Кислород. Молекула, изменившая мир - [50]

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.

Беккерель первым обратил внимание на расщепление воды под действием радиации. Он начал экспериментировать с радием вскоре после того, как Мария Кюри выделила достаточное для работы количество этого элемента. В конце 1890-х гг. Беккерель классифицировал известные варианты радиоактивного излучения в соответствии с их проникающей способностью. Излучение, которое можно перекрыть листом бумаги, названо альфа-излучением (на самом деле это поток ядер гелия). Излучение, экранируемое металлической пленкой миллиметровой толщины, стало называться бета-излучением (теперь известно, что это поток быстрых электронов). А излучение, которое входит в металлическую пластину на глубину один сантиметр, — это гамма-излучение (электромагнитные лучи, близкие по энергетическому диапазону к рентгеновским лучам). Все три типа излучения способны выбивать электроны из атомов, в результате чего атомы приобретают электрический заряд. Вот почему Кюри обнаружили электрическое поле вокруг образца уранинита. Потеря или приобретение электронов атомом (с образованием положительно или отрицательно заряженных ионов) называется ионизацией, а потому это излучение называется ионизирующим излучением. Излучение сопровождается и другими процессами, такими как выделение тепла, возбуждение электронов, расщепление химических связей, а также ядерные реакции, о которых мы говорили в главе 3.

Беккерель обнаружил, что радий испускает альфа- и гамма-лучи. Под действием этого излучения вода расщепляется на водород и кислород. Сам по себе факт расщепления воды на составляющие элементы не был неожиданностью, поскольку еще Лаплас и Лавуазье в 1770-х гг. показали, что вода состоит из водорода и кислорода. Однако излучение не может сразу расщепить воду на газообразные молекулы водорода и кислорода (Н₂ и О₂) из-за «неправильного» соотношения атомов в молекуле воды (Н₂О):

H >2 O → H >2 + O >2

В школе вам наверняка приходилось составлять химические уравнения. Так вот это уравнение незакончено. Мы имеем два атома кислорода в правой части и лишь один атом в левой части. Чтобы придать уравнению законченный вид, удвоим число молекул воды:

2H >2 O = 2H >2 + O >2

Но когда речь идет об излучении, дело обстоит иначе. Это не химическая реакция между молекулами, а взаимодействие излучения с