Радиоактивностью называют неустойчивость ядер некоторых атомов, которая проявляется в их способности к самопроизвольному превращению (по научному — распаду), что сопровождается выходом ионизирующего излучения (радиации). Энергия такого излучения достаточно велика, поэтому она способна воздействовать на вещество, создавая новые ионы разных знаков. Вызывать радиацию с помощью химических реакций нельзя, это полностью физический процесс[1].
Различают несколько видов радиации:
1)Альфа-частицы — это относительно тяжелые частицы, заряженные положительно, представляют собой ядра гелия.
2)Бета-частицы — обычные электроны.
3)Гамма-излучение — имеет ту же природу, что и видимый свет, однако гораздо большую проникающую способность.
4)Нейтроны — это электрически нейтральные частицы, возникающие в основном рядом с работающим атомным реактором, доступ туда должен быть ограничен.
5)Рентгеновские лучи — похожи на гамма-излучение, но имеют меньшую энергию. Кстати, Солнце — один из естественных источников таких лучей, но защиту от солнечной радиации обеспечивает атмосфера Земли[2].
Наиболее опасно для человека Альфа, Бета и Гамма излучение[3], которое может привести к серьезным заболеваниям, генетическим нарушения и даже смерти. Степень влияния радиации на здоровье человека зависит от вида излучения, времени и частоты. Таким образом, последствия радиации, которые могут привести к фатальным случаям, бывают как при однократном пребывании у сильнейшего источника излучения (естественного или искусственного), так и при хранении слаборадиоактивных предметов у себя дома (антиквариата, обработанных радиацией драгоценных камней, изделий из радиоактивного пластика). Заряженные частицы очень активны и сильно взаимодействуют с веществом, поэтому даже одной альфа-частицы может хватить, чтобы уничтожить живой организм или повредить огромное количество клеток.
Воздействие радиации на организм человека называют облучением. Во время этого процесса энергия радиация передается клеткам, разрушая их. Облучение может вызывать всевозможные заболевания: инфекционные осложнения, нарушения обмена веществ, злокачественные опухоли и лейкоз, бесплодие, катаракту и многое другое. Особенно остро радиация воздействует на делящиеся клетки, поэтому она особенно опасна для детей.
Организм реагирует на саму радиацию, а не на её источник. Радиоактивные вещества могут проникать в организм через кишечник (с пищей и водой), через лёгкие (при дыхании) и даже через кожу при медицинской диагностике радиоизотопами. В этом случае имеет место внутреннее облучение. Кроме того, значительное влияние радиации на организм человека оказывает внешнее облучение, т.е. источник радиации находится вне тела. Наиболее опасно, безусловно, внутреннее облучение.
Сначала рассмотрим действие радиации на белки. Особенности того или иного белка определяются последовательностью и природой аминокислот в цепи (первичная структура) и сложной конфигурацией цепи аминокислот (вторичная и третичная структуры). Одни белки выполняют роль структурных компонентов клетки, другие (ферменты) – органических катализаторов клеточных биохимических реакций. Радиобиологи исследуют как физико-химическое, так и биологическое действие ионизирующих излучений на ферменты. К физико-химическим критериям повреждения относятся: уменьшения молекулярной массы, изменение растворимости, нарушение вторичной и третичной структур, образование сшивок и агрегатов(соединений друг с другом различных частей белков), а также разрушение аминокислот в цепи. Биохимическим критерием повреждения является потеря ферментами способности осуществлять свои реакции[4].
Наиболее опасны повреждения ядра, так как именно ядро несёт наследственную информацию о самой клетке, всём организме и даже биологическом виде. Ядро передаёт эту информацию от клетки к клетке, от организма к организму. Наследственная информация хранится в специальных структурах, напоминающих по виду под микроскопом палочки, которые отчётливо видны при делении клетки благодаря способности хорошо накапливать специальные красители. Данному свойству они и обязаны своим названием – хромосомы, (хромосома – по-гречески «окрашенная» клетка). Вещество хромосом – хроматин – состоит из нуклеиновых кислот, которые являются хранителями наследственной информации и специальных белков.
Кодирующими элементами в ДНК служат всего четыре азотистых основания, расположенных попарно между двумя сахаро-фосфатными нитями вдоль всей её двуспиральной молекулы: аденин, гуанин-пурины, цитозин, тимин-пиримидины.
Ионизация вызывает три основных типа повреждения: одиночные и двойные разрывы нитей ДНК, и повреждения азотистых оснований. ДНК также подвержены постоянным повреждениям, которые обусловлены не только ионизирующим свойством, но и ультрафиолетовым излучением, химическими агрегатами и т.д. Значительная часть энергии клетки как раз и расходуется для репарации, т.е. для восстановления и поддержания постоянства последовательности оснований в ДНК (т.е. генетического кода).
Число однозначных разрывов линейно зависит от дозы облучения в очень широком диапазоне (от менее чем 0,2 Гр до 60 000 Гр). Другими словами, как бы ни была мала доза облучения, должно возникать определённое число разрывов одной из нитей ДНК. Эффективность образования таких одиночных разрывов нитей может меняться в зависимости от многих биохимических факторов. Также происходит достаточно эффективное восстановление одиночных разрывов нитей ДНК. Считают, что оно протекает по механизму эксцизионной реперации, которая состоит в эксцизии (вырезании) части цепи, содержащей повреждённые звенья ДНК, и использовании комплементарной (неповреждённой) цепи в качестве матрицы для повторного синтеза нового отрезка ДНК взамен повреждённого. Процесс является ферментативным и зависит от температуры, а при 0 градусам цельсия значительно замедляется. В клетках млекопитающих скорость репарации такова, что при нормальной температуре половина радикальных одиночных разрывов восстанавливается в течение примерно 15 минут. Поскольку одиночные разрывы репарируются даже в летально облучённых клетках, можно предположить, что они не являются причиной гибели клеток, в отличие от двойных разрывов или повреждённых оснований. Но такие нерепарированные одиночные разрывы вносят свой вклад в образование двойных разрывов, потому, что двойные разрывы ДНК могут бытьили результатом единичного события ионизации, или следствием совпадения одиночных разрывов в комплементарных цепях. Есть экспериментальные доказательства того, что и двойные разрывы могут репарироваться. Пока есть только теоретическая модель для объяснения возможного механизма репарации двойных разрывов ДНК, вызванных облучением.
Число повреждений азотистых оснований ДНК линейно зависит от дозы. Скорее всего, они возникают в результате взаимодействия со свободными радикалами воды ОН.
В силу множества различных повреждающих факторов, репарация ДНК – основа нормального функционирования клетки, но полная репарация происходит не всегда. Установлено, что уже при дозе 1Гр в каждой клетке человека повреждается 5 тыс. оснований молекул ДНК, возникает 1 тыс. одиночных и 10 – 100 двойных разрывов, каждый из которых может привести к неприятным последствиям.
Скачать реферат