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EFFET DIRECT EFFET INDIRECT Pr.H.Boulahdour Année 2007 2 ème partie.

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1 EFFET DIRECT EFFET INDIRECT Pr.H.Boulahdour Année ème partie

2 LESIONS MOLECULAIRES PROVOQUEES PAR LES RAYONNEMENTS QUI EST RESPONSABLE ? Première particularité des rayonnements ionisants Production de lésions moléculaires avec une très grande efficacité. Les énergies mises en jeu pour les produire sont extrêmement faibles. Deuxième particularité Absence de spécificité moléculaire. Les échanges entre lénergie radiative et les molécules (absorption ou émission de rayonnement) ne dépendent que de la nature des atomes et indépendants de la nature de la molécule absorbante.

3 Lénergie moyenne perdue pour une ionisation dans un milieu aqueux irradié est de 32 eV. La moitié environ (16 eV) est utilisée pour produire lionisation et lautre moitié se partage entre excitations et transferts thermiques En moyenne pour une ionisation, il se produit environ 3 excitations et un nombre plus élevé de transfert thermique. Transfert de lénergie sous forme thermique. Une dose de 1 Gy (1 joule / Kg) correspond à :

4 Si toute lénergie se retrouve sous forme thermique, lélévation de température est extrêmement faible (de lordre de 0.24 millièmes de degré centigrade ) ne peut être tenue pour responsable des lésions moléculaires observées. Transfert de lénergie par ionisation et excitation ionisation M M + + e - excitation M M* Energie de liaison chimique H – OH : 5.16 eV Donc une molécule ionisée ou excitée a un excès suffisant dénergie pour rompre une de ses liaisons Lexcès dénergie est expulsé : Sous forme de photon (phénomène de fluorescence par transfert de lénergie à une liaison chimique

5 Les ruptures de liaisons covalentes peuvent affecter celle dont lélectron a été éjecté ou une autre liaison plus éloignée dans la molécule ionisée ou voisine : une lésion moléculaire est produite. Une dose de 1 Gy ( MeV/kg) correspond à sur un total de molécules deau contenue dans un litre deau pure, soit 1 ionisation seulement pour 100 millions de molécules.

6 Parmi toutes les molécules, 2 ont une importance particuliere : la molécule d eau (70 % du poids du corps) la molécule d ADN compte tenu de son importance biologique et des conséquences biologiques dune minime modification de sa structure. Lésion dune molécule dADN induite par transfert direct de lénergie radiative (EFFET DIRECT) ou secondaire à des réactions physico-chimiques complexes (EFFET INDIRECT) par exemple secondaire à la radiolyse de leau

7 La cible, responsable des effets biologiques ADN LESIONS DE LADN Rupture dun ou 2 brins Modifications chimiques des bases et des sucres Pontages intra ou intermoléculaires FréquenceNombre / Gy / noyau Rupture double brin40 Rupture simple brin500 – 1000 Lésions des bases800 – 2000 Lésions des sucres800 – 1600 Pontage ADN-ADN30 Pontage ADN-Protéine150

8 TRANSFERT DE LENERGIE A LADN Cible : nucléosome ; sphère de 7 à 10 nm de diamètre. Très court segment de lADN ; cylindre de 2 nm de diamètre et de 2 nm de hauteur. Cible : densité dénergie très élevée. 10 eV absorbés dans une cible de 2 nm de diamètre > 10 6 J/Kg ou > 10 6 Gy. Distribution des dépôts dénergie fréquence d1 évènement dans une cible est faible : / Gy 10 3 segments dADN/Gy atteints dans un noyau Dépôts de faible énergie Dépôts dE > 100 eV ( 10 ionisations et excitations) /Gy/noyau Dépôts dE de densité très élevée produits pour haut TLE

9 Les lésions moléculaires les plus importantes à considérer sont celles secondaires à des dépôts dE. de densité élevée Quatre variétés de dépôts dE. 1.Ionisation ou excitations isolées, quelques dizaines deV ; rupture simple brin 2.Dépôts dE. de densité modérée (100 eV) ; fréquence augmente avec lEBR des radiations de TLE faible ; lésions réparables ; ruptures double brins 3.Dépôts dE 400 eV, TLE élevée ; fréquence augmente avec lEBR ; particules alpha de faible E ; lésions complexes de lADN + lésions des molécules adjacentes 4.Dépôts dE 800 eV ; TLE très élevé ; particules alpha, impact biologique mal connu

10 Probabilité dinteraction avec la cible Double chaîne dADN. Diamètre de 2 nm et de 2 nm de hauteur La probabilité dinteraction dans une telle cible est de / Gy. Pour 2 évènements, p = / Gy Puisque le nombre de cibles possibles dans lADN (2 m) est 10 9, une lésion en 1 site secondaire à 2 ou plusieurs évènements individuels est improbable. Donc la plupart des lésions par effet direct sont liés à un évènement unique.

11 RADIOLYSE DE LEAU. EFFET INDIRECT Irradiation de leau radicaux libres de haute réactivité chimique Radical libre : atome ou molécule ayant un électron non apparié expliquant cette réactivité Un radical peut être ionisé ou non Phénomènes initiaux Ionisation Excitation Trois étapes shématiquement Etape prédiffusionnelle Etape diffusionnelle Etape chimique

12 Radiolyse de leau

13 Etape prédiffusionnelle Temps de lordre de s

14 Etape diffusionnelle : (10 -6 sec). Recombinaisons des produits de la radiolyse. Diffusion des produits de la radiolyse. Réactions : Produits de radiolyse présents à la fin de létape

15 Etape chimique : Radicaux formés hautement réactifs OH. Peut modifier la liaison R - H

16 COMPARAISON EFFET DIRECT, EFFET INDIRECT Effet indirect prédominant ? Molécules deau +++ Radicaux libres courte durée (10 -6 s). Seuls les radicaux libres formés à proximité immédiate de la molécule peuvent la léser Fréquence des lésions dans organisme vivant ou après dessication, sensiblement la même effet direct prédominant


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