一、电离辐射对生物大分子作用的基本原理
生物分子损伤是一切辐射生物效应的物质的基础。而生物分子损伤与自由基生成密切相关。自由基(free radical)是指一些独立存在的、带有一个或多个不成对电子的原子、分子、基团或离子。自由基是最大特性是化学不稳定性和高反应性,寿命很短,·OH(氢氧自由基)的平均寿命为10-9~10-8s,生物分子自由基也多在10-6~10-4s之间。
1.生物分子自由基的生成:有两种方式:
(1)直接作用:电离辐射直接引起靶分子电离和激发而发生物理化学变化,生成生物分子自由基,如:
T为电离辐射作用的靶分子,T+和T*为电离产生的正离子自由基和激发形成的激发态分子。正离子自由基分解生成生物分子、中性自由基T·和离子;激发态分子解成两个自由基T·和H·。医学全在线www.med126.com
(2)间接作用:电离辐射作用于生物分子的周围介质(主要是水)生成水射解自由基,这些自由基再与生物分子发生物理化学变化生成生物分子自由基,称次级自由基。水辐射分解见图3-1。
图3-1 水辐射分解生成自由基简图
水辐射分解生成的自由基与生物分子作用:
2.生物分子损伤与修复:生物分子自由基生成后迅速起化学反应,两个自由基不配对电子相互配对,或是不配对电子转移给另一个分子,造成分子化学键的变化,引起生物分子破坏。自由基反应能不断地生成新自由基,继续与原反应物起反应,形成连锁反应,使生物分子损伤的数量不断扩大,直到出现歧化反应(dismutation),生成两个稳定分子。
被损伤的生物分子,可以通过各种方式进行修复。在自由基反应阶段(10-5s内)若介质中存在能供氢的分子,如含巯基化合物(谷胱甘肽G-SH等),则生物分子自由基可被修复,称化学修复。
在有O2情况下,生物分子自由基被氧化成超氧自由基而难以修复。这可用以解释氧能增强辐射效应的原理。