Перейти к публикации
Форум химиков на XuMuK.ru

ДНК и радиация


Рекомендованные сообщения

Решение задач, рефераты, курсовые - онлайн сервис помощи учащимся. Цены в 2-3 раза ниже!

Wy8kAVN2Ynya0j5MFRxZgku8_xOCCvZl.png

Воздействие ионизирующего излучения на клетки приводит к повреждению ДНК, которое вызывается диффузными водными радикалами или прямым воздействием ионизирующего излучения. Прямое выделение энергии в ДНК приводит к ионизации с образованием катион-радикала и электрона. Информация о степени миграции отверстий в ДНК при комнатной температуре и ее последующей локализации отсутствует. Используя свет с длиной волны 193 нм, который фотоионизирует монофотонно
ДНК на нуклео-основаниях, большая часть окисленных повреждений локализуется на гуанине. Используя детектирование лазерного светорассеяния с временным разрешением, делается вывод, что миграция отверстий с локализацией на
гуанине приводит к низкому выходу явных разрывов одной нити (ssb) из-за переноса радикалов от фрагмента гуанина с образованием радикала сахара. Как подтверждено гелевым анализом последовательности, быстрые ssbs возникают преимущественно у гуанина в ДНК, хотя считается, что большая часть повреждений связана с модификациями гуанина. 8-Оксогуанин был идентифицирован как основной продукт одноэлектронного окисления гуанина в двухцепочечной ДНК. Чтобы понять образование этого продукта, предполагается, что реакционная способность одноэлектронного окисленного радикала гуанина различается между ДНК и ее моно-рибонуклеозидом. желательно понимать некоторые свойства радикала гуанина, которые необходимо учитывать, чтобы понять различия в реакционной способности. В данной теми хочу обсудить процессы и явления связаны с ДНК и радиацией. Решения создать данную тему было принято в связи с отсутствием недавних похожих тем. На всякий случай заранее извиняюсь в случаи ошибок или неполадок в теме так как я недавно на форуме и еще не совсем понимаю техническую часть форума.

Изменено пользователем Lonsdaleite
Ссылка на сообщение

Статьи по теме:

http://nuclphys.sinp.msu.ru/cosmrad/cosmrad1.htm

https://www.gazeta.ru/science/2016/08/05_a_9759299.shtml

https://radbez.bsmu.by/library/rad_med_LF.pdf со стр 48

http://hea.phys.msu.ru/static/books/medphyslib/6.pdf с математикой

Изменено пользователем chemister2010
  • Спасибо! 2
Ссылка на сообщение
02.10.2021 в 10:54, chemister2010 сказал:

Хорошая подборка! Только газету ру сюда не стоило пихать она точна лишняя среди научных ссылок! Как и любая газета не обязательно даже газета на русском.  Исключение научные журналы. 

Deinococcus_radiodurans.jpg

Радиорезистентные организмы
Deinococcus radiodurans
 грамположительный, экстремофильный кокк рода Deinococcus. Является одной из самых устойчивых бактерий к действию ионизирующего излучения. Впервые был выделен из консервированного мяса, подвергнутого действию гамма-излучения с целью изучения возможности стерилизации. Описан в 1960 году под названием Micrococcus radiodurans, переведён во вновь созданный род Deinococcus в 1981 году. Разрабатываются способы использования Deinococcus radiodurans в биоочистке радиоактивно неблагополучных сточных вод.

Морфология

Окрашивается по методу Грама положительно (хотя клеточная стенка имеет строение, типичное для грамотрицательных бактерий), неподвижный кокк диаметром 1,5—3,5 мкм. На микропрепаратах располагается по две или чаще четыре клетки, образуя тетрады. Не образует капсул и спор. Образует красный пигмент.

Культуральные свойства

Хемоорганогетеротроф, облигантный аэроб. Растёт на простых питательных средах. На агаризованных питательных средах образует гладкие, выпуклые колонии от розового до красного цвета. Штаммы D. radiodurans выделялись из большого разнообразия субстратов: от помёта слонов и почвы до арктических глыб и песков пустынь, поэтому нельзя говорить о каком-либо специфическом местообитании этого микроорганизма.

Геном

Уникальной особенностью генома D. radiodurans является то, что каждая кольцевая молекула ДНК генома представлена в нескольких копиях, и они образуют вместе переплетённые кольца, каждое кольцо содержит по нескольку копий одной молекулы ДНК. Другой уникальной особенностью D. radiodurans является наличие РНК-лигаз, способных сшивать молекулы РНК в гибридном комплексе РНК-ДНК. Геном D. radiodurans штамма R1 представлен четырьмя молекулами ДНК: двумя хромосомами и двумя плазмидами — мегаплазмидой и малой плазмидой. Известно также несколько плазмид, влияющих на резистентность к лизоциму и допустимую температуру роста. Микроорганизм имеет естественную компетентность к трансформации чужеродной ДНК. Геном D. radiodurans весьма близок к геному Thermus aquaticus, и сравнение геномов показывает дивергентные пути к адаптации к термофильности и устойчивости к радиации.

Устойчивость к действию ионизирующих излучений

D. radiodurans широко известен своей высокой устойчивостью к действию радиации, являясь одним из самых устойчивых к действию радиации организмов в мире — D. radiodurans способен выживать при дозе до 10000 греев (для человека летальная доза радиации 5 Гр, для Escherichia coli — 2000 Гр). Предположительно, высокая устойчивость к действию ионизирующего излучения возникла как следствие возникновения устойчивости к высушиванию, так как механизмы повреждения ДНК, а следовательно, и устойчивости к радиации и высушиванию сходны, к тому же D. radiodurans синтезирует т. н. LEA-белки, предотвращающие агрегацию белков во время высушивания.

Долгое время такой уровень устойчивости к действию радиации был не совсем понятен. Сейчас известно, что D. radiodurans хранит в клетке по нескольку копий генома, упакованных в виде тора или колец, дополнительные копии генома позволяют в точности восстановить геном после многочисленных одно- и двуцепочечных разрывов. Было также показано, что как минимум две копии генома при массированных двуцепочечных разрывах образуют полный геном при реассоциации образовавшихся фрагментов ДНК, затем идёт ресинтез поврежденных участков с гомологичных неповреждённых последовательностей, при этом образуется D-петля, после этого происходит рекомбинация между гомологичными последовательностями путём RecA-зависимой гомологичной рекомбинации. RecA D. radiodurans функционирует по пути, прямо противоположному таковому в клетках E. coli; возможно, это — одна из причин чрезвычайной эффективности системы репарации D. radiodurans. Определённую роль в резистентности к действию радиации оказывает также присутствие особого белка, связывающегося с одноцепочечной ДНК и предположительно играющего роль в репликации повреждённой ДНК, на радиорезистентность влияет также синтез белка DdrA, обеспечивающего целостность генома. Белок IrrE, регулятор экспрессии гена recA, также влияет на уровень устойчивости к действию радиации. Микроорганизм имеет рибонуклеопротеины, также оказывающие действие на устойчивость бактерии к ультрафиолетовому облучению. Для защиты от окислительного стресса, сопровождающего действие ионизирующего излучения, D. radiodurans использует особый фермент тиоредоксинредуктазу, а также синтезирует супероксиддисмутазу.

Известно несколько бактерий, сравнимых с D. radiodurans по устойчивости к радиации, включая некоторые виды Chroococcidiopsis (цианобактерии) и Rubrobacter (актиномицеты); среди архей подобными же свойствами обладает Thermococcus gammatolerans.

Применение

Устойчивость к действию радиации D. radiodurans уникальны, он также весьма устойчив к неблагоприятным условиям окружающей среды, что делает этот микроорганизм пригодным для биоочистки радиоактивных отходов. Есть исследования по применению D. radiodurans в биоочистке радиоактивных загрязнений, в том числе содержащие растворённые ионы ртути. В 2003 году американские учёные показали, что D. radiodurans может быть использован в качестве средства хранения информации, которое может пережить ядерную катастрофу. Они перевели песню «Это маленький мир» (англ. It's a Small World) в ряд сегментов ДНК длиной в 150 пар нуклеотидов, внедрили их в бактерии, и были в состоянии получить их без ошибок 100 бактериальных поколений спустя.

Изменено пользователем Lonsdaleite
Ссылка на сообщение

Радиоуглеродное датирование
разновидность метода радиоизотопного датирования, применяемая для определения возраста 
органических останков путём измерения содержания в материале радиоактивного изотопа 14C 
по отношению к стабильным изотопам углерода. Метод радиоуглеродного датирования 
предложен Уиллардом Либби в 1946 году, за что ему была присуждена Нобелевская 
премия по химии 1960 года. Метод основан на том, что живые организмы поглощают 
вместе с пищей и нерадиоактивный, и радиоактивный углерод, который постоянно 
вырабатывается в атмосфере из-за воздействия космических лучей на атмосферный 
азот. После гибели животного или растения обмен углеродом с окружающей средой 
прекращается, 14C в останках постепенно распадается, и по его остаточной 
удельной активности можно оценить время гибели организма. Для уточнения 
возраста необходимо использовать калибровочные кривые. В 2020 году были
приняты новые версии калибровочных кривых для Северного полушария 
(IntCal20), Южного полушария (SHCal20) и морских образцов (Marine20),
которые позволяют датировать образцы возрастом до 55 000 лет.
Физические основания
Углерод, будучи одним из основных элементов в составе биологических организмов, 
присутствует в земной атмосфере в виде стабильных изотопов 12C и 13C 
и радиоактивного 14C, который присутствует в следовых количествах (около 10−10 %). 
Изотоп 14C постоянно образуется в основном в верхних слоях атмосферы 
на высоте 12—15 км при столкновении вторичных нейтронов от космических лучей с ядрами атмосферного азота:
В среднем в год в атмосфере Земли образуется около 7,5 кг радиоуглерода при общем его количестве ~75 тонн.
Образование радиоуглерода вследствие естественной радиоактивности на поверхности Земли пренебрежимо мало.
Радиоизотоп углерода 14C испытывает распад с 
периодом полураспада 40 лет, постоянная распада год−1:
Соотношение радиоактивного и стабильных изотопов углерода в 
атмосфере и в биосфере примерно одинаково из-за активного 
перемешивания атмосферы, поскольку все живые организмы 
постоянно участвуют в углеродном обмене, получая углерод из 
окружающей среды, а изотопы, в силу их химической неразличимости, 
участвуют в биохимических процессах практически одинаковым образом.
Удельная активность углерода в живых организмах, обменивающихся 
углеродом с атмосферным резервуаром, соответствует атмосферному 
содержанию радиоуглерода и составляет распада в 
минуту на грамм углерода. С гибелью организма углеродный обмен 
прекращается. После этого стабильные изотопы сохраняются, 
а радиоактивный (14C) постепенно распадается, в результате 
его содержание в останках постепенно уменьшается. 
Зная исходное соотношение содержания изотопов в организме 
и определив их текущее соотношение в биологическом материале 
масс-спектрометрическим методом или измерив активность 
методами дозиметрии, можно установить время, прошедшее с момента гибели организма.
Использование
Для определения возраста из фрагмента исследуемого 
образца выделяется углерод (путём сжигания 
предварительно очищенного фрагмента), для выделенного 
углерода производится измерение радиоактивности, 
на основании этого определяется соотношение изотопов, 
которое и показывает возраст образцов. Образец углерода 
для измерения активности обычно вводится в газ, которым 
наполняется пропорциональный счётчик, либо в жидкий сцинтиллятор. 
В последнее время для очень малых содержаний 14C и/или очень 
малых масс образцов (несколько мг) используется ускорительная 
масс-спектрометрия, позволяющая прямо определять содержание 14C. 
На 2020 год предельный возраст образца, который может быть точно 
определён радиоуглеродным методом — около 55 000 лет, 
то есть около 10 периодов полураспада. За это время содержание 14C 
уменьшается почти в 1000 раз (до около 1 распада в час на грамм углерода).
Измерение возраста предмета радиоуглеродным методом возможно 
только тогда, когда соотношение изотопов в образце не было нарушено за 
время его существования, то есть образец не был загрязнён углеродсодержащими 
материалами более позднего или более раннего происхождения, радиоактивными 
веществами и не подвергался действию сильных источников радиации. Определение 
возраста таких загрязнённых образцов может дать огромные ошибки. За прошедшие 
с момента разработки метода десятилетия накоплен большой опыт в выявлении загрязнений 
и в очистке от них образцов. Для датирования из образцов химическими методами выделяют 
наименее подверженные загрязнению компоненты. При радиоуглеродном анализе растительных 
остатков используется целлюлоза, а при датировании костей, рогов и других животных 
остатков выделяется коллаген. Погрешность метода в настоящее время находится в 
пределах от семидесяти до трёхсот лет.
Один из наиболее известных случаев применения радиоуглеродного метода — исследование 
фрагментов Туринской плащаницы, проведённое в 1988 году, одновременно в нескольких 
лабораториях слепым методом. Радиоуглеродный анализ позволил датировать плащаницу 
периодом XI—XIII веков. Скептики считают такой результат подтверждением того, что 
плащаница — средневековая подделка. Сторонники же подлинности реликвии считают 
полученные данные результатом загрязнения плащаницы углеродом при пожаре и 
последующей стирке в кипящем масле в XVI веке.
Калибровка
Исходные предположения Либби, на которых строится метод радиоуглеродного датирования, 
заключаются в том, что соотношение изотопов углерода в атмосфере во времени и 
пространстве не меняется, а содержание изотопов в живых организмах в точности 
соответствует текущему состоянию атмосферы. Однако, как было установлено в 
дальнейшем, эти предположения справедливы лишь приблизительно. Содержание 
изотопа 14C в атмосфере зависит от многих факторов, таких как:
интенсивность космических лучей и активности Солнца;
широта местности;
состояние атмосферы и магнитосферы;
вулканическая деятельность (углерод, содержащийся в вулканических выбросах, «древний», практически не содержащий 14C);
круговорот углекислого газа в природе;
проведение атмосферных ядерных испытаний, создавших в 1950—1960-х годах 
существенный выброс (около 0,5 тонны) радиоуглерода в атмосферу (бомбовый эффект);
сжигание большого количества ископаемых топлив (углерод, содержащийся в нефти, 
природном газе и угле — «древний», практически не содержащий 14C) — так называемый э
ффект Зюсса, возникший с началом промышленной революции в XIX веке.
Два последних фактора делают невозможным проведение точных радиоуглеродных датировок у образцов XX века.
Кроме того, исследования показали, что из-за разницы в атомных массах изотопов углерода 
химические реакции и процессы в живых организмах идут с немного разными скоростями, 
что нарушает естественное соотношение изотопов (так называемый эффект изотопного 
фракционирования). Ещё один важный эффект (резервуарный эффект) — замедленное 
достижение радиоуглеродного равновесия в Мировом океане из-за его медленного 
обмена углеродом с атмосферным резервуаром — приводит, если не учитывать поправок, 
к кажущемуся увеличению возраста остатков морских организмов, а также тех сухопутных 
организмов, чья диета в основном состояла из морской пищи. Понимание процессов, 
связанных с углеродным обменом в природе и влиянием этих процессов на соотношение 
изотопов в биологических объектах, было достигнуто не сразу. Таким образом, 
использование радиоуглеродного метода без учёта этих эффектов и вносимых ими поправок 
способно породить значительные ошибки (порядка тысячелетия), что часто происходило 
на ранних этапах развития метода, до 1970-х годов.
В настоящее время для правильного применения метода произведена тщательная калибровка, 
учитывающая изменение соотношения изотопов для различных эпох и географических регионов, 
а также специфику накопления радиоактивных изотопов в живых существах и растениях. 
Для калибровки метода используется определение соотношения изотопов для предметов, 
абсолютная датировка которых заведомо известна. Одним из источников калибровочных 
данных является дендрохронология. Также проведены сопоставления определения возраста 
образцов радиоуглеродным методом с результатами других изотопных методов датирования. 
Сейчас в качестве стандартной калибровочной кривой используется IntCal, первая 
версия которой опубликована в 1998 году. Следующие уточнённые 
версии калибровочной кривой, используемой для пересчёта измеренного 
радиоуглеродного возраста образца в абсолютный возраст, опубликованы в 2004, 
2009[8] и 2013 году. Калибровочная кривая IntCal13 построена отдельно для 
северного и южного (SHCal13) полушарий, она охватывает последние 50 000 лет и 
получена на основании тысяч измерений точно датируемых древесных колец деревьев 
(последние 12 000 лет), годовых приростов кораллов и отложений фораминифер.
Сравнение отложений на дне японского озера Суйгецу за период с 12 000 до 40 тысяч лет назад 
с информацией, полученной дендрохронологами при анализе древесных колец, привело к 
внесению поправок, сдвинувших данные в прошлое на 300—400 лет. Калибровка 
для морских объектов выполняется по отдельной кривой Marine13, поскольку 
скорость обмена углерода в морском резервуаре медленнее атмосферного.
В своём современном виде благодаря созданию калибровочных шкал IntCal20, 
SHCal20 и Marine20 на историческом интервале (от десятков лет до 55 тысяч 
лет в прошлое) радиоуглеродный метод можно считать достаточно надёжным и 
качественно откалиброванным независимым методом датирования предметов 
биологического происхождения.
Критика метода
Несмотря на то, что радиоуглеродное датирование уже давно вошло в научную 
практику и достаточно широко используется, в околонаучных публикациях и в 
Интернете встречается критика этого метода, ставящая под сомнение правомерность 
его применения для датирования исторических артефактов (в особенности 
более позднего периода). Как правило, радиоуглеродный метод критикуется 
сторонниками «научного креационизма», «Новой хронологии» и других псевдонаучных 
концепций. Некоторые примеры возражений против радиоуглеродного датирования 
приведены в разделе Критика естественно-научных методов в «Новой хронологии» 
Фоменко. Обычно такая критика радиоуглеродного анализа основывается на самых 
ранних научных публикациях, отражавших состояние методологии в 1960-х годах, 
и на непонимании основ метода и особенностей калибровки.
Влияние выброса ископаемого углерода
В 2015 году Х. Грейвен (Имперский колледж Лондона) подсчитал, 
что дальнейшее сжигание ископаемого топлива в существующем темпе из-за 
эмиссии в атмосферу «древнего» углерода приведёт к неотличимости по 
радиоуглеродному методу современных образцов от более древних 
(хотя на образцы, возникшие до индустриализации и не обменивающиеся 
углеродом с атмосферой, этот эффект, разумеется, не влияет). 
В настоящее время выброс в атмосферу ископаемого углерода 
приводит к кажущемуся «старению» атмосферного 
углерода примерно на 30 лет в год.

Ссылка на сообщение

Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!

Зарегистрировать аккаунт

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.

Войти сейчас
  • Сейчас на странице   0 пользователей

    Нет пользователей, просматривающих эту страницу.

×
×
  • Создать...
Яндекс.Метрика