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