Radiobiología Molecular y Celular
OBJETIVOS
Al terminar este capítulo, el lector debe ser capaz de realizar lo siguiente:
1. Identificar tres efectos de la irradiación in vitro de macromoléculas.
2. Explicar los efectos de la radiación en el ADN.
3. Identificar las reacciones químicas implicadas en la radiólisis del agua.
4. Describir los efectos de la irradiación in vivo.
5. Describir los principios de la teoría del blanco.
6. Discutir la cinética de las células supervivientes después de una irradiación.
CONTENIDO
Irradiación de macromoléculas
Escisión de la cadena principal
Unión cruzada
Lesiones puntuales
Síntesis macromolecular
Efectos de la radiación en el ADN
Radiólisis del agua
Efectos directos e indirectos
Teoría del blanco
Cinética de células supervivientes
Modelo de blanco único, impacto único
Modelo de blanco múltiple, impacto único
Recuperación
Efectos del ciclo celular
Transferencia lineal de energía (LET), efectividad biológica relativa (RBE) y tasa de intensificación del oxígeno (OER)
Resumen
Cuando se irradian macromoléculas in vitro ocurren tres efectos principales:
1) la escisión de la cadena principal, 2) la unión cruzada y 3) la rotura de enlaces químicos simples de una macromolécula, que causa lesiones puntuales. Los tres tipos de daño son reversibles mediante la reparación intracelular y la recuperación. El ADN, con su característica unión entre bases, no es abundante en la célula. Como resultado, el ADN es la molécula más radiosensible. Las aberraciones cromosómicas o una actividad metabólica anómala pueden ser el resultado de un ADN dañado. La irradiación del ADN tiene tres efectos observables: muerte de la célula, enfermedad maligna y daño genético. Dado que el cuerpo humano es un 80% de agua, la irradiación del agua es la interacción principal en el organismo. El agua se disocia en radicales libres que son muy reactivos y que se pueden difundir a través de la célula para causar daño a distancia. Se dice que la ionización inicial es un efecto directo si la interacción ocurre con una molécula de ADN. Si la ionización ocurre con agua y transfiere esta energía al ADN, se dice que es un efecto indirecto. El concepto de molécula sensible clave en una célula es la base para la teoría del blanco. Para que una célula muera después de una exposición a radiación, la molécula blanco, el ADN, se debe inactivar. La exposición a la radiación produce dos modelos de supervivencia celular. El modelo de blanco único, impacto único se aplica a células simples como las bacterias. El modelo de blanco múltiple, impacto único implica un umbral de dosis. Sin embargo, a dosis más altas, la relación se transforma en el modelo de blanco único, impacto único. Los experimentos de recuperación celular muestran que las células pueden recuperarse del daño subletal de la radiación.
Preguntas de autoevaluación
1. Defina o identifique los siguientes conceptos: a. In vitro. b. Daño citogenético. c. Mutación puntual. d. Radical libre. e. Teoría del blanco. f. D37. g. Dosis letal media. h. Impacto de radiación. i. Número de extrapolación. j. DQ.
2. Enumere los efectos de la irradiación de macromoléculas en solución in vitro.
3. ¿Cómo se utiliza la viscosidad de una solución para determinar el grado de daño macromolecular de radiación?
4. ¿Cuál es la diferencia entre catabolismo y anabolismo?
5. ¿En qué fase del ciclo de la célula la escalera del ADN se abre por la mitad de cada escalón y se convierte en sólo una cadena?
6. Enumere los tres efectos principales observables de la irradiación del ADN.
7. Diferencie entre transcripción, transferencia y traslación cuando se aplica a genética molecular.
8. Dibuje un diagrama que ilustre las mutaciones puntuales del ADN que transfiere el código genético incorrecto a una de las dos células hija.
9. Escriba la fórmula de la radiólisis del agua en la que el átomo del agua se ioniza y se disocia en dos iones.
10. ¿Qué les pasa a los radicales libres inducidos por radiación dentro de la célula?
11. ¿Cuál es la teoría del blanco de la radiobiología?
12. ¿Actúa la radiación uniformemente con el tejido o al azar?
13. Dibuje la curva de supervivencia celular para mostrar la diferencia entre irradiación con radiación de baja LET y alta LET.
14. ¿Cuál es la diferencia entre in vivo e in vitro?
15. Complete las siguientes ecuaciones químicas: H2O+ radiación→? HOH+ (disociación)→? HOH− (disociación)→?
16. La D37 de una especie celular que sigue el modelo de blanco único, impacto único es de 150rad. ¿Qué porcentaje de células sobrevivirá a 450rad?
17. ¿Cuál es la RBE de la radiación alfa si la D0 es de 40rad, comparado con 180rad para rayos X? 18. ¿Cuál es la diferencia entre el efecto directo y el efecto indirecto?
19. ¿Cómo varía la radiosensibilidad de las células humanas con los períodos del ciclo celular?
20. Dibuje la curva de supervivencia celular para mostrar la diferencia entre la irradiación con baja LET de células aeróbicas y células anóxicas.
Al terminar este capítulo, el lector debe ser capaz de realizar lo siguiente:
1. Identificar tres efectos de la irradiación in vitro de macromoléculas.
2. Explicar los efectos de la radiación en el ADN.
3. Identificar las reacciones químicas implicadas en la radiólisis del agua.
4. Describir los efectos de la irradiación in vivo.
5. Describir los principios de la teoría del blanco.
6. Discutir la cinética de las células supervivientes después de una irradiación.
CONTENIDO
Irradiación de macromoléculas
Escisión de la cadena principal
Unión cruzada
Lesiones puntuales
Síntesis macromolecular
Efectos de la radiación en el ADN
Radiólisis del agua
Efectos directos e indirectos
Teoría del blanco
Cinética de células supervivientes
Modelo de blanco único, impacto único
Modelo de blanco múltiple, impacto único
Recuperación
Efectos del ciclo celular
Transferencia lineal de energía (LET), efectividad biológica relativa (RBE) y tasa de intensificación del oxígeno (OER)
Resumen
Cuando se irradian macromoléculas in vitro ocurren tres efectos principales:
1) la escisión de la cadena principal, 2) la unión cruzada y 3) la rotura de enlaces químicos simples de una macromolécula, que causa lesiones puntuales. Los tres tipos de daño son reversibles mediante la reparación intracelular y la recuperación. El ADN, con su característica unión entre bases, no es abundante en la célula. Como resultado, el ADN es la molécula más radiosensible. Las aberraciones cromosómicas o una actividad metabólica anómala pueden ser el resultado de un ADN dañado. La irradiación del ADN tiene tres efectos observables: muerte de la célula, enfermedad maligna y daño genético. Dado que el cuerpo humano es un 80% de agua, la irradiación del agua es la interacción principal en el organismo. El agua se disocia en radicales libres que son muy reactivos y que se pueden difundir a través de la célula para causar daño a distancia. Se dice que la ionización inicial es un efecto directo si la interacción ocurre con una molécula de ADN. Si la ionización ocurre con agua y transfiere esta energía al ADN, se dice que es un efecto indirecto. El concepto de molécula sensible clave en una célula es la base para la teoría del blanco. Para que una célula muera después de una exposición a radiación, la molécula blanco, el ADN, se debe inactivar. La exposición a la radiación produce dos modelos de supervivencia celular. El modelo de blanco único, impacto único se aplica a células simples como las bacterias. El modelo de blanco múltiple, impacto único implica un umbral de dosis. Sin embargo, a dosis más altas, la relación se transforma en el modelo de blanco único, impacto único. Los experimentos de recuperación celular muestran que las células pueden recuperarse del daño subletal de la radiación.
Preguntas de autoevaluación
1. Defina o identifique los siguientes conceptos: a. In vitro. b. Daño citogenético. c. Mutación puntual. d. Radical libre. e. Teoría del blanco. f. D37. g. Dosis letal media. h. Impacto de radiación. i. Número de extrapolación. j. DQ.
2. Enumere los efectos de la irradiación de macromoléculas en solución in vitro.
3. ¿Cómo se utiliza la viscosidad de una solución para determinar el grado de daño macromolecular de radiación?
4. ¿Cuál es la diferencia entre catabolismo y anabolismo?
5. ¿En qué fase del ciclo de la célula la escalera del ADN se abre por la mitad de cada escalón y se convierte en sólo una cadena?
6. Enumere los tres efectos principales observables de la irradiación del ADN.
7. Diferencie entre transcripción, transferencia y traslación cuando se aplica a genética molecular.
8. Dibuje un diagrama que ilustre las mutaciones puntuales del ADN que transfiere el código genético incorrecto a una de las dos células hija.
9. Escriba la fórmula de la radiólisis del agua en la que el átomo del agua se ioniza y se disocia en dos iones.
10. ¿Qué les pasa a los radicales libres inducidos por radiación dentro de la célula?
11. ¿Cuál es la teoría del blanco de la radiobiología?
12. ¿Actúa la radiación uniformemente con el tejido o al azar?
13. Dibuje la curva de supervivencia celular para mostrar la diferencia entre irradiación con radiación de baja LET y alta LET.
14. ¿Cuál es la diferencia entre in vivo e in vitro?
15. Complete las siguientes ecuaciones químicas: H2O+ radiación→? HOH+ (disociación)→? HOH− (disociación)→?
16. La D37 de una especie celular que sigue el modelo de blanco único, impacto único es de 150rad. ¿Qué porcentaje de células sobrevivirá a 450rad?
17. ¿Cuál es la RBE de la radiación alfa si la D0 es de 40rad, comparado con 180rad para rayos X? 18. ¿Cuál es la diferencia entre el efecto directo y el efecto indirecto?
19. ¿Cómo varía la radiosensibilidad de las células humanas con los períodos del ciclo celular?
20. Dibuje la curva de supervivencia celular para mostrar la diferencia entre la irradiación con baja LET de células aeróbicas y células anóxicas.
