Принципы попадания и теория мишени в радиобиологии
МГЭУ им.А.Д.Сахарова (Международный государственный экологический университет)
Контрольная
на тему: «Принципы попадания и теория мишени в радиобиологии»
по дисциплине: «Радиобиология»
2021
15.00 BYN
Принципы попадания и теория мишени в радиобиологии
Тип работы: Контрольная
Дисциплина: Радиобиология
Работа защищена на оценку "9" без доработок.
Уникальность свыше 40%.
Работа оформлена в соответствии с методическими указаниями учебного заведения.
Количество страниц - 11.
Поделиться
Введение
Принцип попадания
Принцип попадания
Теория мишени
Заключение
Список использованных источников
Введение
При объяснении основного радиобиологического парадокса были сформулированы два положения, лежащие в основе наиболее ранних теоретических представлений в радиобиологии, известных под названием классического формализма.
Первое из них – принцип попаданий (Ф. Дессауэр, Д. Ли) основан на дискретности поглощения энергии, квантованности взаимодействия излучений с веществом, вероятностности распределения энергии в пространстве. Второе – принцип мишени (Д. Ли, Н.В. Тимофеев-Рессовский, К. Циммер) – учитывает высокую гетерогенность клетки в физическом и функциональном отношении.
Исходя из принципов попадания и мишени, заложивших фундамент количественной радиобиологии, была предложена теория мишени. В этой теории в качестве клеточных мишеней рассматриваются высокочувствительные объемы, лучевые повреждения которых могут быть ответственны за летальные исходы. Теория мишени нашла свое развитие в разнообразных биофизических моделях лучевого поражения. Вероятностная модель радиационного поражения клетки предложена Ю.Г. Капульцевичем в 1978г. на основе анализа количественных закономерностей различных реакций дрожжевых клеток на облучение и дополнена теорией мишени и принципом попадания.
Принцип попадания
Основные положения принципа попаданий заключаются в следующем:
1. Ионизирующие излучения обладают очень малой объемной плотностью по сравнению с другими видами излучения, например, с тепловым, т.е. переносят энергию в дискретном виде и попадают в некий объект «концентрированными порциями».
2. Фотоны и частицы ионизирующего излучения обладают огромной дискретной энергией, величина которой значительно превосходит энергию любой химической связи.
3. За время первой, физической стадии воздействия ионизирующего излучения на биологические объекты происходит поглощение, перераспределение и деградация энергии.
4. Энергия поглощенных живой системой фотонов или заряженных частиц полностью (прямо или косвенно) расходуется на возбуждение и ионизацию атомов и молекул.
5. Вероятность переноса энергии к молекуле не зависит от ее химической структуры, она определяется суммарной электронной плотностью вещества, имеющей примерно равные значения для различных элементов клетки. В основе принципа мишени лежит понимание того, что структура и функции живой системы неравноценны, гетерогенны и различаются в ответах на одно и то же попадание. Если радиация «одинаково безразлична» к облучаемым субстратам («не выбирает» их), то повреждение отдельных элементов биологических систем имеет неодинаковую значимость для судьбы клетки.
Теория мишени
Основная идея теории мишени в общем случае может быть выражена следующим образом: Исследуемая «реакция» наступает при определенном, большом числе облученных «единиц», если в единице имеет место определяемое число («число попаданий») «событий поражения мишени». Поскольку область, в которой должны происходить «события поражения мишени», не обязательно идентична «единице», каждой «единице» можно приписать одну (или несколько) «областей поражения мишени». Благодаря этим, чисто формальным понятиям, как мы увидим позднее, можно построить общую формальную теорию мишени, которая пригодна для описания многих радиобиологических опытов и, в частности, для исследования влияния определенных факторов, которыми в основополагающем представлении еще пренебрегали: биологическая вариабельность и временной фактор. С другой стороны, только последующая конкретизация формальных понятий с физической и биологической точек зрения обеспечивает более глубокое проникновение в механизм реакции: биофизический анализ, который подробно рассмотрим на примере некоторых, особенно хорошо изученных реакций. Однако сначала необходимо обсудить основу всех последующих исследований, общую формальную теорию мишени.
а) Процессы одиночного и множественного поражения мишени в простом диапазоне попадания Если число N0 одинаковых биологических единиц (из-за неизбежной биологической вариабельности не реализуемый воображаемый эксперимент!) подвергается действию макрофизически однородного облучения, которое вызывает в облучаемой среде некоторые микрофизические события («поражения мишени», например, ионизации), то можно ожидать, что в биологической единице объема V в см3 после облучения с дозой D (измеренной в «попаданиях на см3») произойдет V х D поражений мишени. Однако, поскольку облучение не является микрофизически однородным, и абсорбционные явления (события поражения мишени) распределены статистически и не зависят друг от друга, для этого случая можно применить Закон распределения Пуассона.
Заключение
Суть теории мишени можно свести к следующему:
Ионизирующее излучение передает в дискретных событиях взаимодействия с веществом клетки определенные порции энергии.
Число повреждений в точке передачи подчиняется закону Пуассона. Природа повреждений не рассматривается, но оговаривается, что это – двойные разрывы ДНК и хромосомные аберрации.
Первичные повреждения взаимодействуют, что формирует конечный эффект облучения.
Для гибели клетки достаточно одного реализованного конечного повреждения, представляющего собой результат фиксации первичных повреждений.
На основании принципов попадания и мишени можно анализировать кривые «доза-эффект», полученные в эксперименте. В зависимости от вида объекта и характера излучения получают различные дозные кривые – от простых экспоненциальных до сигмоидальных с различной величиной «плеча». Наиболее строго принцип попаданий применим к анализу поражения одноударных объектов. В этом случае можно рассчитать размеры и число мишеней. Применение этих принципов позволило впервые определить размеры некоторых макромолекул, вирусов, бактерий, генов, получить сведения о строении и функциях этих объектов. Наиболее значительным результатом теории мишени было установление того факта, что инактивация многих ферментов и вирусов является одноударной реакцией, а размер чувствительного объема часто близок к объему всей молекулы.
Интерпретация конкретных многоударных кривых с позиций теории мишени затруднительна. Пределы применимости принципов попадания и мишени не очень широки. Применение принципов попадания и мишеней наиболее эффективно в тех случаях, когда строятся гипотезы и теории механизмов таких радиобиологических реакций, которые являются результатом изменений определенных, известных внутриклеточных структур (таких, например, как мутации, хромосомные аберрации, гены и т.п.), количественно учитываемых в виде дискретных единиц реакции. При этом аналитические возможности резко повышаются в тех случаях, когда в основе теоретических построений лежат сравниваемые среди опытов с применением различных типов излучения и разных режимов воздействия. В более сложных и комплексных конечных радиобиологических реакциях принципы попадания и мишеней могут и должны применяться лишь при количественной оценке первичных физических пусковых механизмов этих реакций в экспериментах с применением разных доз различных типов излучений и разных режимов облучения.
1. Галицкий, Э.А. Радиобиология: курс лекций. / Э.А. Галицкий. – Гродно: ГрГУ, 2001. – 204 с.
2. Тимофеев-Ресовский, Н.В. Введение в молекулярную радиобиологию / Н.В. Тимофеев-Ресовский, А.В. Савич, М.И. Шальнов. – М., 1981. – 319 с.
3. Тимофеев-Ресовский Н.В. О принципах попадания и мишеней в радиобиологии // Первичные и начальные процессы биологического действия радиации. М.: Наука, 1972. С.26-29.
4. Тимофеев-Ресовский Н.В. Применение принципа попадания в радиобиологии / Н.В. Тимофеев-Ресовский, В.И. Иванов, В.И. Корогодин. – М., 1968. – 228 с.
5. Тимофеев-Ресовский, Н.В. Теория мишени радиобиологического действия / Н.В. Тимофеев-Ресовский Н.В., К.Г. Циммер // Биосфера. – 2010. –С. 432-450.
3. Храмченкова, О.М. Основы радиобиологии: Учебное пособие для студентов биологических специальностей высших учебных заведений / О.М. Храмченкова. – Гомель: УО «ГГУ им. Ф. Скорины», 2003. – 238 с.
Работа защищена на оценку "9" без доработок.
Уникальность свыше 40%.
Работа оформлена в соответствии с методическими указаниями учебного заведения.
Количество страниц - 11.
Не нашли нужную
готовую работу?
готовую работу?
Оставьте заявку, мы выполним индивидуальный заказ на лучших условиях
Заказ готовой работы
Заполните форму, и мы вышлем вам на e-mail инструкцию для оплаты