1.3. Мембранные повреждения

При действии озона, как уже упомяналось, происходят значительные изменения проницаемости мембран. Наиболее хорошо изучено влияние О₃ на проницаемость мембран для воды, ионов и некоторых органических веществ. Например, экспозиция растений в озоне (0,18 частей на млн.) за несколько минут приводит к быстрой потере тургора. При увеличении концентрации или продолжительности воздействия на листовой пластинке появляются прозрачные пятна - следствие инфильтрации воды в межклеточные пространства. Оба явления свидетельствуют о повышении проницаемости плазмалеммы для воды.

Озон увеличивает проводимость мембран для ионов К⁺, Са²⁺ и Mg²⁺, поэтому их концентрация в экстраклеточной фракции увеличивается. При этом, озон действует, главным образом, на пассивную проницаемость мембран. Проницаемость для К⁺ увеличивалась в одноклеточных системах при концентрациях озона, приблизительно 120-150 частей озона на млн. частей воздуха в течение 2-3 мин. воздействия. Выход ионов К⁺ может быть обусловлен окислением сульфгидрильных групп в аминокислотных остатках (К⁺, Mg⁺)-АТФазы мембран. Кальциевый поток в клетку и из клетки также подвержены озоновому стрессу, поскольку повышается пассивная проницаемость плазматических мембран для кальция.

Озоновая модификация мембран приводит к увеличению приблизительно в 2 раза проницаемости не только для ионов, но и ряда органических соединений, например, повышается проницаемость мембран для радиоактивной глюкозы и 2-дезоксиглюкозы. Однако, при воздействии озоном поглощение витамина В₁₂ и ацетата уменьшается уже в течение 15 минут. Изменения проницаемости при воздействии О₃ происходят в результате потери ненасыщенных жирных кислот и перекисного окисления липидов.

Следует отметить, что мембранные повреждения озоном сходны с повреждениями, которые наблюдаются при водном стрессе, заражении патогенами и действии метаболических ядов, то есть носят неспецифический характер.

1.4. Озон в цитоплазматическом матриксе и клеточных

органеллах

Полагают, что основная часть озона почти не проникает дальше наружной плазматической мембраны. Это объясняется высокой реакционной способностью О₃, который реагирует с компонентами наружных мембран и другими поверхностными структурами. Тем самым ограничивается распространение повреждающего действия озона на внутриклеточные структуры. Однако при повреждении наружной мембраны озон может диффундировать до органелл, например хлоропластов.

Эффекты действия озона на цитоплазму в основном изучены на сильно поврежденных клетках. В таких клетках происходит агрегация клеточного содержимого в плотную массу, которая располагается на периферии клетки. Иногда наблюдается изменение внутриклеточных структур, без нарушения плазматической мембраны. Чтобы объяснить, например, феномен изменения структур в хлоропластах под действием озона раньше, чем в плазмалемме, предположили, что озон оказывает на клеточные органеллы непрямое действие, путем образования свободных радикалов.

Озон и образующиеся при его действии продукты реакции увеличивают проницаемость митохондриальных мембран и ингибируют фосфорилирование. Например, обработка озоном (12,5 мкМ на 5 мл или 2,310⁴ часть/млн.) митохондрий, вызывает их быстрое набухание. Гипертонические растворы сахарозы не действовали ни на сокращение митохондрий, ни предотвращали набухание, индуцированное озоном.

Первым этапом повреждения ядра является прямая инактивация биополимеров, а также возникновение свободных радикалов, перекисей, гидроперекисей, которые могут реагировать с компонентами ядерных мембран, в том числе и с ферментами. Даже в сравнительно низких дозах газ вызывает большие повреждения, проявляющиеся в поломках хромосом. Наибольшее значение для повреждения ядра имеют реакции озонолиза, вызывающие модификацию мембранных липидов. У чувствительных к озону видов хвойных растений наблюдается появление аберраций и повреждений хромосом (например после фумигации 0,02-0,1 часть/млн озона).Следствием токсических эффектов является также стыковка хромосом и образование межхроматидных мостиков.