Działanie promieniowania
Działanie promieniowania
nie jonizującego na
nie jonizującego na
organizm
organizm
Działanie promieniowania
Działanie promieniowania
nie jonizującego na
nie jonizującego na
organizm
organizm
Zakresy promieniowania
Zakresy promieniowania
elektromagnetycznego
elektromagnetycznego
promieniow
anie
widzialne
pod-
czer
w.
długo
ść
fali, m
fale
radiowe
nad-
fiole
t
pro
m. X
promieni
e
γ
10
6
10
3
1 10
-3
10
-6
10
-9
10
-12
mikrofa
le
700 nm
400 nm
0,26 – 0,0002
760 - 10
6
Promieniowanie
podczerwone
0,26 – 0,5
400 - 760
Światło widzialne
0,5 – 9,94
20 –
200
200 – 280
280 – 320
320 – 400
UV-
próżniowe
UV – C
UV – B
UV – A
Zakres
energii
fotonów
10
-18
J
Zakres
długości
fal
nm
Rodzaj
promieniowania
P
ro
m
ie
n
io
w
a
n
ie
u
lt
ra
fi
o
le
to
w
e
(
U
V
)
Źródła promieniowania
Źródła promieniowania
niejonizującego
niejonizującego
Źródłem promieniowania
niejonizującego są atomy i cząsteczki
w stanach wzbudzonych tzn.
znajdujące się na wyższych
poziomach energii elektronowej
Promieniowanie powstaje przy
przejściu do stanu o niższej energii
związanym z emisją fotonu o energii
h = E
w
– E
n
.
Czynniki wywołujące
Czynniki wywołujące
wzbudzenie
wzbudzenie
•
ogrzanie
(wzbudzenie
termiczne) –
powstające
promieniowanie to
promieniowanie
promieniowanie
termiczne
termiczne
•
wzbudzenie
nietermiczne
– emisja
promieniowania
to
luminescencja
luminescencja
W organizmach układami
pochłaniającymi promieniowanie są
cząsteczki
cząsteczki
.
Przez oddziaływanie promieniowania
elektromagnetycznego z materią
rozumiemy pochłanianie (absorpcję)
energii tego promieniowania lub
oddawanie energii w wyniku emisji
promieniowania.
Energię cząsteczki można
przedstawić jako sumę:
•
energii związanej z rozłożeniem
elektronów na
orbitalach
E
E
el
el
•
energii związanej z oscylacją jąder
atomowych
wokół położenia równowagi –
energia oscylacji
E
E
o
o
•
energii wynikającej z obrotu
cząsteczek wokół
osi – energia rotacyjna
E
E
rot
rot
E = E
E = E
el
el
+ E
+ E
o
o
+ E
+ E
rot
rot
II
I
1
1
0
0
2
2
3
3
Schemat poziomów energetycznych w cząsteczce
Schemat poziomów energetycznych w cząsteczce
Cząsteczka pochłania fotony,
których energia spełnia warunek:
h
h
=
=
E
E
el
el
+
+
E
E
o
o
+
+
E
E
rot
rot
Widma pasmowe
Widma pasmowe
emisyjne
emisyjne
DF –
fluorescencja
fluorescencja
opóźniona
opóźniona
(>10
(>10
-8
-8
s)
s)
Efekty pochłonięcia
Efekty pochłonięcia
fotonu przez
fotonu przez
cząsteczkę
cząsteczkę
S
0
T
1
S
1
F
h
DF
TD
TD
TD
TD
F
fo
s
F –
F –
fluorescencja (
fluorescencja (
~
~
10
10
-8
-8
s)
s)
KW –
KW –
konwersja
konwersja
wewnętrzna
wewnętrzna
TD
TD –
przejście
przejście
bezpromieniste
bezpromieniste
F
F
fos
fos
–
–
fosforescencja
fosforescencja
(
(
~
~
sekund)
sekund)
KW
KW
h
h
Powstawanie witaminy D
Powstawanie witaminy D
3
3
CH
3
H
O
Prewitamina D
3
HO
Prowitamin
a D
3
CH
3
HO
prewitamina D
3
witamina D
3
CH
2
HO
izomeryzacja spontaniczna
izomeryzacja spontaniczna
Proces widzenia
Proces widzenia
Komórki światłoczułe
Komórki światłoczułe
pręcik
czopek
Mechanizm reagowania na światło
Mechanizm reagowania na światło
Rodopsyna
Rodopsyna
Pręciki
Błona
dysku
COO
-
NH
+
Miejsce wiązania retinalu
11 – cis -
retinal
all – trans -
retinal
Izomeryzacja 11-cis-retinalu po pochłonięciu fotonu
h
β α
γ
GD
P
α
β
γ
β
α
γ
GT
P
α
β
γ
cGM
P
5’GM
P
β
γ
γ
α
GTP
α
β
γ
β
GD
P
α
γ
GTP
h
Efekt wywołany pochłonięciem światła przez rodopsynę
Na
+
Ca
2+
Na
+
Ca
2+
,
K
+
K
+
Na
+
cGMP
Na
+
Ca
2+
Na
+
Ca
2+
,
K
+
K
+
Na
+
Widzenie kolorów możliwe jest
dzięki występowaniu 3 rodzajów
czopków reagujących na światło
o długościach fali
426
nm,
530
nm i
560
nm. Światło jest
pochłaniane przez receptory
światła o budowie podobnej do
rodopsyny.
W miejscu wiązania 11-cis-
retinalu mają one różne reszty
aminokwasowe i to powoduje ich
różną wrażliwość na światło.
Czopki
Miejsca decydujące o widzeniu barw
Miejsca decydujące o widzeniu barw
Szkodliwe działanie
Szkodliwe działanie
promieniowania niejonizującego
promieniowania niejonizującego
Szkodliwe jest przede wszystkim
promieniowanie UV z zakresu B i C
Pochłonięcie promieniowania z tego
zakresu przez cząsteczki , z których
zbudowany jest ośrodek wywołuje
efekt fotochemiczny.
W DNA zasady purynowe i pirymidynowe
absorbują promieniowanie o λ około 260
nm (UV-C).
h
1
h
2
O
O
CH
3
N
H
H
HN
O
O
CH
3
N
H
H
HN
H
O
O
CH
3
N H
HN
O
CH
3
O
N
H
H
HN
Dimeryzacja tyminy zaburza
funkcjonowanie komórki.
Ochronne działanie melaniny
Ochronne działanie melaniny
naskórek
skóra
właściwa
tkanka
podskór
na
Melanina – pigment występujący w komórkach
naskórka i skóry
właściwej
Komórki
produkujące
melaninę –
melanocyty
Synteza melaniny wzrasta pod wpływem
promieniowania
UV
UV
.
Melanina chroni przed szkodliwym
wpływem promieni ultrafioletowych.
pochłania promieniowanie ultrafioletowe
wychwytuje i dezaktywuje wolne
rodniki
powstające pod wpływem
promieniowania UV
jest inhibitorem peroksydacji lipidów
Zmiana zabarwienia skóry powstaje
pod wpływem promieniowania
UV-A
UV-A
i
UV-B
UV-B
.
UV-A:
UV-A:
powoduje uwolnienie melaniny z melanocytów
jego zawartość w świetle dziennym nie
zależy
od pory dnia
UV-B:
UV-B:
powoduje tworzenie się melaniny w melanocytach
powoduje tworzenie się witaminy D
Indukowane promieniowaniem
mutacje
komórek mogą prowadzić do
powstania
nowotworów skóry.
•
promieniowanie UV-C i UV-B jest
silnie
pochłaniane przez górne warstwy
atmosfery.
•
czynnikiem zabezpieczającym
jest
ozon (O
ozon (O
3
3
)
)
występujący na wysokości około
25 km.
Ochronne działanie ozonu
Ochronne działanie ozonu
O
3
+ h O
2
+ O
< 300 nm
Odtworzenie ozonu:
O + O
2
+ M O
3
+
M
M – cząsteczka azotu
N
N
2
2
lub
tlenu (
O
O
2
2
)
O
O
O
O
O
O
116,8
116,8
0
0
Dziura ozonowa nad Antarktydą 2006 r
S
0
T
1
S
1
S
0
T
1
S
1
Donor
Akceptor
h
ET
ET
Fotouczulanie
Fotouczulanie
Polega na przekazywaniu energii
wzbudzenia z cząsteczki donora
(uczulacza) na cząsteczkę
akceptora.
h + U + AH U
*
+ AH U + AH
*
Jeżeli akceptorem jest
cząsteczka
cząsteczka
tlenu
tlenu
to donor nazywany jest
uczulaczem fotodynamicznym
h + U
d
+ O
2
U
*
+ O
2
U + O
2
*
Fotouczulanie
Fotouczulanie
Efektem jest powstanie bardzo
aktywnej formy tlenu - tlenu
singletowego
Fototerapi
Fototerapi
a
a
Światło jest pochłaniane przez
endogenne (fototerapia) lub
egzogenne (fotochemioterapia)
cząsteczki znajdujące się w skórze lub
na niej. Efekty terapeutyczne są
następstwem reakcji chemicznych,
które zachodzą po pochłonięciu
fotonów.
Zastosowania:
Zastosowania:
•
fototerapia żółtaczki
fizjologicznej
u noworodków
•
leczenie łuszczycy i bielactwa
•
fotodynamiczna terapia nowotworów