EFECTELE RADIOCHIMICE ALE RADIATIILOR IONIZANTE

EFECTELE RADIOCHIMICE ALE RADIATIILOR IONIZANTE

Procesele chimice care au loc dupa ionizarea unor molecule de catre radiatii se numesc efecte radiochimice. Asa cum se va vedea, ionizarea conduce la ruperea legaturilor covalente simple cu formarea de radicali liberi. Acestia sunt fragmente de molecula avand electroni neamperecheati (celibatari), ceea ce ii face extrem de reactivi. Reactiile date de radicalii liberi sunt responsabile de toate consecintele chimice pe care le au radiatiile ionizante asupra sistemelor vii.

In ecuatiile chimice prezenta electronului namperecheat se semnaleaza cu un punct plasat in dreapta sus a radicalului, de exemplu OH^. (radical liber oxidril) sau H^. (radical hidrogen).

La iradierea unui sistem viu, vor suferi ionizari atat moleculele solventului apos cat si moleculele lui biologice. Apa va suferi procesul de radioliza, radicalii liberi rezultati vor da reactii care se vor repercuta, in moduri variate asupra macromoleculelor sistemului. Realizandu-se prin intermediul solventului, acestea se numesc efecte radiochimice indirecte. Consecintele ionizarii macromoleculeor se numesc efecte radiochimice directe.

Efectele radiochimice indirecte ale radiatiilor ionizante

Radioliza apei

Ionizarea unei molecule de apa are loc dupa reactia

H₂O ------> H₂O⁺ + e^-

La impactul cu particula ionizanta electronul, de masa mai mica, va avea o viteza mai mare si va fi proiectat departe de ionul de apa. Din acest motiv ionii vor ramane in vecinatatea traiectoriei particulei iar electronii imprastiati mai la distanta.

Fiecare din produsii de ionizare este instabil transformandu-se conform reactiilor:

H₂O⁺------> H⁺ + OH (langa traiectorie)

e^- + H₂O ------> H + OH ^- (la distanta)

Principalele reactii ale compusilor de radioliza

Radicalii liberi formati se pot recombina oricum, dar distributia lor spatiala este putin propice re-formarii apei:

H + OH ------> H₂O

In schimb, radiacalii liberi de acelasi tip se pot combina intre ei:

H + H ------> H₂ (la distanta)

OH + OH ------> H₂O₂ (langa traiectorie)

Daca hidrogenul molecular este netoxic, apa oxigenata (H₂O₂) este un agent oxidant foarte puternic, ce produce denaturarea ireversibila a proteinelor.

S-ar parea ca efectele denaturante raman cantonate langa punctele de ionizare, dar nu este asa din cauza prezentei oxigenului molecular in mediile biologice. Radicalii H dau lanturi de reactii in urma carora oxigenul este fixat ca apa oxigenata:

H + O₂ ------> HO₂ (radical peroxid de hidrogen, oxidant extrem de puternic)

2 HO₂ ------> H₂O₂ + O₂

H + O₂ ------> HO₂

s.a.m.d

Radicalii hidroxil si peroxid pot fi responsabili si de oxidarea unor grupari din structura moleculelor organice, mai ales a celei -SH, cu formarea unor punti -S-S -, dupa reactiile generale:

R₁-SH + HS-R₂ + 2 OH ------> R₁-S-S-R₂ + 2 H₂O

R₁-SH + HS-R₂ + 2 HO₂ ------> R₁-S-S-R₂ + 2 H₂O₂

Rezultatul acestor reactii este aparitia in timp a unor macromolecule cu structuri primare alterate si modificate ca functie.

Efectele radiochimice directe ale radiatiilor ionizante

Moleculele organice, la fel ca si moleculele de apa pot fi ionizate la nivelul unei legaturi, urmarea fiind ruperea ei si aparitia unor radicali liberi organici susceptibili de a se combina intre ei si/sau cu cei rezultati din radioliza apei. Daca luam cazul a numai doua molecule organice afectate rezulta 4 radicali liberi:

Ra-Rb ------> Ra + Rb

Rc-Rd ------> Rc + Rd

Acesti radicali se pot lega intre ei in orice combinatie si, in plus, fiecare poate aditiona radicali H sau OH din mediul apos. Rezulta ca sansa de refacere a moleculelor originale este foarte mica in raport cu cea de aparitie a unora modificate. Adesea, in cazul unor molecule complexe, excesul de energie nu ramane localizat si sa rupa legatura, ci se distribuie la mai multe legaturi sau se transfera de la o molecula la alta. Aceste reactii de transfer a energiei nu sunt imediate. Uneori starile active persista mai multe ore sau zile si reactiile radiochimice se prelungesc mult dupa iradiere. Astfel de post-efecte sunt foarte evidente la proteine si acizi nucleici.

Oxigenul din mediu produce peroxidarea in lant a macromoleculelor, similar mediului apos, conform reactiilor:

Ra-H + OH ------> Ra + H₂O

Ra + O₂ ------> RaO₂ (radical peroxid organic)

Rb-H + RaO₂ ------> RaOOH + Rb

Rb + O₂ ------> RbO₂

Rc-H + RbO₂ ------> RbOOH + Rc

Rc + O₂ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

s. a. m. d. . . . .

S-a putut, pornind de la o singura ionizare, sa se puna in evidenta formarea unui lant de 70 de peroxizi organici.

Actiunea supra proteinelor

Proteinele sunt denaturate prin fragmentari, polimerizari, peroxidari si formari de punti disulfidice. Efectele cele mai nocive asupra functiilor celulare sunt produse prin inactivarea enzimelor.

Actiunea asupra acizilor nucleici

Modificarile radiochimice ale acizilor nucleici sunt foarte complexe. Alterarea structurii chimice a bazelor azotate produce disocierea dublelor helixuri datorita imposibilitatii de asociere a bazelor in perechi. Pe de alta parte, fiecare dintre lanturile dublului helix poate suferi ruperi. Frecventa ruperilor unui singur lant este de 10 ori mai mare decat cea a ruperii in acelasi loc a ambelor lanturi. Faptul are importanta fiindca in primul caz moleculele pot fi reparate, pe cand in al doilea nu. Asa se explica sensibilitatea crescuta la radiatii a organismelor haploide (cu stocare a informatiei genetice intr-un singur lant AND) fata de cele diploide (cand stocarea se face intr-un dublu helix).

Ruperile, chiar pe un singur lant, daca nu sunt reparate rapid, pot conduce la ramificari cu adoptarea de structuri tridimensionale, nerecognoscibile biochimic. Degradarea radiochimica a acizilor nucleici este responsabila de efectele asupra sintezelor celulare (alaturi de inactivarea enzimelor) si, intr-o faza ulterioara, de cele genetice.