Шпоры (Шпаргалки по биофизике), страница 11

Вторичные эффекты ионизирующего излучения проявляются на уровне макромолекул. Основные вторичные эффекты это:

Увеличение скорости теплового молекулярного движения.

Характеристическое рентгеновское излучение. При выбивании электронов с внутренних энергетических уровней происходит заполнение этих уровней с внешних энергетических уровней, что сопровождается испусканием рентгеновского излучения.

Люминесценция – свечение вследствие перехода электронов с возбуждённых уровней на основные.

Химические реакции, обусловленные переходом атомов в возбуждённое состояние с преодолением активационных барьеров реакций.

Действие ионизирующего излучение проявляется в несколько этапов.

1. Физическая стадия.

Энергия излучения передаётся веществу, в нём возникают ионизированные и возбуждённые молекулы, неравномерно распределённые в объёме вещества. Эти эффекты проявляются в первые 10^-16-10^-13с.

1. Физико-химическая стадия.

Эта стадия представлена различными реакциями, приводящими к перераспределению энергии между молекулами. В результате образуются активные молекулярные элементы: ионы, радикалы, сольватированные электроны. 10^-13-10^-6с.

1. Химическая стадия.

Радикалы взаимодействуют, образуя повреждения разного рода, что приводит к инактивации или нарушению функций макромолекул. 10^-6-10^-3с.

Различают два механизма радиационного повреждения макромолекул:

Прямой: Когда инактивированными оказываются молекулы непосредственно поглотившие энергию излучения.

Непрямой: Когда молекулы инактивируются в результате взаимодействия с активными реакционноспособными продуктами радиационного воздействия.

Непрямое действие при облучении растворов биологических веществ. При этом непрямой эффект излучения проявляется значительно сильнее, чем прямой. Радиочувствительность при разбавлении возрастает в 100 раз. Повреждение органических молекул в растворе в большой мере связано с продуктами радиолиза воды. Поскольку в растворе молекул воды значительно больше, чем растворённых веществ, вероятность поглощения излучения ими значительно больше.

В процессе прохождения частицы через воду вдоль её пути образуются возбуждённые производные воды: радикал протона, гидроксирадикал, сольватированные электроны, ион гидроксония. Часть образующихся радикалов рекомбинируют с образованием нейтральных продуктов или перекиси, но часть радикалов может взаимодействовать с растворёнными органическими молекулами. В результате образуются свободные органические радикалы, которые могут вступать в дальнейшие реакции, часто имеющие цепной характер.

75. Действие ионизирующего излучения на биологические макромолекулы. Механизмы радиационного повреждения макромолекул. Модификация радиочувствительности.

Различают два механизма радиационного повреждения макромолекул:

Прямой: Когда инактивированными оказываются молекулы непосредственно поглотившие энергию излучения.

Непрямой: Когда молекулы инактивируются в результате взаимодействия с активными реакционноспособными продуктами радиационного воздействия.

Прямое действие ионизирующего излучения

исследуют при облучении сухих очищенных препаратов макромолекул. Прямое действие на ДНК выражается в одноцепочечных и двухцепочечных разрывах, межмолекулярных поперечных сшивках нуклеотидов и образовании разветвлённых цепей ДНК. Прямое действие на белки связано с изменением аминокислотного состава, нарушением третичной структуры, с разрывами АК цепей, разрывами дисульфидных связей, агрегацией молекул. Инактивация белка происходит при повреждении только определённых его групп, но его инактивация происходит даже при поглощении одного кванта излучения молекулой. Этот эффект связан с миграцией энергии в белках от места поглощения к месту проявления эффекта.

Непрямое действие при облучении растворов биологических веществ.

При этом непрямой эффект излучения проявляется значительно сильнее, чем прямой. Радиочувствительность при разбавлении возрастает в 100 раз. Повреждение органических молекул в растворе в большой мере связано с продуктами радиолиза воды. Поскольку в растворе молекул воды значительно больше, чем растворённых веществ, вероятность поглощения излучения ими значительно больше.

В процессе прохождения частицы через воду вдоль её пути образуются возбуждённые производные воды: радикал протона, гидроксирадикал, сольватированные электроны, ион гидроксония. Часть образующихся радикалов рекомбинируют с образованием нейтральных продуктов или перекиси, но часть радикалов может взаимодействовать с растворёнными органическими молекулами. В результате образуются свободные органические радикалы, которые могут вступать в дальнейшие реакции, часто имеющие цепной характер.

Изменение условий часто выражается в изменении радиочувствительности, модификации радиочувствительности.

1. Эффект разбавления. Понижение концентрации раствора макромолекул повышает выход инактивированных молекул. Этот эффект связан с непрямым механизмом действия излучения.

2. Кислородный эффект. С ростом концентрации кислорода усиливается радиочувствительность.

3. Температурный эффект. Чувствительность увеличивается с ростом температуры.

4. Эффект молекулярных примесей. Радиосенсибилизация и радиопротекция.

76. Действие ионизирующего излучения на клеточном уровне.

Действие ионизирующего излучения на клеточном уровне определяется степенью поражения отдельных компонентов клетки. Для большинства клеток летальная доза 1-100Грей. Это связано с усилением повреждающего действия излучения за счёт непрямого действия. Для проявления летального действия достаточно инактивации 0,1% молекул.

Критическими для клетки являются повреждение ДНК, ферментов и липидов мембран. Конечным эффектом является гибель клеток или мутационный процесс при повреждении ДНК.

Существует два типа гибели: интерфазная гибель и репродуктивная гибель.

Оба типа реализуются путём некроза или апоптоза. Некроз характерен при облучении высокими дозами. В этом случае образуются окислительные радиоизотопы, которые повышают проницаемость мембран и инактивируют ионные насосы. Это приводит к изменению осмотического давления и разрушению мембранных структур.

Апоптоз, или запрограммированная гибель, - это механизм избавления организма от функционально неполноценных клеток. Этот механизм является преобладающим при небольших дозах облучения и связан с активацией генов клеточной гибели. Происходит синтез комплекса ферментов, вызывающих активацию эндонуклеаз и разрушение ДНК.

Апоптоз запускается с рецепторов внешней мембраны, с рецепторов мембран митохондрий или при появлении большого числа структурных повреждений ДНК. Апоптоз свойственен биологическим структурам любого уровня.