Aula 7 Efeitos biológicos das radiações nos seres vivos parte 1

Prévia do material em texto

Radiobiologia e Dosimetria
Aula 7: Efeitos biológicos das radiações nos seres vivos: parte
1
Apresentação
Revisaremos alguns efeitos causados pela interação da radiação ionizante com os tecidos biológicos.
Abordaremos estágios da ação, mecanismos de ação das radiações ionizantes, bem como efeitos da radiação na
molécula de DNA e nos cromossomos.
Esperamos que, ao �nal desta aula, você seja capaz de diferenciar os mecanismos diretos e indiretos na ação das
radiações além daqueles que produzem efeitos no DNA e nos cromossomos.
Objetivos
Examinar os principais conceitos da biologia necessários para o estudo dos efeitos biológicos das radiações nos
seres vivos;
Diferenciar os mecanismos diretos e indiretos na ação das radiações além dos mecanismos que produzem efeitos
no DNA e nos cromossomos.
Radiação
Quando um indivíduo é exposto a radiações ionizantes, existe a possibilidade de se produzir danos no organismo.
A consequência mais natural advinda desta exposição é a transferência de energia entre a radiação e o corpo humano, que
pode provocar ionização e excitação de átomos e moléculas associadas.
Estas interações, por sua vez, podem proporcionar alterações nestas
células, que podem ser temporárias ou permanentes, levando
consequentemente aos efeitos biológicos.
Os efeitos biológicos são respostas naturais do organismo a um agente agressor, ou seja, é o resultado da interação da
radiação com a matéria, e pode ser reversível ou não dependendo basicamente do tempo de exposição, do nível de dano e da
dose absorvida.
A preocupação a respeito dos possíveis efeitos adversos provenientes das radiações nos últimos anos tem sido crescente. Há
consenso por parte da comunidade cientí�ca de que altas doses de radiação têm potencial capacidade de produzir danos
genéticos ao organismo.
Os efeitos prejudiciais da radiação ionizante dependem do comprimento da onda, da
quantidade, duração, intensidade, grau de exposição à energia radioativa, idade do
indivíduo, sexo, hábitos, susceptibilidade genética e sensibilidade à energia radioativa.
- (DA CRUZ et al., 1997)
Noções de biologia
Para o correto entendimento dos efeitos biológicos advindos da interação da radiação ionizante com o tecido humano, é
necessário enunciar alguns conceitos relevantes advindos da biologia. Pode-se a�rmar que a Biologia, dentre outros campos de
estudo, dedica-se a estudar a complexidade estrutural de organismos vivos.
O organismo humano é uma estrutura complexa cuja menor unidade com funções próprias é a célula. As células são
constituídas de moléculas e estas, por sua vez, de átomos.
Podemos dividir as células do organismo humano em dois grandes grupos:
Clique nos botões para ver as informações.
Compõem a maior parte do organismo, sendo responsáveis pela formação da estrutura corpórea (ossos, músculos);
Células somáticas 
Estão presentes nas gônadas (ovários e testículos) e se dividem produzindo os gametas (óvulos e espermatozoides)
necessários na reprodução. Essas células são muito importantes pois são as responsáveis pela transmissão das
características hereditárias do indivíduo.
Células germinativas 
https://estacio.webaula.com.br/cursos/go0339/aula7.html
Estrutura básica da célula
As células animais e vegetais possuem diferenças aparentes em alguns aspectos externos e internos, mas diversas estruturas
apresentam similaridade.
Exemplo
Elas são envolvidas por uma membrana citoplasmática, contendo na maioria dos casos um núcleo facilmente identi�cável.
No citoplasma, pode-se avistar organelas envolvidas por membranas, o retículo endoplasmático e o complexo de Golgi, todos
banhados pelo líquido que banha o interior da célula. As células vegetais têm, além da membrana celular, uma parede mais rígida.
 Célula animal e vegetal (fonte: Vida e Saude.org).
Na Figura acima são apresentados diagramas de células típicas de animais e vegetais:
1 A membrana possui a função de delinear os limites físicos da célula estabelecendo fronteiras impondo que todos osnutrientes, secreções e rejeitos passem por esta barreira.
2
Ao contrário das paredes das células de muitos vegetais, que é feita em 98% de celulose, a membrana celular precisa de
constante renovação química. Por meio de uma substância denominada pectina, que é uma mistura de polissacarídeos,
as células se acoplam às vizinhas por meio da membrana celular. (THAUATA,2013)
3
Há três componentes no núcleo da célula: Nucleoplasma, cromossomos e os nucléolos. Os cromossomos são
constituídos de ácido desoxirribonucleico (DNA) e proteína. Já nas células não reprodutivas, os cromossomos são
�lamentos com características �nas que, durante a divisão celular, formam uma massa espessa e podem ser facilmente
identi�cados.
4
Os nucléolos são pequenos corpos que contêm nucleoproteínas, a maioria na forma de ácido ribonucléico (RNA), e o
nucleoplasma contém proteína e sais. O complexo de Golgi consiste em sacos membranosos achatados com vesículas
esféricas nas extremidades, sendo o principal responsável pelo transporte seguro dos compostos sintetizados para o
exterior da célula e pela proteção contra o ataque de suas próprias enzimas. (THAUATA,2013)
Metabolismo celular
A célula constitui a unidade estrutural, reprodutiva e �siológica fundamental de todos os seres vivos. Devido a este fato, o seu
interior é caracterizado por uma grande variedade e diversidade de reações químicas, cujo conjunto forma o metabolismo
celular. (PORTO,2003).
Existem inúmeros processos metabólicos que ocorrem dentro de uma célula, mas aqui trataremos de dois importantes, o Ciclo
celular e a replicação celular.
Ciclo celular
Ciclo celular pode ser considerado o conjunto de processos que se passam numa célula viva entre duas divisões celulares, e
inclui etapas como a mitose e a divisão celular (citocinese). (DE CASTRO,2006)
O ciclo celular é dividido em quatro fases: G1, S, G2 e M.
https://estacio.webaula.com.br/cursos/go0339/aula7.html
1 Durante a fase S, há duplicação do DNA e, durante a fase M, segregação de todos os componentes celulares entre ascélulas �lhas. Nas fases seguintes (G1, S e G2) irão ocorrer alguns processos importantes para a replicação celular.
2
Na fase G1 (do inglês gap, intervalo) ocorre a síntese de precursores da duplicação do genoma e do citoplasma; nesta
fase, sintetizam-se muitas proteínas, enzimas e RNA, veri�ca-se também a formação de organelas celulares e,
consequentemente, a célula cresce.
3
Na fase S, ou sintética, ocorre a duplicação do material genético; nesta fase, também acontece a auto replicação das
moléculas de DNA (THAUATA, 2013). Na fase S, há duplicação do DNA e, durante a fase M, segregação de todos os
componentes celulares entre as células �lhas.
4
As fases G1 e G2 correspondem aos períodos em que as células se preparam para a perfeita execução das fases S e M,
respectivamente. Quando as células não proliferam, elas entram em estado de quiescência, conhecido como G0.
(MALUMBRES & BARBACID, 2001)
A principal função do ciclo celular é garantir que o DNA seja �elmente
duplicado durante a fase S, e que cópias idênticas dos cromossomos sejam
igualmente distribuídas entre as células �lhas durante a mitose (HEICHMAN
& ROBERTS, 1994; WUARIN & NURSE, 1996). Assim, a cada divisão, as
células mantêm o seu tamanho e número de cromossomos. (MALUMBRES &
BARBACID, 2001)
 Ciclo celular (Fonte: Só Biologia).
A tabela abaixo demonstra a duração do ciclo celular, que depende de cada tipo de célula.
FASES DA CÉLULA
Interface 12 a 30h
Mitótica Prófase 1 a 2h
Metáfase 5 a 15min
Anáfase 2 a 10min
Telófase 10 a 30min
Atenção! Aqui existe uma videoaula, acesso pelo conteúdo online
Tabela: Duração estimada das fases de um tipo de célula.
Reprodução celular
As células se reproduzem pelo processo de mitose ou bipartição. Neste processo podem ser identi�cadas quatro fases:
Prófase, metáfase, anáfase e telófase. No início da prófase, os cromossomos não aparecem duplicados, embora o DNA seja
duplicado antes do inícioda mitose. No meio da prófase, os cromossomos aparecem duplicados.
Na metáfase, os cromossomos se alinham num plano e se acoplam às fibras do fuso
mitótico. Os cromossomos se separam e se movem para os polos da célula durante a
anáfase. Ao final da telófase surgem duas células-filhas, ambas contendo cópia de todo
o material genético da célula inicial.
- (THAUATA,2013)
 Reprodução celular. (Fonte: Aldona Griskeviciene/ Shutterstock)
Estágios da ação
A interação da radiação com a matéria segue uma sequência de eventos que pode ser chamada de estágios. Esses estágios
ocorrem em qualquer átomo ou molécula do corpo atingido pela radiação, desde as moléculas mais importantes, como o DNA,
até as moléculas da água, que são mais abundantes no corpo humano.
A sequência dos estágios é a seguinte:
Clique nos botões para ver as informações.
Ocorre a ionização de um átomo em cerca de 10 s;
Estágio físico 
-5
Quando correm as quebras das ligações químicas das moléculas que sofreram ionização, com duração de uns 10 s;
Estágio físico-químico 
-6
Quando os fragmentos da molécula se ligam a outras moléculas, com duração de poucos segundos;
Estágio químico 
Pode durar dias, semanas ou até várias dezenas de anos, quando surgem efeitos bioquímicos e �siológicos com
alterações morfológicas e funcionais dos órgãos.
Estágio biológico 
Mecanismos de ação
Eles podem ser de dois tipos:
1
Mecanismo direto
Quando a radiação interage diretamente com as moléculas
importantes como as de DNA, podendo causar desde
mutação genética até morte celular.
2
Mecanismo indireto
Quando a radiação quebra a molécula da água, formando
radicais livres que podem atacar outras moléculas. Esse
mecanismo é importante, uma vez que nosso corpo é
composto por mais de 70% de água.
Atenção! Aqui existe uma videoaula, acesso pelo conteúdo online
Efeitos da radiação na molécula de DNA
Durante a interação da radiação com o tecido biológico, no processo de ionização os átomos podem ser alterados,
possibilitando a alteração da estrutura molecular do tecido.
Se a energia de excitação ultrapassar a energia de ligação entre os
átomos, pode ocorrer quebra das ligações químicas e consequentes
mudanças moleculares.
Da energia transferida pela radiação ao tecido, metade dela
induz excitações, cujas consequências são menores que as
de ionização. A molécula de DNA, portadora de informação
genética, consta de duas hélices (�tas) antiparalelas,
formadas por sequências de grupos de açúcar
(desoxirribose) e fosfato.
As duas hélices são interconectadas por pares de bases
nitrogenadas chamadas purina (adenina A e Guanina G) e
pirimidina (timina C e citosina C), que por sua vez são
ligadas por pontes de hidrogênio. A Figura ao lado mostra o
modelo esquemático do DNA.
 Modelo esquemático da estrutura de DNA. (Fonte: NANOCELL)
Se as moléculas alteradas compõem uma célula, esta pode sofrer as consequências de suas alterações, direta ou
indiretamente, com a produção de radicais livres, íons e elétrons.
Os efeitos da radiação dependem da dose, taxa de dose, do fracionamento,
do tipo de radiação, do tipo de célula ou tecido e do indicador (endpoint)
considerado.
Tais alterações nem sempre são nocivas ao organismo humano. Se a substância alterada possui um papel crítico para o
funcionamento da célula, pode resultar na alteração ou na morte da célula. Em muitos órgãos e tecidos, o processo de perda e
reposição celular faz parte de sua operação normal. Quando a mudança tem caráter deletério, ela signi�ca um dano.
(THAUATA,2013)
Há um forte consenso de que a diferença nas qualidades da radiação in�uencia a natureza dos danos. Entre eles podemos
destacar:
Mudança de uma base;
Perda de uma base;
Quebra de pontes de Hidrogênio;
Quebra de uma �ta, ou das duas;
Ligação cruzada dentro da hélice dentro de uma molécula de DNA;
Ligação cruzada dentro da hélice entre duas moléculas de DNA;
Ligação cruzada dentro da hélice entre uma molécula de DNA e uma proteína.
Atenção! Aqui existe uma videoaula, acesso pelo conteúdo online
Efeito da radiação nos cromossomos
Os cromossomos dos núcleos celulares consistem, principalmente, de uma longa molécula de DNA e de proteínas associadas,
chamadas Histonas. Os cromossomos variam de forma e tamanho e são 46 nos seres humanos, dispostos em 23 pares.
O centrômero, que divide o cromossomo em dois braços curtos e um longo, pode estar localizado em qualquer lugar do
cromossomo. O telômero é uma estrutura que consiste em uma sequência genética, localizada na extremidade do
cromossomo.
 Estrutura do cromossomo e a comparação com uma célula. (Fonte: Designua /
Shutterstock).
Genes são porções de DNA que apresentam as informações
necessárias para que ocorra a síntese de uma molécula de
RNA mensageiro e, consequentemente, uma proteína. São
eles, portanto, os responsáveis por carregar as informações
necessárias para que nossas características se expressem.
As aberrações cromossômicas são o resultado de danos no DNA,
principalmente devido às quebras duplas, gerando os dicêntricos (mutação
instável, mas que pode durar alguns anos, com dois centrômeros que
interferem na divisão celular), acêntrico (sem centrômero), os anéis (mutações
instáveis) e a translocação (mutação estável).
As células dani�cadas podem morrer ao tentar se dividir, ou conseguir realizar reparos mediados por enzimas. Se o reparo é
e�ciente e em tempo curto, o DNA pode voltar à sua composição original, sem consequências posteriores.
Num reparo propenso a erros, pode dar origem a mutações na sequência de bases ou rearranjos mais grosseiros, podendo
levar à morte reprodutiva da célula ou a alterações no material genético das células sobreviventes, com consequências a longo
prazo.
Tabela: Demonstração dos tipos de aberrações cromossômicas demonstrados acima.
 Atividade
1. A ação indireta da radiação ionizante se refere a:
a) Efeitos de radicais livres.
b) Efeitos de radiação espalhada.
c) Excitação de uma molécula por um elétron.
d) Efeitos nos cromossomos.
e) Efeitos biológicos relativos de tipos diferentes de radiação.
2. Uma célula exposta à radiação ionizante sofre o efeito de quebra das ligações químicas das moléculas. Considerando os
estágios da ação referente à interação da radiação com o tecido biológico, pode-se a�rmar que o estágio em que se encontra a
célula mencionada acima é o:
a) Físico.
b) Físico-químico.
c) Químico.
d) Biológico.
e) Químico-biológico.
3. Com relação à exposição de tecidos biológicos à radiação ionizante, podemos a�rmar:
a) Existe a possibilidade de se produzir danos no organismo. Entretanto, é improvável que a transferência de energia entre a radiação e o
corpo humano provoque ionização e excitação de átomos e moléculas associadas.
b) As interações entre a radiação e o tecido biológico podem proporcionar alterações nestas células, que serão temporárias.
c) Não existe a possibilidade de se produzir danos no organismo a doses mais baixas. É improvável que a transferência de energia entre a
radiação e o corpo humano provoque ionização e excitação de átomos e moléculas associadas.
d) Existe a possibilidade de produzir danos no organismo, temporários ou permanentes.
e) As interações entre a radiação e o tecido biológico podem proporcionar alterações nestas células, que serão temporárias e
permanentes, dependendo do tipo de radiação eletromagnética.
4. O processo no qual a radiação interage diretamente com a molécula de DNA pode ser chamado de:
a) Estágio químico.
b) Mecanismo indireto.
c) Mecanismo direto.
d) Estágio físico-químico.
e) Mecanismo físico.
Notas
Moléculas
As células são compostas por vários tipos de moléculas, como: Aminoácidos, proteínas, água e eletrólitos como o potássio,
cloro, sódio, cálcio, magnésio, fosfatos.
Membrana
As dimensões e composição aproximadas da membrana são: 7,5nm de espessura, primariamente composta de fosfolipídeos
(20 a 30%) e proteínas (50 a 70%).
Título modal 1
Lorem Ipsum é simplesmente uma simulação de textoda indústria tipográ�ca e de impressos. Lorem Ipsum é simplesmente
uma simulação de texto da indústria tipográ�ca e de impressos. Lorem Ipsum é simplesmente uma simulação de texto da
indústria tipográ�ca e de impressos.
Referências
COSTA, Paulo R. Apostila interação da radiação com a matéria. São Paulo DFN/IFUSP, 2010.
DE CASTRO, Renato D.; MARRACCINI, Pierre. Cytology, biochemistry and molecular changes during coffee fruit development.
Braz. J. Plant Physiol. [online]. 2006, vol.18, n.1, pp.175-199. ISSN 1677-9452. Disponível em: //dx.doi.org/10.1590/S1677-
04202006000100013. Acesso em 07 jan. 2020.
ICRP. Basic anatomical and physiological data for use in radiological protection: reference values. International Comission on
Radiaological Protection publication 89. Elsevier Science Ltd., 2002.
ICRP. Adult Reference Computational Phantoms. International Comission on Radiaological Protection publication 110. Elsevier
Ltd., 2009. Disponível em: //journals.sagepub.com/doi/10.1016/j.icrp.2009.07.001. Acesso em 07 jan. 2020.
ICRU. Radiation Quantities and Units, Nat. Bur. Stand, U.S., Handbook 84, 1962.
LIMA, A.R. Estimativa de Dose nos Cristalinos de Operadores de Gamagra�a Industrial Usando o Método de Monte Carlo.
Dissertação. Instituto de Radiação e Dosimetria-IRD. 2014.
MALUMBRES, M. To cycle or not to cycle: a critical decision in cancer. Nat Rev Cancer 1 (3):222-31, 2001.
METABOLISMO CELULAR. in Artigos de apoio Infopédia [em linha]. Porto: Porto Editora, 2003-2019. [consult. 2019-11-20
15:59:40]. Disponível em: https://www.infopedia.pt/apoio/artigos/$metabolismo-celular. Acesso em 07 jan. 2020.
MORENA, C.S. Replicação celular e Metabolismo. Armazenamento de energia."Força Vital" Tese de Doutorado. IPEN, 2016.
NORBURY, C. Animal cell cycles and their control. Annu Rev Biochem 61:441-70, 1992.
OKUNO, Emico; IBERÊ, Luiz Caldas; CHOW, Cecil. Física para ciências biológicas e biomédicas. São Paulo: Harper & Row do
Brasil, 2010.
PILLING, S. Aula de astrobiologia: Replicação celular e Metabolismo. Armazenamento de energia. "Força Vital" Univap, 2010.
PODGORŠAK, E.B. Radiation Physics for Medical Physicists. Germany: Springer, 2005.
TAUHATA, L. et al. Radioproteção e Dosimetria: Fundamentos. Rio de Janeiro: IRD/CNEN, 2013.
javascript:void(0);
javascript:void(0);
javascript:void(0);
Próxima aula
Efeitos biológicos das radiações nos seres vivos.
Explore mais
Leia o material educativo da CNEN.
javascript:void(0);