Wychwyt
dysocjacyjny elektronòw w DNA
Promieniowanie kosmiczne, zarówno tzw. pierwotne (protony o energiach od 10-7 do 10-20 eV, pozytony, elektrony, promieniowanie gamma) oraz wtórne (głównie miony i elektrony na które miony się rozpadają) powodują różnego rodzaju uszkodzenia biologiczne , w tym w strukturach DNA (mutacje, rekombinacje genόw, denaturacja DNA). Okazuje się jednak, że te uszkodzenia nie sa spowodowane przez samo promieniowanie, ale glównie przez elektrony, które powstają w żywych komórkach jako efekt jonizacji, np. czaąsteczek wody. Elektrony te mają energie w zakresie od 1 do 20 eV, czyli teroetycznie energie zbyt małe aby dokonywać kolejnej jonizacji złożonych drobin (próg jonizacji np. alkoholu etylowego wynosi 10,5 eV). Do niedawna nie bylo jasne, czy takie niskoenergetyczne elektrony mogą powodować uszkodzenia genetyczne DNA jak SSB (Single Strand Break) czyli przerwanie jednego z ramion helisy DNA lub DSB (Double Strand Break) czyli przerwanie obu ramion helisy.
Naukowcy kanadyjscy [Science, Vol 287, 3/12/2000] przeprowadzili skomplikowany eksperyment, który miał wyjaśnić mechanizm tych uszkodzeń. Wyniki okazały się zaskakujące (Rys. 1):
Rys. 1 Uszkodzenia struktury DNA przez elektrony o niskich energiach.
1. Elektrony o bardzo niskich energiach wywoluja
uszkodzenia DNA (zarówno SSB i DSB) nawet dla energii poniżej progu jonizacji
DNA, ktόry wynosi od 7,5 do 10 eV.
2. Zdolność do uszkodzeń DNA (przekrój czynny na oddziaływanie) silnie zależy od energii elektronow, czyli ma charakter rezonansowy. Zaobserwowany próg reakcji wynosi około 3 eV dla SSB i okolo 5 eV dla DSB; maksimum przekroju czynnego wypada około 10 eV. Zachowanie takie rózni się od charakteru oddziaływania kwantów promieniowania elektromagnetycznego (fotonow) z DNA, gdzie obserwuje się monotoniczny wzrost ilości uszkodzeń od 7 do 12 eV a nastepnie, dla wyższych energii, stały przekrój czynny, niezmieniony aż do 2 keV.
3. Obserwowane maksimum przekrojów czynnych jest do dwóch rzędόw wielkości większe niż dla fotonów.
Wyniki pokazują więc, że uszkodzenia nie zależą jedynie od energii zaabsorbowanego kwantu, ale i od natury przenoszącej go cząstki.
Wyjaśnieniem tego procesu okazało się dysocjacyjne przyłączenie elektronu do molekuły i powstanie stanu rezonansowego – przejściowego anionu molekularnego
e-+ RH = RH*-,Promieniowanie kosmiczne, zarówno tzw. pierwotne (protony o energiach od 10-7 do 10-20 eV, pozytony, elektrony, promieniowanie gamma) oraz wtórne (głównie miony i elektrony na które miony się rozpadają) powodują różnego rodzaju uszkodzenia biologiczne , w tym w strukturach DNA (mutacje, rekombinacje genόw, denaturacja DNA). Okazuje się jednak, że te uszkodzenia nie sa spowodowane przez samo promieniowanie, ale glównie przez elektrony, które powstają w żywych komórkach jako efekt jonizacji, np. czaąsteczek wody. Elektrony te mają energie w zakresie od 1 do 20 eV, czyli teroetycznie energie zbyt małe aby dokonywać kolejnej jonizacji złożonych drobin (próg jonizacji np. alkoholu etylowego wynosi 10,5 eV). Do niedawna nie bylo jasne, czy takie niskoenergetyczne elektrony mogą powodować uszkodzenia genetyczne DNA jak SSB (Single Strand Break) czyli przerwanie jednego z ramion helisy DNA lub DSB (Double Strand Break) czyli przerwanie obu ramion helisy.
Naukowcy kanadyjscy [Science, Vol 287, 3/12/2000] przeprowadzili skomplikowany eksperyment, który miał wyjaśnić mechanizm tych uszkodzeń. Wyniki okazały się zaskakujące (Rys. 1):
Rys. 1 Uszkodzenia struktury DNA przez elektrony o niskich energiach.
2. Zdolność do uszkodzeń DNA (przekrój czynny na oddziaływanie) silnie zależy od energii elektronow, czyli ma charakter rezonansowy. Zaobserwowany próg reakcji wynosi około 3 eV dla SSB i okolo 5 eV dla DSB; maksimum przekroju czynnego wypada około 10 eV. Zachowanie takie rózni się od charakteru oddziaływania kwantów promieniowania elektromagnetycznego (fotonow) z DNA, gdzie obserwuje się monotoniczny wzrost ilości uszkodzeń od 7 do 12 eV a nastepnie, dla wyższych energii, stały przekrój czynny, niezmieniony aż do 2 keV.
3. Obserwowane maksimum przekrojów czynnych jest do dwóch rzędόw wielkości większe niż dla fotonów.
Wyniki pokazują więc, że uszkodzenia nie zależą jedynie od energii zaabsorbowanego kwantu, ale i od natury przenoszącej go cząstki.
Wyjaśnieniem tego procesu okazało się dysocjacyjne przyłączenie elektronu do molekuły i powstanie stanu rezonansowego – przejściowego anionu molekularnego
ktόry rozpada sie następnie przez
auto-odłączenie elektronu lub też ulega dysocjacji
(z odlaczeniem jonu H-) wzdłuż jednego lub kilku wiązań
RH*- = R + H-.Podobny mechanizm uszkodzeń molekuł stwierdzono w przypadku cienkich warstw zawierających wodę, tyminę i analog dezyksyrybozy (Rys. 2).
Rys. 2 Uszkodzenia skondensowanych filmów molekuł (A – tyminy, B – wody C – alkoholu tetrahydrofurylowego) wywolane przez elektrony.
