L’ionisation est le principal phénomène provoqué par les interactions des rayonnements ionisants avec la matière qu’ils traversent. C’est par définition une transformation très brève (10^-9) d’atomes ou de molécules neutres en ions ; en outre l’ionisation provoquée par les rayonnements aboutit à la formation de deux ions :
-ion + (cations) constitué par la molécule ayant perdu un électron
-ion - (anions) constitué par l’électron éjecté
Ce sont ces ions alors produits qui sont responsables des effets biologiques. De plus ; ils ont chimiquement très actifs car sur leur couche périphérique ils contiennent un ou plusieurs électrons dits célibataires (c’est-à-dire non apparié à un autre électron).Cette présence d’électrons non appariés explique la très grande réactivité des ions produits par les rayonnements ionisants.
Schéma du phénomène d’ionisation
L’essentiel de la matière biologique est représentée par l’eau (l’organisme humain contient plus de 2/3 d’eau).Comme vous le saviez, environ 60 à 70% du poids du corps d’un adulte est constitué d’eau.
Du fait de la grande proportion d’eau issue dans les cellules ; la probabilité d’interaction que les dépôts d’énergie des rayonnements ionisants suite à une irradiation s’opère au niveau des molécules d’eau est donc très importante. Les interactions radiochimiques sont qualitativement identiques pour les tous les rayonnements ionisants et interviennent dans un délai très court (environ 10^-15). Ces interactions font suite à la mise en mouvement des électrons qui sont, du fait de leur énergie capables de provoquer des lésions au niveau moléculaire.
A l’échelle du vivant, la molécule d’ADN correspond à l’unité constitutive d’une cellule. Associée à des protéines les molécules d’ADN s’organisent en chromosomes dans les noyaux. On distinguera donc
-les effets directs : lésions directement provoqué au niveau de la molécule d’ADN
-les effets indirects : lésions qui feront suite au phénomène de radiolyse de l’eau
Bref rappel sur l’ADN.
L’ADN littéralement appelé acide désoxyribonucléique est une molécule pourvue d’un code particulier propre à chaque être humain ; code indispensable au bon fonctionnement de l’organisme.
Cet ADN contenu dans toutes les cellules des organes et du corps possède l’information génétique (c’est don la clé de l’hérédité) et intervient dabs deux processus vitaux : la division cellulaire et la synthèse des protéines.
La molécule d’ADN est composée de deux chaines de nucléotides ou « brins » organisées en double hélice. Chaque nucléotide comprend :
-une base purique (Adénine ou Guanine) ou pyrimidique (Cytosine ou Thymine)
-une molécule de désoxyribose (sucre) liée à la base
-une molécule d’acide phosphorique (groupe phosphate) liée au sucre.
a)Effets directs
L’action directe va concerner l’atteinte directe des molécules d’ADN par les rayonnements ionisants. Dans ce cas, la molécule ionisée est devenue instable. Lors de la réorganisation du cortège électronique ; elle expulse l’excédent d’énergie soit par émission de photons de fluorescence mais surtout par des ruptures de liaisons ; ce qui peut entraîner sa destruction. Les effets directs sont alors les différentes lésions observées à l’échelle moléculaire résultant d’un dépôt d’énergie très localisé au niveau de l’ADN : des ruptures simples ou doubles brins, des modifications chimiques des bases (on parle d’altération des bases), des modifications ou destructions des sucres, des formations de pontages intramoléculaires ou intermoléculaires provenant directement suite aux phénomènes physiques.
Notons par exemple que lors d’une rupture de type « simple brins » ; les molécules d’eau entrent dans la brèche, les « ponts H » (liaison covalente d’hydrogène qui se situe entre deux bases complémentaires) se cassent entraînant une casse des extrémités et un écartement de l’autre chaine. Ce genre de lésions est réparable, mais quelque soit la lésions on peut s’attendre à retrouver des répercussions sur la molécule d’ADN (possibilités d’engendrer des mutations).
Schéma d’une rupture simple brin
L’ADN littéralement appelé acide désoxyribonucléique est une molécule pourvue d’un code particulier propre à chaque être humain ; code indispensable au bon fonctionnement de l’organisme.
Cet ADN contenu dans toutes les cellules des organes et du corps possède l’information génétique (c’est don la clé de l’hérédité) et intervient dabs deux processus vitaux : la division cellulaire et la synthèse des protéines.
La molécule d’ADN est composée de deux chaines de nucléotides ou « brins » organisées en double hélice. Chaque nucléotide comprend :
-une base purique (Adénine ou Guanine) ou pyrimidique (Cytosine ou Thymine)
-une molécule de désoxyribose (sucre) liée à la base
-une molécule d’acide phosphorique (groupe phosphate) liée au sucre.
a)Effets directs
L’action directe va concerner l’atteinte directe des molécules d’ADN par les rayonnements ionisants. Dans ce cas, la molécule ionisée est devenue instable. Lors de la réorganisation du cortège électronique ; elle expulse l’excédent d’énergie soit par émission de photons de fluorescence mais surtout par des ruptures de liaisons ; ce qui peut entraîner sa destruction. Les effets directs sont alors les différentes lésions observées à l’échelle moléculaire résultant d’un dépôt d’énergie très localisé au niveau de l’ADN : des ruptures simples ou doubles brins, des modifications chimiques des bases (on parle d’altération des bases), des modifications ou destructions des sucres, des formations de pontages intramoléculaires ou intermoléculaires provenant directement suite aux phénomènes physiques.
Notons par exemple que lors d’une rupture de type « simple brins » ; les molécules d’eau entrent dans la brèche, les « ponts H » (liaison covalente d’hydrogène qui se situe entre deux bases complémentaires) se cassent entraînant une casse des extrémités et un écartement de l’autre chaine. Ce genre de lésions est réparable, mais quelque soit la lésions on peut s’attendre à retrouver des répercussions sur la molécule d’ADN (possibilités d’engendrer des mutations).
Schéma d’une rupture simple brin
b) Effets indirects
Dans les tissus biologiques environ 10^-10 à 10^-9 secondes après l’interaction avec les rayonnements ionisants ; l’eau (rappelons-nous que les molécules d’eau sont les plus abondantes dans notre corps) est devenue une solution plus ou moins concentrée en radicaux libres. Cette transformation découle du phénomène de radiolyse. En effet, la radiolyse est par définition la décomposition d’une matière par des rayonnements ionisants. La radiolyse de l’eau est par conséquent la dissociation par décomposition chimique de l’eau (sous forme liquide ou de vapeur d’eau) en hydrogène et hydroxyde respectivement sous forme de radicaux libres H° et OH° sous l’effet d’un rayonnement énergétique intense.
Ce « craquage »moléculaire produit par les radicaux libres formés résulte de l’excitation électronique de la molécule d’eau ionisée.
Un radical libre est donc définit par un ensemble (atome, molécule, groupement d’atomes, fragments de molécules) porteur sur sa couche périphérique un ou plusieurs électrons dits célibataires c’est-à-dire non couplé à un électron de spin opposé. Cette configuration confère une très haute réactivité chimique aux radicaux libres qui tendent à capturer un électron pour ré apparier leur(s) électron(s) solitaire(s).
Les produits de la radiolyse de l’eau présents dans le milieu sont les suivants :
-radical hydroxyle OH° (très oxydant)
-radical H° (réducteur)
-électron aqueux e-aq (réducteur)
-peroxyde d’hydrogène communément appelé eau oxygénée H202 (très oxydant)
-dihydrogène H2 (réducteur)
Ces espèces sont toxiques non seulement parce qu’elles sont hautement réactives mais aussi parce qu’elles sont oxydantes.
Compte tenu du fait que les radicaux libres sont très réactifs, ils vont rapidement se recombiner avec des atomes ou des molécules environnantes pour aboutir à la production de produits réactifs ou toxiques pour la molécule d’ADN (comme par exemple l’eau oxygénée).Les radicaux libres tout comme les substances issues des recombinaisons sont donc toxiques et néfastes pour les tissus biologiques car ils sont capables de dénaturer les protéines ainsi que l’ADN ou les membranes cellulaires par oxydation ou par réduction. Notons que le radical hydroxyle OH° est extrêmement oxydant, c’est la plus active des espèces provenant de la radiolyse de l’eau car il peut modifier la liaison chimique d’une molécule organique.
