Efectos de la radiación ionizante en el ADN: mecanismos, lesiones y radiosensibilidad
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Efectos biológicos de las radiaciones ionizantes
Los efectos biológicos de las radiaciones ionizantes derivan del daño que estas producen en la estructura química de las células, fundamentalmente en la molécula de ADN.
Interacción de la radiación con la materia
La interacción de la radiación con la materia celular puede producir daño directo sobre moléculas biológicas o daño indirecto a través de la formación de radicales libres al ionizar el agua intracelular.
Estructura y función del ADN
El ADN contiene toda la información necesaria para el control de las funciones celulares (crecimiento, proliferación, diferenciación). La información contenida en el ADN se transmite a las células hijas.
ADN
ADN: es el material genético de casi todos los organismos y controla la herencia. Está formado por dos cadenas complementarias de nucleótidos, enrolladas entre sí formando una doble hélice que se mantiene unida por enlaces de hidrógeno.
Nucleótido
Un nucleótido está formado por:
- Un azúcar: desoxirribosa.
- Una base nitrogenada: parejas A–T y C–G.
- Un grupo fosfato.
Gen
Gen: es una secuencia de ADN que constituye la unidad fundamental física y funcional de la herencia.
Efectos directos e indirectos
La radiación ionizante causa daño celular principalmente a través de efectos directos, donde impacta directamente moléculas vitales como el ADN, y efectos indirectos, donde ioniza moléculas de agua (formando radicales libres) que luego dañan otras estructuras celulares. Mientras el efecto directo es más común con radiaciones de alta Transferencia Lineal de Energía (LET) —como partículas alfa y neutrones—, el efecto indirecto a través de radicales libres de agua es el mecanismo predominante para radiaciones como los rayos X y los rayos gamma.
Efecto directo
La radiación impacta directamente sobre la molécula objetivo, como el ADN. La energía de la radiación ioniza o excita la molécula, rompiendo enlaces químicos y alterando su estructura. El daño causado por la ionización o ruptura de enlaces directamente en el ADN puede llevar a la muerte celular o a mutaciones. Este tipo de efecto es más significativo con radiaciones de alta LET.
Efecto indirecto
La radiación interactúa primero con moléculas de agua en la célula, que componen la mayor parte del organismo. La ionización del agua crea especies muy reactivas llamadas radicales libres, como el radical hidroxilo (•OH). Estos radicales libres son móviles y pueden difundirse a otras partes de la célula para reaccionar con moléculas biológicas importantes, como el ADN, proteínas y lípidos. El daño ocurre a través de la interacción química de los radicales libres con estas biomoléculas. Los efectos indirectos son el mecanismo dominante para la radiación de baja LET, como los rayos X y los rayos gamma.
Lesiones radioinducidas en el ADN
Lesiones radioinducidas en el ADN: las lesiones que la radiación ionizante puede inducir en el ADN son muy diversas. Entre ellas se incluyen:
- Roturas de cadena sencilla y doble (SSB y DSB).
- Cambios en las bases nitrogenadas.
- Uniones cruzadas entre cadenas de ADN o entre ADN y proteínas.
- Daño complejo que combina múltiples tipos de lesiones cercanas.
En algunos casos, las lesiones en el ADN se traducen en aberraciones cromosómicas, cuyo recuento puede ser utilizado para estimar la dosis absorbida (dosimetría biológica).
Radiosensibilidad
Radiosensibilidad: es la sensibilidad que tienen los diferentes tejidos y las células a las radiaciones ionizantes. Los tejidos y órganos más sensibles a las radiaciones son los menos diferenciados y los que tienen alta actividad reproductiva.
Dosimetría biológica
La dosimetría biológica aprovecha marcadores citogenéticos, como las aberraciones cromosómicas, para estimar la dosis de radiación recibida y ayudar en la evaluación del riesgo biológico tras una exposición.