероятной. В биологических тканях значительная часть повреждений возникает опосредованно через радиолиз воды, поскольку вода составляет основную долю клеточного содержимого. Радиосенсибилизаторы и радикальные акцепторы способны изменять соотношение этих реакций и тем самым влиять на выраженность радиобиологического эффекта.