La radiazione cosmica, sia la cosiddetta radiazione primordiale (protoni di energia da 10-7 a 10-20 eV, positroni, elettroni, radiazione gamma) sia la radiazione successiva (principalmente mioni e elettroni nei quali i mioni si scindono) provocano danni biologici di vari tipi, tra gli altri nelle strutture del DNA (mutazioni, ricombinazione dei geni, denaturazione del DNA).
Si scopre tuttavia che questi danni non sono generati dalla radiazione in generale, ma principalmente dagli elettroni, che si formano nelle cellule viventi come effetto della ionizzazione, per esempio delle molecole di acqua. Questi elettroni hanno un'energia tra 1 e 20 eV, cioè teoricamente troppo piccola per generare delle successive ionizzazioni delle particelle complesse (la soglia di ionizzazione p.e. dell'alcool etilico è 10,5 eV).
Fino a poco tempo fa non era chiaro se questi elettroni a bassa
energia possono generare dei danni genetici
del DNA come SSB (Single Strand Break) cioè la rottura di un'elica
del DNA o DSB (Double Strand Break) cioè la rottura di entrambe
le eliche.
Gli scienziati canadesi [Science, Vol 287, 3/12/2000]
hanno efettuato un esperimento complicato, che doveva spiegare il meccanismo
di questi danni. I risultati si sono rivelati sorprendenti (Fig. 1):
Fig. 1 Danni alla struttura del DNA causati dagli elettroni a bassa energia.
1. Elettroni di energie molto basse generano danni al DNA (sia SSB sia DSB) anche con energie molto al di sotto la soglia di ionizzazione, che è da 7,5 a 10 eV.
2. La capacità di danni al DNA (la sezione d'urto dell'interazione)
dipende fortemente dell'energia degli elettroni, che ha un carattere di
risonanza. La soglia di reazione osservata
ammonta a circa 3 eV per il SSB e circa 5 eV per DSB; il massimo della
sezione d'urto cade all'incirca sui 10 eV. Questo comportamento differisce
dal carattere di interazione della radiazione elettromagnetica (fotoni)
sul DNA, ove si osserva una crescita monotona della quantità dei
danni da 7 a 12 eV e poi, per energie più alte, una sezione d'urto
costante, che non cambia fino a 2 keV.
3. Il massimo della sezione d'urto osservato
e di due grandezze più alto che quello per gli elettroni.
I
risultati dimostrano dunque che i danni non dipendono solamente dall'energia
del quanto assorbito, ma anche dalla natura della particella transportatrice
La spiegazione di questo processo si è rivelata essere il legame
dissociativo dell'elettrone alla molecola e la nascita di uno stato di
risonanza – del temporaneo anione molecolare.
e-+
RH = RH*-,
che poi si disgrega per autodistaccamento dell'elettrone
o anche subisce la dissociazione (con distaccamento dello H-)
lungo uno o più legami
RH*- = R + H-.
Hanno
accertato un simile meccanismo di danni molecolari nel caso di sottili
strati contenenti acqua, timina e l'analogo della desossiribosi (Fig. 2).
Fig. 2 Danni causati dagli elettroni a pellicole condensate di molecole (A – timina, B – acqua C – alcool tetraidrofurilico).
Versione italiana: Piotr Karwasz
