Radiação Com As células De DNA

Interação da radiação com o DNA

Introdução

Durante muitos anos, os estudos relativos ao efeito de radiação sobre os organismos vivos foram realizadas por células ou tecidas vivos irradiantes [1,2,3]. Estas experiências são muito difíceis de realizar e analisar, uma vez que muitos processos bioquímicos estão ocorrendo ao mesmo tempo, competindo com os efeitos da radiação. Estudos mais recentes realizados com as moléculas de DNA purificadas diluídas em solução de água, com ou sem a adição de radical scavengers.

Nós desenvolvemos um modelo para descrever, qualitativa e quantitativamente, a interação de diferentes tipos de radiações com moléculas orgânicas, em particular o DNA. O modelo utiliza, como ponto de partida, uma teoria física bem estabelecida para descrever o processo de ionização que ocorre quando uma partícula carregada atravessa a matéria - a Teoria Bethe [4]. Existe um aspecto deste teoria de que é mais importante aqui, nomeadamente, o facto de a energia transferida significativo pela partícula incidente para a molécula-alvo de água não depende da energia da partícula. A partir deste facto e uma hipótese sobre o processo nocivo, um formalismo específico para o cálculo do número de diferentes tipos de danos causados ​​pela radiação nas moléculas no interior da solução é trabalhada.

Além disso, umas séries de experiências estão a ser desenvolvidos para testar as previsões deste modelo com diferentes tipos de radiação incidente, como neutrões, gama e protões. Aqui nós mostramos os primeiros resultados obtidos com os dois últimos tipos de radiação.

O modelo

O modelo baseia-se no pressuposto de que a interação de radiação de DNA em solução aquosa ocorre principalmente por uma forma indireta, isto é, as partículas incidentes interagir com as moléculas de água, produzindo iões que migra por difusão através da água, eventualmente interagindo com uma molécula de ADN. A interação direta entre a partícula incidente e o ADN é considerada insignificante, e esta hipótese está bastante razoável, se as moléculas de ADN e as concentrações radicais necrófago são baixas. Uma vez que o ambiente intracelular não apresenta essas condições, o pressuposto pode restringir a aplicabilidade do nosso modelo para in vitro os estudos. No entanto, um melhor conhecimento do mecanismo indireto de interação radiação-DNA pode fornecer informações importantes para o in vivo estudo.

Uma partícula incidente com LET e cria um número dn i - radical de pares ao atravessar uma distância dl no meio, isto é,

Onde k = 1 / Î um , e Î uma é a energia média transferida para um átomo do meio durante o processo de ionização.

Os iões afastados por difusão e o número de danos em moléculas, n d ,, a uma distância entre r e r + dr a partir da faixa de partícula incidente, é

Com dn m é o número de moléculas no volume atravessado pelos iões,

Onde ds = 2 p rd  , r m é o número de moléculas por unidade de volume, e s d é a secção transversal dos danos dindução pelo radical do incidente. Uma vez que a energia de par iónico é independente das características da partícula incidente, s d não depende da energia depositada e d   . Substituindo 3 e 1 em 2, obtemos

Se o intervalo médio radical é r i, calcula-se o número médio aproximado dos danos induzidos enquanto estes íons viajam longe da pista de ionização como.

Esta expressão dá o número de moléculas alvo em danos induzidos por uma partícula incidente com LET e ao atravessar uma distância dl .

A quantidade s d que foram introduzidos está relacionada com a estrutura da molécula de ADN e as suas interações químicas com o radical produzido no meio. No entanto, é conveniente, para definir a secção transversal, s , para o dano induzido pela partícula incidente, porque pode ser mais facilmente medido. Na verdade, se n p partículas atravessam uma área, da , da amostra de ADN, o número de danos induzidos nas moléculas é dada pela

Onde

É o número de moléculas-alvo no interior da região irradiada e, em seguida,

Mas dn d = n p dn d e n d pode ser calculada pela equação 5. Em seguida, transforma-se a equação 8

Em que um = k s d r i .

Esta expressão mostra que a seção transversal é proporcional à partícula incidente LET, independentemente do seu tipo ou a energia inicial. Além disso, a constante de uma só depende das propriedades do meio e sobre a molécula alvo em estudo. A constante k está relacionada com a energia mínima necessária para a produção de radicais e r i depende da distância que o radical produzido atingirá longe da pista ionizante, tanto de k e r independe das propriedades do meio. A secção transversal s d depende das propriedades da molécula alvo.

Por alta densidade de radicais, que podem ser produzidos por partículas altamente ionizantes, existe uma probabilidade de que os iões produzidos ao longo da pista interagir com outros iões produzidos pela mesma partícula ionizante. A probabilidade de que uma recombina com outro iões é proporcional à densidade do radical linear ao longo da pista, l = k e . Assim, o número de recombinações pode ser escrita como

Onde x é um fator de proporcionalidade que depende das propriedades químicas dos iões e as características físicas da solução.

Então, o número de íons à deriva para fora da pista tem que ser correto,

Que pode ser reescrita como mais apropriadamente

Quando b = x k. Com essa correção da seção transversal obtido em eq. 9 é modificada em.

A lesão induzida por radiação, portanto, tem uma secção transversal que é aproximadamente linear ao baixo LET, e afasta-se