Chương Đ I Ệ N • Đ Ộ N G • H Ọ C • l C c h i ệ n t ợ n g đ i ệ n đ ộ n g học Các tế b o , tô chức sống, quan cua hệ t h n g sịng hệ keo dị thê phức tạp bao gồm nhiều pha khác D o tác động cua điện trường ngồi k h n g đ ổ i làm xuất c h u y ê n động t n g đ ỏ i pha h ệ , ngược l i pha có thành phần chát hịa tan khác d i chuyển động học cua ion tạo nên hệ hiệu điện đ ỏ C c tượng điện xuất q u trinh nảy gọi tượng đ i ệ n động c h ú n g p h â n t h n h loại sau dây như: điện d i , đ i ệ n thẩm đ i ệ n cháy, đ i ệ n the lắng N ă m 1809, Reis n g i phát thấy tượng điện động học nghiên cứu chuyển động cùa hạt đất sét d i tác dụng cua dòng điện chiều Qua thí nghiệm m ì n h Reis thấy hạt keo mang điện tích có vận c h u y ê n đ i ệ n trường, đông thời c ù n g v i trình biến đ ố i mơi trường p h â n tán chuyển động theo N h thí nghiệm trên, Reis phát hai tượng đặc biệt quan trọng, hạt tích điện dịch chuyển d i tác dụng điện trường n g o i , đ ó tượng điện di hay đ i ệ n t h â m Đ i ệ n t h ẩ m Là sụ chuyển động cùa môi trường phân tán t i phía điện cực dấu v i d i ệ n tích bề mặt cùa pha phân tán Dựa v o dịch c h u y ê n cùa ion đ i ệ n trường ta dễ d n g phân tích m ộ t hồn hợp polime sinh vật tượng điện thầm hay điện chuyển b ă n g ghi Dịch sinh vật dung dịch đ i ệ n ly có nhiều thành phần, v i đ ộ hòa tan khác Do tác dụng cùa đ i ệ n trường ngồi, dung dịch lỗng đ i phàn từ lon hóa có tốc đ ộ dịch chuyền khác H i ệ n tượng điện thẩm dề dàng phân biệt đ ó chuyển động cua d ò n g chất lỏng dịng chuyển động cùa hạt (phân tử đ i phân từ ion hóa) tượng điện di tạo nên Q u trình điện thầm có thề xảy nhiều trường hợp qua tồ c h ú c sinh học khác chẳng hạn n h da ếch, m n g tế bào, thành động mạch, mao quản, vách mao mạch 127 Dựa vào giá trị hiệu số điện điện hỏa cua lớp điện tích kép ( ị ị Smolukhovski đưa c ò n g thức đe xác định tốc độ chuyên động tương đối cùa hạt hai lớp là: ỊL (6.1) vm E AnrỊ Trone đó: £ số điện mòi cùa mòi trường r| hệ sổ nội ma sát cùa dung dịch E cườne độ điện trường tĩnh (ị tính theo đơn vị mV ) Điện chảy Điện chảy xuất chất lịng chín én động d i tác dụng cùa áp suất thúy tĩnh qua mao quản lỗ nhò cùa m n g mà thành lỗ có mang điện tích H i ệ n tượng dịch chuyên cùa chát làm xuât điện chày theo chiều hướng ngược lại so với tượne điện thâm chuyển động cùa môi trường phân tán tạo nên hiệu điện thê bàn thản hệ Để thấy rõ điều này, ta tiến hành thí nghiệm sau: - D ù n g bình thúy tinh hai ngăn chứa dung dịch sinh lý ngân cách bàng màng da ếch Ờ dung dịch sinh vật môi trường phân tán cịn màng da ếch đ ó n e vai trò để tạo pha phân tán H i ệ n tượng xảy biêu diễn hình 6.1 d i đây: :I; - V' + 4-SHt i ± H ì n h 6.1 Đ i ệ n t h ế chảy x u ấ t qua l ỗ m n g ìnn Nêu tăng áp st nứa bình phía trái chát lóng chun động bên phải bình đồng thời hai phía cùa bình sè xuất hiệu điện the Điện the hình thành đo giá trị cùa điện chảy Sự chênh lệch điện thê hai bình hiệu điện thẻ đo hai phía cùa màng ngăn cách hai dung dịch Nguyên nhàn xuất hiệu điện trạng thái cân tĩnh điện bị phá \ừ Điện chày cũnc dễ dànc kháo sát tiến hành thí nehiệm với dịch sinh vật cho chuyên độne qua màng xốp hay màng bán thấm Do dựa vào tượng trinh bày trên, thông thường người ta hay sử dụng màng lọc đê đo độ xốp cùa đối tượng nghiên cứu tồ chức sinh vật Điện lắng Điện lắng hiệu sò điện thè xuất lớp lớp dung dịch đa pha trình lắng hạt mang điện cùa pha phân tán tác dụng cùa trọne lực Bàn chất cùa tượng làm xuất loại điện khác hẳn so với tượng làm xuất hiệu điện trinh điện di Có thể khảo sát tượne xàv trone trình lẳng máu (xem hình 6.2) Máu dung dịch keo, thành phần hữu hình cùa máu (hồng cầu bạch cầu) có trọng lượng riêng lớn huyết nên lắng xuống đáy bình Trong trình lắng máu làm xuất sụ chênh lệch điện lớp lớp cùa dịch sinh vật Điện xuất trường hợp điện lắng © © Ỡ Ỡ Ỡ Ỡ Hình 6.2 Điện lắng q u trình lắng máu Quá trình chuyển động làm xuất diện lắng cua máu giải thích sau: tượne lẳng máu làm lon dương tách khói sụ chuyển động thành phần hữu hình Kết quà thực nghiệm cho ta thấy rõ điều lớp cùa dung dịch có điện âm mana điện âm, cịn lớp mang điện dương có nhiều điện tích dương Tất tượng điện động liên quan đến xuất hiệu điện pha phân tán mòi trường phàn tán Điện gọi điện thê điện động zetta điện [ị • điện thế) The điện động chi xuất trình chuyển động cùa pha trone hệ dị thể Hiệu điện hình thành ranh giới màng duns mơi cực móng (gọi lớp hấp phụ) bề mặt cua hạt tồn phần chất lịng lại cùa dung dịch Điện di Điện di phương pháp phân tích dựa dịch chuyển điện tích, phân tù nhiễm điện tác dụng cùa trường lực điện không đổi Thông thường, ta sù dụng phương pháp điện di đề tách chiết thành phần albumin globulin huyết thanh; điện di protein (phức chất lipid với protein); điện di glucoprotein (xác định (hành phần cùa protein glucid huyết thanh) Năm 1937, Tiselius người đưa phương pháp điện di Ương môi trường tự để khảo sát diện cùa proten huyết Sau Tiselius Cremer, ta thấy có nhiều nhà khoa học khác Dumim xây dựng lý thuyết tượng cách tường minh Trong hệ thống sống dịch sinh vật dung dịch điện ly thơng thường phân ly khơng tuyệt đối hồn tuân Nếu gọi a hệ số phân ly, với trình sinh vật thuận nghịch phán ứng diễn sau: Thí dụ: khảo sát sụ hoa tan cùa axit acetic nước Nếu dune dịch có nồng độ c moi axit axetic hoa tan lít nước, ta có: CH - COOH CH3COO' + 1-r Nồng độ phân từ găm là: C(l-a) Ca Ca Với a hệ số phân ly Theo định luật Guldberg Waage thi: Ca.Ca —— cạ-a) (6.2) = consi 130 g C (6.3] \-a V i K số ion Tốc độ cùa loại lon khác nên g ọ i v + V* độ linh động cua ion d n g âm thi mật độ dịng điện là: (6.4) - = ny* +v~) s V i : i d ò n g điện bên ngoài, s tiết diện cua vật K h i hạt mang điện có điện lượng q đ i p h â n từ protein, hạt keo hay hạt mixen d i tác dụng đ i ệ n trường E c h ú n g dịch chuyến v i vận tốc V C ò n lực điện trường (te) mà cân b ă n g v i lực ma sát ( f ) hạt chuyển động đều: m s qE = V = kv (6.5) qE/k (6.6) Trong đ ó k hệ sổ ma sát phụ thuộc vào hình dạng kích thước phân từ hoa tan đ ộ nhớt cùa dung dịch Theo định luật Stock, ta có lực n ộ i ma sát dược xác định là: F m s = 6iĩĩ]T\ (6.7) V i : r bán kính hạt nhiễm điện TI độ nhớt môi trường T (6.5) (6.7) ta được: V = qE/ ÓTXTỊr (6.8) Do h i ệ n tượng n ộ i ma sát xảy ra, q cầu có bán kính r chuyển động tịnh tiến khơi chát lưu, cầu kéo lớp chất lưu gần mặt tiếp xúc v i n ó chuyển động theo V ậ n tốc biến đ i theo hướng chuyển động, biểu diễn n h hình 6.3 d i đây: 2/3 r H ì n h 6.3 L ự c tác d ụ n g lên q u cầu b n k í n h r c h u y ể n đ ộ n g t r o n g chất lưu 131 Nếu đặt độ linh động điện di theo định nghĩa: u =v/E =q/k Khi điện trường E có giá trị bàng đơn vị cưịmg độ điện trường thi: u = v V ậ y độ linh động điện di tốc độ di chuyển điện di hạt nhiễm điện tác dụng điện trường ngồi có cường độ điện trường lvolt/mét (V/m) Vì lực điện trường trường lực ta áp dụng cơng thức nâng trường lực điện làm dịch chuyên đơn vị điện tích từ điềm kháo sát xa vơ cùng, nên điện zetta (ị ) xác định là: s = q/er (6.9) = q/r (6.10) Thế (6.10) vào (6.8), ta được: v = 5eE/6 7iTi (6.11) Hay: = 67ĨTỊ (6.12) eE Đây công thức Smolukhovski đê xác định điện ị cùa hạt kim loại hình cầu mang điện tượng điện di) li Nguồn gốc điện tích bề mặt P h â n bố đ i ệ n tích m ặ t Dịch sinh vật chất cấu tạo từ dung dịch hoa tan, đặc biệt có chứa nhiều đại phân tử (như protein, polisacarit axit nucdeotid ) chất hoa tan trạng thái keo Đại phân từ sinh vật luôn dạng polime cao phân từ phân bố cách rải rác chứa nhóm phân cực Các nhóm có cực giữ chặt với phân tử nước chúng khơng cịn hút lẫn bị ion hoa tất phân tử mang đ i ệ n tích dấu nên chúng thường Các tể bào động vật tồ chức sinh học hệ thống sống đại phân tứ phức tạp hệ keo Trong sinh vật ta thấy có polime cao phân từ như: - Protein tạo thành từ mạch peptid cùa axit amin - Polisacarit polime elucopirano - Axit nucleid polime cùa nucdeotid Thông thường, ranh giới hai pha cùa hệ dịch sinh vật có thê xuất hiệu điện lớp điện tích bề mặt Các điện tích tự xuât phân ly lon nhóm chức cùa đại phân từ Chăng hạn đại phân tử protein dạng lưỡng tính: NH + R NH R COOH «_ + ^ - COO" Trong mơi trường axit phân từ protein đóng vai trò cùa lon dương: NH/ NH + R ^ +HC1 -* R + cr COO" COOH Trong dung dịch kiềm đại phân từ protein lại đóng vai trò dạngionâm: NH NH R + NaOH -> R COOH +Na + H + -coo- c r Na lon nghịch + Két quà tạo thành hai loại lon q trình ion hóa cac nhóm N H COOH Tóm lại điện tích tự tồn bề mặt hạt có liên quan đèn pha phân tán Sự xuất điện tích bề mặt cùa đối tượng sinh vật hai chế: - Cơ chế lon hóa nhóm phân ly - Cơ chế hấp phụ ion cua môi trường phân tán lèn bê mặt cùa đại phân tử Trong số loại lon ta tha) có xuất cua lon p f hay OH" Do chế hấp phụ khác mà điện tích bề mặt đại phản tư sinh học có điện lượne khác nhiều Nói cách khác, điện tích mặt ngồi có thề xác định qua biến đồi độ pH dung dịch Trong thí dụ ta thấy, môi trường toan (axit mạnh) thi đại phàn tù sinh học mang điện tích dương, ngược lại mỏi trường kiềm (độ pH cao) đại phân tử sinh học lại mang điện tích ám Như tượng điện chuyển mà dấu cùa điện tích đại phân từ phụ thuộc vào độ pH cùa môi trườno Do phân bố lại điện tích hai pha phân tán dịch sinh vật đà làm xuất điện động lớp điện tích kép tạo thành Do q Ưình ion hóa nhóm chức phàn từ mà sô ion vào môi trường phân tán ion gọi nhừns ion nghịch Một sổ ion cịn lại mơi trường định hạt pha phân tán chúng sè xác định dấu cùa điện tích bề mặt gọi ion tạo IU Điện zetta phương pháp xác định Lớp điện tích kép xuất cấu trúc sinh vật có thê diễn theo nhiều chế khác V i quan điểm tĩnh điện học, ta thấy xuất lớp điện tích kép tượng phân bố loại điện tích hai phía màng sinh học Nói cách tồng quát xép hai loại ion trái dấu ranh giới eiữa hai pha phàn tán mơi trường phản tán hình 6.4 đây: •*• + -r +-*-/'++ + (a) (b) Hình 6.4 Lớp điện tích kép bề mặt đ i phân tử sinh học (a) màng te bào (b) 134 Hai lớp diện tích kép cách khoảng d Theo Debye Huxkey ta xác định bề dày d cùa lớp điện kép nhiệt độ 25°c là: ( ) -SIM Với ịi lực ion Theo lý thuyết lực ion có giá trị xác định nửa tổng số nồng độ (gam/lit) lon cỏ mặt, cịn nồng độ thành phẩn linh bàng cách nhân với bình phương hoa trị ngun tơ tương ứng Thí dụ: dung dịch NaCI (O.OlN)có: n = (0.01 Ì + 0,01 Ì ) / = 0,01 2 Hiệu diện hai lớp điện kép gọi điện the zetta (^) Có thê xác định điện thê ị dựa vào tượng điện chuyên tác dụng lực điện trường sau: Nếu gọi (e) hang số điện môi cua mơi trường, (d) chiều dày lớp điện tích kép, (ị) hiệu điện lớp kép, điện tích mặt ngồi (q) cùa đại phân tử sinh vật xác định là: 1-—í \nd Dưới tác dụng cùa điện trường ngồi E (6.14) đại phân tử chịu tác dụng cùa lực tĩnh điện là: Ĩ.ỊẼ (615) Tác dụng lực điện trường làm cho đại phàn từ dịch chuyển với vận tốc V Giá sử ion mơi trường (lớp ngồi) khơng chuyển động ĩ] (là hệ số nhứt cùa môi trường) độ lớn cua lực điện trường dược xác định là: Eq = n- (616) ả Từ (6.14) (6.16) ta cỏ: ( r f J L i _ E An Ị - ÍH.V SE Cơng thức (6.17) phương trinh Smolukhovski dề xác định điện ị cùa tế bào phân tử sinh học 135 (6.17, Trong đ ó ị tịnh b n g milivolt ( m V ) E v / c m , V (m/s đổi v i nước (e = 80) ta được: V = 0.0778 ỊE Cấu tạo lớp điện tích k é p cũna có thê biểu diễn theo sơ đ hình 6.5 Tronc dung dịch điện l y lon tạc the nam bê mặt hạt keo lon trái dấu phân thành hai trường hợp sau: - T r n g hợp thử hạt mang điện nam gần bề mặt hạt keo (cỡ kích thước p h â n tử) g i ữ chặt cạnh bề mặt hạt nhờ vào lực hâp phụ aọi lớp hấp phụ - T r n g hợp thứ hai hạt mang điện chuyển động tự tác dụng nhiệt môi trường p h â n tán tạo thành lớp khuếch tán A B : bề dày lớp p h â n tử lớp có bề dày d cịn gọi lớp hấp phụ B C : mặt phang r i ê n g k h i p h â n tử đ i p h â n tử điện A trường B W xếp c (a) H ì n h 6.5 T h ế n h i ệ t đ ộ n g học điện động (a) Sơ đồ cấu tạo lớp điện (b) kép ', d (b) Đặc trưng điện thẻ theo k h o n g cách lớp Trong sơ đ ta có: E: nhiệt dộng học ị: điện độne Ì lí Sau dây độ nha) cám phóng xạ số sinh vật, xếp theo thứ tư từ cao đến thấp Bàng 9.1 Độ nhạy cảm phóng xạ cùa số sinh vật (từ cao đến thấp) LD50/30 Sinh vật TT Người 300R Chó 300R Heo 335R Khi 500R Chuột trắng 550R Chuột cổng trắng 600R Thỏ 900R Ếch, nhái cá Rùa 1500R 10 Rắn 8.10 -2.10 R li Côn trùng 12 Virus 10 R 10 R4 10 R 2.10 R Trong cư thề tế bào mơ có độ nha) cám phónỄ xạ khác Sau độ nhạy cám phóng xạ tế bào mò xép thec thứ tự từ cao đến thấp: Bạch cầu lympho; ĩ Hồng câu non bạch cài hạt: Túy bào; Te bào mơ tinh hồn mơ ruột non tế bào trứng, tè bác cùa tuyến, tế bào phế nang tế bào ốnc dần mật; Te bào mò liên két; Te bào thận: Te bào xương; Te bào thần kinh; Te bào não; 10 Tí bào VU Các hiệu ứng sinh học liên quan tới chiếu xạ H i ệ u ứng tích lũy Các sinh vật bị chiếu xạ thể hiệu ứng tích lũy Ví dụ: liều gây tứ vong động vật có vú 10 R N ế u chiếu xạ lần lần chiếu 200R thỉ sau chiếu lần thứ động vật hấp thụ đủ 10 R nên dẫn đèn từ vong Như tồn thương sau m i lần chiếu xạ sinh vật khơng phục hồn tồn mà vần cịn lưu lại nén sau lần chiếu xạ tôn thương nặng thêm, cuối vượt giới hạn chịu đựng dẫn tới tử vong 191 Hiệu ứng nghịch lý lượng Các tia phóng xạ có sây hiệu ứng sinh học lớn chiêu xạ liều khôniỉ cao (xét mặt lượm: có giá trị nho) Vi dụ: liều gây từ vong cho dộníỉ vật có vú 10 R tương đương với 84000erg hay 0,002cal/e với luợng chi đu tăng nhiệt độ Ì lít nước lên r e Đe giải thích hiệu ứng nghịch lý nâng lượng, nhà nghiên cứu dựa vào thuyêt lác dụng trực tiếp ha\ thuyết tác dụng tỉián tiếp Hiệu ứng pha loãng Khi chiếu xạ liều lượng xác định lèn dung dịch enzyme nỏ thê hiện: nêu tia phónc xạ tác dụnc theo che trực tiếp với quan niệm hạt (hay Ì photon) "bần trúne"một phân tử enzyme làm cho bị hoạt tính thi số phân tứ enzyme bị hoạt tính có liên quan tới nồng độ enz\ me lức ban đầu Nêu nồng độ lỗne số phân tư eiưyme bị hoạt tính cịn nồng độ cao số phân tử enzyme bị hoạt tính nhiều Nếu tia phóng xạ tác dụng theo che gián tiếp số phân từ enzyme bị hoạt lính chi liên quan tới số lượng góc tự hình thành dung dịch mà khơng liên quan tới nồng độ cùa enzyme (trừ trường hợp nồng độ enzỵme loãng cao) Các nhà sinh học phóng xạ chiếu xạ vi khuẩn E.Coli cr trạng thái bình thường có nước (đặc trưng cho che tác dụns gián tiếp) trạng thái khô (đặc trưng cho chế tác dụng trực tiếp), kết qua thu sau: Bảng 9.2 Số phân tử sinh học tế bào E.Coli bị phá hủy chiếu xạ Phân tử sinh hoe No Ni Ni N,+N ADN 2,1.lo 48 14 62 ARN 4,2 l o 96 28 124 Protein 4,7 l o 230 370 Lipit 4.1.lo 182 43 600 225 N„: số phân tử ] tế bào N i : số phân từ bị phá húy theo chế gián tiếp ty: số phân từ bị phá húy theo ca chế trực tiếp Với kết chế tác dụng gián tiếp chiếm ưu so với chế tác dụng trực tiêp (tỷ lệ tác dụng gián tiếp: Ì tác dụng trực tiếp) Hiệu ứng ôxy Hiệu ứng ôxy thề chiêu xạ, tăng nồng độ ơxv độ nhạy cảm phóng xạ tăng lên cịn giảm nồng độ ơxy độ nhạy cám phóng xạ lại d m xuống Nếu ta tăns hay giám nồng độ ôxy trước sau chiếu xạ độ nhạy cam phóng xạ khơng thay đồi Vi dụ: chiếu xạ chuột bạch liều 1200R điều kiện ôxy chiếm 21% chuột chết 100% Ngược lại.ở điều kiện ơxy chiếm 5% chiếu xạ liều chuột sống 100% Ncồi ơxy oxít nitơ (NO) cũne làm tăng độ nhạy cám phóng xạ Sự tăng độ nhạy cám phóng xạ tăng nồng độ ơxy chi giới hạn định Nen nồng độ ôxỵ tăng 20% so với nồng độ bình thường độ nhạy cám phórm xạ khơng tăng lên Hiệu ứng ôxv thê rõ đôi với tia X tia ý, tia p nhanh cịn khơng thể tia a tia proton Gray giá! thích hiệu ứng ỏxy theo chế tác dụng gián tiếp cùa tia phóng xạ Theo Gay tác dụng cùa tia phóng xạ hình thành nên số lượng lớn gốc tự vô (H°, OH°) hữu (R°) Trong điều kiện chiếu xạ có ơxy sè hình thành nên peroxit vô (H2O2) hữu (RO2) độc tố giết chết tế bào Alecxander lại giải thích hiệu úng ơxy theo chế tác dụng trực tiếp Khi chiếu xạ phân từ hữu trực tiếp hấp thụ nâng lượng cùa tia hình thành nên gốc tự hữu (R°) Trong điều kiện chiếu xạ có ơxy tạo thành peroxit hữu (RO:) độc tố giết chết tế bào Hiệu ứng bảo vệ phóng xạ Năm 1942, Dayli tiến hành chiếu tia X lên đun? dịch enzyme thấy rang: thêm vào dung dịch chất thiourê hay lưu huỳnh số lượng phân từ enzyme bị hoại tinh giám xuống Baron (1949) phát xistein có hạn chế từ vong tiêm cho chuột liều từ 950 mg -> 1200 mg/kg vào thời điểm phút trước chiếu xạ liều 800R Sau nhà khoa học đà tiếp tục phát nhiều chất có nàng giống xistein gọi chất bào vệ phóng xạ Để đánh giá hiệu lực chắt bao vệ phóng xạ (BVPX) nhà nghiên cứu đưa vào yếu tố giảm liều lượng (YTGLL) tính theo cơng thức: LD50/30 (lơ sử dụng chất BVPX) YTGLL = —-—•— — LD50/30 (lơ khơng sử dụng chất BVPX) loi (9.3) LD50/30: liều gây chết 50% động vật có sử dụng chất BVPX (hay khơng sử dụng chất BVPX) 30 ngày theo dõi sau bị chiếu xạ (gọi liêu bán từ vong) Những chất BVPX có YTGLL > Ì Chát có kỷ hiệu WR-2721 M ỹ sàn xuất chất BVPX có YTGLL cao nhất, đạt 2.6 Theo chế tác dụng RÌán tiếp nhà nghiên cứu cho góc tự hình thành chiếu xạ dễ dàng phán ứng với chát BVPX phân tử hữu Chính bào vệ phân từ sinh học nên hạn chế tử vong Theo chế tác dụng trực tiếp, nhà nghiên cứu lại cho rang phàn tử sinh học trực tiếp hấp thụ lượng tia lại truyền cho chất BVPX để trờ lại cấu trúc ban đầu nên hạn che tử vong Hoặc chất BVPX làm giảm nồng độ ôxv thê hay giãi phóng chất BVPX có sẵn thể, có tác dụng hạn che tử vong Víu Các thuyết giải thích chế tổn thương tác dụng p h ó n g x Thuyết "bia" Thuyết "bia" D esauer (1922), Crouser (1924) Lee (1935) đưa Trên sờ số thí nghiệm chiếu xạ dung dịch enzyme, dung dịch tế bào thấy rằng: nồng độ dung dịch vừa phải thay đồi liều chiếu xạ từ thấp đến cao sổ phân tử enzyme bị hoạt tính tăng lên làm cho đường cong tỳ lệ % sống sót có dạng đường thẳng (hình 9.6) Khi nồng độ dung dịch q lỗng hạt cùa tia phóng xạ tương tác với nồng độ dung dịch cao làm cho hạt cùa tia phóng xạ va đập lần hay lần với phân từ enzyme bị hoạt tính (hay tế bào chết) Khi tỷ lệ % sống sót có dạng hình chữ s (hình 9.7) % sống sót % sống sót Liêu chiêu Liêu chiêu Hình 9.7 Tỷ lệ % sống sót dạng chữ s Hình 9.6 Tỷ lệ % sống sót dạng đường thăng 194 , t Các tác già cho từ vong cua tê bào mát hoat tính cua eiưyme xây chiếu xạ chi cần va chạm lần hạt cua tia phóng xạ với "bia" cua tế bào hay phân từ eiưyme Theo tác gia "bia" nhân tế bào hay trung tâm hoạt động cua phân tư enzyme Thuyết "bia" chi giải thích chế tác dụng trực tiếp cùa tia phóng xạ lên dung dịch enzyme, dung dịch protein dung dịch ADN cịn khơng giải thích hiệu ứng ơxy Thuyết độc tố Dựa sở động vật bị nhiễm hóa chất độc hại dẫn tới sụ tử vong nên nhà sinh học phóng xạ cho bị chiếu xạ thề tạo thành chất độc đỏ độc tố nguyên nhân dẫn tới tư vong Thục nghiệm xác định thể bị chiếu xạ có hình thành độc tố peroxýt khơng phải tác nhân mà san phàm trình phân ly phóng xạ nước tạo thành giai đoạn cuối cùa q trình tổn thương phóng xạ Thuyết giải phóng enzyme Trên sở thí nghiệm hoạt tính enzyme tế bào sau bị chiêu xạ tăng lên rõ rệt nên Bacq Alecxandér (1952) đưa thuyết giải phóng enzyme Khi tế bào trạng thái sinh lý binh thường, nồng độ enzyme tế bào kiểm soát theo chế điều hịa cảm ứng Khi tế bào bị chiếu xạ tổn thương trước tiên màng tế bào, màng nhân màng bào quan Ví dụ: ADNase có ty thể lạp thể cịn ADN có nhân nên màng nhân màng ty lạp thẻ bị tôn thương làm tăng phàn ứng phân giải A D N / Sau Duver cho lizoxom bào quan chứa đù loại enzyme, màng lizoxom bị tổn thương giải phóng enzyme đù giết chết tế bào Thuyết giải phóng enzyme chưa giải thích dược màng tế bào có kha chịu đụng dược liều chiếu xạ lớn tới lo K.R liều tú vong cua động vật có vú chi Ì K.R Mặt khác, chiếu xạ khơng phái hoạt tính enzyme tàng lẻn, chẳng hạn ADNase ATPase, ARNase hoạt tính tăng khơng nhiều, chí tâng giảm 195 Thuyết phản ú n g dây chuyền Dựa vào thực nghiệm loại mờ kỹ thuật có thề xay phan ứng dây chuyền phản ứng dây chuyền náy nhánh tốc độ phán ứng dây chuyền tăng mạnh tác dụng tia phóng xạ nên Taruxop (1952) đưa thuyết phàn ứng dây chuyền Taruxop cho ràng: tế bào trạng thái sinh lý bình thường có hệ thốne eiưyme chống ƠXỴ hóa nên thành phần lipit tế bào khơng bị ơxy hóa theo phản ứne dâv chuyền mà ơxy hóa có kiểm sốt Khi bị chiếu xạ hệ thốna enzyme chống ơxy hóa bị phá hủy nên xảy phán ímg dây chuyền: RH + hy -> R° + H° R° + -> R RO: + RH - • ROOH + R° ROOH -> RO + OH° R° H° OH° trung tâm phan ứng dày chuyền với độc tố RƠI giết chết tế bào Thuyết phản ứng dây chuyền giai thích hiệu írne nghịch lý lượng, nhưno lại không giải thích tượng đột biến di truyền có liên quan tới phân từ ADN? Thuyết cấu trúc chuyển hóa Trên sở vi cấu trúc trình trao đơi chất cùa tế bào có mối liên quan mật thiết với mà Cudin đưa thuyết cấu trúc chuyền hóa (1972) Thuyết cho ràng tia phóng xạ tác động cá vi cấu trúc lẫn trình trao đổi chất tế bào Sự thay đổi cùa cà hai q trình có ảnh hưởng đến dẫn đến xảy nhiều hiệu ứng gây tổn thương giết chét tế bào Thuyết giống thuyết "bia" chồ xem tế bào hệ dị thề, có độ nhạy cảm phóng xạ khác pha (dịch nhân màng nhân, bào quan ) Thuyết khác thuyết "bia" chỗ xem xuất tôn thương xác xuất va chạm cua tia phóng xạ với thành phần quan trọng cùa tế bào Cudin đặc biệt nhấn mạnh biến đối tính thấm cua màng nhân đóng vai trị quan trọng q trình bị tổn thương tia phónu xạ gây Song thực nghiệm lại xác định màng nhân không phái cấu trúc bị tổn thương phóng xạ Vì giả thuyết cùa Cudin giả thuyết chưa giải thích đầy đủ chế tổn thương phóng xạ diễn thể sống 10A I X T c dụng tia p h ó n g xạ lên p h â n t sinh học Trong tế bào sống ln có phân tứ vơ hữu ca quan trọng cao phân từ sinh học ADN, protein lipit, gluxit Tồn thương phân tử hữu dẫn đến tổn thương mức độ tê bào, mô thề Các phân từ hưu nhận lượng tia phóng xạ cách trực tiếp gián tiếp Biếu chung phân tủ bị tôn thương chiếu xạ là: - Gây tượng đứt mạch dần tới làm 2Ìàm trọng lượng phân từ khâu mạch làm tàng trọng lượng phân từ - Làm thay đồi tính chất hóa lý dung dịch bị chiếu xạ thay đổi độ nhớt thav đổi hệ số lắng thay đồi điểm đẳna điện phân tử nghiên cứu - Gây tổn thương cấu trúc phá hủy cấu trúc phân từ - Làm thay đổi phá huy chức sinh học cùa phân tứ Tốn thương cua phân từ ADN tác dụng tia phóng xạ thay đối cấu trúc bậc 2.3 anh hường đến tính chất di truyền phân tử Setlov Doyle (1954) chiếu xạ ADN khô điều kiện chân không gây phá húy cấu trúc làm hịa tan ADN Với mẫu ADN khơ chiếu xạ hiệu ứng ơxy thể yếu cịn mẫu mà lượng ơxy bàng lượng nước hiệu ứng ơxy rõ Khi khơng có ơxy chủ yếu xây đứt mạch Đối với protein, bị chiêu xạ thường dẫn tới tượng: - Phá vỡ liên kết peptit trona mạch phá hủy cầu disuníìt, dẫn tới làm giám trọng lượng phân tử - Xảy tượng khâu mạch dính kết phân tứ protein với làm cho độ nhớt dung dịch protein tâng lên - Phá húy cấu trúc phân tử dẫn tới làm chức sinh học cùa eircyme bị hoạt tính xúc tác Trong nghiên cứu hay dùng enzyme hay vi khuân đôi tượng xem mức độ phân tứ hay tế bào dễ đánh giá cịn hay hoạt tính sinh học Khi chiếu xạ đối tượng nhà nghiên cứu rút qui luật logarit ti số sống sót (hoặc hoạt tính sinh học) tỷ lệ nghịch với liều chiếu xạ theo cône thức: In— = -k.D (9.3) No 107 N : sô phân tư ban đâu N: số phân từ cịn hoạt tính D: liều chiếu xạ k: hang số (k đạt giá trị định loại phân từ sinh học xác định bị chiếu xạ bời loại xạ điều kiện chiêu xạ định) Công thức (9.3) có the viết dạng: N = N e- (9.4) k D Khi liều chiếu xạ cao số phàn tư hoạt tinh giảm Để đánh giá kha phá hủy phân từ cua tia phóng xạ nghiên cứu người ta tính ưị số G (gọi hiệu suất hóa xạ) Đó sô phân tư chất nghiên cứu bị phá húy hấp thụ lượng lOOeV trình bị chiêu xạ Trị số G bazơ nitơ phân tứ ADN bị chiêu xạ tia X hay tia ý ưình bày bàng 9.3 Bảng 9.3 Trị số G bazơ nho' phân tử ADN bị chiếu tia X hay y Bazơ nitơ Adenin Guanin Timin Xitozin Tri sô G Trong phân tư ADN Trong dung dịch có Ơ2 1.09 1,09 1.89 2.15 0.22 0,17 0,40 0,38 Khi chiếu xạ số phân từ bị phá húy chi chiếm phần nho tồng số phân từ có tế bào đù gây đột biến di truyền làm tổn thương hình thái chức nặng có thê giẽt chét tẻ bào X T c d ụ n g tia p h ó n g xạ lên q u t r ì n h p h â n b o Chu kỳ sống cùa tế bào gồm giai đoạn phát triên chính: - Giai đoạn ký hiệu pha Gi (Gap có nghĩa pha hay giai đoạn) tế bào đươc hình thành sau trình phân bào pha te bào thực sinh tồng hợp protein tích lũy chất cẩn thiết cho 198 tông hợp A D N pha sau đồng thời tế bào tăng tích Pha kéo dài có chiếm gần nưa chu kỳ sông cùa tê bào - Giai đoạn gọi pha s (synthesis nghĩa la tống hợp) giai đoạn tổng hợp A D N pha hàm lượng A D N nhân tê bào đà tảng lẽn gấp đôi - Giai đoạn thử ba gọi pha G pha hậu tồng hợp Tế bào chu yếu tồng hợp chất chuẩn bị cho q trình phân bào • Giai đoạn thứ tư ký hiệu pha M (Mitose có nghĩa phân bào nguyên nhiễm) xây trinh phân bào Bergone Tribondeau từ kết qua nghiên cứu rút định luật gọi định luật phóng xạ: "Độ nha) cám cua tế bào trước tia xạ ty lệ thuận với kha nâng sinh san ụ lệ nghịch với mức độ biệt hóa tê bào" Trường hợp ngoại lệ, tế bào lympho biệt hóa hồn tồn lại có độ nhạy cam phóng xạ cao Khi chiếu xạ liều thấp tế bào chưa bước vào pha phản bào bị ngừng han trình phàn bào tế bào hước vào pha phân chia phân bào bị chậm lại ngừng han trình phân bào Nêu tế bào pha s tức A D N nhân đôi tế bào ngừng phân chia tiếp tục phát triền dẫn tới tượng đa bội the Đa số tế bào động vật thực vật có liều ức chế tạm thời q trình phân bào 50R Đặc biệt trứng số động vật khôrm xương sống biển trứng cầu gai, liều ức chê phân bào 10 R Serclo sứ dụng poloni chiếu lên bào từ cà} dương xi thây răng: tượng ức chê trình phân bào xá) cà chi chiêu xạ nhân hay chi chiêu xạ nguyên sinh chất Song liều gây ức chế phân bào chi chiếu xạ nguyên sinh chất cao gấp 20 lần liều chi chiếu xạ nhân Kết qua tương tự thu chiếu xạ lên trứng cùa ong hay tàm Khi chiếu xạ tôn thương cùa hạt nhân có ý nghĩa định tới tôn thương hay gày chết tế bào Điều lại Axtrakhob (1947) xác định qua thí nghiệm: lấy hạt nhân tế bào bị chiếu xạ đem cấy vào tế bào không chiếu xạ bị lây mát nhân thi tế bào ghép có nhân bị chiếu xạ cịn ngun sinh chát khơng chiếu xạ chì sống ngày Trong tế bào tihép có nhân khơng chiếu xạ nguyên sinh chất bị chiếu xạ sống tới tuân Vai trò cùa nhân hoạt động sống cùa tế bào, thực chất vai trò phân tử A D N - phân từ lưu giữ thông tin di truyền cùa tế bào D o vậy, 199 chiêu xạ, tổn thương nhân ảnh hường nghiêm trọng tới hoạt động sống cùa tế bào x u M ộ t sô ứ n g d ụ n g nguồn tia p h ó n g xạ lon h ó a * Phương pháp ch iếu xạ gây biến dị để tạo giống Qua trình sứ dụng nguồn tia phóng xạ tác dụng đối tượntỉ sinh vật gày biến dị đê tạo giốne nhà khoa học rút nhừntỉ nhận xét sau: - Két quà chiếu xạ chịu ảnh hường vào điều kiện hạt chiếu xạ nhiệt độ độ ấm ôxy độ pH Do với lô đem chiếu xạ phai chọn hạt đồng trọng lượng, kích thước, độ ẩm nhiệt độ nồng độ ỊXỴ độ pH v.v - Liều chiếu xạ gày đột biến đẽ tạo giống thường su dụng từ 10 KRad đến 100 KRad - Suât liều lượng anh hương đèn sô lượng đột biên Liêu gây đột biên sáp đòi đột biến xuất ngẫu nhiên gọi "liều gấp đơi" Thực tế xác định khồnu từ 15 - 30 Rad lần chiêu nêu chiếu liêu tháp thời cian chiếu lâu "liều tíấp đôi" lên tới 100 Rad Khi tône liều chiếu nhó hom Ì KRad sư dụng suất liều l ũ - 100 Rad phút tống liều chiếu lớn Ì KRad sù dụng suất liều 500 Rad/phút - Sau chiếu xạ tần số sây đột biến có lợi thấp da số trường hợp đột biến xuất không di truyền cho hệ sau Qui trinh chiếu xạ để chọn giốns theo bước sau: Ì Chiếu xạ hạt đê gây đột biến Thư nghiệm đê chọn lọc đột biên có lợi Xác định thuộc tính có lợi mức độ ôn định qua hệ Nhản giống * ứng dụng phương pháp ch iếu xạ để tiêu diệt trùng có hại Có nhiều phương pháp để tiêu diệt côn trùng sây hại sử dụng phương pháp chiếu xạ lại hiệu không gây ô nhiễm môi trường Phương pháp sứ dụng chiêu xạ lẽn côn trùng đê tạo thuộc tính bãi lợi cho trùng chét u đực vị sinh đe trứng hay có tỳ lệ sinh đực cao Kết quà đà thu ruồi gây hại cho ngành chăn ni phía Nam nước M ỹ Mẻhicó bàng cách tha 50 triệu đực vô sinh cuối cùne giống ruồi bị tiêu diệt * Sir dụng phương pháp chiếu xạ đê khử trùng Phương pháp khứ trùng dùnc tia xạ ion hóa hiệu qua sạch, đặc biệt đôi với vi khuân nám mốc khư trùng bẳns nhiệt độ cao không tiêu diệt hết Trong công tác khử trùng băng nhiệt, người ta hay dùng liều tứ vong 90% (kỷ hiệu LDgo) liều cần thiết đê diệt 90% số vi khuẩn đem chiếu xạ gọi liều thập phân Liều thập phân (LDw) thích hợp cho việc tính tốn liều khư trùng Với chúng vi khuân có No số tế bào ban đầu N sổ tế bào vi khuẩn sống sót sau chiếu xạ liều D thi liều chiếu tính theo cơng thức: D = LD (logN„-logN) (9.5) w Đế khử trùng thực phẩm năm 1960 Smit Nate đề xuất phương pháp xác định trực tiếp liều LD w với quần ban đầu 10 bào từ Cách g thực hiện: chọn 20 hộp thịt (hay nước hoa qua) cần khứ trùng, cấy thèm vào hộp Ì mi hỗn dịch chứa l o bào tử clostridium botilium đóng hộp lại Sau chiếu xạ liều D xác định để hộp vào tù ấm 37°c thời gian (chăng hạn Ì tháng) Sau Ì tháng, kiếm tra xem có hộp bị hịng có độc tố cịn bị nhiễm khuẩn Trường hợp có độc tơ tách chiết độc tố tiêm phúc mạc chuột đế thứ độc tính Gọi M tổng số bào tử tiêm vào cà 20 hộp thịt D liều chiếu xạ N số hộp có chứa độc tố Liều thập phân xác định theo công thức: L D D 90 = , logM - I02N (9.6) Trong thực tê đè diệt nám mốc vi khuẩn, người ta hay áp dụng liều từ 300KRad đến Ì triệu Rad mi * Sử dụng phương pháp ch iếu xọ dê bao quản lương thục, thục phàm Phạm vi áp dụng liều sử dụng sau: - Chiếu xạ liều nhó lOOKRad để chống nảy mầm khoai tây hành tịi VA' làm trái chậm chín nhu chi cam quýt tiêu diệt côn trùng đề bào quản ngũ cốc lúa ngô lạc đậu tương VA' - Chiếu xạ liều từ 100 KRad -> Ì triệu Rad đề bao quán thịt tươi cá tươi trứng v.v - Chiếu liều tù Ì triệu Rad -> triệu Rad đề khứ trùng chát phụ gia gia vị chế phàm erưyme VA * Sìr dụng nguồn phóng xạ y học hạt nhân Trong y học hạt nhân thường su dụm tia gamma (ý), liêu dùng tù 100 Rad -> l o Rad đê điều trị bệnh ung thư Đê chân đoán bệnh bác sỹ thường sử dụna chất đồng vị phóng xạ đẻ ghi hình quan từ có hướng điều trị Ví dụ để chấn đoán bệnh tuyến giáp bác sỹ cho bệnh nhàn sứ dụng thuốc có đánh dấu lốt phóng xạ (ì ) Sau thời gian phần lớn lốt lập trung tuyến giáp phát tia y dùng máy ghi hình nháp nhá} cho hình ảnh tuyến giáp Nêu tuyên giáp to mác bệnh cường nãne tuyến giáp tuyến giáp nhò mác bệnh thiêu tuyên giáp Cùng với xác định số chì tiêu sinh hóa bác sĩ có hướng điều trị cụ thề cho bệnh nhân 202 LIỆU T H A M TÀI KHẢO ì TÀI L I Ệ U T I Ê N G V I Ệ T Phan Sỹ An Nguyễn Văn Thiện Đoàn Giáng Hương (1998) Lý sinh y học, Nxb Y học Hà Nội Bộ môn Vật lý - Lý sinh )86 Giáo trình Vật lý - Lý sinh Nxb ( Học viện Quàn Y Hà N ộ i Phan Văn Duyệt (1979), Phóng xạ Y học, N X B Y học Hà Nội Phan Văn Duyệt (1998) Phương pháp Vật lý Lý sinh phóng xạ dùng nơng nghiệp, sinh học váy học Nxb K H & K T Hà Nội Nguyễn Như Hiền Trịnh Xuân Hậu (2000) Te bào học, Nxb Đại học Quốc Gia Hà Nội Nguyễn Thị Kim Ngân (2001) Lý sinh học Nxb Đại học Ọuôc Gia Hà Nội Lẻ Minh Triết Nguyễn Hữu Thái (1978) Vật lý sơ dùng chu cán sinh học, y học, địa chất, Nxb K H & K T Hà N ộ i Nguyễn Vãn ú t (chù biên) (1986), Lý sinh đại cương Nxb ĐHTH Thành phố HCM li TÀI LIỆU TIẾNG NGA Ì IArmonhenko c.p (1977) Radiobioỉogia, Konev L M (1982), Phoiobiologia Rubin A.B (1989) Biophi-ika, Taruxop B.H (1968) Biophizika, Terenin A.B (1968), Photonika, Izd Nauka Mockva Izd M i n Minck Izd, Nauka Mockva Izd M i n Mockva há, Nauka Leningrad HI TÀI LIỆU TIÊNG PHÁP, ANH Bertrand A„ Ducassou D Heal) J c Robeii 1.(1979) Biophysk Tom Physico - Chemie Electrophysiologie, Massou, Paris, Nêu York Barcelon, Milan Callis A„ Llorry ì., Mathieu J c , Medicale, Biophysique Daudet (1993) Biophysique de ỉ • organisme vivani, Sauramps Medical, Pans 203 Edvvards J c (1984) The effecis biomembrane structure ui ionừing radiation an und ỷunction, Proa Biophys Molec Biol Voi 43 Pp.71 - Gremy F Perrin (1971) Element de biophvsique Flammasion Medecine - Sciences Paris Hall D o , Rao K.K (1994) Phoiosỵnthesis Ed Cambridge Univ Press Theodore c Ruch Ham, D Patton (1975), Physiology Biophysics, anJ w B Saunders Companv Press Philadelphia, London Uber F M.(Editor ship) (1949) Biophvsical reseưrch methods, Publisher Interscience, New York Wagner H (1969) Principles of nuclear medicine, Company Press, Philadelphia ~>C\A w B Saunders Chịu trách nhiệm xuất bản: Giám đốc: NGUYÊN XN KHỐT Tổng biên tập: HỒNG HỮU HOA Biên tập nội dung: NGUYÊN MẠNH SƠN Biên tập kỹ, mỹ thuật: LÊ VĂN THÌN Trình bảy bìa: QUANG LINH Chế vi tính: THÁI THỊ LUẬN - VĂN BÁ THỌ LÝ SINH HỌC In 500 bản, khổ 16 X 24 em Công ty in Thống kê Sản xuất Bao bì Huế - 36 Phạm Hồng Thái - Tp Huế số đăng ký KHXB 78 - 2006/CXB/62 - 01/ĐHH cùa Cục xuất bàn cấp ngày 28/02/2006 In xong nộp lưu chiều tháng năm 2006