Реализация цитотоксического действия активных форм кислорода зависит от их концентрации в клетке. Высокие концентрации АФК вызывают окислительную модификацию молекул мишени. Выделяют четыре наиболее вероятные мишени цитоксической атаки АФК: во-первых, индукцию процессов ПОЛ в биологических мембранах (Владимиров Ю.А. и др., 1991), во-вторых, повреждение мембраносвязанных белков (Дубинина Е.Е., Шугалей И.В., 1993), в-третьих, инактивацию ферментов (Арчаков А.И., Мохосоев И.М., 1989), в четвертых, повреждение ДНК клеток (Пескин А.В., 1997). Для поддержания определенного уровня АФК клетка имеет ряд ферментативных систем и веществ, которые обладают антиоксидантным действием.
Целью нашего исследования стало изучение влияния природного антиоксиданта карнозина на выход хромосомных аберраций и процессов перекисного окисления липидов в клетках апикальной меристемы Allium fistulosum при действии ионизированного воздуха и ионов железа (II). Воздействие ионизированным воздухом, цитогенетический анализ и определение содержания МДА проводили по методам, описанным ранее в наших работах (Пьянзина Т.А., Трофимов В.А., 2004). Для выявления роли свободнорадикальных процессов в реализации потенциального генотоксического действия АФК использовали специфическую ловушку свободных радикалов - карнозин (5 мМ). Антиоксидантная активность карнозина проявляется в его способности инактивировать активные формы кислорода, захватывать свободные радикалы и хелатировать прооксидантные металлы (Болдырев А.А., 2000).
Показано, что сульфат железа (II) 5 мМ стимулирует свободнорадикальные процессы. При действии ионов железа число аберрантных клеток повышается на 95 %, количество МДА на 344 % по сравнению с контролем. При воздействии ионизированным воздухом в течение 40 мин в присутствии сульфата железа в клетках меристемы происходило понижение числа хромосомных аберраций на 50 %, уровня МДА на 69 % по сравнению с контролем. Дальнейшее увеличение времени обработки семян ионизированным воздухом приводило к повышению выхода хромосомных аберраций и количества МДА.
При добавлении карнозина в присутствии сульфата железа выход аберрантных клеток повышается лишь на 55 %, количество МДА на 107 % по сравнению с контролем. В этих условиях при действии ионизированного воздуха в течение 40 мин наблюдается понижение выхода хромосомных аберраций на 60 %, содержания МДА на 75 % по сравнению с контролем. С увеличением времени аэроионизации отмечалось повышение числа хромосомных аберраций и уровня МДА.
Реализация повреждающего эффекта супероксид-радикала О2* воздуха может быть связана с тем, что ионы железа могут способствовать образованию наиболее мощного из известных в биосистемах окислителей - гидроксильного радикала ОН*, образующегося в ходе реакций Фентона: Н2О2 + Fe2+ → Fe3+ + ОН* + ОН-. Считается, что цитоксическое действие кислородных радикалов более чем на 50% обусловлено именно ОН-радикалами (Imlay J.A., Linn S.,1988), при этом в клетках выделяют два критических объекта повреждения: нуклеиновые кислоты (Imlay J.A., Linn S.,1988) и мембранные белки (Richards D.M.C. et al., 1988).
Таким образом, ионизированный воздух, инициируя свободно-радикальные процессы, усиливающиеся в присутствии сульфата железа, может индуцировать нарушения в геноме и быть причиной хромосомных аберраций в клетках меристемы. Карнозин ингибирует свободнорадикальные процессы и, как следствие, предотвращает повреждения ДНК.