Кислород. Молекула, изменившая мир

Угроза ядерной войны отступила, и теперь основное беспокойство общественности вызывает безопасность атомных электростанций и других потенциальных источников излучения. Вера в безопасность ядерных реакторов была подорвана в результате двух серьезных аварий: на Трехмильном острове в Пенсильвании в 1979 г. и в Чернобыле на Украине в 1986 г. Чернобыльская авария была самой страшной в истории: во время аварии погиб 31 человек, и тысячи получили высокие дозы облучения. Но даже если не говорить об авариях, усиливаются опасения относительно возможной утечки радиоактивного материала и загрязнения окружающей среды. В деревнях, расположенных поблизости от завода по переработке ядерного горючего в Селлафилде (Англия), увеличилось число случаев заболевания лейкозом. В других группах населения, подверженных воздействию радиоактивного излучения выше фонового уровня, также повышен риск развития этого заболевания. «Балканский синдром» (который считается одной из форм лейкоза) у военных, дислоцированных в районе Косово, а также, возможно, у тысяч местных жителей, связывают с использованием бронебойных боеголовок из обедненного урана. В группу риска могут попадать даже летчики и бортпроводники, поскольку на большой высоте они подвергаются дополнительному воздействию радиации.

Поэтому не приходится удивляться, что даже медицинское рентгеновское оборудование и радиотерапия порой вызывают у людей страх радиационного отравления. С конца 1970-х гг. в США не было построено ни одной новой атомной станции. Существование «безопасной» дозы облучения вот уже десятки лет является предметом споров. Как заявил один из экспертов, самый лучший практический подход заключается в том, чтобы максимально ограничить воздействие ионизирующего излучения на человека и надеяться на лучшее.

Вы, я полагаю, пытаетесь понять, какое отношение все это имеет к кислороду. Ответ заключается в том, что механизм действия радиации на биологические системы аналогичен механизму кислородной интоксикации. Он основан на серии реакций, связывающих кислород с водой. Смертельное влияние радиации и кислорода опосредовано одним и тем же набором промежуточных продуктов. Эти промежуточные продукты образуются и из воды, и из кислорода (рис. 7). При радиационном облучении они получаются из воды, а при отравлении кислородом — из кислорода. Но они образуются и при нормальном дыхании! Таким образом, дыхание можно рассматривать в качестве очень медленно прогрессирующей кислородной интоксикации. Мы увидим, что старение и старческие заболевания во многом связаны с этой формой кислородной интоксикации.

 Рис 7. Схема взаимных превращений воды и кислорода с указанием всех промежуточных соединений. Показано изменение числа электронов (e^-). Для простоты баланс протонов не учитывался. Переходы отрицательно заряженных электронов компенсируются переходами положительно заряженных протонов

Недолговечные промежуточные продукты, возникающие под действием излучения и в процессе дыхания, называют свободными радикалами. Мы уже упоминали о них в главе 1. Далее мы встретимся с ними многократно. Строго говоря, не все промежуточные продукты этих процессов являются свободными радикалами, я использую данный термин для простоты. Точное соблюдение химической терминологии удлиняет формулировки. Иногда такие частицы называют «реакционноспособными формами кислорода», но это выражение громоздкое и неточное: не все эти соединения очень активны, а некоторые, такие как оксид азота NO, технически можно отнести к реакционноспособным соединениям азота. Термин «окислители» тоже некорректен в данном контексте, поскольку некоторые частицы, такие как супероксидный радикал, могут выступать и в роли восстановителей. Поэтому дальше я буду называть эти промежуточные продукты свободными радикалами.

Чтобы понять суть последующего повествования, вам нужно лишь усвоить, что свободные радикалы — это активные формы кислорода, которые в небольшом количестве постоянно образуются в организме в процессе дыхания. Конечно, это сильно упрощенное определение. Поэтому в данной главе мы несколько подробнее поговорим о них и о механизмах их образования.