Efectos biológicos de Rad.Ion. a nivel molecular y celular. Curvas Sobrevida- BCP - Parte 1

Efectos de las radiaciones ionizantes en la materia biológica

Resumen de la sección: En esta sección se exploran los efectos de las radiaciones ionizantes a nivel molecular y celular, así como su interacción con la materia biológica.

Interacción de las radiaciones ionizantes con la materia biológica

• Las radiaciones ionizantes actúan con mayor intensidad en células con alta actividad reproductiva o división celular.

• No todas las células son igualmente sensibles a las radiaciones. Algunas células plásticas tienen baja sensibilidad, mientras que los glóbulos blancos maduros y linfocitos son más radiosensibles.

• La sensibilidad a las radiaciones varía a lo largo del ciclo celular, siendo mayor al final de G2 e inicio de la mitosis.

Depósito de energía en el material biológico

• El depósito de energía por parte de las radiaciones ionizantes es aleatorio y no muestra predilección por ninguna molécula específica.

• Las lesiones moleculares generadas por estas radiaciones pueden ser producidas también por otros agentes físicos o químicos.

• Existe un periodo de latencia entre la irradiación y la manifestación de alteraciones biológicas, que puede variar desde minutos hasta décadas dependiendo del tejido involucrado y la dosis recibida.

Escala temporal de los efectos biológicos

• Los efectos iniciales, como la ionización y excitación de átomos, ocurren en segundos.

• La generación de radicales libres toma segundos adicionales.

• La alteración molecular puede ocurrir en cuestión de segundos.

• La reparación del daño puede tomar varios segundos.

• Los efectos biológicos a largo plazo incluyen muerte celular, mutagénesis, procesos degenerativos, fibrosis, efectos hereditarios y cáncer.

Sensibilidad a las radiaciones según el ciclo celular

Resumen de la sección: En esta sección se explora cómo varía la sensibilidad a las radiaciones ionizantes a lo largo del ciclo celular.

Sensibilidad en diferentes etapas del ciclo celular

• La sensibilidad a las radiaciones es mayor al final de G2 e inicio de la mitosis.

• Hay menor sensibilidad en la mitad y final de S y el inicio de G1.

• Las células en mitosis o en etapa tardía de G2 son más radiosensibles que las células en otras fases del ciclo.

Experimento con células sincronizadas

• En un experimento con células sincronizadas, se observa que las células en mitosis o en etapa tardía de G2 tienen una mayor radiosensibilidad.

• A medida que disminuye la dosis irradiada, sobreviven menos células en estas fases del ciclo.

Variación de la sensibilidad durante el ciclo celular

• Se pueden realizar experimentos para estudiar cómo cambia la sensibilidad a lo largo del ciclo celular mediante fracciones de colonias que sobreviven.

• La sensibilidad está relacionada con las distintas etapas del ciclo celular.

Características del depósito de energía

Resumen de la sección: En esta sección se exploran algunas características del depósito de energía por parte de las radiaciones ionizantes en el material biológico.

Características del depósito de energía

• La interacción de las radiaciones con la materia biológica es aleatoria y no muestra predilección por ninguna molécula específica.

• Las lesiones moleculares generadas pueden ser producidas también por otros agentes físicos o químicos.

• Existe un periodo de latencia entre la irradiación y la manifestación de alteraciones biológicas.

Escala temporal de los efectos biológicos

Resumen de la sección: En esta sección se explora la escala temporal en la que ocurren los efectos biológicos como consecuencia de las radiaciones ionizantes.

Escala temporal desde el impacto de las radiaciones

• Los efectos iniciales, como la ionización y excitación de átomos, ocurren en segundos.

• La generación de radicales libres toma segundos adicionales.

• La alteración molecular puede ocurrir en cuestión de segundos.

• La reparación del daño puede tomar varios segundos.

• Los efectos biológicos a largo plazo, como cáncer y malformaciones genéticas, pueden manifestarse años o décadas después dependiendo del tejido involucrado y la dosis recibida.

Radiación Ionizante y Transferencia Lineal de Energía

Resumen de la sección: En esta sección se discute la radiación ionizante a nivel celular y cómo causa rupturas en el ADN. Se explica que las partículas alfa y protones tienen una alta transferencia lineal de energía, lo que significa que son densamente ionizantes y causan excitación e ionización en línea recta a lo largo de su trayectoria. Por otro lado, los electrones, rayos X y rayos gamma tienen una baja transferencia lineal de energía, lo que significa que son poco densamente ionizantes y dispersan la ionización en todo el volumen celular.

Radiación Ionizante y Rupturas del ADN

• La radiación ionizante causa rupturas en una o ambas hebras del ADN.

• Las partículas alfa y protones son densamente ionizantes debido a su alta transferencia lineal de energía.

• Causan excitación e ionización prácticamente en línea recta a lo largo de su trayectoria.

• Los electrones, rayos X y rayos gamma son poco densamente ionizantes debido a su baja transferencia lineal de energía.

• La ionización se produce en un volumen mucho mayor en lugar de solo en línea recta.

Transferencia Lineal de Energía

• La transferencia lineal de energía es la medición de la energía transferida por una partícula ionizante mientras atraviesa un material.

• Las partículas con alta transferencia lineal (como las alfa) concentran la energía en su trayectoria.

• Las partículas con baja transferencia lineal (como los rayos X y gamma) dispersan la energía en todo el volumen.

Efectos Biológicos y Magnitud de Efectividad

• Las radiaciones con alta transferencia lineal de energía son más eficientes para producir daño biológico.

• Se utiliza la efectividad biológica relativa (RBE) para comparar los efectos de diferentes tipos de radiación.

• La RBE se calcula como la dosis de rayos X requerida para causar un efecto dividida por la dosis de radiación en cuestión.

Diferencias entre Partículas Alfa, Beta y Radiación Electromagnética

• Las partículas alfa son directamente ionizantes, tienen una trayectoria recta y alta concentración de iones en su trayecto.

• Las partículas beta tienen una trayectoria no lineal.

• La radiación electromagnética es indirectamente ionizante, tiene baja concentración de iones y baja transferencia lineal de energía. Se distribuye en todo el volumen.

Conclusiones sobre Transferencia Lineal de Energía

Resumen de la sección: En esta sección se concluye que las partículas alfa son altamente ionizantes debido a su alta transferencia lineal de energía, mientras que los rayos X y gamma son menos ionizantes debido a su baja transferencia lineal. También se menciona que las radiaciones con alta transferencia lineal son más eficientes para producir daño biológico. Además, se introduce el concepto de efectividad biológica relativa (RBE) como una medida para comparar los efectos biológicos entre diferentes tipos de radiación.

Conclusiones sobre Transferencia Lineal de Energía

• Las partículas alfa son altamente ionizantes debido a su alta transferencia lineal de energía.

• Los rayos X y gamma son menos ionizantes debido a su baja transferencia lineal de energía.

• Las radiaciones con alta transferencia lineal son más eficientes para producir daño biológico.

• La efectividad biológica relativa (RBE) se utiliza para comparar los efectos biológicos entre diferentes tipos de radiación.

Transferencia lineal de energía y efectividad biológica

Resumen de la sección: En esta sección se discute la importancia de la transferencia lineal de energía en las radiaciones alfa y su efecto en la actividad biológica. Se introduce el concepto de efectividad biológica relativa y cómo diferentes células pueden tener una distribución diferente de ionización, lo que resulta en un efecto biológico distinto.

Transferencia lineal de energía y actividad biológica

• Las partículas alfa tienen una alta transferencia lineal de energía, lo que significa que causan una alta ionización en su camino.

• La concentración microscópica de partículas alfa puede variar, lo que resulta en una diferente actividad biológica.

• La efectividad biológica relativa es importante para evaluar qué tan eficaz es producir daños en ciertas células en comparación con otras debido a la no homogeneidad de la organización celular.

Blancos moleculares principales

Resumen de la sección: En esta sección se discuten los principales blancos moleculares de las radiaciones ionizantes, como el ADN y los lípidos de membrana. Se explica cómo las mutaciones del ADN y la oxidación lipídica pueden afectar a las células.

Blancos moleculares principales

• El ADN es uno de los principales blancos moleculares donde ocurren mutaciones debido a las radiaciones ionizantes.

• Los lípidos de membrana también son afectados por las radiaciones ionizantes, causando oxidación y cambios en la fluidez de las membranas.

• La ruptura de la continuidad de la membrana puede permitir el intercambio de contenido entre el medio extracelular e intracelular.

• Además de los canales iónicos, las radiaciones ionizantes también pueden producir poros en las membranas.

Estructura cromosómica y asociación del ADN con histonas

Resumen de la sección: En esta sección se explora la estructura cromosómica y cómo el ADN se asocia con las histonas en los núcleos. Se menciona que el ADN no está solo, sino que está asociado con proteínas en forma de núcleos o más.

Estructura cromosómica y asociación del ADN con histonas

• El ADN en las células eucariotas no está solo, sino que se encuentra asociado con histonas formando núcleos o más externos al centro del cromosoma.

• Estudios han demostrado la existencia de estructuras centrales en el eje del cromosoma formadas por proteínas toroidales y otras proteínas además de las histonas.

• Esta organización del ADN en núcleos o más junto con un sector citoplasmático libre permite una distribución heterogénea de la ionización y un efecto biológico diferente.

Efectos directos e indirectos de las radiaciones ionizantes

Resumen de la sección: En esta sección se discuten los efectos directos e indirectos de las radiaciones ionizantes en el ADN. Los efectos directos ocurren cuando la radiación interactúa directamente con el ADN, mientras que los efectos indirectos se deben a la producción de radicales libres.

Efectos directos e indirectos

• Los efectos directos ocurren cuando la radiación interactúa directamente con el ADN como blanco.

• Los efectos indirectos se producen debido a la producción de radicales libres por parte de las radiaciones ionizantes.

• Las radiaciones ionizantes son productoras de radicales libres que pueden interactuar con el ADN y otras moléculas asociadas.

• La radio-lisis del agua es un mecanismo central para la producción de radicales libres, ya que las radiaciones impactan en el agua presente en todo nivel.

Acción directa e indirecta sobre el ADN

Resumen de la sección: En esta sección se explora cómo las radiaciones ionizantes pueden dañar al ADN tanto directa como indirectamente. Se menciona que las partículas alfa tienen una alta tasa lineal de energía y causan daños principalmente por acción directa, mientras que las partículas electromagnéticas tienen una baja tasa lineal de energía y causan daños principalmente por acción indirecta mediante radicales libres.

Acción directa e indirecta sobre el ADN

• La acción directa ocurre cuando la radiación tiene como blanco al ADN y produce efectos directamente sobre él.

• La acción indirecta ocurre cuando las radiaciones producen radicales libres que interactúan con el ADN y otras moléculas.

• Las partículas alfa, con alta tasa lineal de energía, causan daños principalmente por acción directa sobre el ADN.

• Las partículas electromagnéticas, como gamma y beta, tienen una baja tasa lineal de energía y causan daños principalmente por acción indirecta mediante radicales libres.

Radiólisis del agua y producción de radicales libres

Resumen de la sección: En esta sección se explora el mecanismo central de la radiólisis del agua como productor de radicales libres debido a las radiaciones ionizantes. Se menciona que los radicales libres son altamente reactivos y pueden causar daños en las células.

Radiólisis del agua y producción de radicales libres

• La radiación del agua genera radicales libres y electrones debido a la radiólisis del agua.

• Los radicales libres son átomos o moléculas con electrones no apareados que son altamente reactivos.

• El radical hidroxilo es uno de los principales radicales formados durante la radiólisis del agua y tiene una capacidad oxidante alta.

• Los electrones liberados también pueden causar ionización en áreas circundantes al tener suficiente energía para interactuar con otras moléculas.

• La radiación ionizante también puede causar excitación en el agua, lo que la hace más propensa a tener reacciones químicas.

Hidratación del agua y formación de radicales

Resumen de la sección: En esta sección se explica cómo el agua se hidrata y forma radicales cuando es excitada por electrones. Se mencionan tres tipos de radicales que pueden formarse: el hidroxilo, el radical del hidrógeno y el electrón acuoso.

Hidratación del agua y formación de radicales

• La reacción entre un electrón y una molécula de agua produce un electrón acuoso.

• El agua excitada por los electrones puede descomponerse en radical hidroxilo y radical del hidrógeno.

• Como consecuencia, pueden formarse tres tipos de radicales: hidroxilo, radical del hidrógeno y electrón acuoso.

• Estos radicales están relacionados con la presencia de oxígeno en futuras reacciones.

Radiólisis del agua y producción de superóxido

Resumen de la sección: En esta sección se explica cómo la radiólisis del agua puede producir diferentes especies reactivas, incluyendo el superóxido. También se menciona que las radiaciones con alta transferencia lineal de energía tienen mayor capacidad para producir ionización.

Radiólisis del agua y producción de superóxido

• La radiólisis del agua en presencia de oxígeno produce especies reactivas como el radical hidroxilo.

• Estas especies reactivas pueden dar lugar a la formación de superóxido mediante reacciones en cadena.

• Las radiaciones con alta transferencia lineal de energía producen mayor ionización y, por lo tanto, mayor daño en el ADN.

Daño en el ADN por radiaciones ionizantes

Resumen de la sección: En esta sección se explican los diferentes tipos de lesiones que pueden ocurrir en el ADN debido a las radiaciones ionizantes. Se mencionan roturas simples y dobles, cambios de bases, roturas de puentes de hidrógeno y uniones covalentes.

Daño en el ADN por radiaciones ionizantes

• Las radiaciones ionizantes pueden causar roturas simples o dobles en la cadena del ADN.

• También pueden producir cambios en las bases nitrogenadas y roturas de puentes de hidrógeno.

• Las uniones covalentes entre cadenas de ADN y proteínas también pueden resultar dañadas.

• Estas lesiones pueden provocar aberraciones cromosómicas y alteraciones en el cariotipo.

Tipos frecuentes de lesiones del ADN

Resumen de la sección: En esta sección se mencionan los tipos más frecuentes de lesiones del ADN observados después de una irradiación con baja transferencia lineal de energía. Se destacan los daños en las bases, las roturas simples y los sitios donde se pierde una base.

Tipos frecuentes de lesiones del ADN

• Después de una irradiación con baja transferencia lineal de energía, los cambios más frecuentes observados son daños en las bases, roturas simples y sitios donde se pierde una base.

• También pueden ocurrir roturas dobles y cambios que implican interacciones covalentes.

• Estas lesiones pueden estar agrupadas en clusters o dispersas en el ADN.

Lesiones de ADN agrupadas y no agrupadas

Resumen de la sección: En esta sección se explica que las lesiones del ADN pueden ocurrir en forma de clusters, donde hay una región con mayor probabilidad de roturas dobles, o como lesiones dispersas.

Lesiones de ADN agrupadas y no agrupadas

• Las lesiones del ADN pueden ocurrir en forma de clusters, donde hay una región con mayor probabilidad de roturas dobles.

• También pueden ocurrir lesiones dispersas que no están agrupadas.

• Estas diferentes formas de lesiones pueden tener implicaciones en los efectos biológicos causados por las radiaciones ionizantes.

Interacción con el ADN

Resumen de la sección: En esta sección se explora la interacción biológica de las radiaciones ionizantes y los rayos ultravioleta con el ADN. Se discute cómo los daños causados por la radiación ultravioleta pueden estar asociados al cáncer de piel.

Radiaciones Ultravioleta y Daño al ADN

• Los rayos ultravioleta, aunque no son ionizantes, también dañan el ADN.

• La radiación ultravioleta de baja intensidad puede causar daños en el ADN, lo cual está asociado al cáncer de piel.

• La exposición a la radiación ultravioleta en verano y el índice de radiación ultravioleta están relacionados con estos tipos de daños en el ADN.

Mecanismos del Daño al ADN por Radiación Ultravioleta

• La radiación ultravioleta puede excitar las moléculas del ADN en las células de la piel, formando uniones covalentes entre bases citocinas adyacentes.

• Estas mutaciones pueden resultar en un crecimiento canceroso en las células de la piel.

• También se forman dímeros de timina cuando dos terminales juntas son impactadas por luz ultravioleta. Estos dímeros alteran el proceso de duplicación del ADN.

Formación de Radicales Libres

• Los fotones ultravioleta pueden alterar cromóforos que absorben esa radiación, generando radicales libres o hidroxilo que pueden dañar el ADN.

Radiaciones Ionizantes y Daño al ADN

Resumen de la sección: En esta sección se discute cómo las radiaciones ionizantes pueden causar daños en el ADN. Se exploran los diferentes tipos de lesiones que pueden ocurrir y cómo la dosis de radiación afecta la respuesta celular.

Tipos de Lesiones por Radiaciones Ionizantes

• Las radiaciones ionizantes con alta transferencia lineal de energía producen daños agrupados en pocas hélices del ADN.

• Las radiaciones ionizantes con baja transferencia lineal de energía producen lesiones dispersas en distintos lugares del ADN.

Respuesta Celular a la Radiación Ionizante

• La radiación a dosis elevadas produce muerte directa de las células (necrosis).

• A dosis moderadas o bajas, la radiación activa proteínas que vigilan el daño, reparan el ADN o detienen la división celular.

• La proteína p53 es importante para reparar el daño al ADN.

• La reparación incorrecta del ADN puede resultar en mutaciones transmitidas a la descendencia.

Mecanismos de Muerte Celular por Radiación Ionizante

• La magnitud del daño o los errores en la reparación del ADN pueden dar lugar a muerte celular por necrosis, catástrofe mitótica, apoptosis o autofagia.

• Las mutaciones causadas por una reparación incorrecta pueden resultar en transformaciones malignas y neoplasias malignas.

Conclusiones

La interacción de las radiaciones ionizantes y los rayos ultravioleta con el ADN puede causar daños que van desde mutaciones hasta la muerte celular. Estos daños pueden estar asociados a enfermedades como el cáncer de piel. Es importante comprender estos mecanismos para desarrollar estrategias de prevención y tratamiento adecuadas.

Reparación del ADN y supervivencia celular

Resumen de la sección: En esta sección se aborda el tema de las lesiones en el ADN y cómo afectan la supervivencia celular. Se discuten los diferentes mecanismos de reparación del ADN y cómo pueden llevar a una sobrevida sin mutación o con mutación, así como a la muerte celular.

Mecanismos de reparación del ADN

• Si se produce una restitución completa del ADN, no habrá mutaciones y la célula sobrevivirá.

• La célula tiene sistemas de traducción de señales que activan checkpoints en el ciclo celular para evaluar si es posible reparar el daño en el ADN.

• Los agentes exógenos que dañan el ADN incluyen radiaciones ionizantes, radiaciones ultravioleta, agentes químicos y virus.

• Estos agentes dañinos activan sensores, transductores y efectores que desencadenan respuestas celulares para reparar o detener el ciclo celular hasta que se resuelva el problema.

Agentes endógenos y checkpoints

• Además de los agentes exógenos, también existen agentes endógenos como las especies reactivas de oxígeno y el óxido nítrico que pueden dañar el ADN.

• El ciclo celular tiene varios checkpoints donde se verifica si todo está bien antes de continuar con la replicación o división celular.

Reparación del ADN por escisión y síntesis

• La reparación por escisión y síntesis es un mecanismo común para reparar roturas simples del ADN y bases alteradas.

• Este proceso implica el reconocimiento de la lesión, la separación del daño, la síntesis de nuevo ADN y la ligadura para restaurar el ADN original.

Reparación de nucleótidos alterados

• La reparación por decisión y re-síntesis se utiliza para reparar nucleótidos alterados, como los producidos por daño ultravioleta.

• Este proceso involucra una serie de enzimas que reconocen, verifican y marcan la lesión, seguido de una incisión que elimina el daño y finalmente la síntesis de nuevo ADN.

Reparación de dobles roturas del ADN

• Las dobles roturas del ADN son más críticas ya que su mala reparación puede llevar a aberraciones cromosómicas.

• Existen dos mecanismos principales para reparar las dobles roturas: recombinación homóloga y un mecanismo con más errores.

Conclusiones

Resumen de la sección: En esta sección se presentan las conclusiones finales sobre los procesos de reparación del ADN. Se destaca la importancia de estos mecanismos para mantener la integridad genética y prevenir mutaciones o muerte celular programada.

Reparación de daños en el ADN

Resumen de la sección: En esta sección se discute sobre los mecanismos de reparación del ADN en diferentes fases del ciclo celular, así como la importancia de la recombinación homóloga y la reparación por unión homóloga en el cáncer de mama hereditario.

Mecanismos de reparación del ADN

• Existen dos mecanismos principales de reparación del ADN: uno que opera en diferentes fases del ciclo celular y otro que ocurre durante la replicación del ADN en la fase S.

• La reparación durante la replicación solo ocurre en la fase S.

• La recombinación homóloga es importante para las dobles roturas y ocurre principalmente en la fase S y G2.

• Mutaciones en genes asociados a cáncer de mama, como BRCA1 y BRCA2, están relacionadas con defectos en la recombinación homóloga.

Reparaciones no homólogas y por unión homóloga

• La reparación por unión homóloga es más frecuente y puede ocurrir en todo el ciclo celular.

• La reparación por unión homóloga no requiere una cromátida hermana.

• Durante la reparación por unión homóloga, se utilizan polimerasas nucleasas ligadas para reparar las roturas del ADN.

Cambios en el cariotipo y combinación de mecanismos de reparación

• Las roturas del ADN y los daños causados por radiaciones ionizantes pueden provocar cambios en el cariotipo.

• Existe una combinación de dos mecanismos de reparación: la recombinación y la excepción de síntesis.

Nota: La información presentada es un resumen basado en el contenido del video. Para obtener más detalles, se recomienda ver el video completo.