Презентация на тему БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

ионизирующих излучений и поражения на уровне клеток организма
2.

Радиочувствительность клеток, тканей, органов и организмов
2.1 Понятие радиочувствительности (радиорезистентности)
2.2 Радиочуствительность клеток
2.3 Радиочувствительность тканей
2.4 Радиочувствительность животных и растительных организмов

несколько стадий:
физическую,
физико-химическую,
химическую,
биологическую.

системы

поражения на уровне клетки

Биологические эффекты ионизирующих излучений наблюдаются после

поглощения исключительно малого количества энергии. Облучение летальной для млекопитающих дозой ~ 10 Гр эквивалентно повышению их температуры не более, чем на ~ 0,01 С0. Для человека тепловой эффект менее, чем от чашки теплого чая. Самый незначительный ожог сопровождается передачей большего количества энергии - что Н. В. Тимофеев-Рессовский называл основным радиобиологическим парадоксом. Он заключается в несоответствии между малостью поглощенной энергии и крайней степенью выраженности реакций биологического объекта вплоть до летального эффекта.

растительных, так и животных организмов является клетка. Клетка эукариотических

организмов имеет во многом морфологические и функциональные сходства.

Клетки имеют достаточно сложную структуру, основными компонентами которой являются:
клеточная мембрана, отделяющая внутриклеточную среду (цитоплазму) от внешней;
ядро, окруженное ядерной мембраной;
митохондрии, отделенные от цитоплазмы специальной мембраной;
комплекс Гольджи,
лизосомы;
более мелкие, не ограниченные специальной мембраной структуры (рибосомы, микрофиламенты и микротрубочки).
Автономные структуры (ядро, митохондрии, рибосомы) называют органеллами.

от животной клетки следующими особенностями строения: 1) Растительная клетка

имеет клеточную стенку (оболочку).
Клеточная стенка находится за пределами плазмалеммы (цитоплазматической мембраны) и образуется за счет деятельности органоидов клетки. Основу клеточной стенки составляет целлюлоза (клетчатка).
2) У растений в клетке имеются особые органоиды — пластиды.
   Различают три вида пластид:
лейкопласты — бесцветные пластиды, в которых из моносахаридов и дисахаридов синтезируется крахмал (есть лейкопласты, запасающие белки или жиры); 
хлоропласты — зеленые пластиды, содержащие пигмент хлорофилл, где осуществляется фотосинтез;
хромопласты, накапливающие пигменты из группы каротиноидов,  которые придают им окраску от желтой до красной. 
3) В растительной клетке имеются вакуоли, ограниченные мембраной - тонопластом.   У растений слабо развита система выделения отбросов, поэтому вещества, ненужные клетке, накапливаются в вакуолях. Кроме того, ряд накапливаемых веществ определяют осмотические свойства клетки.
4) В растительной клетке отсутствуют центриоли (клеточный центр).

клетке приходится на воду (происходит радиолиз ), а другие

50 % – на органеллы клетки и растворенные вещества.

Радиолизом называют любые химические превращения, протекающие при поглощении веществом энергии ионизирующего излучения.
Вещества, образующиеся в результате радиолиза, называют продуктами радиолиза.

из молекул воды с образованием молекулярных ионов:
H2O 

H2O+ + e-1
H2O + e-1  H2O-
Возникающие ионы воды, в свою очередь, распадаются с образованием ряда радикалов, которые также взаимодействуют между собой:
H2O+  H+ + OH*
H2O- H++OH*
H+ + OH-  H2O
OH- + OH-  H2O2
H2O2 + OН  H2O + HO2

Н3О+ и пероксид водорода Н2О2, а также супероксидный анион-радикал

O2 - и гидропероксид HO •2 , обладающие высокой окислительной способностью.
Продукты радиолиза воды реагируют как между собой, так и с макромолекулами клетки, приводя к разрушению последних. Этот путь лучевого поражения жизненно важных структур клетки носит в радиобиологии название косвенного механизма действия излучения (косвенное, непрямое действие ИИ).
Основное повреждение макромолекулам клетки наносят свободные радикалы — продукты радиолиза воды, которые характеризуются чрезвычайно высокой реакционной способностью.

имеющая неспаренный электрон (свободную валентность).
Ионизацию молекул («мишеней») принято называть

прямым действием радиации.
Прямое действие ионизирующих излучений - выделение энергии ионизирующих излучений в ключевых структурах клетки и повреждение органических молекул, ответственно за 10 — 20% лучевого поражения.
Косвенное действие радиации при котором поражение критических структур осуществляется продуктами радиолиза окружающей их воды, ответственно за 80 - 90 % лучевого поражения.

действие) на органические макромолекулы.

Поражающее действие ионизирующих излучений связано с

повреждением биологически важных макромолекул клетки:
дезоксирибонуклеиновая (ДНК),
рибонуклеиновая (РНК),
линейные полимеры, состоящие из нуклеотидов,
содержащих аденин (АТФ, АДФ, АМФ),
гуанин, цитозин, тимин и урацил,
молекулы белков, липидов, углеводов.

нуклеиновых кислот называют полинуклеотидами . Они состоят из мононуклеотидов.

Строение

и составные части мононуклеотида

(фосфодиэфирная связь). Поскольку в нуклеотидах существует только два типа

гетероциклических молекул, рибоза и дезоксирибоза, то и имеется лишь два вида нуклеиновых кислот — дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК).

Состав ДНК :. cахар — дезоксирибоза, азотистые основания: пуриновые — гуанин (G), аденин (A), пиримидиновые — тимин (T) и цитозин (C).

Состав РНК — сахар — рибоза, азотистые основания: пуриновые — гуанин (G), аденин (A), пиримидиновые урацил (U) и цитозин (C).

играют важную роль в процессах передачи сигналов или запасании

энергии. Наиболее известный мономер РНК — АТФ, аденозинтрифосфорная кислота, важнейший аккумулятор энергии в клетке.
Общая длина всех молекул ДНК в клетке человека составляет около 2 м. ДНК распределена по 46 хромосомам. Основой молекулы ДНК являются две нити (также называемые цепями, или цепочками), построенные из повторяющихся участков (нуклеотидов), образуемых дезоксирибозой (сахар), фосфорной кислотой (соединены между собой эфирными связями) и азотистыми (пуриновые и пиримидиновые) соединениями.

Схема строения АТФ и АДФ

полинуклеотидных, спирально закрученных относительно друг друга цепочек.
В полинуклеотидной

цепочке соседние нуклеотиды связаны между собой ковалентными связями, которые образуются между фосфатной группой одного нуклеотида и З'-гидроксильной группой пентозы другого. Такие связи называются фосфодиэфирными. Фосфатная группа образует мостик между З'-углеродом одного пентозного цикла и 5-углеродом следующего. Остов цепей ДНК образован, таким образом, сахарофосфатными остатками .

комплементарными. В результате у всякого организма число адениловых нуклеотидов

равно числу тимидиловых, а число гуаниловых — числу цитидиловых. Эта закономерность получила название «правило Чаргаффа».

четыре типа нуклеотидов, благодаря различной последовательности их расположения в

длинной цепочке достигается огромное разнообразие этих молекул.
Полинуклеотидная цепь ДНК закручена в виде спирали наподобие винтовой лестницы и соединена с другой, комплементарной ей цепью с помощью водородных связей, образующихся между аденином и тимином (две связи), а также гуанином и цитозином (три связи).

ряду поколений генетической информации. В ДНК любой клетки закодирована

информация обо всех белках данного организма, о том, какие белки, в какой последовательности и в каком количестве будут синтезироваться. Последовательность аминокислот в белках записана в ДНК так называемым генетическим (триплетным) кодом.

репликации.
Репликация — это процесс самоудвоения молекул ДНК. Каждая

полинуклеотидная цепь выполняет роль матрицы для новой комплементарной цепи (матричного синтеза).
В результате получается две молекулы ДНК, у каждой из которых одна цепь остается от родительской молекулы (половина), а другая — вновь синтезированная, т.е две новые молекулы ДНК представляют собой точную копию исходной молекулы.
Биологический смысл репликации - точная передаче наследственной информации от материнской клетки к дочерним (при делении соматических клеток).

со строением молекул ДНК.
Отличия:
в молекуле РНК вместо

дезоксирибозы в состав нуклеотидов входит рибоза, вместо тимидилового нуклеотида (Т) — уридиловый (У).
молекула РНК представляет собой одну цепь. Однако ее нуклеотиды способны образовывать водородные связи между собой (внутрицепочечное соединение комплементарных нуклеотидов).
цепочки РНК значительно короче ДНК

(иРНК 3—5% РНК клетки) - синтезируется в ядре комплементарна

участку ДНК, на котором происходит ее синтез, служит в качестве матрицы для синтеза белков, передавая информацию об их структуре с молекул ДНК. Каждый белок клетки кодируется специфической иРНК, поэтому число их типов в клетке соответствует числу видов белков.

рибосомная РНК (рРНК - 80% всей РНК клетки) - одноцепочечные нуклеиновые кислоты, образующие в комплексе с белками рибосомы — органеллы, на которых происходит синтез белка. Рибосомные РНК синтезируются в ядре.

транспортная (трансферная) РНК(тРНК). Молекула тРНК состоит в среднем из 80 нуклеотидов. Содержание тРНК в клетке — около 15% всей РНК. Функция тРНК — перенос аминокислот к месту синтеза белка. Число различных типов тРНК в клетке невелико (20—60).

клетки является ДНК.

Схема повреждения молекулы ДНК

около полумиллиона актов ионизации, что вместе с последствиями радиолиза

приводит к гибели от 10 до 90 % клеток разных тканей человека. В ДНК одной клетки образуется при этом около 2000 однонитевых и 80 двунитевых разрывов, повреждается 1 000 оснований и формируется 300 сшивок с белком.

При воздействии ИИ возможны разрывы нитей ДНК:
однонитевые (одиночные) - разрыв одной из нитей;
двойные (двунитевые) - в скелете ДНК рядом находится сразу несколько разорванных связей, совпадающих в одной точке противоположных нитей ДНК;
высвобождение нуклеиновой кислоты из ДНП (дезоксинуклеопротеида) и одновременное накопление нуклеиновых кислот в цитоплазме облученных клеток с поражением связи белок–белок, белок–ДНК.