Первинні механізми дії іонізуючого випромінювання. Молекулярна радіобіологія

Содержание

Слайд 2

© В.С. Мартинюк РАДІОБІОЛОГІЯ ● Первинні механізми дії іонізуючого випромінювання. Молекулярна

© В.С. Мартинюк

РАДІОБІОЛОГІЯ

● Первинні механізми дії іонізуючого випромінювання. Молекулярна радіобіологія. Молекулярні

механізми пошкодження білків, НК, вуглеводів. Перекисне окиснення ліпідів як один з головних механізмів радіаційного пошкодження біологічних мембран. Теорія мішеней в молекулярній радіобіології.
Слайд 3

© В.С. Мартинюк РАДІОБІОЛОГІЯ В основі радіаційно-хімічних змін молекул можуть лежати

© В.С. Мартинюк

РАДІОБІОЛОГІЯ
В основі радіаційно-хімічних змін молекул можуть лежати два механізми:


пряма дія, коли іонізація молекули відбувається безпосередньо при взаємодії з випромінюванням;
непряма дія, коли молекула безпосередньо не поглинає енергію іонізуючого випромінювання, але отримує її шляхом передачі від іншої молекули, радикала або іону.
Слайд 4

© В.С. Мартинюк РАДІОБІОЛОГІЯ Послідовність процесів в речовині, що розвиваються після

© В.С. Мартинюк

РАДІОБІОЛОГІЯ

Послідовність процесів в речовині, що розвиваються після поглинання енергії

випромінюваня, умовно прийнято ділити на фізичну, фізико-хімічну і хімічну стадії.
Фізична стадія відбувається за час 10-16-10-15с і включає процеси поглинання і дисипації поглиненої енергії.
У результаті іонізації і збудження молекул утворюються іони (М+), збуджені іони (М+*), електрони (е-), збуджені молекули (М*), надзбуджені молекули (М**) з енергією, що перевищує перший потенціал іонізації молекул.
Водночас з цим утворюються плазмони, які являють собою колективне надзбудження ансамблю молекул.
Молекулярна система речовини знаходиться в енергетично нерівноважному стані з негомогенним розподіленням активних частинок.
Загальний середній радіаційний вихід первинних заряджених і збуджених частинок становить приблизно 7-10 частинок на 100 еВ (0.07 – 0.10 частинок на 1 еВ).
Слайд 5

© В.С. Мартинюк РАДІОБІОЛОГІЯ

© В.С. Мартинюк

РАДІОБІОЛОГІЯ

Слайд 6

© В.С. Мартинюк РАДІОБІОЛОГІЯ

© В.С. Мартинюк

РАДІОБІОЛОГІЯ

Слайд 7

© В.С. Мартинюк РАДІОБІОЛОГІЯ На фізико-хімічної стадії за час 10-13 -10-10

© В.С. Мартинюк

РАДІОБІОЛОГІЯ
На фізико-хімічної стадії за час 10-13 -10-10 с протікають

реакції заряджених і збуджених частинок, а також процеси передачі енергії, що призводять до переходу молекулярної системи речовини у стан теплової рівноваги.
На хімічної стадії в треках протікають реакції іонів, електронів, вільних радикалів один з одним і з молекулами середовища.
У рідини за час порядку 10-7 с відбувається вирівнювання концентрацій продуктів радіолізу по певному об'єму, що піддавали опроміненню.
Слайд 8

© В.С. Мартинюк РАДІОБІОЛОГІЯ Оскільки в середньому 70% маси біологічної тканини

© В.С. Мартинюк

РАДІОБІОЛОГІЯ

Оскільки в середньому 70% маси біологічної тканини становить вода,

вона є головною молекулярною мішенню іонізуючої радіації. Початкові процеси радіолізу води, що призводять до утворення вільних радикалів, представлені на схемі:
Н2О → Н2О+ + е‑ → е‑(aq) (гідратований електрон)
↓
ОН● + H+
Н2О + Н2О+→ Н3О+ + ОН●
Н2О++ е‑→ Н● + ОН●
H+ + е‑→ Н●
Н● + Н● → H2
ОН● + ОН●→Н2О2
Н2О2 + е‑→ ОН ‑ + ОН●
2Н2О2 + 2 е‑→ 2Н2О + O2

Радіоліз води

Слайд 9

© В.С. Мартинюк РАДІОБІОЛОГІЯ Активні форми кисню Н● + О2 →

© В.С. Мартинюк

РАДІОБІОЛОГІЯ

Активні форми кисню
Н● + О2 → НО2● (пероксидний радікал)
НО2●

+ НО2● → Н2О2 + О2*(синглетний кисень)
О2 + е‑→ О2‑● (супероксиданіонредикал)
ОН‑ + НО2● → Н2О + О2‑● (супероксиданіонредикал)
О2‑● + H+ → НО2● (пероксидний радікал)
НО2● + е‑ + Н+→ Н2О2
Слайд 10

© В.С. Мартинюк РАДІОБІОЛОГІЯ Активні форми кисню 3О2 1О2 hν

© В.С. Мартинюк

РАДІОБІОЛОГІЯ

Активні форми кисню

3О2 1О2

hν

Слайд 11

© В.С. Мартинюк РАДІОБІОЛОГІЯ Радіоліз і радіохімія біополімерів Основні ефекти іонізуючої

© В.С. Мартинюк

РАДІОБІОЛОГІЯ

Радіоліз і радіохімія біополімерів
Основні ефекти іонізуючої радіації:
Фрагментація.
Вільнорадикальне пошкодження.
Димеризація

и полімеризація.
Слайд 12

© В.С. Мартинюк РАДІОБІОЛОГІЯ Вільнорадикальне пошкодження білків

© В.С. Мартинюк

РАДІОБІОЛОГІЯ

Вільнорадикальне пошкодження білків

Слайд 13

© В.С. Мартинюк РАДІОБІОЛОГІЯ Фенілаланін Тирозин Тирозин Діоксифенілаланін (ДОФА) Триптофан Формілкінуренін

© В.С. Мартинюк

РАДІОБІОЛОГІЯ

Фенілаланін

Тирозин

Тирозин

Діоксифенілаланін (ДОФА)

Триптофан

Формілкінуренін

―CH2―S―S―CH2 + e¯ ? ―CH2―S¯*―S―CH2― ?

? ―CH2―S¯* + *S―CH2― ? ―CH2―S―S―CH2―

Руйнування та переформування дисульфідних зв'язків

Слайд 14

© В.С. Мартинюк РАДІОБІОЛОГІЯ

© В.С. Мартинюк

РАДІОБІОЛОГІЯ

Слайд 15

© В.С. Мартинюк РАДІОБІОЛОГІЯ

© В.С. Мартинюк

РАДІОБІОЛОГІЯ

Слайд 16

© В.С. Мартинюк РАДІОБІОЛОГІЯ Радіоліз нуклеїнових кислот Основні види радіаційного ушкодження

© В.С. Мартинюк

РАДІОБІОЛОГІЯ

Радіоліз нуклеїнових кислот

Основні види радіаційного ушкодження ДНК:
одно - і

дволанцюгові розриви;
хімічна модифікація азотистих основ;
нтворення тимінових димерів;
зшивання ДНК-ДНК, ДНК-білок.
Слайд 17

© В.С. Мартинюк РАДІОБІОЛОГІЯ Радіоліз нуклеїнових кислот

© В.С. Мартинюк

РАДІОБІОЛОГІЯ

Радіоліз нуклеїнових кислот

Слайд 18

© В.С. Мартинюк РАДІОБІОЛОГІЯ Радіоліз і радііохімія нуклеїнових кислот

© В.С. Мартинюк

РАДІОБІОЛОГІЯ

Радіоліз і радііохімія нуклеїнових кислот

Слайд 19

© В.С. Мартинюк РАДІОБІОЛОГІЯ Радіоліз і радііохімія нуклеїнових кислот

© В.С. Мартинюк

РАДІОБІОЛОГІЯ

Радіоліз і радііохімія нуклеїнових кислот

Слайд 20

© В.С. Мартинюк РАДІОБІОЛОГІЯ Радіоліз і радіохімія нуклеїнових кислот

© В.С. Мартинюк

РАДІОБІОЛОГІЯ

Радіоліз і радіохімія нуклеїнових кислот

Слайд 21

© В.С. Мартинюк РАДІОБІОЛОГІЯ Радіоліз нуклеїнових кислот НО2● + е‑ + Н+→ Н2О2

© В.С. Мартинюк

РАДІОБІОЛОГІЯ

Радіоліз нуклеїнових кислот
НО2● + е‑ + Н+→ Н2О2

Слайд 22

© В.С. Мартинюк РАДІОБІОЛОГІЯ Радіоліз і вільнорадикальне (перекисне) окиснення ліпідів

© В.С. Мартинюк

РАДІОБІОЛОГІЯ

Радіоліз і вільнорадикальне (перекисне) окиснення ліпідів

Слайд 23

РАДІОБІОЛОГІЯ Жирнокислотний залишок реагує із вільним радикалом з утворенням органічного радикалу

РАДІОБІОЛОГІЯ

Жирнокислотний залишок реагує із вільним радикалом з утворенням органічного радикалу і

води: RH + OH● ? R● + НОН

Внутрішньомолекулярна перебудова з утворенням дієнового кон'югату

Перекисний радикал реагує з іншою молекулою ліпіду (RН) з утворенням гідроперекису ліпіду : ROO● + RН ? ROOН + R●

Подальше вільнорадикальне окиснення призводить до створення епоксидів, які розпадаються з утворенням альдегідів та кетонів.

Слайд 24

РАДІОБІОЛОГІЯ

РАДІОБІОЛОГІЯ

Слайд 25

РАДІОБІОЛОГІЯ

РАДІОБІОЛОГІЯ

Слайд 26

© В.С. Мартинюк РАДІОБІОЛОГІЯ ТЕОРІЯ МІШЕНЕЙ Принцип влучень: Іонізуючі випромінювання мають

© В.С. Мартинюк

РАДІОБІОЛОГІЯ

ТЕОРІЯ МІШЕНЕЙ
Принцип влучень:
Іонізуючі випромінювання мають малу об'ємну щільність, порівняно

з тепловим випромінюванням, тобто вони переносять енергію у дискретному вигляді, влучаючи в об'єкт (чутливий об'єм) окремими квантами.
Енергія іонізуючих випромінювань перевищує енергію потенціалу іонізації, тобто перевищують енергію будь якого ковалентного зв'язку.
За час первинної стадії дії іонізуючого випромінювання (10-16-10-13 сек) відбувається поглинання, розподілення і дисипація енергії.
Енергія іонізуючого випромінювання, що поглинається, витрачається на збудження і іонізацію атомів і молекул.
Вірогідність переносу енергії з молекули на молекулу не залежить від хімічної структури останньої, вона визначається загальною електронною щільністю речовини, яка є приблизно однаковою для різних клітинних структур.
Слайд 27

© В.С. Мартинюк РАДІОБІОЛОГІЯ Принцип “ мішеней ” базується на тому,

© В.С. Мартинюк

РАДІОБІОЛОГІЯ

Принцип “ мішеней ” базується на тому, що жива

система складається з окремих структурно-функціональних елементів (мішеней, чутливих об'ємів), які є структурно гетерогенними, функціонально нерівнозначними, по різному чутливими до дії іонізуючого випромінювання.
Іонізуючі випромінювання впливають не вибірково на молекули білків, нуклеїнових кислот, ліпідів мембран і води. В живих системах немає молекул, які вибірково поглинають іонізуючі випромінювання.
Неоднорідні структури клітини (білки, НК, ліпіди і вода), що поглинають одну й ту ж порцію енергії, протягом різного часу (для різних речовин) змінюються, що призводить до різних біологічно значущих пошкоджень.
Залежності “доза-ефект” є відображенням квантової взаємодії іонізуючого випромінювання з речовинами, а також наявності високочутливих критичних об'ємів – “мішеней”, таких як ДНК і біологічні мембрани. Мішень – це структура (чутливий об'єм), пошкодження якої призводить до загибелі клітини.
Спостерігаються подальші радіаційні зміни “мішеней” і різноманіття відповідей клітин організму.
Слайд 28

© В.С. Мартинюк РАДІОБІОЛОГІЯ Криві “доза-ефект” пояснюють на основі теорії мішеней.

© В.С. Мартинюк

РАДІОБІОЛОГІЯ

Криві “доза-ефект” пояснюють на основі теорії мішеней.
Мішені -

структурно-функціональні елементи, які є структурно гетерогенними, функціонально нерівнозначними, по різному чутливими до дії іонізуючого випромінювання і мають певні розміри.
Розподіл влучень іонізуючої радіації в мішені є статистичним, тому кінцевий ефект залежить від вірогідності влучення квантів енергії в життєво важливі мікрооб'єми, в яких знаходяться внутрішньоклітинні мішені. Таким чином з підвищенням дози підвищується вірогідність влучень квантів іонізуючого випромінювання в мішені.
!!! Низькі дози з низькою вірогідністю можуть призводити до загибелі окремих клітини. !!! При високих дозах можуть залишатися з малою вірогідністю непошкоджені клітини.
Слайд 29

© В.С. Мартинюк РАДІОБІОЛОГІЯ ТЕОРІЯ МІШЕНЕЙ Одноударне враження D0 – інактивуюча

© В.С. Мартинюк

РАДІОБІОЛОГІЯ

ТЕОРІЯ МІШЕНЕЙ

Одноударне враження
D0 – інактивуюча доза (на кожний об'єкт

припадає одне влучення).
D – доза, що отримав об'єкт.
N0 – початкове число об'єктів.
N –число об'єктів, що залишились непошкодженими.
N = N0e(D/D0)
Слайд 30

© В.С. Мартинюк РАДІОБІОЛОГІЯ ТЕОРІЯ МІШЕНЕЙ Виходячи з принципів класичної теорії

© В.С. Мартинюк

РАДІОБІОЛОГІЯ

ТЕОРІЯ МІШЕНЕЙ

Виходячи з принципів класичної теорії мішені, кількість влучень

має бути прямо пропорційним дозі опромінення. Тому в певному діапазоні доз число уражених мішеней строго пропорційно дозі , або числу влучень, так як уражається лише невелика їх частина із загальної кількості. У зв'язку з цим залежність ефекту від дози має вигляд прямої лінії.
З підвищенням дози опромінення ймовірність потрапляння в одну і ту ж мішень збільшується, і хоча загальна кількість влучень залишається пропорційним дозі, їх ефективність зменшується , і кількість уражених мішеней зростає повільніше, асимптотично наближаючись до 100 %. Таким чином, кількість життєздатних одиниць із збільшенням дози зменшується в експоненційної залежності від дози. Теорія мішені не є універсальною і не пояснює всіх біологічних ефектів, що виникають під дією іонізуючих випромінювань .
Слайд 31

© В.С. Мартинюк РАДІОБІОЛОГІЯ ТЕОРІЯ МІШЕНЕЙ Багатоударне враження

© В.С. Мартинюк

РАДІОБІОЛОГІЯ

ТЕОРІЯ МІШЕНЕЙ

Багатоударне враження

- Предыдущая
Wi Fi. Организация и принцип работы
Следующая -
Обработка овощей, плодов, грибов

Похожие презентации

Сравнительная биология и экология водоплавающих птиц Омской области
Экономическая биология человека как наука
Биосинтез белка
Жизнь есть способ существования белковых тел
Презентация на тему Удивительный мир птиц
Какая у нас память Исследовательская работа
Фотосинтез. Опыт Ван Гельмонта
Мышцы - как активная часть опорно-двигательной системы
Презентация по биологии Саранча
Методы изучения фотосинтеза
Соцветия 6 класс
Урок - практикум Строение эукариотической клетки. Животная клетка
Повреждение клетки. Патология клетки
Презентация к методической разработке урока по кубановедению Тема: Мир растений моей малой Родины учителя биологии и кубановеде
Богомол обыкновенный
Химический состав клеток. Углеводы. Липиды
Почему в хлебе столько дырочек. (3 класс)
Пчелы. Внешнее строение
Влияние комнатных растений на человека
Сердечно-сосудистая система
Сердечно-сосудистая система. Сердце
Аттестационная работа. Рабочая программа внеурочной деятельности по биологии Юный эколог. (3 класс)
Предмет и задачи микробиологии
Введение в курс нормальной физиологии
Цикл Кребса Выполнила Студентка 1 курса Кузнецова Екатерина
Самые популярные домашние растения, которые опасны для здоровья
Физиологические основы голода и насщыения. Регуляция аппетита
Кость как орган. Соединения костей
Вы можете прислать нам Вашу презентацию и мы опубликуем ее на сайте.
Обратная связь
Для правообладателей
Email: Нажмите что бы посмотреть