Transcript Diapositive 1

EFFET DIRECT
EFFET INDIRECT
2ème partie
Pr.H.Boulahdour
Année 2007
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
l’énergie 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.
L’énergie moyenne perdue pour une ionisation dans un
milieu aqueux irradié est de 32 eV.
La moitié environ (16 eV) est utilisée pour produire
l’ionisation et l’autre 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 l’énergie sous forme thermique. Une
dose de 1 Gy (1 joule / Kg) correspond à :
1
 0.24 calories
4.19
Si toute l’énergie se retrouve sous forme thermique,
l’élévation de température est extrêmement faible (de
l’ordre de 0.24 millièmes de degré centigrade) 
ne peut être tenue pour responsable des lésions
moléculaires observées.
 Transfert de l’énergie par ionisation et excitation
ionisation M  M+ + eexcitation M  M*
Energie de liaison chimique H – OH : 5.16 eV
Donc une molécule ionisée ou excitée a un excès
suffisant d’énergie pour rompre une de ses liaisons
L’excès d’énergie est expulsé :
• Sous forme de photon (phénomène de fluorescence
• par transfert de l’énergie à une liaison chimique
Les ruptures de liaisons covalentes peuvent affecter
celle dont l’électron 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 (6.24 1018 MeV/kg) correspond à
6.24 1018
 2 1017 ionisations
32
sur un total de 3 1025 molécules d’eau contenue dans
un litre d’eau pure, soit 1 ionisation seulement
pour 100 millions de molécules.
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 d’une
minime modification de sa structure.
Lésion d’une molécule d’ADN induite par transfert
direct de l’énergie radiative (EFFET DIRECT) ou
secondaire à des réactions physico-chimiques
complexes (EFFET INDIRECT) par exemple
secondaire à la radiolyse de l’eau
La cible, responsable des effets biologiques
 ADN
LESIONS DE L’ADN
Rupture d’un ou 2 brins
Modifications chimiques des bases et des sucres
Pontages intra ou intermoléculaires
Fréquence
Nombre / Gy / noyau
Rupture double brin
40
Rupture simple brin
500 – 1000
Lésions des bases
800 – 2000
Lésions des sucres
800 – 1600
Pontage ADN-ADN
30
Pontage ADN-Protéine
150
TRANSFERT DE L’ENERGIE A L’ADN
Cible : nucléosome ; sphère de 7 à 10 nm de diamètre.
Très court segment de l’ADN ; cylindre de 2 nm de
diamètre et de 2 nm de hauteur.
Cible : densité d’énergie très élevée. 10 eV absorbés dans
une cible de 2 nm de diamètre  > 106 J/Kg ou > 106 Gy.
Distribution des dépôts d’énergie
 fréquence d’1 évènement dans une cible est faible : ≈ 10-6 / Gy
 ≈ 103 segments d’ADN/Gy atteints dans un noyau  Dépôts de
faible énergie
 Dépôts d’E > 100 eV (≈ 10 ionisations et excitations) ≈ 20100/Gy/noyau
 Dépôts d’E de densité très élevée produits pour haut TLE
Les lésions moléculaires les plus importantes à
considérer sont celles secondaires à des dépôts d’E. de
densité élevée
Quatre variétés de dépôts d’E.
1. Ionisation ou excitations isolées, quelques dizaines
d’eV ; rupture simple brin
2. Dépôts d’E. de densité modérée (100 eV) ; fréquence
augmente avec l’EBR des radiations de TLE faible ;
lésions réparables ; ruptures double brins
3. Dépôts d’E  400 eV, TLE élevée ; fréquence augmente
avec l’EBR ; particules alpha de faible E ; lésions
complexes de l’ADN + lésions des molécules adjacentes
4. Dépôts d’E  800 eV ; TLE très élevé ; particules alpha,
impact biologique mal connu
Probabilité d’interaction avec la cible
Double chaîne d’ADN . Diamètre de 2 nm et de 2 nm de
hauteur
La probabilité d’interaction dans une telle cible est de 
10-6 / Gy. Pour 2 évènements, p = 10-12 / Gy
Puisque le nombre de cibles possibles dans l’ADN (2 m)
est  109, 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.
RADIOLYSE DE L’EAU. EFFET INDIRECT
Irradiation de l’eau  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
Radiolyse de l’eau
Etape prédiffusionnelle
Temps de l’ordre de 10-12 s
+
H O + H O  OH + H O
2
2 .
.
3 .
l'électron éjecté
e-  e- th  e- aq
e- th + H O*
2
Etape diffusionnelle : (10-6 sec). Recombinaisons des
produits de la radiolyse. Diffusion des produits de la
radiolyse.
Réactions : OH. 
OH.

H 2O 2
OH. 

eaq

OH 
OH. 
H.

H 2O

eaq

H

H.

eaq


eaq

H 2  2OH 

eaq

H.

H 2  OH 
H.

H.

H2
Produits de radiolyse présents à la fin de l’étape

OH., H., H , H2 , H2O2 , eaq
Etape chimique : Radicaux formés hautement réactifs OH.
Peut modifier la liaison R - H
R  H  OH. 
R.  H 2 0
R.  OH.
R  H  H.


R  OH
R.  H 2
R.  R.'

R  R'
COMPARAISON EFFET DIRECT, EFFET INDIRECT
Effet indirect prédominant ?
Molécules d’eau +++
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