【正文】 輻射生物學(xué)效應(yīng) 授課教師：馬淑梅 教 研 室：放射生物教研室 一、生物大分子的輻射效應(yīng) 二、細(xì)胞的輻射效應(yīng) 三、染色體的輻射效應(yīng) 四、外照射對造血系統(tǒng)的影響 五、小劑量外照射的生物效應(yīng) 六、內(nèi)照射生物效應(yīng) 生物大分子 ? 生物大分子指的是作為生物體內(nèi)主要活性成分的各種 分子量 達(dá)到上萬或更多的 有機(jī)分子 。高相對分子量 的生物有機(jī)化合物（生物大分子）主要是指蛋白質(zhì)、 核酸 以及高相對分子量的碳?xì)浠衔?。常見的生物大分子包括蛋白質(zhì)、 核酸 、脂質(zhì)、 糖類 。這個定義只是概念性的，與生物大分子對立的是 小分子 物質(zhì)（二氧化碳、甲烷 等）和無機(jī)物質(zhì)。 ? DNA是細(xì)胞增殖、遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，是引起細(xì)胞生化、生理改變的關(guān)鍵性物質(zhì)。 DNA是電離輻射作用的靶分子， 在細(xì)胞輻射損傷中起重要作用。生物分子損傷是一切輻射生物效應(yīng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。 ? 生物分子損傷與自由基生成密切相關(guān)。自由基（ free radical）是指一些獨(dú)立存在的、帶有一個或多個不成對電子的原子、分子、基團(tuán)或離子。自由基是最大特性是化學(xué)不穩(wěn)定性和高反應(yīng)性，壽命很短， OH（氫氧自由基）的平均壽命為 109～ 108s，生物分子自由基也多在 106～ 104s之間。 一、 生物大分子的輻射效應(yīng) 1. DNA結(jié)構(gòu)損傷 DNA結(jié)構(gòu)損傷 1） DNA鏈斷裂 2）氫鍵斷裂和堿基損傷 3）分子交聯(lián) 脫氧核糖核酸鏈 堿基 DNA分子是由兩條多核苷酸鏈 , 按堿基互補(bǔ)配對原則，由氫鍵連結(jié)而成的雙股螺旋結(jié)構(gòu) ? 鏈斷裂是電離輻射所致 DNA損傷的主要形式。 原因： a 磷酸二酯鍵的斷裂或脫氧戊糖的破壞， b堿基破壞或脫落和形成鏈上的不穩(wěn)定位點(diǎn) 特點(diǎn)： a: DNA雙鏈中一條鏈斷裂者稱為單鏈斷裂 (Single Strand Break,SSB)。 b:兩條鏈在同一處或相鄰處斷裂者稱為雙鏈斷裂 (Double Strand Break DSB)。 c:在許多細(xì)胞中單鏈斷裂比雙鏈斷裂高 1020倍 ， d:射線種類不同發(fā)生 DNA鏈斷裂的比例也不同。 e:氧效應(yīng)增加 DNA鏈的籪裂。 1） .DNA鏈斷裂 彗星實(shí)驗(yàn)顯示雙鏈斷裂 2)氫鍵斷裂和堿基損傷 射線作用生成的 OH*使 DNA結(jié)構(gòu)上的氫原子脫下，從而使原來緊密結(jié)合的堿基呈現(xiàn)自由“裸露”狀態(tài)， DNA結(jié)構(gòu)從比較堅(jiān)實(shí)變得比較“疏松”。 3)分子交聯(lián) ? 分子交聯(lián)（ Crosslinking）是生物大分子與生物大分子發(fā)生互相連結(jié)，電離輻射作用后，可通過自由基的作用，產(chǎn)生 DNADNA交聯(lián)、DNA蛋白質(zhì)交聯(lián)。導(dǎo)致 DNA正常分子結(jié)構(gòu)的破壞。 2 、 DNA功能改變 1） DNA合成抑制 2） DNA分解代謝增強(qiáng) (1)劑量 效應(yīng)關(guān)系： 照射后 3HTdR摻入輻射敏感細(xì)胞 DNA明顯受抑制，其程度與所受劑量有依賴關(guān)系，隨照射后時間延長，受大劑量和小劑量照射產(chǎn)生兩種趨勢，大劑量照射者摻入進(jìn)一步減少，而受小量照射者可逐漸恢復(fù)。 (2) DNA合成抑制的機(jī)制： ①各種三磷酸腺苷在 DNA合成的過程中，有些環(huán)節(jié)對射線是很敏感的，造成核苷酸合成障礙 ②射線對 DNA合成的酶抑制 , DNA模板損傷 ,引起錯誤的修復(fù) ,影響正常復(fù)制； ③ DNA聚合酶的損傷影響 DNA的修復(fù)； ④射線對 DNA復(fù)制過程的影響破壞了 DNA復(fù)制的調(diào)控機(jī)制。 DNA合成抑制是一個非常敏感的輻射生物效應(yīng)指標(biāo)， 1） . DNA合成抑制 2）． DNA分解代謝增強(qiáng) ? 在 DNA合成抑制的同時，其分解代謝增強(qiáng)，表現(xiàn)為脫氧核糖核酸酶（ DNase）活性增高。 ? 機(jī)制：射線破壞了溶酶體和細(xì)胞核等膜的結(jié)構(gòu)，使脫氧核糖核酸酶釋放并與 DNA接觸，導(dǎo)致 DNA分解。， ? DNA降解程度取決于照射劑量 ，照射劑量越大，降解程度越大，在較低劑量范圍內(nèi)， DNA降解的程度隨照射劑量的增加而直線上升，在較高照射劑量范圍內(nèi) DNA趨于穩(wěn)定，達(dá)細(xì)胞 DNA總量的 4070%。 ? 在 DNA降解和細(xì)胞死亡之間可能存在著一定的聯(lián)系， 輻射增敏劑或輻射防護(hù)劑，可使死亡作用增加或損傷效應(yīng)減弱。所以說，電離輻射對核酸的功能和代謝的影響是非常廣泛的。 3. DNA輻射損傷的修復(fù) 。 。 。 ? 。 絕大多數(shù)正常細(xì)胞都能修復(fù)單鏈斷裂 ,而且修復(fù)的速度和效率很高 .在照射后即刻開始修復(fù) ,以后逐漸減慢 ,修復(fù)速率和時間呈負(fù)指數(shù)關(guān)系。一般在 1h內(nèi)修復(fù)可達(dá) 90%，半修復(fù)時間約為 10～ 40分鐘。 ? 。 哺乳動物細(xì)胞雙鏈斷裂的修復(fù)可分為快修復(fù)和慢修復(fù)兩個階段，快修復(fù)的半修復(fù)時間為 10～數(shù)分鐘；而慢修復(fù)的半修復(fù)以小時計(jì)算。不同細(xì)胞間修復(fù)水平差異很大。在體外細(xì)胞培養(yǎng)過程中發(fā)現(xiàn)，照射后保溫較長時間后仍有雙鏈不能完全修復(fù)，這是造成細(xì)胞畸變或死亡的重要原因。 ? 。 堿基的修復(fù)主要是紫外線引起的二聚體改變 ,受照射后經(jīng)過保溫 5～ 6h后 ,可以使二聚體略有減少，到 24～ 30h明顯減少，降到照后即刻測量的 60%水平。但損傷堿基只是部分修復(fù)。 4 、 DNA輻射損傷修復(fù)的主要途徑 1）回復(fù)修復(fù) 2）切除修復(fù) 3）重組修復(fù) 4） SOS修復(fù) （自學(xué)內(nèi)容） 1).回復(fù)修復(fù)。 回復(fù)修復(fù)是細(xì)胞對 DNA某些損傷修復(fù)的一種簡單方式。 包括酶光復(fù)活修復(fù)、單鏈斷裂的重接和嘌呤的直接插入。 2)．切除修復(fù) 切除修復(fù)需要多種酶參加。 主要有兩種切除修復(fù)方式：堿基切除修復(fù)和核苷酸切除修復(fù)。 其基本步驟是通過識別 → 切除（堿基切除和核苷酸切除） → 修補(bǔ) → 再連接 三個特點(diǎn) :準(zhǔn)確、無誤、正確修復(fù)。 3).重組修復(fù)。 當(dāng) DNA雙鏈發(fā)生嚴(yán)重?fù)p傷時，即兩條鏈同時受到損傷，或單鏈損傷尚未修復(fù)就發(fā)生了復(fù)制，因修復(fù)機(jī)制是通過重組，故稱為重組修復(fù)。 這種修復(fù)機(jī)制只修復(fù)復(fù)制后的新鏈，而母鏈上原有的損傷依然存在。 4).SOS修復(fù) ? 細(xì)胞處于危急狀態(tài)下發(fā)生的一種修復(fù)，故用國際遇難信號 SOS命名。 ? SOS修復(fù)過程是在損傷信號誘導(dǎo)下發(fā)生的，因此又稱可誘導(dǎo)的 DNA修復(fù)（ inducible DNA repair）。修復(fù)過程中容易發(fā)生錯誤，故稱易錯修復(fù)（ error prone repair）。 1）拓?fù)洚悩?gòu)酶 2）解鏈酶。 3）單鏈結(jié)合蛋白 (SSB)。 ? 復(fù)制的過程分四個階段。 ①親代 DNA分子超螺旋的構(gòu)象變化及 雙螺旋的解鏈 ，將復(fù)制的模板展現(xiàn)出來。 ② 復(fù)制的引發(fā)階段 ，有引物 RNA進(jìn)行 5′～ 3′方向的合成 ③ DNA鏈的延長 ，在引物 RNA合成基礎(chǔ)上，進(jìn)行 DNA鏈的 5′～ 3′方向合成，前導(dǎo)鏈連續(xù)地合成出一條長鏈，隨從鏈合成出岡崎片段。去除 RNA引物后，片段間形成了空隙， DNA聚合酶作用使各個片段靠近。在連接酶作用下，各片段連接成為一條長鏈。 ④ 終止階段， 復(fù)制叉行進(jìn)到一定部位就停止前進(jìn)，最后前導(dǎo)鏈與隨從鏈分別與各自的模板形成兩個子代 DNA分子，到此復(fù)制過程就完成了。 1)拓 撲異構(gòu)酶。 ? 拓?fù)洚悩?gòu)酶可改變 DNA拓?fù)湫再|(zhì)。在 DNA復(fù)制時，復(fù)制叉行進(jìn)的前方 DNA分子總是產(chǎn)生超螺旋， 拓?fù)涿缚伤沙诔菪?，還可以引入負(fù)超螺旋，有利于復(fù)制叉的行進(jìn)及 DNA的合成。 在復(fù)制完成后，拓?fù)涿赣挚蓪?DNA分子引入超螺旋，有利于 DNA纏繞、折疊、壓縮以形成染色質(zhì)。 2)解鏈酶 ? DNA復(fù)制進(jìn)行時，首先要在復(fù)制起點(diǎn)處解開雙鏈，反應(yīng)是在一類解鏈酶的催化下進(jìn)行的。解鏈酶要通過 ATP的分解獲得能量，以解開雙鏈。大部分的解鏈酶在復(fù)制