放射生物學(xué)重點(diǎn)

第一章：電離輻射生物學(xué)作用的理化基礎(chǔ)和基本規(guī)律

1、放射生物學(xué)中所研究電磁輻射的為X和7射線；

2、粒子輻射為有能量與質(zhì)量的輻射；

電磁輻射：是以互相垂直的電場和磁場、隨時(shí)間變化而交變震蕩，形成向前運(yùn)動的電磁波。

如：X、人微波、紅外線波和紫外線都是電磁輻射。(僅有能量無靜止質(zhì)量)

粒子輻射：通過消耗自己的能量傳遞給其它物質(zhì)，主要有：服人負(fù)乃介子和帶電重離子。

(既有能量又有靜止質(zhì)量)

3、傳能線密度與相對生物效能；(linearenergytransfer,LET)指直接電離粒子在其單位

長度徑跡上消耗的平均能量，其單位為J/m,常用keV/um表示，1keV/um=1.602x10」°J/m。

此概念同樣適用于能產(chǎn)生次級帶電粒子的射線或粒子，如X射線和中子等。

相對生物效能(Relativebiologicaleffectiveness,RBE):X射線(250kV)引起某一生物效

應(yīng)所需劑量與所觀察的輻射引起同一生物效應(yīng)所需劑量的比值。輻射生物效應(yīng)不僅決定于輻

射條件，還受能量分布的制約。LET決定了生物效應(yīng)的程度或頻度：

DCLX標(biāo)準(zhǔn)射線產(chǎn)生生物效應(yīng)的劑量

RBE=

所觀察輻射引起相同生物效應(yīng)的劑量

4,自由基的概念:能夠獨(dú)立存在的、含有一個(gè)或一個(gè)以上未配對電子的任何原子、分子、離

子或原子團(tuán)。(單獨(dú)占有原子或分子軌道的電子)。其理化特點(diǎn)有:

1.很高的反應(yīng)活性咱由基具有未配對電子，易與其它電子形成配對鍵，故。(p23)

2.半壽期短:羥自由基為1010~10-9s,水合電子為2.3x104s。

3.順磁性：外加磁場時(shí)只能取平行或反平行。

5、損傷機(jī)理：生物分子形成自由基；

一、直接作用：電離輻射的能量直接沉積于生物大分子，引起生物大分子的電離和激發(fā)，破

壞機(jī)體的核酸、蛋白質(zhì)、酶等具有生命功能的物質(zhì)。

二、間接作用：電離輻射首先直接作用與水，使水分子產(chǎn)生一系列原發(fā)輻射分解產(chǎn)物，然后

通過水的輻射分解產(chǎn)物再作用于生物大分子。間接作用的幾個(gè)效應(yīng)如下：

1.稀釋效應(yīng):一定數(shù)量的電離輻射產(chǎn)生固定數(shù)量的自由基，如果是間接作用，失活溶質(zhì)分子數(shù),

與固定數(shù)量的自由基有關(guān)，與溶液濃度無關(guān)。失活分子的百分?jǐn)?shù)隨溶液濃度增加而下降。

(pl9),在稀釋溶液系統(tǒng)中，間接作用為主。

2.旁效應(yīng):BystanderefTect(1992):電離輻射通過直接照射引起細(xì)胞損傷或功能激活，產(chǎn)生的

損傷或功能激活信號可以導(dǎo)致與其共同培養(yǎng)的未受照射的細(xì)胞產(chǎn)生同樣的損傷或激活效應(yīng)。

3.保護(hù)效應(yīng):受照射體系中由于有其它物質(zhì)(基于間接作用中對自由基的競爭)的存在，使輻

射對溶質(zhì)的操作效應(yīng)減輕。

4.溫度效應(yīng):降低溫度或置于冰凍狀態(tài)可使輻射損傷減輕。

5.抗自由基的氧化酶系效應(yīng):為保護(hù)自身的需要在體內(nèi)形成的一系列能清除自由基的酶類，

但數(shù)量有限。(過氧化氫酶：清除紅細(xì)胞內(nèi)的H2O2,防止血紅蛋白氧化成高氧血紅蛋白，

清除微粒體中的尿酸酶、黃嚓吟氧化酶、alpha-羥酸氧化薛等酶促反應(yīng)產(chǎn)生的H2O2,清除

線粒體的H2O2;過氧化物酶：清除有機(jī)氫過氧化，尤其是自由基造成脂質(zhì)過氧化時(shí)大量產(chǎn)

生的脂質(zhì)過氧化物，在過氧化氫酶含量較低的組織中期代替作用清除H2O2;超氧化物歧化

酶SOD:清除O2-,降低其通過某些化學(xué)反應(yīng)生成毒性更強(qiáng)的*OH)

6、活性氧(Reactiveoxygenspecies)的特點(diǎn)；含有氧，化學(xué)性質(zhì)較基態(tài)氧活潑所有含氧自

由基都是活性氧(不包括基態(tài)氧)。但活性氧不一定都是自由基，非自由基的活性氧特點(diǎn)是

可以在自由基反應(yīng)中產(chǎn)生，同時(shí)還可以直接或間接的觸發(fā)自由基反應(yīng)。

(Reactiveoxygenspecies,較。2的化學(xué)性質(zhì)更為活潑的。2的代謝產(chǎn)物或由其衍生的含氧物

質(zhì)，包括氧離子、過氧化物和自由基等有機(jī)物和無機(jī)物。這些粒子均十分微小，由于存在未

配對的自由電子，這些粒子均十分活躍.活性氧往往是生物生化過程中的一種副產(chǎn)品。過高

的活性氧水平會對細(xì)胞和基因結(jié)構(gòu)造成損壞。活性氧，為含氧的，具有化學(xué)活性的分子。包

括氧離子(oxygenion)及過氧化氫(peroxide).因?yàn)楹送獾臑榕鋵﹄娮拥拇嬖冢哂泻軓?qiáng)的化學(xué)

反應(yīng)活性。ROS是正常氧代謝的副產(chǎn)物，并且在細(xì)胞信號傳導(dǎo)，和保持機(jī)體恒常性起很大

作用。然而，在時(shí)間以及外界環(huán)境影響下(例，暴露于紫外線(UVexposure)或熱源(heat

exposure)下等),ROS的量會急劇增多。引起這種改變的原因有可能是由于明顯的細(xì)胞結(jié)

構(gòu)的損壞。這種現(xiàn)象，被稱為氧化應(yīng)激。ROS也可能由外界的因素生成，如致電離輻射。(通

常，細(xì)胞都會通過酶(如，過氧化歧化酶superoxidedismutase等)的作用來減少ROS對細(xì)

胞的損傷作用。某些小分子，如維生素C維生素E,尿酸及谷胱甘肽也作為細(xì)胞抗氧化物質(zhì)

發(fā)揮著重要作用。與之相對，細(xì)胞外的抗氧化物質(zhì)的作用小的多，在血漿中的最重要的抗氧

化物質(zhì)為尿酸uricacid。))

7、形成自由基的方式有兩種：直接作用與間接作用；反映間接作用的幾個(gè)效應(yīng)：稀釋效應(yīng)、

旁效應(yīng)、溫度效應(yīng)、保護(hù)效應(yīng)；

8、氧效應(yīng)及氧增強(qiáng)比的定義及兩者與傳能線密度的相互關(guān)系；

氧效應(yīng)：受照組織、細(xì)胞或生物大分子的輻射效應(yīng)隨周圍介質(zhì)中氧濃度升高而增高。

氧增強(qiáng)比(oxygenenhancementratio,OER):指缺氧條件下引起一定效應(yīng)所需輻射劑量與有

氧條件下引起同樣效應(yīng)所需輻射劑量的比值。

氧增強(qiáng)比(OER)為LET的函數(shù)，低LET(X、Y)射線，OER=2.5~3.0。隨著LET增力口，

OER快速下降，這與RBE的迅速上升位置是相同的。LET約等于100keV/um的地方。

氧濃度對氧效應(yīng)的影響：放射敏感性的增高與氧濃度不呈線性關(guān)系。在實(shí)體瘤的放射治

療中具有實(shí)際意義。

(照射時(shí)間對氧效應(yīng)的影響：照射前引入氧則氧效應(yīng)明顯。反之無效，但一定條件下可產(chǎn)生

保護(hù)效應(yīng)。

氧效應(yīng)的發(fā)生機(jī)制：氧固定假說、電子轉(zhuǎn)移假說)

放射性活度(radioactivity)簡稱活度，SI單位是"S-l",SI單位專名是貝可［勒爾］(Becquerel),

符號為Bq.lBq=l次衰變/秒。暫時(shí)與SI并用的專用單位名稱是居里,符號為Ci.

lCi=3.7*10'°Bq或lBq=lS-l=2.703*10'"Ci.

可用克鐳當(dāng)量來表示Y放射源的相對放射性活度。1克鐳當(dāng)量表示一個(gè)Y放射源的Y射線對

空氣的電離作用和1克的標(biāo)準(zhǔn)鐳源(置于壁厚為0.5毫米的鉆依合金管內(nèi)，且與其子體達(dá)到

平衡的1克鐳)相當(dāng)。單位質(zhì)量或單位體積的放射性物質(zhì)的放射性活度稱為放射性比度，或

比放射性(specificradioactivity).

2.照射量(exposuredose)X=dQ/dm,其中dQ的值是在質(zhì)量為dm空氣中,由光子釋放的全

部電子(負(fù)電子和正電子)在空氣中完全被阻止時(shí)所產(chǎn)生的離子總電荷的絕對量。單位：庫

侖/千克［C/kg］。暫時(shí)與SI并用的照射量的專用單位名稱是他遂；(Roentgen),符號為R,目

前尚無SI單位專名，與SI單位的關(guān)系為1R=2.58*10"C/kg。倫琴的定義是：在1RX或Y

射線照射下，在0.001293g(O'C,760mm汞柱大氣壓力下len?干燥空氣的質(zhì)量)空氣中所

產(chǎn)生的次級電子在空氣形成總電荷量為1靜電單位的正離子或負(fù)離子。照射量只對空氣而

言，僅適用于X或丫射線.

3.吸收劑量(absorbeddose)D=de/dm,其中d￡是致電離輻射給予質(zhì)量為加？的受照物質(zhì)

的平均能量。SI單位是焦耳/千克［J/kg］,SI單位專名是卻琬(gray),符號Gy,lGy=100cGy.

暫時(shí)與SI并用的專用單位名稱是拉德,符號為rad。lGy=lJ/kg=100rad,或

lrad=10'2J/kg=10'2Gy.

照射量X與吸收劑量D是兩個(gè)意義完全不同的輻射量。照射量只能作為X或Y射線輻射場

的量度，描述電離輻射在空氣中的電離本領(lǐng)；而吸收劑量則可以用于任何類型的電離輻射，

反映被照介質(zhì)吸收輻射能量的程度。但是，在兩個(gè)不同量之間，在一定條件下相互可以換算。

對于同種類、同能量的射線和同一種被照物質(zhì)來說，吸收劑量是與照射量成正比的。由于X

或Y射線在空氣中產(chǎn)生一對離子的平均能量約為32.5eV,所以1R的X或Y射線在空氣中

的吸收劑量約為0.838rad;而在軟組織中的吸收劑量約為0.931rad。

4,當(dāng)量劑量(equivalentdose)其中，。是吸收劑量；0是品質(zhì)因子；N是其它修

正系數(shù)的乘積.目前指定N值為1。“當(dāng)量劑量”，是反映各種射線或粒子被吸收后引起的生

物效應(yīng)強(qiáng)弱的輻射量。其國際標(biāo)準(zhǔn)單位是希沃特,記作Sv。定義是每公斤(千克、kg)人體組

織吸收1焦耳(J),為1希沃特。希沃特是個(gè)非常大的單位，因此通常使用：毫希沃特(mSv),

1mSv=0.001Sv.微希沃特(MSv),IpSv=0.001mSv,還有一個(gè)單位叫雷姆(Rem),1Sv=100

rem。相同的吸收劑量未必產(chǎn)生同樣程度的生物效應(yīng)，因?yàn)樯镄?yīng)受到輻射類型、劑量與

劑量率大小、照射條件、生物種類和個(gè)體生理差異等因素的影響。為了比較不同類型輻射引

起的有害效應(yīng)，在輻射防護(hù)中引進(jìn)了一些系數(shù)，當(dāng)吸收劑量乘上這些修正系數(shù)后，就可以用

同一尺度來比較不同類型輻射照射所造成的生物效應(yīng)的嚴(yán)重程度或產(chǎn)生機(jī)率.當(dāng)量劑量只限

于防護(hù)中應(yīng)用。

其他一些參數(shù)如：吸收劑量率(absobeddoserate):單位時(shí)間內(nèi)的吸收劑量(如rad/min);

輻照劑量率(exposurerate):單位時(shí)間內(nèi)的照射劑量；等等

電離輻射生物學(xué)作用的基本規(guī)律及其原理

電離輻射將能量傳遞給有機(jī)體引起的任何改變，統(tǒng)稱為電離輻射生物學(xué)效應(yīng)(ionizing

radiationbiologicaleffect),人類的放射損傷是一種嚴(yán)重的病理性輻射生物效應(yīng)。

一、電離輻射對生物大分子作用的基本原理

生物分子損傷是一切輻射生物效應(yīng)的物質(zhì)的基礎(chǔ)。而生物分子損傷與自由基生成密切相關(guān)。

自由基(iYeeradical)是指一些獨(dú)立存在的、帶有一個(gè)或多個(gè)不成對電子的原子、分子、基

團(tuán)或離子。自由基是最大特性是化學(xué)不穩(wěn)定性和高反應(yīng)性，壽命很短，?OH(氫氧自由基)

的平均壽命為10-9~10-8s,生物分子自由基也多在10一6~普飛之間。

1.生物分子自由基的生成：有兩種方式：

(1)直接作用：電離輻射直接引起靶分子電離和激發(fā)而發(fā)生物理化學(xué)變化，生成生物分子

自由基，如：T為電離輻射作用的靶分子，T+和T*為電離產(chǎn)生的正離子自由基和激發(fā)形成

的激發(fā)態(tài)分子。正離子自由基分解生成生物分子、中性自由基T?和離子；激發(fā)態(tài)分子解成

兩個(gè)自由基T?和HJ

(2)間接作用：電離輻射作用于生物分子的周圍介質(zhì)(主要是水)生成水射解自由基，這

些自由基再與生物分子發(fā)生物理化學(xué)變化生成生物分子自由基，稱次級自由基。

水輻射分解生成的自由基與生物分子作用：

2.生物分子損傷與修復(fù)：生物分子自由基生成后迅速起化學(xué)反應(yīng)，兩個(gè)自由基不配對電子

相互配對，或是不配對電子轉(zhuǎn)移給另一個(gè)分子，造成分子化學(xué)鍵的變化，引起生物分子破壞。

自由基反應(yīng)能不斷地生成新自由基，繼續(xù)與原反應(yīng)物起反應(yīng)，彩成連鎖反應(yīng)，使生物分子損

傷的數(shù)量不斷擴(kuò)大，直到出現(xiàn)歧化反應(yīng)(dismutation),生成兩個(gè)穩(wěn)定分子。

被損傷的生物分子，可以通過各種方式進(jìn)行修復(fù)。在自由基反應(yīng)階段(10-5s內(nèi))若介質(zhì)中

存在能供氫的分子，如含琉基化合物(谷胱甘肽G-SH等)，則生物分子自由基可被修復(fù)，

稱化學(xué)修復(fù)。

在有。2情況下，生物分子自由基被氧化成超氧自由基而難以修復(fù)。這可用以解釋氧能增強(qiáng)

輻射效應(yīng)的原理。

二、電離輻射對DNA的作用DNA是細(xì)胞增殖、遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，是引起細(xì)胞生化、生理

改變的關(guān)鍵性物質(zhì)。DNA是電離輻射作用的靶分子，在細(xì)胞輻射損傷中起重要作用。

（—）DNA分子損傷

1.堿基變化（DNAbasechange）:有下列幾種：（1）堿基環(huán)破壞；（2）堿基脫落丟失；（3）

堿基替代，即喋吟堿被另一嘿吟堿替代，或喋吟堿被喀唆堿替代；（4）形成喀噫二聚體等。

4種堿基的輻射敏感性依次為T>C>A〉G。

2.DNA鏈斷裂（DNAmolecularbreakage）:是輻射損傷的主要形式。磷酸二酯鍵斷裂，脫

氧核糖分子破壞，堿基破壞或脫落等都可以引起核甘酸鏈斷裂。雙鏈中一條鏈斷裂稱單鏈斷

裂，兩條鏈在同一處或相鄰?fù)鈹嗔逊Q雙鏈斷裂（doublestrandbreaks）。雙鏈斷裂常并發(fā)氫鍵

斷裂。雙鏈斷裂難以修復(fù)，是細(xì)胞死亡的重要原因。

3.DNA交聯(lián)（DNAcross-linkage）:DNA分子受損傷后，在堿基之間或堿基與蛋白質(zhì)之間

形成了共價(jià)鍵，而發(fā)生DNA-DNA交聯(lián)和DNA-蛋白質(zhì)交聯(lián)。喀噫二聚體即是一種鏈內(nèi)交聯(lián)，

還可發(fā)生鏈間交聯(lián)。

（二）DNA合成抑制。DNA合成抑制是一個(gè)非常敏感的輻射生物效應(yīng)指標(biāo)，受O.OlGy照

射即可觀察到抑制現(xiàn)象。小鼠受0.25-1.25Gy

V線全身照射3小時(shí)后，3H-TdR摻入脾臟DNA的量即明顯下降，下降程度與照射劑量成

正比。照射后DNA合成抑制與合成DNA所需的4種脫氧核普酸形成障礙、酶活力受抑制、

DNA模板損傷、啟動和調(diào)控DNA合成的復(fù)制子減少，以及能量供應(yīng)障礙等都有關(guān)。

（三）DNA分解增強(qiáng)

在DNA合成抑制的同時(shí)，分解代謝明顯增強(qiáng)。原因可能是輻射破壞了溶酶體和細(xì)胞核的膜

結(jié)構(gòu)，DNase釋放直接與DNA接觸，增加了DNA的降解。在一定劑量范圍內(nèi)，降解的程

度決定于照射劑量.照射后DNA代謝產(chǎn)物尿中排出量明顯增多。

三、電離輻射對蛋白質(zhì)和酶的作用

（一）分子破壞

蛋白質(zhì)和酶分子在照射后可發(fā)生分子結(jié)構(gòu)的破壞，包括肽鍵電離、肽鍵斷裂、疏基氧化、二

硫鍵還原、旁側(cè)羥基被氧化等，從而導(dǎo)致質(zhì)蛋白質(zhì)發(fā)子功能的改變。

（二）對合成的影響

輻射對蛋白質(zhì)生物合成的影響比較復(fù)雜，有的被激活，有的被抑制，有的呈雙相交化，即先

抑制而后增強(qiáng)。在血清蛋白方面，照射后血清白蛋白和Y球蛋白含量下降，而a和6球蛋白

含量升高。雖然血清蛋白質(zhì)成分有升有降，但蛋白質(zhì)凈合成是下降的。

（三）分解代謝增強(qiáng)

照射后蛋白質(zhì)分解代謝增強(qiáng)是非常顯著的，主要是許多蛋白質(zhì)水解晦活力增加。如照射后由

于溶酶體被破壞，組織蛋白酶釋放，活力明顯增加，促使細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外蛋白質(zhì)分解增強(qiáng)。

同時(shí)，照射后機(jī)體攝取食物減少，加劇了蛋白質(zhì)分解代謝，釋出大量游離氨基酸。一部分生

糖氨基酸通過糖異生作用轉(zhuǎn)化為葡萄糖，一部分代謝為尿素或其它非蛋白氮，整個(gè)機(jī)體處于

負(fù)氮平衡狀態(tài)。尿中氨基酸及其代謝產(chǎn)物如?；撬?、肌酸、尿素等排出量增多。

9、照射部位放射敏感性的比較

機(jī)體受照部位不同，所產(chǎn)生的生物效應(yīng)亦不盡相同。其嚴(yán)重程度為：腹部〉盆腔〉頭頸〉胸

部>四肢

10.影響電離輻射生物效應(yīng)的主要因素

一、與輻射有關(guān)的因素

（一）輻射種類

（二）照射劑量

規(guī)律：劑量愈大，效應(yīng)愈顯著，但并不全呈直線關(guān)系。

半數(shù)致死劑量：（LD50）orLD50/30

（三）劑量率：是指單位時(shí)間內(nèi)機(jī)體所接受的照射劑量。常用Gy/d,Gy/h,Gy/min或Gy/s

表示。在一般情況下，劑量率與生物效應(yīng)呈正比關(guān)系，要引起急性放射損傷必須要達(dá)到一定

的劑量率閾值。劑量率越大，生物效應(yīng)越顯著，但當(dāng)劑量率達(dá)到一定程度時(shí)，生物效應(yīng)與劑

量率之間則失去比例關(guān)系。

（四）分次照射：同一劑量的輻射，在分次給予的情況下，其生物效應(yīng)低于一次給予的效應(yīng)。

分次愈多，各次間隔時(shí)間愈久，則生物效應(yīng)愈小。

（五）照射部位：當(dāng)照射劑量和劑量率相同時(shí)，腹部照射的全身后果最嚴(yán)重，依次為盆腔、

頭頸、胸部及四肢。

（六）照射面積：當(dāng)照射的其他條件相同時(shí)，受照射的面積愈大，生物效應(yīng)愈顯著

（七）照射方式：照射方式可以是內(nèi)照射或外照射和混合照射；外照射又可以是單向或多向

照射，一般來說，一次照射大于分次照射；內(nèi)照射大于外照射；全身照射大于局部照射；多

向照射大于單向照射。

二、與機(jī)體有關(guān)的因素

放射敏感性：指當(dāng)一切照射條件完全一致時(shí)，機(jī)體或其組織、器官對輻射作用的反應(yīng)強(qiáng)弱或

速度快慢不同.若反應(yīng)強(qiáng)，速度快，其敏感性就高，反之則低。（一類.：.不.斷分裂更新.（敏

感）（如：造血淋巴組織，胃腸粘膜上皮和生殖上皮細(xì)胞）二類：不分梁（抗性）（如：神經(jīng)

元;肌纖維,成熟粒細(xì)胞;紅細(xì)胞）三類：一般不分裂或分裂很慢（抗性）刺激后迅速分熱（,敏

感）（再生肝）；不同細(xì)胞周期時(shí)相的放射敏感性，M>G2>Gl>S早>S晚”

（一）生物種系的放射敏感性：總的趨勢是：種系演化越高，機(jī)體組織結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，則其放

射敏感性越高.不同動物或不同品系之間輻射敏感性有很大差異，其敏感順序：豚鼠>狗>

人〉兔〉小鼠〉大鼠

（二）個(gè)體發(fā)育的放射敏感性：總的來說，放射敏感性隨著個(gè)體發(fā)育過程而逐漸降低。

胚胎植入前期:照射母體，胚胎大量死亡，人為妊娠第0?9日，小鼠為0?5日。

器官形成期:受到照射，出現(xiàn)大量畸形。人為第9?42天，小鼠為第5?13天。

器官形成期后:個(gè)體的放射敏感性逐漸下降。

應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)指出，胚胎和胎兒期受照射的兒童發(fā)生某些類型的癌癥和白血病的危險(xiǎn)度增高。

（三）機(jī)體狀態(tài)的放射敏感性：過冷熱、過累餓、過虛傷病耐受下降

（四）不同組織和細(xì)胞的放射敏感性

Bergonic和Tribondeau定律：一種組織的放射敏感性與其細(xì)胞的分裂活動成正比而與其分

化程度成反比的結(jié)論，但卵母細(xì)胞和淋巴細(xì)胞例外，這2種細(xì)胞并不迅速分裂，但兩者都對

輻射極為敏感。

（四）亞細(xì)胞和分子水平的敏感性：DNA>mRNA>rRNA和rRNA>蛋白質(zhì)

（五）還與介質(zhì)有關(guān)：細(xì)胞的培養(yǎng)體系或機(jī)體體液中在照射前含有（前防護(hù)劑）輻射防腐劑，

如含-SH的化合物可減輕自由基反應(yīng)，促進(jìn)損傷生物分子修復(fù)；若含有輻射增敏劑，如親電

子和擬氧化合物能增強(qiáng)自由基化學(xué)反應(yīng)，阻止損傷分子和細(xì)胞修復(fù)，加大輻射效應(yīng)。

A、與輻射有關(guān)（1.輻射種類2.輻射劑量3.輻射劑量率4分次照射5.照射部位6.照射面

積7.照射方式）

B、與機(jī)體有關(guān)（1.種系2.個(gè)體發(fā)育3.不同組織、器官、細(xì)胞4.亞細(xì)胞和分子5.細(xì)胞的

分化程度6.細(xì)胞的分裂活動;

第二章：電離輻射的分子生物學(xué)效應(yīng)

1.DNA損傷的種類

DNA鏈斷裂一單鏈斷裂(SSB)及雙鏈斷裂(DSB)

DNA交聯(lián)一DNA鏈交聯(lián)(鏈間交聯(lián)、鏈內(nèi)交聯(lián)及DNA-蛋白質(zhì)交聯(lián))及DNA-蛋白質(zhì)交聯(lián)(其

中DSB是輻射所致生物學(xué)效應(yīng)中最重要的原初損傷，而非重接性的DSB則被認(rèn)為是細(xì)胞殺

傷效應(yīng)的最重要的損傷)

DNA二級和三級結(jié)構(gòu)的變化(DNA變性)：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)解開，氫鍵斷裂，克原子磷消光

系數(shù)顯著升高，出現(xiàn)了增色效應(yīng)，比旋光性和粘度降低，浮力密度升高，酸堿滴定曲線改變，

同時(shí)失去生物活性。

電離輻射引起DNA斷裂的特點(diǎn)及其分子機(jī)制

電離輻射對DNA的作用DNA是細(xì)胞增殖、遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，是引起細(xì)胞生化、生理改變

的關(guān)鍵性物質(zhì)。DNA是電離輻射作用的靶分子，在細(xì)胞輻射損傷中起重要作用。

(—)DNA分子損傷的分子機(jī)制

(1)脫氧戊糖和磷酸二酯鍵的破壞(直接)三種自由基：eaqr.OH,H.DNA鏈斷裂主要與.OH

作用有關(guān)，從脫氧戊糖抽氫，形成了5中不同的反應(yīng)產(chǎn)物.QH從脫氧戊糖中抽氫，主要作

用于C(3',5'),C(3))上磷酸二酯鍵斷裂多余C(5,)端。.OH攻擊糖基C(l'、2'<4')

形成堿不穩(wěn)定性位點(diǎn)(alkalilabilesites,ALS),這些位點(diǎn)在堿處理后發(fā)生鏈斷裂.堿不穩(wěn)定

性位點(diǎn)(ALS),.0H對C(1'),C(2'),C(3'),C(4')攻擊后的產(chǎn)物，在與六氫”匕唉.

供熱后都能導(dǎo)致DNA鏈的斷裂。所以，在DNA鏈上含有損失后經(jīng)堿處理后導(dǎo)致DNA鏈斷

裂的位點(diǎn)，這些位點(diǎn)稱為堿不穩(wěn)定性位點(diǎn)(ALS)

1.堿基變化/損傷(DNAbasechange/damage):有下列幾種：(1)堿基環(huán)破壞；(2)堿基脫

落丟失；(3)堿基替代，即喋吟堿被另一喋吟堿替代，或喋吟堿被喀噫堿替代；(4)形成喀

唳二聚體等。4種堿基的輻射敏感性依次為T>C〉A(chǔ)〉G。

酶■敏感位點(diǎn)(enzymesensitivesites,ESS):堿基損傷可引起DNA雙螺旋的局部變性，特異

的核酸內(nèi)切酶能識別和切除這種損傷，并通過酶的作用，產(chǎn)生鏈斷裂。這種特異性酶敏感位

點(diǎn)稱為ESS。無喋吟或無喀噫位點(diǎn)(apurinic/apyrimidinicsites,APS):DNA鏈上損傷的堿

基可被特異的DNA-糖基化酶除去或由于N-糖基鍵的化學(xué)水解而丟失，形成APS。形成

APS在內(nèi)切晦的作用下形成鏈斷裂。

2.DNA鏈斷裂(DNAmolecularbreakage):是輻射損傷的主要形式。不同條件下輻射所致

的DNA鏈斷裂：1、充氧溶液中，DNA雙鏈上引起SSB的概率均等，產(chǎn)額與放置時(shí)間、溶

液PH有關(guān)。2、固態(tài)下照射DNA,產(chǎn)生SSB與PH有關(guān)。以上兩種情況均可產(chǎn)生ALS。3、

細(xì)胞中DNA受照射：與周圍介質(zhì)有關(guān)

輻射引起DNA鏈斷裂的主要特點(diǎn)

1.SSB與DSB的比值:10-20

2、LET對鏈斷裂的影響：隨LET增力口，SSB降低，DSB增加。

3、氧效應(yīng)對鏈斷裂的影響：斷裂增加，SSB增加明顯。

4、DNA鏈斷裂的部位：有爭議。與ALS與堿基本身有關(guān)。堿基位置發(fā)生斷裂的順序：

G>A>T>C(低劑量),T>G>A>C

5、DNA鏈斷裂與細(xì)胞輻射敏感性的關(guān)系：無明顯關(guān)系，損傷后修復(fù)與敏感性有關(guān)。

磷酸二酯鍵斷裂，脫氧核糖分子破壞，堿基破壞或脫落等都可以引起核昔酸鏈斷裂。雙鏈中

一條鏈斷裂稱單鏈斷裂，兩條鏈在同一處或相鄰?fù)鈹嗔逊Q雙鏈斷裂(doublestrandbreaks)。

雙鏈斷裂常并發(fā)氫鍵斷裂。雙鏈斷裂難以修復(fù)，是細(xì)胞死亡的重要原因。

3.DNA交聯(lián)（DNAcross-linkage）:DNA分子受損傷后，在堿基之間或堿基與蛋白質(zhì)之間

形成了共價(jià)鍵，而發(fā)生DNA-DNA交聯(lián)和DNA-蛋白質(zhì)交聯(lián)”密定二聚體即是一種鏈內(nèi)交聯(lián)，

還可發(fā)生鏈間交聯(lián)。（DAN-鏈間交聯(lián)多見于化學(xué)損債，如氮芥、硫芥等；放射損俄時(shí)校少見

到。放射損傷時(shí)，DNA鏈間交朕弓鏈斷袈相互競爭.DNA鏈內(nèi)交聯(lián)：多見于紫外線照射，

電離輻射較少在DNA-接近其最大吸收波長260mm■相鄰的瑞咤堿基共價(jià)交聯(lián)形成環(huán)丁烷四

元環(huán)一堤嚏二聚體此反應(yīng)是可逆的。分布是非隨機(jī)性的，相鄰的兩個(gè)T、或兩個(gè)C、或C弓

④間都連成二聚體，其中最容易形成的是TT.二聚體）

（二）DNA合成抑制DNA合成抑制是一個(gè)非常敏感的輻射生物效應(yīng)指標(biāo)，受0.01Gy照射

即可觀察到抑制現(xiàn)象。小鼠受0.25~1.25GyY線全身照射3小時(shí)后，3H-TdR摻入脾臟DNA

的量即明顯下降，下降程度與照射劑量成正比。照射后DNA合成抑制與合成DNA所需的

4種脫氧核甘酸形成障礙、酶活力受抑制、DNA模板損傷、啟動和調(diào)控DNA合成的復(fù)制子

減少，以及能量供應(yīng)障礙等都有關(guān)。

（三）DNA分解增強(qiáng)

在DNA合成抑制的同時(shí)，分解代謝明顯增強(qiáng)。原因可能是輻射破壞了溶酶體和細(xì)胞核的膜

結(jié)構(gòu)，DNase釋放直接與DNA接觸，增加了DNA的降解。在一定劑量范圍內(nèi)，降解的程

度決定于照射劑量。照射后DNA代謝產(chǎn)物尿中排出量明顯增多。

2.DNA損傷的修復(fù)（知道各在什么情況下會出現(xiàn)以上兩種修復(fù)：下劃線部分）:

亞致死損傷修復(fù)（sublethaldamagerepair,SLDR）:將預(yù)定的照射劑量分次給予,生物效應(yīng)

明顯減輕，表明在兩次照射間隔中細(xì)胞有所修復(fù)，這種修復(fù)稱作SLDR。

潛在致死性損傷修復(fù)（potentiallylethaldamagerepair,PLDR）:照射后改變細(xì)胞所處的狀態(tài)和

環(huán)境,如延長接種或給予不良的營養(yǎng)和環(huán)境條件，均能提高存活率。

3.DNA的損傷修復(fù)機(jī)制

1.回復(fù)修復(fù)：（細(xì)胞對DNA的某些損傷可以用很簡單的方式加以修復(fù)在單一基因產(chǎn)物的

催化下，一步反應(yīng)就可以完成。這種修復(fù)方式叫回復(fù)。）回復(fù)修復(fù)是細(xì)胞對DNA某些損傷

修復(fù)的一種簡單方式，包括酶光復(fù)活修復(fù)、單鏈斷裂的重接和嘿吟的直接插入。

a.酶光復(fù)活修復(fù)主要是低等生物修復(fù)紫外線損傷的一種方式。對于高等生物細(xì)胞及人的

組織細(xì)胞不是主要途徑。（光復(fù)活酶或DNA光解酶，它的作用分成三個(gè)步驟：①酶與DNA

中的二聚體部位相結(jié)合；②吸收波長為260~380nm的近紫外光，酶被激活，使二聚體解聚；

③酶從DNA鏈上釋放，DNA恢復(fù)正常結(jié)構(gòu)。）

b.DNA單鏈斷裂重接：DNA單鏈斷裂中有一部分是通過簡單的重接而修復(fù)的，只需要

一種酶——DNA連接酶（ligase）參加，因此也屬于直接回復(fù)。DNA連接酶能催化DNA雙螺

旋結(jié)構(gòu)中一條鏈缺口處的5'磷酸根與相鄰的一個(gè)3'羥基形成磷酸二酯健。連接所需的能

量ATP（如動物細(xì)胞）。

c.噤吟的直接插入：噤吟插入酶

受損喋吟一（糖基化酶）APS-（嘿吟插入酶K+）插入嚅吟（糖苔鍵）

2.切除修復(fù)：（將損傷的部位（或連同其附近的一定部位）切除，然后用正確配對的、

完好的堿基替代修復(fù)。有多種酶和基因參與。過程：識別損傷位點(diǎn)一（酶和蛋白）一切除一

（DNA聚合酶）修復(fù)〈補(bǔ)〉一（DNA連接酶）連接）通過識別一切除（堿基切除和核昔酸切

除）一修補(bǔ)一再連接:三個(gè)特點(diǎn):準(zhǔn)確、無誤、正確修復(fù)。

堿基切除：特點(diǎn)是切除受損傷的堿基。主要過程是水解受損傳的堿基與脫氧核糖磷酸鏈

之間的N—糖昔鍵.反應(yīng)由一類糖基化酶催化。即：糖基化酶-APS-內(nèi)、外切酶去除殘基。

核甘酸切成（一段寡核昔酸）：首先由一個(gè)酶系統(tǒng)識別損傷；然后在損傷兩側(cè)各水解一

個(gè)磷酸二酯鍵；釋放出一段寡核昔酸；填補(bǔ)缺損區(qū)；連接酶重新完成連接。

E.coli的核昔酸切除修復(fù)機(jī)理：在E.coli中，UvrA,UvrB,UvrC三種蛋白是必需的。

而且必須同時(shí)存在才能發(fā)揮作用，所以也叫UvrABC切除核酸酶。UvrA是一種腺甘三磷酸

酶，是損傷識別蛋白。它與UvrB結(jié)合成A2B1復(fù)合物，結(jié)合在損傷區(qū)，使DNA解旋、扭

曲，并引起UvrB構(gòu)象改變，與損傷部位形成緊密的結(jié)合。然后UvrA與UvrB—DNA復(fù)合

物解離，后者成為UvrC特異結(jié)合靶。UvrB在損傷的3'側(cè)作一內(nèi)切，隨而復(fù)合物構(gòu)象改變，

UvrC得以在5'側(cè)作第二個(gè)切口。解旋酶II（UvrD）使寡聚核甘酸片段及UvrC從DNA鏈

上釋放，然后DNA聚合晦I取代UvrB。修補(bǔ)缺損區(qū)；最后由連接酶連接補(bǔ)片。

3.重組修復(fù)：（當(dāng)DNA雙鏈發(fā)生嚴(yán)重?fù)p傷時(shí)需要另一種機(jī)理來完成正確的修復(fù)。一種情

況是兩條鏈同時(shí)受到損傷；另一種情況是單鏈損傷尚未修復(fù)時(shí)發(fā)生了復(fù)制，造成對應(yīng)于損傷

位置的新鏈缺乏正確模板；此時(shí)需要重組晦系將另一段未受損傷的雙鏈DNA移到損傷位置

附近，提供正確的模板，進(jìn)行重組.這便是重組修復(fù)。）DNA復(fù)制-重組-再合成，當(dāng)DNA

雙鏈發(fā)生嚴(yán)重?fù)p傷時(shí)需要另一種機(jī)理完成正確的修復(fù)。一種情況是兩條鏈同時(shí)受到損傷；單

鏈損傷尚未修復(fù)發(fā)生了復(fù)制。

4.S0S修復(fù)：（細(xì)胞DNA受到損傷或復(fù)制系統(tǒng)受到抑制，產(chǎn)生一種調(diào)控信號，解除對許

多基因的抑制，這些基因的產(chǎn)物參與修復(fù)過程。SOS修復(fù)過程是在損傷信號誘導(dǎo)下發(fā)生的，

又稱可誘導(dǎo)的DNA修復(fù)修復(fù)過程容易發(fā)生錯(cuò)誤，故又稱易錯(cuò)修復(fù)）細(xì)胞處于危急狀態(tài)下發(fā)

生的一種修復(fù)，故用國際遇難信號SOS命名。

5.錯(cuò)配修復(fù)：錯(cuò)配修復(fù)是生物維持生命、保持物種穩(wěn)定的一種重要功能，從細(xì)菌到哺乳

動物普遍具有這種修復(fù)機(jī)制。（錯(cuò)配修復(fù)是生物維持生命、保持物種穩(wěn)定的一種重要功能。

從細(xì)菌、酵母直至哺乳動物都普遍具有此修復(fù)機(jī)理。在修復(fù)、重組的過程中或外界損傷因子

的作用下都有可能發(fā)生錯(cuò)配.在修復(fù)過程中首先要識別錯(cuò)配堿基對。然后需要分辨錯(cuò)配的哪

一側(cè)屬于母鏈，哪一側(cè)屬于新合成的錯(cuò)誤鏈。最后修復(fù)。錯(cuò)配糾正過程是很復(fù)雜的，至少需

要10種活性因子參加。）

損傷的“耐受”：DNA分子的損傷有時(shí)不能立即修復(fù).特別是在復(fù)制已經(jīng)開始，而損傷又在

復(fù)制叉附近時(shí)，細(xì)胞會通過另一些機(jī)制，使復(fù)制能進(jìn)行下去，待復(fù)制完成后，再通過某種機(jī)

制修復(fù)殘留的損傷。復(fù)制時(shí)損傷并未消除，故稱“耐受”包括重組修復(fù)（復(fù)制后修復(fù)）、SOS

修復(fù)

4.DNA鏈斷裂特點(diǎn)

1）單鏈斷裂與雙鏈斷裂的比值

DSB約為SSB的1/10-1/20

SSB由一個(gè)自由基攻擊引起。

DSB必須由兩個(gè)以上自由基引起。

一定能量的射線所產(chǎn)生的SSB和DSB有一個(gè)大致的比值，但比值不是恒定的。

2）LET對鏈斷裂的影響

各種射線對鏈斷裂效應(yīng)的順序：中子〉丫射線、為>紫外線

SSB與DSB的比值與LET的高低有關(guān)。隨著LET的升高，SSB減少，DSB增多。

3）氧效應(yīng)對鏈斷裂的影響

氧效應(yīng)可增加鏈斷裂的程度：

主要原因是氧效應(yīng)可增加羥自由基的產(chǎn)生。

4）DNA鏈發(fā)生的部位

劑量不同，DNA堿基發(fā)生斷裂的概率亦不同。

當(dāng)劑量<10Gy照射時(shí)，堿基斷裂順序G>A>T>C.

當(dāng)劑量〉40-80Gy照射時(shí)，堿基斷裂順序T>G>A>CO

5）DNA鏈斷裂與細(xì)胞輻射敏感性

DNA的斷裂程度與輻射敏感性有關(guān)。

不同哺乳動物細(xì)胞對輻射的敏感性有很大差異，平均致死劑量（DO）亦不同。

5.^04員傷（basedamage）

1、充氧溶液中堿基損傷

喀嚏堿：羥自由基攻擊5、6位

腺喋吟：羥自由基攻擊8位

鳥喋吟：羥自由基攻擊4、5、8位

2、細(xì)胞中堿基損傷（產(chǎn)物少、變化復(fù)雜、缺乏靈敏度準(zhǔn)確的檢測方法）

進(jìn)展不大，用電子自旋共振儀、晦探針、單克隆抗體、高效液相色譜

?降敏感位點(diǎn)（enzymesensitive-sites,ESS）:堿基損，傷可引起DNA-雙螺旋'的局一部,變性，特異

的核酸內(nèi)切酶能識別和切除這種損傷，并通過酶的作用，產(chǎn)生鏈斷裂。這種特異性酶敏感位

點(diǎn)稱為ESS。?

無噂吟或無喀噫位點(diǎn)（apurinic/apyrimidinicsites,APS）:DNA鏈上損傷的堿基可被特

異的DNA-糖基化酶除去或由于N-糖基鍵的化學(xué)水解而■丟失，形成APS。形成APS在內(nèi)

切酶的作用下形成鏈斷裂。

6.DNA-pro交聯(lián)（DNAproteincross-linking,DCP）的形成、特點(diǎn)、受那些因素的影響（熟悉）

機(jī)制:羥自由基有關(guān)（?0H）,DNA與蛋白質(zhì)之間形成共價(jià)鍵的分子機(jī)制

特點(diǎn):1）輻射后蛋白質(zhì)中的含硫氨基酸形成了自由基。

2）蛋白質(zhì)中的芳香族氨基酸形成酚型或酚氧型自由基,這類自由基在DPC中起著主要作用。

影響因素:氧效應(yīng)：在UV引起交聯(lián)時(shí)，氧能明顯增加交聯(lián)量。但在X射線引起交聯(lián)時(shí)相

反。當(dāng)去除游離氧后，X射線產(chǎn)生的交聯(lián)反應(yīng)明顯增加。（如：紫外線+O2fDPCt,Y射

線+。2-DPC1）,（用硝酸纖維濾膜法檢測DPC的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明存在蛋白質(zhì)時(shí)02能加速

DNA的輻射講解，但N2卻能增加DPC的形成，增加程度與照射劑量成正比）

溫度：過熱能增加腫瘤細(xì)胞DPC,已用于臨床。溫度對于UV引起的DPC生成量也有明顯

的影響（大腸桿菌：-79℃、-196℃時(shí)，UV照射生成的DPC多于+21℃,與此同時(shí)，大腸桿

菌的存活率隨溫度升高而上升）（孵育（45℃土）+照射-DPCt）

染色質(zhì)的狀態(tài)：染色質(zhì)結(jié)構(gòu)愈緊，愈容易交聯(lián)。（染色質(zhì)在不同的PH值和離子強(qiáng)度時(shí)，UV

產(chǎn)生的DPC量不同，pH=2時(shí)DPC最多，pH=6時(shí)最低。NaCl濃度在0.2Mol/L時(shí)，交聯(lián)

最多.當(dāng)濃度上升到2Moi/L時(shí)，卻不出現(xiàn)交聯(lián)。Mi?*和Mg2*都有促進(jìn)交聯(lián)的作用上述結(jié)

果說明，染色質(zhì)結(jié)構(gòu)愈緊.愈易產(chǎn)生交聯(lián)。）

細(xì)胞的不同周期，DPC不同。S期交聯(lián)最多，GiG期很少

體內(nèi)DPC形成時(shí)DNA和蛋白質(zhì)的選擇性：

DNA的選擇性：具有轉(zhuǎn)錄活性的DNA。此處易發(fā)生SSB,單修復(fù)也快。

蛋白質(zhì)的選擇性,：組蛋白、非組蛋白、調(diào)節(jié)蛋白、拓?fù)洚悩?gòu)酶以及與復(fù)制轉(zhuǎn)錄有關(guān)的核基

質(zhì)蛋白。組蛋白中H3>H4>H2A>H2B

增色效應(yīng)和Tm值

Tm:將DNA克原子磷消光系數(shù)￡（尸）值達(dá)到最高值1/2時(shí)的溫度稱之為熔解溫度（Tm）

增色效應(yīng)：隨DNA變性程度的增加，其克原子磷消光系數(shù)值增大，這種現(xiàn)象稱增色效應(yīng)。

r射線照射后的特點(diǎn)：1、Tm值I2、增色效應(yīng)有限，與鏈間交聯(lián)有關(guān)。3.旋光色散（optical

rotatorydispersion,ORD）:DNA的ORD光譜在228和229nm波段有高峰，在257nm有低

谷。照射后，228和257nm發(fā)生與劑量呈線性的變化，4.粘度:隨劑量的增加，粘度降低。

DNA損傷的生物學(xué)意義

點(diǎn)突變（pointmutation）:1）堿基置換（轉(zhuǎn)換（transition）:相同堿基間互換；顛換（transversion）:

不同堿基間互換）；2）堿基缺失（basedeletion）：3）移碼突變（frame-shiftmutation）;4）

堿基插入（baseinsertion）,轉(zhuǎn)錄和翻譯后形成功能異常的蛋白質(zhì)和酶，引起細(xì)胞突變或癌變。

輻射對噬菌體DNA感染性的滅活作用

噬菌體（Bacteriophage）1）噬菌體是能感染細(xì)菌、放線菌、真菌、螺旋體的病毒（DNA病

毒）.2）有嚴(yán)格的宿主特異性，只寄居于易感宿主菌體內(nèi)。3）電鏡下噬菌體有三種外形，

蝌蚪形、微球形和線形。以蝌蚪形居多。（以蝌蚪形噬菌體為例：頭部和尾部兩部分組成。

頭部的形狀常為六棱柱體，內(nèi)含核酸，外圍繞一層蛋白質(zhì)外殼。少數(shù)噬菌體還具有包膜。尾

部為噬菌體與細(xì)菌接觸的器官。噬菌體感染細(xì)菌時(shí)，先通過尾刺或尾絲等特異地吸附到敏感

細(xì)菌表面相應(yīng)受體上，當(dāng)噬菌體的尾插入細(xì)菌體時(shí)，借助于尾部含有的一種溶菌酶類物質(zhì)，

將胞壁溶一小孔使尾鞘插入，噬菌體的核酸很快從尾部注入細(xì)菌細(xì)胞，而致細(xì)菌發(fā)生感染。

細(xì)菌感染后可出現(xiàn)菌體裂解或形成溶源性細(xì)菌兩種結(jié)果）空斑形成能力（pEqueforming

ability,PFA）:一個(gè)噬菌體感染細(xì)菌后，約20分鐘即可溶破細(xì)菌，釋放出100~200個(gè)新生

的噬菌體，并能感染溶破周圍的細(xì)菌，在細(xì)菌的瓊脂培養(yǎng)基上彩成空斑?？瞻呒创砹艘粋€(gè)

噬菌體復(fù)制增殖并裂解細(xì)菌的能力，即空斑形成能力（PFA）,若將噬菌體按一定的倍數(shù)稀

釋，通過空斑的計(jì)數(shù)，可測知一定體積內(nèi)的空斑形成單位的數(shù)目，即噬菌體的數(shù)量?？瞻咝?/p>

成能力是噬菌體活性的表征。

輻射對噬菌體DNA感染性的滅活作用:1）分離噬菌體DNA:指數(shù)型劑量-效應(yīng)曲線

2）輻照噬菌體：Y射線使噬菌體滅活的主要原因是DNA損傷影響了噬菌體的生長及待異

性能的表達(dá)，DNA模板完整性、DNA聚合酶活性受損殼層蛋白質(zhì)的合成受抑制。總體說：

SSB>DSB

輻射對DNA轉(zhuǎn)化活性的影響

轉(zhuǎn)化（transfbrmation）:一種細(xì)菌品系吸收從另一種細(xì)菌品系分離得到的DNA而發(fā)生遺傳性

狀改變，一般將此現(xiàn)象稱為轉(zhuǎn)化。DNA在細(xì)菌活體內(nèi)受到照射后再進(jìn)行提取和轉(zhuǎn)化活力的

測定，轉(zhuǎn)化活力隨劑量加大而呈指數(shù)下降。體外照射后轉(zhuǎn)化DNA,在較低劑量時(shí)，轉(zhuǎn)化活

力迅速下降，而高劑量時(shí)，轉(zhuǎn)化活力的下降呈指數(shù)變化。與DNA長度有關(guān)。原因是SSB

輻射對DNA生物合成的抑制作用與機(jī)制

DNA合成的種類：

1、正常合成：細(xì)胞增殖過程中，DNA的半保留復(fù)制。

2、修復(fù)合成（或程序外合成，unscheduleDNAsynthesis,UDS）:這種合成起始于損傷后

即刻，隨時(shí)間延長而增加，但與細(xì)胞周期沒有關(guān)系，故叫做程序外合成，現(xiàn)已清楚這是在

DNA修復(fù)過程中為填補(bǔ)缺損區(qū)而進(jìn)行的合成。

輻射抑制的劑量-效應(yīng)關(guān)系：以正常合成為例，以3H或14c摻入法測定有一定的依賴關(guān)系

細(xì)胞敏感性有關(guān)

DAN合成抑制機(jī)制:1、核昔酸生成障礙；2、能量供應(yīng)障礙；3、與DNA合成有關(guān)的酶反

應(yīng)受抑制，如：DNA聚合酶a;4.DNA模板損傷；5、DNA復(fù)制過程的影響。復(fù)制過程

的起始、鏈的延長和終止。特別是復(fù)制的啟動過程。

輻射對細(xì)胞DNA合成期的影響:1、對細(xì)胞由G1期進(jìn)入S期的影響：快速分裂的細(xì)胞，不

影響。非分裂或慢分裂的細(xì)胞，產(chǎn)生G1抑制；2、S期DNA合成的抑制：S期延長，可能

是S期細(xì)胞合成DNA受抑制所致。

輻射對DNA降解過程的作用

1、增強(qiáng)細(xì)胞DNA降解過程中的酶促反應(yīng)，輻射抑制DNA合成的同時(shí)，促進(jìn)DNA分解

表現(xiàn)：脫氧核糖核酸酶（DNase）活性增強(qiáng)。原因：溶酶體和細(xì)胞核等膜結(jié)構(gòu)破壞

2、時(shí)間過程和劑量關(guān)系：照后30分鐘內(nèi)DNA迅速降解，與劑量無關(guān)，降解程度與劑量有

關(guān)。低劑量時(shí)，呈直線關(guān)系；較高劑量趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定于40%~70%

3.DNA降解的分子性質(zhì)：發(fā)生于互補(bǔ)鏈上，降解速度和程度相同，降解是隨機(jī)發(fā)生的復(fù)制

中的DNA比已完成復(fù)制的容易降解

4、DNA降解和細(xì)胞死亡的關(guān)系：不清楚

5、DNA降解的輻射損傷指標(biāo)：1）脫氧核糖核酸酶（DAase）t;2）脫氧胞喀咤核甘（CdR）,

胸腺喀咤核甘，喋吟類t；3）P-氨基異丁酸（BAIBA）t;4）其他

輻射對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的影響

一級結(jié)構(gòu)主要是肽鍵斷裂，其次硫基氧化、二硫鍵還原、旁側(cè)羥基被氧化等。

高級結(jié)構(gòu)主要是肽鍵氫鍵、側(cè)鏈氫鍵、離子鍵和疏水鍵的改變。

一級結(jié)構(gòu)的改變必然影響高級結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)的功能改變，酶活性改變。

輻射對蛋白質(zhì)和酶生物合成的影響：DNA———mRNA-—->Protein

輻射對DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的影響均可不同程度的影響蛋白質(zhì)合成，對其翻譯過程產(chǎn)生效應(yīng)。

抑制與激活并存

輻射對蛋白質(zhì)分解代謝的影響：

分解代謝增強(qiáng)：IR一細(xì)胞溶酶體破壞一組織蛋白酶釋放一Pr降解t

蛋白質(zhì)代謝產(chǎn)物t如：尿中肌酸、牛黃酸、尿素等t

染色質(zhì)的輻射生物效應(yīng)

染色質(zhì)（chromatin）:其核細(xì)胞間期的核中DNA、組蛋白、非組蛋白以及少量RNA所組成

的復(fù)合體。

染色體（chromosome）:有絲分裂期，染色質(zhì)的細(xì)纖絲高度壓縮，濃集成為光學(xué)顯微鏡下能

看到的深染的結(jié)構(gòu)。

染色質(zhì)和染色體是細(xì)胞周期中不同的時(shí)期的兩種不同形態(tài)，化學(xué)本質(zhì)是相同的。

1、染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)：染色質(zhì)是由核小體的重復(fù)亞單位連接而成串珠狀結(jié)構(gòu)。核小體由直徑為

lOnmx5.5nm的組蛋白核心和盤繞于此核心之外的DNA構(gòu)成組蛋白H2A,H2B,H3,H4

各兩分子組成八聚體蛋白，外繞DNA長約200個(gè)堿基對140個(gè)堿基對形成超螺旋結(jié)構(gòu)，60

個(gè)為連接區(qū)。H1在連接區(qū)連接兩個(gè)核小體，起穩(wěn)定作用。

2、常染色質(zhì)與異染色質(zhì)（eu-chromatin&hetero-chromatin）

常染色質(zhì)纖絲折疊疏松，在細(xì)胞分裂間期著色微弱，其中含有單一和重復(fù)順序的DNA,能

進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。異染色質(zhì)纖絲折疊緊密、在細(xì)胞分裂間期著色深，也含有重復(fù)和非重復(fù)順序的

DNA,但都不能轉(zhuǎn)錄。隨體DNA（SatelliteDNA）往往含有高度重復(fù)序列，聚集于異染色質(zhì)

區(qū)，靠近著絲點(diǎn)。常染色質(zhì)和異染色質(zhì)在化學(xué)性質(zhì)上沒有什么差別，而可能是由于DNA核

昔酸順序和折疊不同，導(dǎo)致染色質(zhì)以兩種不同狀態(tài)存在,活性染色質(zhì)（activechromatin）:具

有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)。非活性染色質(zhì)（inactivechromatin）:不具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)

3、核小體連接區(qū)的輻射敏感性

1.是合成RNA引物的起始部位，前者是DNA復(fù)制的起始步驟

2,連接區(qū)DNA是組蛋白H1的結(jié)合部位，組蛋白H1的磷酸化與細(xì)胞分裂啟動有關(guān)

3、連接區(qū)DNA易受DNase的攻擊。

4、DNA修復(fù)合成從連接區(qū)開始，故連接區(qū)受到輻射后，意義更大。

7.輻射致癌為全致癌因子

8.目前認(rèn)識致癌機(jī)制有幾點(diǎn)

（細(xì)胞突變和染色體畸變；病毒活化；免疫抑制；細(xì)胞動力學(xué)變化與激素調(diào)節(jié)的改變）

A、輻射致癌效應(yīng)在多種實(shí)驗(yàn)動物身上得到證實(shí)；

B.腫瘤的發(fā)生起源于單細(xì)胞突變（隨機(jī)效應(yīng)）；

C、腫瘤的發(fā)生過程伴有遺傳學(xué)的變化；

D、腫瘤的發(fā)生是多階段過程：包括：啟動一促進(jìn)一發(fā)展

9.了解生物膜的電離輻射效應(yīng)（書本P130）

電離輻射對膜的作用可分為直接作用和間接作用，前者為輻射能量直接作用于膜的組分所引

起，后者是由于射線使分子輻解所產(chǎn)生的自由基引起，氧效應(yīng)從中起著十分重要的作用。

1.膜組分：膜脂質(zhì)的不飽和碳?xì)滏I部分能被直接氧化或通過自由及作用被氧化（直接影響膜

的微粘度、流動性、脆性和通透性，間接影響到鑲嵌在膜脂質(zhì)雙分子層中的蛋白質(zhì)、酶、抗

體和受體的功能）；導(dǎo)致蛋白質(zhì)中的一SH被氧化，一S—S—被還原而斷裂，膜結(jié)合酶被射

線的直接作用或間接作用所滅活，膜受體對射線也比較敏感，膜上糖蛋白的損傷能影響細(xì)胞

的免疫能力。射線作用于膜糖能產(chǎn)生對細(xì)胞很毒的alpha,beta-不飽和羥基型化合物（這些羥

基大都能通過不可逆的1.4加成反應(yīng)同一SH基形成穩(wěn)定的硫酷鍵而起作用）

2.生物膜物理化學(xué)性質(zhì)的影響：膜流動性較小（大腸桿菌K.1060有相轉(zhuǎn)變溫度，哺乳動物細(xì)

胞中情況比較復(fù)雜），膜表面電荷〈來源于暴露在膜表面上的糖蛋白負(fù)電荷基團(tuán)〉（用電泳

遷移率減少，與溫度和時(shí)間有關(guān)），膜導(dǎo)電性下降（比膜流動性更敏感，若細(xì)胞老化，膜導(dǎo)

電性的變化顯得不敏感）

3.膜轉(zhuǎn)運(yùn)功能：電離輻射對被動運(yùn)輸、中介運(yùn)輸和主動運(yùn)輸三種機(jī)能都有干擾作用，另外一

種是已造成膜結(jié)構(gòu)的破壞，膜的屏障和間隔作用已部分消失，細(xì)胞內(nèi)的組分外逸，運(yùn)輸機(jī)能

已不正常。無機(jī)離子的轉(zhuǎn)運(yùn)：增強(qiáng)離子的被動運(yùn)輸，對主動運(yùn)輸影響較小，引起Na+在紅細(xì)

胞內(nèi)蓄積和K+從紅細(xì)胞外逸，也有的實(shí)險(xiǎn)證明在有的細(xì)胞中主動運(yùn)輸機(jī)理比被動運(yùn)輸機(jī)理

對輻射更為敏感；有機(jī)離子的轉(zhuǎn)運(yùn)：照射后跨膜運(yùn)輸速度加快，親脂性的有機(jī)分子的速率比

親水性快得多。照射后細(xì)胞器膜的通透性增加。

4.膜蛋白功能：照射后膜蛋白疏基的氧化，蛋白質(zhì)-脂質(zhì)交聯(lián)，與其他膜蛋白相互作用。

5.膜結(jié)合酶活性：腺首酸環(huán)化酶（AC）活性在小劑量時(shí)增加，劑量增加時(shí)活性下降（也有

實(shí)驗(yàn)■報(bào)告無變化-肝細(xì)胞）；ATP酶活性下降；乙酰膽堿酯酶（AChE）活性下降，被氟離子

鈍化的希爾系數(shù)比未照射時(shí)低；NADPH-細(xì)胞素C還原酶和細(xì)胞色素P450的活性和含量隨

照射劑量的升高逐步下降；NAD-糖水解酶活性下降。

6.跨膜新號傳遞：

膜受體：B細(xì)胞受體，Smlg和Fc受體照射后保存24、36h,其下降程度與照射劑量成正比；

Smlg的“罩蓋”作用在gamma照射后受到抑制；T細(xì)胞的E-玫瑰花結(jié)的形成能力下降

（page145）;外源凝集素與血細(xì)胞受體的結(jié)合能力增強(qiáng)；血管活性腸肽受體（vasoactive

intestinalpeptide,VIP）親和力下降，但受體結(jié)合位點(diǎn)數(shù)增加，混合照射（gamma+n）比單

獨(dú)照射（gamma）下降程度大。第二信使的影響：cAMP的水平與其輻射敏感性成反比；胸腺

淋巴細(xì)胞照射后2h包漿Ca2+離子濃度升高，當(dāng)染色質(zhì)開始講解時(shí)，Ca2+濃度恢復(fù)到正常

水平，脾細(xì)胞沒有觀察到。

7.能量代謝：電離輻射抑制線粒體的氧化磷酸化反應(yīng)，是氧化和磷酸化作用解偶聯(lián)，不產(chǎn)生

ATP。其作用機(jī)理：a.線粒體膜結(jié)構(gòu)受損；b.呼吸鏈中以部位川對輻射最為敏感；c.氧化磷酸

化的抑制與照射后ATP酶的活性升高無關(guān)；d.既有直接作用，也有遠(yuǎn)隔效應(yīng)（ascopiceffect）.

第三章：電離輻射對染色體的作用

1、染色體畸變意義及其導(dǎo)致那些阻滯；

（-）影響：有絲分裂延遲（可逆性和明顯劑量依賴性）

（二）機(jī)制：

1.G1阻滯（G1arrest）:細(xì)胞暫時(shí)停留在G1期

2、G2阻滯（G2arrest）:細(xì)胞暫時(shí)停留在G2期

3、S相延遲（Sphasedelay）:細(xì)胞通過S相的進(jìn)程減慢

4、S/M解偶聯(lián)

當(dāng)細(xì)胞處于s期或G2期受到照射時(shí)，由于大部分染色體己通過復(fù)制成為兩個(gè)染色單體，因

此誘發(fā)的是染色單體型畸變。由于大部分化學(xué)誘變劑和環(huán)境中一些有害因素均可誘發(fā)單體畸

變，故一般認(rèn)為單體畸變對評價(jià)輻射效應(yīng)意義不大。當(dāng)細(xì)胞處于GO期或G1期受到照射時(shí)，

這時(shí)染色體尚未復(fù)制，是單根染色體絲被擊斷，經(jīng)s期復(fù)制后，在分裂中期見到的是兩條單

體在同一部位顯示有變化，因此導(dǎo)致的是染色體型畸變

2、染色體畸變有哪兩種，各在那個(gè)階段會出現(xiàn)；

染色體畸變(ehromosomeaberratiofiCA):某些條件下，細(xì)胞中的染色體組發(fā)生數(shù)量或結(jié)構(gòu)

上的改變.(自發(fā)畸變：自發(fā)、隨機(jī)地發(fā)生(正常生活或環(huán)境因素)；無著絲粒：0.5%;

雙著：0.05%)(誘發(fā)畸變：物理、化學(xué)or生物誘變劑)

1.結(jié)構(gòu)畸變：染色體型畸變(G1):簡單的缺失(末端缺失、微小體、無著絲粒、著絲粒環(huán)、雙

著絲粒體和多著絲粒體)結(jié)構(gòu)重建(倒位、相互易位)

染色單體型畸變(SorG2):染色單體斷裂(chromatidbreak,ctb);染色單體互換(chromatid

exchange,cte);裂隙(gap)

(當(dāng)細(xì)胞處于s期或G2期受到照射時(shí)，由于大部分染色體己通過復(fù)制成為兩個(gè)染色單體，因

此誘發(fā)的是染色單體型畸變。由于大部分化學(xué)誘變劑和環(huán)境中一些有害因素均可誘發(fā)單體畸

變，故一般認(rèn)為單體畸變對評價(jià)輻射效應(yīng)意義不大。當(dāng)細(xì)胞處于G0期或G1期受到照射時(shí)，

這時(shí)染色體尚未復(fù)制，是單根染色體絲被擊斷，經(jīng)s期復(fù)制后，在分裂中期見到的是兩條單

體在同一部位顯示有變化，因此導(dǎo)致的是染色體型畸變)

2.數(shù)量畸變：1)多倍體(polyploid):有兩個(gè)以上染色體組的細(xì)胞

2)非整倍體(aneuploid)

3)核內(nèi)復(fù)制(endoreduplication):兩次細(xì)胞分裂之間染色體復(fù)制了兩次，得到四條姐妹染色

單體

自發(fā)畸變：人類所處的輻射環(huán)境，包括天然本底輻射和人工輻射。前者包括宇宙、地球輻射

及人體內(nèi)固有的放射性物質(zhì)的輻射。因此在未受到附加輻射的細(xì)胞中也能見到有畸變，通常

稱之為自發(fā)畸變。

除天然本底輻射外，其他因素如病毒、環(huán)境中一些誘發(fā)物質(zhì)也能誘發(fā)染色體畸變。

自發(fā)畸變的類型和輻射引起的結(jié)構(gòu)改變是相似的，只是頻率很低，主要的畸變是無著絲粒斷

片，雙畸變很少見。

4、穩(wěn)定與不穩(wěn)定型畸變各有那些類型；

穩(wěn)定畸變(Cs):雙著絲粒(dicentric,die)、著絲粒環(huán)(centircring,r),無著絲粒斷片(acentric

fragment,ace);

不穩(wěn)定畸變(Cu):相互易位(reciprocaltranslocation,t)、倒位(inversion,inv)和缺失(deletion,

del)

熟悉輻射誘導(dǎo)染色體畸變的機(jī)制及其生物學(xué)意義

1.斷裂-重接假說：這是一種經(jīng)典假說，認(rèn)為畸變的形成是當(dāng)一個(gè)電離粒子通過間期核染色

體的結(jié)構(gòu)或經(jīng)過染色體附近的時(shí)候，引起染色體直接或間接的斷裂，斷裂后的染色體可以有

三種結(jié)局。(愈合：重新連接成原來狀態(tài)。重接：與其他斷裂連接形成新的重接產(chǎn)物。游離：

斷裂產(chǎn)物以游離狀存在。)

2.互換假說：認(rèn)為所有的畸變都是通過互換過程而形成的。電離輻射引起的原發(fā)事件使得接

近荷電粒子徑跡處的染色單體絲出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，如果由于空間關(guān)系不能起反應(yīng)就可以復(fù)

原，如果同時(shí)有2個(gè)不穩(wěn)定區(qū)就相互起作用，最終彼此相互起反應(yīng)形成真正的互換過程。(其

重要假設(shè)是當(dāng)間期核的染色體處在螺旋狀態(tài)并形成一個(gè)圈的時(shí)候互換才能在這個(gè)圈上進(jìn)行)

3.染色體畸變形成的分子機(jī)制DNA:DNA分子鏈離析

生物學(xué)意義：1、生殖細(xì)胞的染色體畸變，對后代可造成嚴(yán)重后果

2、體細(xì)胞中的染色體畸變與各種疾病之間的關(guān)系（常染色體病：三體綜合癥、單體綜合癥、

部分單體綜合癥、部分單體綜合癥、嵌合體等；性染色體?。篕linefelter綜合癥、X