Электронный Парамагнитный резонанс в биологии

Короткоживущие радикалы, образующиеся под действием электронов высокой энергии

До сих пор мы рассматривали такие исследования свободных радикалов, возникающих при рентгеновском облучении, ^облу­чении или под действием других источников высоких энергий, в которых изучаемое вещество находилось в твердом состоянии. Вследствие этого образовашиеся свободные радикалы захватыва­лись в твердую матрицу, как в ловушку, и не могли реагировать ни друг с другом, ни с другими фрагментами молекулы, а значит, не могли рекомбинировать. Но если главная цель экспериментов по облучению состоит в том, чтобы выяснить воздействие излуче­ния на биологические ткани в условиях, максимально приближен­ных к естественным, а не в том, чтобы тщательно анализировать природу самих свободных радикалов, то тогда особое значение приобретают работы по исследованию свободных радикалов, воз­никающих при облучении растворов, т. е. в условиях, значительно более близких к физиологическим.

Основная трудность, с которой сопряжено исследование обра­зования и взаимодействия свободных радикалов, возникающих в растворах под действием излучения высокой энергии, заклю­чается в том, что время их жизни очень мало, так как они рекомби - нируют, реагируя с другими свободными радикалами. Конечно, в каждый момент времени существует определенная динамическая концентрация таких радикалов, но если скорости реакций очень велики, эта концентрация может оказаться ниже предела чув­ствительности современных ЭПР-спектрометров. Один из способов преодоления этой трудности заключается в применении излучения очень высокой энергии, что позволяет создавать такие высокие динамические концентрации короткоживущих свободных радика­лов, которые поддаются обнаружению с помощью обычных ЭПР - спектрометров.

Такие значительные по величине динамические концентрации к о р от к о ж и в у щи х радикалов в растворе были получены, например,
и работе Фессендена и Шулера [30], которые облучали жидкий :>тан электронами высокой энергии (фиг. 63). Для ускорения элект­ронов использовали напряжение 2,8 Мэв. Полученный электрон­ный пучок направляли на образец, укрепленный в держателе внутри резонатора спектрометра. Эта операция не так проста, как может показаться на первый взгляд, так как электронный пучок сильно искривляется и дефокусируется в магнитном поле, наличие которого необходимо для проведения самого эксперимента. Для преодоления этой трудности Фессенден и Шулер подавали элек­тронный пучок в резонатор вдоль оси магнита, просверливая

Через всю систему магнитов до резонатора отверстие, в которое вставлялась откачанная трубка, доходящая до образца. Элек­тронный пучок подавался по этой трубке и фокусировался на образце. Таким образом обеспечивалась высокая эффективность облучения электронами высокой энергии.

На фиг. 63 показан один из спектров, полученных Фессенденом и Шулером. Следует подчеркнуть, что этот спектр получен на жидком образце, где радикалы могут легко взаимодействовать друг с другом и рекомбинировать, но благодаря высокой интенсивности излучения поддерживается их достаточно высокая динамическая концентрация. Двенадцать пронумерованных на фигуре линий обусловлены радикалом этила, а более слабые линии (между 5-й и 6-й и между 7-й и 8-й линиями) — радикалом метила.

Для биологии и биохимии особый интерес этого метода заклю­чается в том, что он дает возможность изучать кинетику измене­ния динамических концентраций как во времени, так и в зависи­мости от температуры. На фиг. 64 показано, как изменяется изме­ряемая концентрация радикалов в зависимости от температуры (по оси абсцисс отложена величина, обратная температуре); здесь же для сравнения приведены две теоретические кривые, построенные на основании предположений, несколько отличаю­щихся друг от друга. Хорошее совпадение экспериментальных результатов с теоретическими кривыми позволяет определять для этих реакций константы скоростей первого и второго порядка, что дает прямую информацию о кинетике образования и исчезно­вения радикалов в такой системе. В настоявшее время возможность проведения подобных исследований ограничена недостаточным

Числом установок для ускорения электронов, а также магнитных систем, пригодных для работы с ними, но в будущем, вероятно, именно эта область исследований будет развиваться особенно интенсивно, так как здесь условия эксперимента гораздо ближе к реальным условиям, существующим в биологических системах, чем при изучении твердых или замороженных образцов.