Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Βιοφυσική. Ενότητα 7. Μαρκοπούλου Μυρσίνη Γεωργακίλας Αλέξανδρος

Σχετικά έγγραφα
Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σεμινάριο Φυσικής Ενότητα 15

ΙΟΝΤΙΖΟΥΣΑ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ

Επαγόμενες από την ακτινοβολία βλάβες του DNA μετά από πράξεις επεμβατικής καρδιολογίας

ΡΑΔΙΟΧΗΜΕΙΑ 1. ΦΥΣΙΚΗ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5. ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΤΟΞΙΚΟΤΗΤΑ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΩΝ ΙΣΟΤΟΠΩΝ Τμήμα Χημικών Μηχανικών

Επιδίωρθωση Βλαβών στο DNA Πεφάνη Δάφνη Επίκουρη καθηγήτρια, Εργαστήριο Βιολογίας

Δομή και χημεία Νουκλεοτιδίων και Νουκλεϊκών οξέων DNA/RNA

Επιδιόρθωση Βλαβών του DNA. DNA Repair

Ιοντίζουσες ακτινοβολίες. Τι είναι, σε τι χρησιμεύουν; Σταυρούλα Βογιατζή Τμήμα Αδειών & Ελέγχων. ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΑΤΟΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ www.

ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΜΕ ΤΗΝ ΥΛΗ

ΡΑΔΙΟΧΗΜΕΙΑ 1. ΑΠΑΡΙΘΜΗΤΕΣ ΙΟΝΤΙΣΜΟΥ ΑΕΡΙΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6.ΜΕΤΡΗΤΕΣ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

Τεχνητές πηγές ακτινοβολιών και η χρήση τους από τον άνθρωπο

KΕΦΑΛΑΙΟ 1ο Χημική σύσταση του κυττάρου. Να απαντήσετε σε καθεμιά από τις παρακάτω ερωτήσεις με μια πρόταση:

ΕΠΙΔΙΟΡΘΩΣΗ ΤΟΥ DNA Tι είναι επιδιόρθωση του DNA Ποιά είναι τα κύρια συστήµατα επιδιόρθωσης DNA

θετικής κατεύθυνσης Παραδόσεις του μαθήματος Επιμέλεια: ΑΡΓΥΡΗΣ ΓΙΑΝΝΗΣ

Βιοφυσική. ΦΥΣ 415 Διδάσκων Σ. Σκούρτης (χειμερινό εξάμηνο ) 1 η Διάλεξη

ΡΑΔΙΟΧΗΜΕΙΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4. ΤΕΧΝΗΤΑ ΡΑΔΙΟΝΟΥΚΛΙΔΙΑ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΤΟΞΙΚΟΤΗΤΑ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΩΝ ΙΣΟΤΟΠΩΝ. Τμήμα Χημικών Μηχανικών

Βιολογία Γενικής Παιδείας Β Λυκείου

ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ_ Β ΛΥΚΕΙΟΥ

ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΚΑΙ ΟΡΙΣΜΟΙ ΤΗΣ ΡΑ ΙΟΧΗΜΕΙΑΣ

ΑλληλεπίδρασηΦορτισµένων ΣωµατιδίωνκαιΎλης. ηµήτρηςεµφιετζόγλου Εργ. ΙατρικήςΦυσικής Παν/µιοΙωαννίνων

Μάθημα 18 Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας με την ύλη.

ΒΙΟΦΥΣΙΚΗ. Αλληλεπίδραση ιοντίζουσας ακτινοβολίας και ύλης.

Κυτταρική Βιολογία. Ενότητα 12 : Απόπτωση ή Προγραμματισμένος κυτταρικός θάνατος. Παναγιωτίδης Χρήστος Τμήμα Φαρμακευτικής ΑΠΘ

Φυσικά ή τεχνητά ραδιονουκλίδια

Τύποι νουκλεϊκών οξέων

Ακτινοθεραπεία Ακτινοβιολογία

Κυτταρική Βιολογία. Ενότητα 04 : Αντιγραφή της γενετικής πληροφορίας και επιδιόρθωση λαθών. Παναγιωτίδης Χρήστος Τμήμα Φαρμακευτικής ΑΠΘ

ΡΑΔΙΟΧΗΜΕΙΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6.ΜΕΤΡΗΤΕΣ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑΣ. ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΤΟΞΙΚΟΤΗΤΑ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΩΝ ΙΣΟΤΟΠΩΝ Τμήμα Χημικών Μηχανικών

Καρκίνος. Note: Σήμερα όμως πάνω από το 50% των διαφόρων καρκινικών τύπων είναι θεραπεύσιμοι

ΦΥΣΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΤΗΝ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

ΡΑΔΙΟΧΗΜΕΙΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. ΝΟΥΚΛΙΔΙΑ 2. ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΩΝ ΡΑΔΙΟΝΟΥΚΛΙΔΙΩΝ

Οργανική Χημεία. Κεφάλαια 12 &13: Φασματοσκοπία μαζών και υπερύθρου

ΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ

ΦΥΣΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΤΗΝ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

ΑΤΟΜΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ κβαντισμένη h.f h = J s f = c/λ h.c/λ

Συμπέρασμα: η Η/Μ ακτινοβολία έχει διπλή φύση, κυματική και σωματιδιακή.

Μοριακή Βιολογία. Ενότητα # (2): Μεταλλάξεις και γενετική ποικιλότητα στα βακτήρια. Παναγιωτίδης Χρήστος Τμήμα Φαρμακευτικής

ΡΑΔΙΟΛΥΣΗ: Χημικά και Βιοχημικά φαινόμενα παρατηρούμενα σε υλικό μετά την έκθεσή του σε ιοντίζουσες ακτινοβολίες υψηλής ενέργειας

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5. Διατήρηση και συνέχεια της ζωής

ΜΑΘΗΜΑ: Τεχνολογία Μετρήσεων ΙΙ

ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

Βιολογία Κατεύθυνσης Γ Λυκείου

Αντιγραφή, έκφραση και ρύθµιση της γενετικής πληροφορίας. Κεφάλαιο 2

dx A β δ: παράμετρος πυκνότητας, πόλωση του μέσου, ενέργεια πλάσματος τι περιμένουμε 1/ 2 πτώση Ένα ελάχιστο: minimum ionizing particle: MIP

Βιολογία Γ Γενικού Λυκείου Θετικής κατεύθυνσης. Κεφάλαιο 1α Το Γενετικό Υλικό

Ανίχνευση σύνθετων βλαβών DNA σε καρκινικά και υγιή κύτταρα έπειτα από έκθεση σε χαμηλές δόσεις ακτινοβολίας γ

Ασκήσεις. 1 ο Κεφάλαιο: Το Γενετικό Υλικό

Βασικές αρχές ακτινοβιολογίας. Δέσποινα Σπυροπούλου Επίκουρη Καθηγήτρια Ακτινοθεραπευτικής Ογκολογίας Ιατρικό Τμήμα Πανεπιστημίου Πατρών

Η ακτινοβολία γ παράγεται από διεγερμένους πυρήνες κατά τη μετάπτωσή τους σε χαμηλότερα ενεργειακά επίπεδα.

Βιοδοσιμετρία και εξατομίκευση επικινδυνότητας υπερέκθεσης σε ιοντίζουσες ακτινοβολίες με κυτταρογενετικές μεθόδους

Κεφάλαιο 1 ο Το γενετικό υλικό Μεθοδολογία Ασκήσεων

ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ Ι

Μεταλλάξεις DNA. Επιδιόρθωση DNA. Μοριακή βάση µεταλλαξεων και επιδιόρθωσης του DNA

Να επιλέξετε την φράση που συμπληρώνει ορθά κάθε μία από τις ακόλουθες προτάσεις:

ΜΑΘΗΜΑ: ΡΑΔΙΟΒΙΟΛΟΓΙΑ ΘΕΜΑ: ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΙΟΝΤΙΖΟΥΣΩΝ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΩΝ ΣΕ ΖΩΝΤΕΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥΣ

Ιατρική Φυσική. Π. Παπαγιάννης Επίκ. Καθηγητής, Εργαστήριο Ιατρικής Φυσικής, Ιατρική Σχολή Αθηνών Γραφείο

«Ανίχνευση ομαδοποιημένων βλαβών στο DNA ανθρώπινων κυττάρων κατόπιν έκθεσης σε ιοντίζουσα ακτινοβολία»

ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ 1

Φυσική ΙΙ (Ηλεκτρομαγνητισμός Οπτική)

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Βιοτεχνολογία. Μεταλλαξιγένεση Διδάσκουσα: Αναπλ. Καθ. Άννα Ειρήνη Κούκκου

ΙΑΤΡΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ eclass: MED808 Π. Παπαγιάννης

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΚΑ ΥΛΙΚΑ. Ενότητα 1: ΑΤΟΜΑ ΚΑΙ ΔΕΣΜΟΙ ΛΙΤΣΑΡΔΑΚΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΤΗΜΜΥ

ΡΑΔΙΟΧΗΜΕΙΑ 2. ΧΡΟΝΟΣ ΥΠΟΔΙΠΛΑΣΙΑΣΜΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3. ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ

Ραδιενεργές διασπάσεις. Ραδιονουκλίδια στην ιατρική

Νουκλεϊκά οξέα: νήµατα και αγγελιαφόροι της ζωής

ΠΥΡΗΝΑΣ ΑΤΟΜΟΥ Ο όρος πυρήνας (nucleus) εισάγεται το 1912 από τον Rutherford. Κάθε άτομο αποτελείται από μια περιορισμένη περιοχή όπου συγκεντρώνεται

Ατομική και Μοριακή Φυσική

Βιολογικές επιδράσεις ιοντίζουσας ακτινοβολίας. Παράγοντες εκθέσεως σε ακτινοβολία ασθενών & προσωπικού

ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΙΑ ΣΙΔΗΡΟΥ Ι Μεταλλουργία Σιδήρου Χυτοσιδήρου Θεωρία και Τεχνολογία Τμήμα Μηχανικών Μεταλλείων - Μεταλλουργών

ΓΕΝΕΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ. Η τεχνολογία του ανασυνδυασμένου DNA και οι εφαρμογές της...

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΟ 1 ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ

Επίδραση Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών σε Νουκλεϊνικά Οξέα (DNA, RNA) Είναι τα πιο ευπαθή στην ιοντίζουσα ακτινοβολία βιομόρια.

ΡΑΔΙΟΧΗΜΕΙΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8. ΓΕΝΕΣΗ ΤΩΝ ΧΗΜΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ. ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΤΟΞΙΚΟΤΗΤΑ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΩΝ ΙΣΟΤΟΠΩΝ Τμήμα Χημικών Μηχανικών

Κεφάλαιο 1: Το Γενετικό Υλικό 1.

ΑΝΟΙΧΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ. Αστροφυσική. Ενότητα # 8: Pulsars. Νικόλαος Στεργιούλας Τμήμα Φυσικής

ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

Θέματα πριν τις εξετάσεις. Καλό διάβασμα Καλή επιτυχία

Κεφάλαιο 15 Μεταλλαγές του DNA, επιδιόρθωση του DNA και μεταθετά στοιχεία. Η πρωτεΐνη UvrB, ένα ένζυμο επιδιόρθωσης με εκτομή νουκλεοτιδίου.

Το κεντρικό δόγμα (The central dogma)

Θέματα Πανελλαδικών

Πηγές Πηγές Ταχέων Ηλεκτρονίων internal conversion internal conversion

ΡΑΔΙΟΒΙΟΛΟΓΙΑ. Εξάμηνο Υ/Ε Ώρες Θεωρίας Ώρες Ασκήσης Διδακτικές μονάδες ECTS Ζ Ε Διδάσκων

Μελέτη Ακτινοευαισθησίας Καρκινικής Σειράς Α431 με χρήση έξι (6) κιναζολινικών παραγώγων. Δέλλιος Δημήτριος

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών. Χημεία. Ενότητα 8: Η θεωρία δεσμού σθένους. Τόλης Ευάγγελος

ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

ΡΑΔΙΟΧΗΜΕΙΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5. ΤΟΞΙΚΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΤΟΞΙΚΟΤΗΤΑ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΩΝ ΙΣΟΤΟΠΩΝ. Τμήμα Χημικών Μηχανικών

Ανιχνευτές σωματιδίων

Ακτινοβιολογία - Ακτινοθεραπεία Ακτινοπροστασία

Πανελλήνιες Εξετάσεις Ημερήσιων Γενικών Λυκείων. Εξεταζόμενο Μάθημα: Βιολογία Θετικής Κατεύθυνσης, Ημ/νία: 22 Μαΐου Απαντήσεις Θεμάτων

Εξεταζόμενο Μάθημα: Βιολογία Θετικής Κατεύθυνσης, Ημ/νία: 18 Μαίου Απαντήσεις Θεμάτων ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Σύγxρονη Φυσική II. Ατομική Δομή ΙΙΙ Διδάσκων : Επίκ. Καθ. Μ. Μπενής

ΡΑΔΙΟΧΗΜΕΙΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. ΝΟΥΚΛΙΔΙΑ 1. ΠΕΡΙΟΔΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ ΝΟΥΚΛΙΔΙΩΝ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1. Μ.ΒΡΑΧΝΟΥΛΑ Σελίδα 1

ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ 22 ΜΑΪΟΥ 2015 ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

Αλληλεπίδρασηφορτισµένων σωµατιδίωνµετηνύληκαιεφαρµογές

Β. Σελ 60 σχολικού: «Η αποµόνωση του συνολικού έως και σελ 61 από µία cdna βιβλιοθήκη.». Γ. ι ι α α α ι α α ι α α α! " # $ % & ' ( ) ( ) ( * % + α ι α

Οι αζωτούχες βάσεις των νουκλεοτιδίων είναι:

ΑΡΧΕΣ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΠΥΡΗΝΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ Α ΛΥΚΕΙΟΥ - ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ

Transcript:

Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Βιοφυσική Ενότητα 7 Μαρκοπούλου Μυρσίνη Γεωργακίλας Αλέξανδρος

Άδεια Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειτα σε άδειες χρήσης Crea%ve Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναγράφεται ρητώς.

Η παρουσίαση αυτή χωρίζεται στα παρακάτω τμήματα: 1. Εισαγωγή στην έννοια των βλαβών DNA, μελέτες σε ανθρώπινα κύτταρα, τεχνικές. 2. Μηχανισμοί επιδιόρθωσης (DNA repair). 3. Βιολογική σημασία (μεταλλάξεις- χρωμοσωμική αστάθεια)

Ιονίζουσες ακτινοβολίες Με τον όρο ιονίζουσες ακτινοβολίες χαρακτηρίζουμε τις ακτινοβολίες εκείνες που μεταφέρουν ικανή ενέργεια ώστε κατά την αλληλεπίδραση τους με την ύλη να προκαλέσουν ιονισμό των ατόμων της. Στις ιονίζουσες ακτινοβολίες κατατάσσονται οι ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες όπως η γ- και η Χ- (ουδέτερα κβάντα ενέργειας χωρίς μάζα) και οι σωματιδιακές όπως οι α- (πυρήνες He), β- (πρωτόνια και ποζιτρόνια), τα νετρόνια και κάποια σωματίδια που παράγονται τεχνητά ή αποτελούν συνιστώσες της κοσμικής ακτινοβολίας

Απορρόφηση ακτινοβολίας Η απορρόφηση της ιοντίζουσας ακτινοβολίας από τα βιολογικά υλικά δημιουργεί ιοντισμούς και διεγέρσεις με αποτέλεσμα τη δημιουργία ορισμένων σχηματισμών σμώ που ονομάζονται ελεύθερες ρίζες. Οι ελεύθερες ρίζες είναι άτομα ή μόρια ηλεκτρικά ουδέτερα, με ίσους αριθμούς πρωτονίων και ηλεκτρονίων, αλλά ένα ηλεκτρόνιο της εξωτερικής στιβάδας δεν σχηματίζει ζεύγος (ασύζευκτο ηλεκτρόνιο), με αποτέλεσμα οι ελεύθερες ρίζες να είναι εξαιρετικά χημικώς δραστικές. Επειδή το μόριο που κυριαρχεί ποσοτικά στα βιολογικά υλικά είναι αυτό του ύδατος, είναι αυτό που κυρίως δέχεται την επίδραση της ακτινοβολίας.

Μονάδες δόσης Ενεργειακή δόση ακτινοβολίας ορίζεται ως η ενέργεια ιονίζουσας ακτινοβολίας W D που απορροφάται από όγκο ύλης V και πυκνότητας ρ. D=dW D /ρdv Μονάδα μέτρησης της δόσης είναι: 1 rad = 100 erg/gr gr= 10-2 J/kg SI: 1 Gy = 1 J/Kg 1 Gy = 100 rad

Στάδια αλληλεπίδρασης ακτινοβολίας Φυσικό στάδιο και βιολογικής ύλης > Αυτή ημεταφορά ενέργειας πραγματοποιείται σε χρόνο μικρότερο των 10-18 s αλλά η κατανομή ααομή της στον σο χώρο εξαρτάται α από το είδος και την ενέργεια της ιοντίζουσας ακτινοβολίας. > Αν η τιμή της LET (Linear Energy Transfer-LET = de/dx) είναι χαμηλή τότε η ακτινοβολία (π.χχ φωτόνια ή ηλεκτρόνια) προκαλεί μικρό αριθμό ιοντισμών και διεγέρσεων ανά μm διαδρομής. Αντιθέτως για ακτινοβολίες με υψηλή LET (σωματίδια α, πρωτόνια ή βαρέα ιόντα) ) παρατηρούνται πυκνοί ιοντισμοί ανά μm διαδρομής. Ηενέργεια που μεταφέρεται σε ένα μικρού όγκου βιολογικό υλικό, δεν είναι ηίδια για όλους τους στόχους και τα μόρια που το αποτελούν. Η μέση τιμή της ενέργειας που μεταφέρεται στο βιολογικό υλικό είναι η απορροφούμενη δόση.

Συνέχεια σταδίων... Χημικό στάδιο > Στο στάδιο αυτό που ακολουθεί το φυσικό, κατά το οποίο τα άτομα του βιολογικού υλικού ακτινοβολήθηκαν, τα συστατικά των κυττάρων αντιδρούν με ταχείες χημικές αντιδράσεις. > Η απορρόφηση της ιοντίζουσας ακτινοβολίας από τα βιολογικά υλικά δημιουργεί ιοντισμούς και διεγέρσεις με αποτέλεσμα τη δημιουργία ορισμένων σχηματισμών που ονομάζονται ελεύθερες ρίζες. > Οι ελεύθερες ρίζες είναι άτομα ή μόρια ηλεκτρικά ουδέτερα, με ίσους αριθμούς πρωτονίων και ηλεκτρονίων, αλλά ένα ηλεκτρόνιο της εξωτερικής στιβάδας δεν σχηματίζει ζεύγος (ασύζευκτο ηλεκτρόνιο), με αποτέλεσμα οι ελεύθερες ρίζες να είναι εξαιρετικά χημικώς δραστικές. Επειδή το μόριο που κυριαρχεί ποσοτικά στα βιολογικά υλικά είναι αυτό του ύδατος, είναι αυτό που κυρίως δέχεται την επίδραση της ακτινοβολίας.

Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας- Βιολογικών υλικών Συνοπτικά, η ραδιόλυση του ύδατος περιγράφεται από την εξίσωση: Η Ο -> e(aq) + OH ο + Η ο 2 + Η 2 + Η 2Ο 2 Οι ελεύθερες ρίζες ΟΗ,, είναι ασταθείς και εξαιρετικά δραστικές, γι' αυτό και η εμβέλεια τους είναι μικρότερη από 100 Angstrom. Εάν ένα οργανικό μόριο, RH (π.χ. χ DNA), βρεθεί μέσα στην τροχιά των ελευθέρων ριζών, θα συμβούν αντιδράσεις της μορφής: RH + ΟΗ R ο + Η 2 Ο θα παραχθούν δηλαδή οργανικές ρίζες R, που ως ασταθείς και με υψηλό ενεργειακό περιεχόμενο, θα μετασχηματιστούν γρήγορα προκαλώντας μεταβολή- βλάβη στη δομή του οργανικού μορίου.

Βιολογικό στάδιο 3ο...ΕΠΙ ΙΟΡΘΩΣΗ DNA > Αμέσως μετά το χημικό στάδιο αρχίζει ηεμφάνιση ενζυμικών μηχανισμών που δρουν επιδιορθωτικά στους μοριακούς σχηματισμούς που υπέστησαν βλάβη. Η διαδικασία της επιδιόρθωσης διαρκεί κατά το κύριο μέρος της από 15min-3h και ολοκληρώνεται σε 24-4848 περίπου ώρες. Στην περίπτωση όπου ηβλάβη είναι αδύνατον να επιδιορθωθεί, τα κύτταρα οδηγούνται σε είτε στη δημιουργία μεταλλάξεων η /και / κυτταρικό θάνατο μέσω απόπτωσης (apoptosis) apoptosis).

Βλάβες DNA Επιδιόρθωση Χρωμοσωμικές αλλοιώσεις Μεταλλάξεις

Βλάβες DNA ιαχωρισμός στοχευμένων (targeted effects) και μη στοχευμένων επιπτώσεων (non-targeted effects) της ακτινοβολίας W.F. Morgan, M.B. Sowa, Non-targeted bystander effects induced by ionizing radiation, Mutat. Res. 616 (2007) 159 164. 164. Στοχευμένες: Αμεση και απ ευθείας έκθεση κυττάρων στην ακτινοβολία Μη στοχευμένες: Εμμεση μέσω διαφόρων παραγόντων που παράγονται/εκλύονται από τα κύτταρα

Τί είναι το DNA; Γραμμική Μεταβίβαση Ενέργειας (linear energy transfer; LET = dε/ Ε/dΧ Η δομή του DNA. εξιά: οι 2 συμπληρωματικές αλυσίδες του DNA, όπου διακρίνονται τα ζεύγη βάσεων ΑΤ και GC, καθώς και η αντιπαράλληλη κατεύθυνση των αλυσίδων. Αριστερά: το πρότυπο της διπλής έλικας του DNA των Watson και Crick. Οι οριζόντιες γραμμές συμβολίζουν τις συμπληρωματικές βάσεις υδρογονικούς δεσμούς. The LET of diagnostic x-rays is about 3 kev/μm, whereas the LET of 5 MeV alpha particles is 100 kev/μm.

Ρόλος LET στην επίδραση στα κύτταρα Comparison of particle tracks in nuclear emulsions and human cells. Three nuclei of human fibroblasts exposed to (A) γ-rays, (B) silicon ions, or (C) iron ions; and immunostained for detection of γ-h2ax. Every green focus corresponds to a DNA double-strand break. (D) Tracks of different ions, from protons to iron, in nuclear emulsions show increasing ionisation density (LET= E/ x) as charge, Z, increases. Biological effects increases with increasing atomic number. Cuccinota and Durante, The Lancet Oncology, 7, 2006

Βλάβες DNA Κάθε αλλαγή στην δομή του DNA και επομένως στο γενετικό κώδικα μπορεί να ερμηνεύσει ποιοτικά τη βιολογική επίδραση των ακτινοβολιών. Οι πιθανές βλάβες β του DNΑ που προέρχονται ρχ από ακτινοβόληση η με ιοντίζουσα ακτινοβολία παρατίθενται πάρα κάτω: 1. Σπάσιμο ενός κλώνου της αλυσίδας (Single Strand Break-SSB) 2. ιπλό σπάσιμο της αλυσίδας (σπάσιμο και των δύο κλώνων; Double Strand Break-DSB DSB). Εάν η ακτινοβολία προσβάλει και τους δύο κλώνους ταυτόχρονα και μάλιστα στην ίδια θέση τότε οι μηχανισμοί επιδιόρθωσης του κυττάρου δεν μπορούν να λειτουργήσουν με ακρίβεια. Τέτοιου είδους θραύσεις και ακολουθούμενες με λανθασμένη αντικατάσταση βάσεων μπορούν να οδηγήσουν σε μεταλλαγές που μεταφέρονται στους απογόνους (αν γίνονται σε γενετικά κύτταρα) ) ή προκαλούν καρκινογένεση στο ίδιο το άτομο (αν γίνονται σε σωματικά κύτταρα). 3. Αλλοίωση μιας βάσης (οξειδώσεις, μεθυλιώσεις, αποπουρινώσεις, απαμινώσεις) α 4. Απώλεια μιας βάσης (αβασικά σημεία-ap sites) 5. Σπάσιμο δεσμού υδρογόνου μεταξύ των δύο αλυσίδων 6. Εγκάρσιες συνδέσεις μεταξύ των ελικών (διαδεσμοί διαδεσμοί-crosslinks)

Εκθεση DNA σε ιονίζουσα ακτινοβολία Μόριο DNA Αλληλεπίδρασηλ με ακτινοβολία/χημικά / Ομαδοποιημένες βλάβες DNA (damage μ ημ ς β β ς ( g clusters: Ward, 1981)

Επιδιορθωτικοί Μηχανσιμοί DNA Mismatch Repair (MMR) > ιορθώνει τα λεγόμενα λάθη τοποθέτησης ενός νουκλεοτιδίου ή «τυπογραφικά λάθη» που εμφανίζονται κατά την αντιγραφή του DNA (προσθήκη 1-4 βάσεων/ απάλειψη 1-4 βάσεων/ εισδοχή μη συμπληρωματικής βάσης) Nucleotide Excision Repair (NER) > ιορθώνει βλάβες οι οποίες παραμορφώνουν (bulk lesions) το σχήμα της διπλής έλικος του DNA, όπως σχηματισμός διμερών πυριμιδινών (pyrimidine dimers) και ομοιοπολική πρόσδεση ογκωδών χημικών ομάδων (συμμετοχή των XP proteins) Base excision repair (BER) > ιορθώνει κυρίως αλλοιώσεις μίας μόνο βάσης νουκλεοτιδίου (οξείδωση, μεθυλίωση, αποπουρίνωση ή απαμίνωση) και μονόκλωνες θραύσεις (SSBs; single strand breaks). Κύριος μηχανισμός για ιονίζουσες ακτινοβολίες και ειδικά χαμηλές δόσεις (<1 Gy) Nucleotide excision repair (NER) > ιορθώνει αλλοιώσεις που εκτείνονται συνήθως σε δύο ή περισσότερα νουκλεοτίδια (για παράδειγμα διμερή θυμίνης) και την προσθήκη ογκωδών μορίων (UV ακτινοβολίες)

Βλάβες DNA μετά από έκθεση σε ακτινοβολία low LET Τύπος της βλάβης Αριθμός ανά Gy Ρήξη διπλής αλυσίδας (Double strand break, DSB) 50 Ρήξη μονής αλυσίδας (Single strand break, SSB) 500-100 Καταστροφή βάσης 1000-2000 Καταστροφή σακχάρου 800-1600 Διασταυρούμενη σύνδεση D.N.A.-D.N.A. 30 Διασταυρούμενη σύνδεση D.N.A.- πρωτεΐνες 150

DNA ΚΑΙ ΙΟΝΙΖΟΥΣΑ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ Αμεση εναπόθεση ενέργειας Εμμεση εναπόθεση ενέργειας ιονισμοί βάσεων DNA Ραδιόλυση νερού, ΟΗ. (Σωματιδιακή ακτινοβολία) Σωμάτια-α (Ηλεκτρ/γνητική ακτινοβολία) Ακτίνες-γ, Χ υψηλές δόσεις χαμηλές δόσεις Θραύσεις κλώνων DNA μονόκλωνες (SSBs) ή/και δίκλωνες (DSBs) Αλλοιώσεις κλώνων (nicks): 1. Αλλοίωση ή/και απώλεια αζωτούχου βάσης ή/και σακχάρεος. 2 Αλκαλικώς ευαίσθητα σημεία ή/και 2. Αλκαλικώς ευαίσθητα σημεία ή/και θερμικώς ευαίσθητα σημεία.

ΤΕΧΝΙΚΕΣ Ηλεκτροφόρεση ρ αγαρόζης σταθερού και παλμικού πεδίου PFGE (CHEF DRII, Biorad) Ηλεκτροφόρεση απομονωμένων κυττάρων σε πήκτωμα αγαρόζης (SCGE or Comet Assay) Ενζυματικούς ανιχνευτές βλαβών

Περιγραφή των αρχών μεθόδου Ενδονουκλεάσης - PUTR για ανθρώπινα κύτταρα: -rays Προετοιμασία για ηλεκτροφορεση παλμικού πεδίου (CHEF) Λύσις των κυττάρων εντός μικροπηκτωμάτων αγαρόζης. Χρησιμοποίηση ενδονουκλεάσης, 37 o C, 1 hr. Control 37 o C, 1 hr. Χρησιμοποίηση PUTR, 37 o C, 1 hr.

Κίνηση η DNA σε πήκτωμα γέλη αγαρόζης +

Intensity Irradiated Migration

Pulsed Field Gel Electrophoresis

Measurement of OCDL in Human DNA Pulsed Field Gel Electrophoresis (PFGE) and Number Average Length Analysis (NALA) - + Radiation Size (Mbp) 5.7 3.2 Endogenous 0.004 E(+) R(+) E(+) J. Sutherland et al. 2001. NALA 1. Calculate number average length (Ln) for each lane: Ln (-) and Ln (+) 2. DSBs = 1/Ln R R (+) - 1/Ln (-) 3. OCDL = 1/Ln E (+) -1/Ln E (-) Radiation (measure DSBs) Enzyme (OCDL)

Ανίχνευση διπλόκλωνων θραύσεων DSBs και ομαδοποιημένων βλαβών β σε καρκινικά κύτταρα MCF-7 ύστερα από έκθεση σε ακτινοβολία γ ( 5 Gy). Χρησιμοποιήθηκε η γλυκοσυλάση από βακτήριο E. coli Fpg. Το συγκεκριμένο ένζυμο αναγνωρίζει κυρίως οξειδωμένες πουρίνες (8- oxodg και άλλες) Francisco et al. (2008) Free Radic. Biol. Med.

Single Cell Gel Electrophoresis Comet Assay Tail Moment=(TAIL LENGTH) X Tail%DNA/100

Τεχνική της φοσφωρυλιωμένης ιστονικής πρωτείνης Η2Α ( -H2AX) Ιστόνη H2AX (14 kda) είναι ένα πανταχού παρόν μέλος της Η2Α οικογένεια ιστονών Στα θηλαστικά η Η2ΑΧ αντιπροσωπεύει το 10% της Η2Α Η φωσφορυλίωση πού γίνεται από κινάσες, όπως ATM και ATR, του 139 σερίνης εντός της SQ μοτίβο δίδει ένα μορφή γνωστή ως γ-h2ax σε απόκριση προς διπλής έλικος βλάβης DSBs του DNA και την απόπτωση. Rogakou, Bonner et al. J. Biol. Chem. 1998

Αρχές της τεχνικής Comet Assay Cells and agarose mixture Microscope slide cell lysis Electrophoresis (Alkaline or neutral conditions) Cells : Control Radiation or enzyme treatment - + + Radiation DNA migration Ανίχνευση SSBs, DSBs and OCDL + Radiation + enzymatic probe Fluorescence labeling of DNA prior to analysis

Eίδος βλαβών που ανιχνεύονται με το Comet Assay Αλκαλικές λ συνθήκες: Μονόκλωνες θραύσεις και αλκαλικώς ευαίσθητα σημεία (SSBs and alkali labile sites). Ουδέτερες συνθήκες: ιπλόκλωνες λ θραύσεις (Double strand breaks, DSBs) Με τη χρήση επιδιορθωτικών ενζύμων: διαφορετικούς τύπους OCDL (abasic clusters, oxidized base clusters)

Ανίχνευση βλαβών DNA σε κύτταρα Acute Lymphoblastic Leukemia (NALM-6) μετά από έκθεση σε ακτινοβολία γ (4 Gy) με την τεχνική του Comet assay σε συνθήκες ουδέτερες (μη αλκαλικές) 5Gy 5Gy+Fpg 0Gy 10Gy 1. Holt, S. M. & Georgakilas, A. G. (2007) Radiat. Res. 168, 527-534. 2. Holt, S. M., Scemama, J. L., Panayiotidis, M. I. & Georgakilas, A. G. (2009) Mutat. Res. 674, 123-130.

Ανίχνευση Χρωμοσωμικών Αλλοιώσεων με τις τεχνικές m-fish και m-band Κύτταρα MCF-7 Complex exchange Simple exchange Σε συνεργασία με την Dr. Hada, NASA/Johnson Center, TX, USA

Πιθανοί μηχανισμοί αντιμετώπισης των αβασικών δίκλωνων ομαδοποιημένων βλαβών: hape1 AP site Sequential Repair SSB DSB Διπλασιασμός hape1 Πιθανή δημιουργία μεταλλάξεων Επιδιόρθωση Κυτταρικός Κυτταρικός θάνατος

Μελλοντικές κατευθύνσεις: Πως επιδιορθώνουν τις συγκεκριμένες βλάβες κύτταρα με ελαττωματικούς μηχανισμούς μ επιδιόρθωσης? Α) Καρκίνος-Συμβολή των συγκεκριμένων βλαβώνβώ στη δημιουργία κυττάρων με υψηλό αριθμό μεταλλάξεων Καρκινογένεση. Β) Ανίχνευση προ-καρκινικών μορφών χρησιμοποιώντας τις ομαδοποιημένες βλάβες ως βιο-δείκτες (biomarkers).

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικόυ έργου του διδάσκοντα Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα Ε.Μ.Π.» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικού πόρους.