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Radiações ionizantes e a vida - Apostila educativa da CNEN
Tipologia: Notas de estudo
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RadiaÁıes Ionizantes e a vida
Todas as subst‚ncias que entram na constituiÁ„o da matÈria resultam do arranjo entre ·tomos de elementos quÌmicos. O produto de tais arranjos s„o as molÈculas. Uma molÈcula pode ser constituÌda por um ou mais ·tomos. MacromolÈculas podem apresentar centenas ou mesmo milhares deles. Para compor uma molÈcula, os ·tomos devem interagir de acordo com suas propriedades fÌsicas e quÌmicas.
… a menor quantidade de uma subst‚ncia elementar que tem as propriedades quÌmicas de um elemento. Todo ·tomo È constituÌdo por um n˙cleo e uma coroa eletrÙnica. O n˙mero de elÈtrons que constituem a coroa eletrÙnica do ·tomo È determinado pelo n˙mero de prÛtons que, juntamente com os neutrons, entram na constituiÁ„o de seu n˙cleo. Os prÛtons apresentam carga elÈtrica positiva e os elÈtrons s„o carregados negativamente. As cargas positivas dos prÛtons contidos no n˙cleo s„o neutralizadas pelas cargas negativas dos elÈtrons distribuÌdos em Ûrbitas em torno do n˙cleo. A relaÁ„o entre as cargas positivas e negativas resulta na estrutura eletricamente est·vel do ·tomo.
¡tomos
CÈlula
MolÈculas
RadiaÁıes Ionizantes e a vida
Esquema de um ·tomo apresentando o mesmo n˙mero de prÛtons e de elÈtrons. Na natureza, este ·tomo existe em combinaÁ„o com outro/s que complemente/m os elÈtrons da ˙ltima camada. Para a estabilizaÁ„o de um ·tomo este deve ter esta camada ocupada por oito elÈtrons. O resultado desse tipo de interaÁ„o s„o as molÈculas.
AlÈm de orbitarem em torno do n˙cleo do ·tomo, os elÈtrons apresentam movimento de rotaÁ„o em torno de si mesmo. Sendo os elÈtrons carregados negativamente, o resultado desta movimentaÁ„o È a geraÁ„o de campos eletromagnÈticos. A neutralizaÁ„o destes campos ocorre atravÈs do emparelhamento de elÈtrons cuja rotaÁ„o seja oposta. A maioria dos elementos apresenta elÈtrons desemparelhados nas camadas mais externas de seus ·tomos. A neutralizaÁ„o dos campos eletromagnÈticos, devidos ‡ existÍncia desses elÈtrons, ocorre a partir da interaÁ„o entre ·tomos cujos elÈtrons n„o emparelhados apresentem rotaÁ„o em sentido oposto. As propriedades quÌmicas dos ·tomos de um determinado elemento est„o relacionadas ao n˙mero de elÈtrons n„o emparelhados presentes na coroa eletrÙnica.
Esquema de um Radical Livre: o ·tomo apresenta o mesmo n˙mero de prÛtons e de elÈtrons porÈm o elÈtron da ˙ltima camada eletrÙnica encontra-se desemparelhado; na natureza este tipo de instabilidade È rapidamente eliminada pela combinaÁ„o com outro ·tomo complementar ou por uma estrutura molecular que lhe ceda o elÈtron necess·rio ‡ sua estabilizaÁ„o.
RadiaÁıes Ionizantes e a vida
Em um organismo vivo molÈculas desempenham funÁıes estruturais e/ou funcionais (aÁ˙cares, proteÌnas, lipÌdeos, enzimas, hormÙnios). S„o fonte de energia, codificam, lÍem, interpretam e executam mensagens. O quadro abaixo ilustra o que seria uma atividade funcional desenvolvida por trÍs molÈculas que juntam esforÁos para a realizaÁ„o de uma tarefa, no caso, representada pela abertura de um cofre.
A cÈlula È a unidade morfolÛgica e fisiolÛgica dos seres vivos. CÈlulas s„o constituÌdas por um sistema de membranas de natureza lipo-proteica cuja funÁ„o È manter a individualidade celular e sua compartimentaÁ„o, seu equilÌbrio eletrolÌtico, o controle da entrada e saÌda de subst‚ncias e, portanto, suas relaÁıes com meio ambiente. O citoplasma, constituÌdo principalmente por ·gua e proteÌna, preenche a cÈlula. Nele encontram-se diferentes organelas, respons·veis pelas principais atividades metabÛlicas das cÈlulas. Nas cÈlulas ditas eucariÛticas, mergulhado no citoplasma, encontra-se o n˙cleo celular,
MolÈcula B (^) MolÈcula A
MolÈcula C
FunÁ„o: abrir o cofre
Energia
Energia
RadiaÁıes Ionizantes e a vida
no qual encontra-se o material genÈtico, respons·vel pela regulaÁ„o de toda a atividade celular. Na figura apresentada ao lado, encontra-se representada uma cÈlula com seu sistema de membranas, o n˙cleo, o citoplasma e algumas organelas celulares. (^) RepresentaÁ„o gr·fica de uma cÈlula
¡TOMOS (Carbono, OxigÍnio, NitrogÍnio, HidrogÍnio) ⇓ MOL…CULAS (·gua, oxigÍnio, carbono, aÁ˙cares, lipÌdeos, proteÌnas, ·cidos nucleicos, nucleotÌdeos, ·cidos graxos, etc.) ⇓ SUBST¬NCIAS ⇓ ESTRUTURAS SUB-CELULARES (sistemas de membranas, hialoplasma, retÌculo endoplasm·tico, complexo de Golgi, lisossomos, mitocÙndrias, cromossomos, n˙cleo, nuclÈolo, etc.) ⇓ C…LULAS (epiteliais, conjuntivas, musculares, nervosas, hep·ticas, linhagem sang¸Ìnea, gametas, etc). ⇓ TECIDOS Tecido epitelial (epiderme, derme, tecido glandular); Tecido conjuntivo (cartilaginoso e Ûsseo); Tecido muscular (liso, estriado, cardÌaco); tecido nervoso , etc. ⇓ ORG√OS (cÈrebro, estÙmago, intestino, pulm„o, coraÁ„o, fÌgado, rim, p‚ncreas, ov·rio, testÌculo, supra-renais, tireÛide, etc. ) ⇓ SISTEMAS (nervoso, digestivo, respiratÛrio, circulatÛrio, excretor, reprodutor) ⇓ INDIVÕDUOS
membrana
n˙cleo
citoplasma organelas
RadiaÁıes Ionizantes e a vida
No homem, assim como em outros seres vivos, as cÈlulas podem se multiplicar atravÈs de dois processos de divis„o celular, a mitose e a meiose. A mitose È o processo atravÈs do qual o patrimÙnio genÈtico de indivÌduo È repassado para cada uma das cÈlulas que o constituem. A meiose se caracteriza por reduzir este patrimÙnio pela metade e ocorre quando da formaÁ„o dos gametas. Este processo de divis„o permite que a quantidade de material genÈtico das cÈlulas de uma espÈcie permaneÁa constante. Tanto na mitose quanto na meiose, o processo de divis„o celular È inicialmente marcado pela duplicaÁ„o do material genÈtico da cÈlula m„e.
Cada uma das cÈlulas que constituem um ser multicelular contÈm o mesmo material genÈtico existente na cÈlula-ovo, que deu origem ao ser.
O material genÈtico de uma cÈlula È constituÌdo por longos filamentos de DNA (·cido desoxiribonucleico) ou de RNA (·cido ribonucleico), no caso de alguns vÌrus. A molÈcula de DNA, È constituÌda pelo encadeamento de quatro diferentes sub-unidades (nucleotÌdeos) que podem ser identificadas pelas letras A, T, C, e G, conforme contenham em suas estruturas as bases nitrogenadas Adenina, Timina, Guanina, e Citosina. O DNA apresenta- se como uma dupla fita de nucleotÌdeos que assume a forma de uma hÈlice. Uma seq¸Íncia de sub-unidades define uma das metades (fitas) da molÈcula. A outra metade È complementar ‡ primeira, de acordo com a regra segundo a qual, sempre que em uma das fitas ocorrer a presenÁa de A, na fita complementar, a posiÁ„o ser· ocupada por um nucleotÌdeo do tipo T, o mesmo valendo para C e G.
RadiaÁıes Ionizantes e a vida
Esta estrutura permite que, a partir de qualquer uma das duas fitas que constituem o DNA, a molÈcula possa ser reconstituÌda, em parte ou na sua integra. Esta caracterÌstica do DNA È fundamental para a multiplicaÁ„o celular, quando o DNA deve ser duplicado. As duas fitas da molÈcula se separam originando dois moldes cada um dos quais, por complementaÁ„o com os nucleotÌdeos adequados, produzir· uma nova molÈcula, idÍntica ‡ original. Estas ser„o transmitidas para as cÈlulas filhas, por mitose ou por meiose.
O n˙mero, a combinaÁ„o e a seq¸Íncia em que os nucleotÌdeos aparecem ao longo do filamento de DNA constituem mensagens biolÛgicas que podem ser lidas, interpretadas e executadas pelas cÈlulas.
RadiaÁıes Ionizantes e a vida
O material genÈtico contido nas cÈlulas encontra-se distribuÌdo na forma de estruturas unit·rias, os cromossomos. Cada espÈcie de ser vivo possui um n˙mero caracterÌstico de cromossomos em suas cÈlulas. Como o Ûvulo e o espermatozÛide resultam de meioses, estes gametas apresentam um n˙mero n de cromossomos, ou seja, metade da quantidade de material genÈtico inicialmente contido no ovÛcito e no espermatÛcito, 2n. A reconstituiÁ„o do n˙mero 2n de cromossomos dever· ocorrer quando da fecundaÁ„o de um Ûvulo (n), gameta feminino, com um espermatozÛide (n), gameta masculino, que resultar· em uma cÈlula-ovo, 2n. O n˙mero 2n da espÈcie humana È 46.
As proteÌnas s„o molÈculas que, como o DNA, s„o constituÌdas por sub-unidades que se alinham seq¸encialmente, de maneira prÈ-determinada. Esta seq¸encia constitui a estrutura prim·ria da molÈcula. Neste caso, as sub-unidades s„o os amino·cidos. Na constituiÁ„o das proteÌnas, s„o encontrados 20 tipos diferentes de amino·cidos. O n˙mero, o tipo e a seq¸Íncia em que os amino·cidos aparecem na proteÌna definem suas propriedades e funÁıes. O n˙mero de amino·cidos, o tipo e a seq¸Íncia em que aparecem em uma determinada proteÌna encontram-se codificados, na forma de uma seq¸Íncia de nucleotÌdeos no DNA. A transferÍncia da mensagem, do n˙cleo da cÈlula para o citoplasma, onde ocorre a sÌntese da proteÌna, È de responsabilidade de outro ·cido nuclÈico, o RNA. Tal como o DNA, o RNA È constituÌdo pelo encadeamento de nucleotÌdeos. A diferenÁa entre um nucleotÌdeo de DNA e um nucleotÌdeo de RNA est· no tipo de aÁ˙car que integra a molÈcula e na substituiÁ„o da timina por uracil.
RadiaÁıes Ionizantes e a vida
Com base na complementaridade das molÈculas, mensagens contidas no DNA s„o copiadas na forma de RNA (RNA mensageiro), transferidas para o citoplasma e executadas. A execuÁ„o envolve: (i) o reconhecimento de amino·cidos especÌficos e seu transporte para o local da cÈlula no qual ocorre a sÌntese de proteÌnas; (ii) o ordenamento dos amino·cidos, segundo a seq¸Íncia codificada no DNA e disponÌvel no citoplasma na forma de RNA mensageiro. O reconhecimento e transporte de amino·cidos È realizado por outro tipo de RNA, dito RNA transportador.
Qualquer alteraÁ„o de uma mensagem contida no DNA de uma cÈlula pode resultar na produÁ„o de uma proteÌna (enzima) alterada ou mesmo na inibiÁ„o de sua sÌntese.
Trechos do DNA respons·veis pela codificaÁ„o de proteÌnas recebem o nome de gene. O conjunto de genes de uma cÈlula constitui seu genoma. As proteÌnas desempenham um papel fundamental nos seres vivos. Entram na constituiÁ„o de praticamente todas as estruturas celulares e s„o respons·veis por praticamente todo o trabalho realizado dentro das cÈlulas. A produÁ„o de proteÌnas tais como enzimas, hormÙnios, anticorpos, proteÌnas estruturais etc., est· diretamente ligada ‡ existÍncia de genes especÌficos, incorporados ao material genÈtico das cÈlulas.
Gene A
D M P G I Amino·cidos
ProteÌna ìAî formada
RadiaÁıes Ionizantes e a vida
mais ou menos intensos, o que È definido pelo destino a ser tomado pela cÈlula, estabelecido ainda na fase embrion·ria. Quanto mais diferenciada a cÈlula, menor a sua capacidade de divis„o. O exemplo extremo de diferenciaÁ„o celular È o da cÈlula nervosa, incapaz de se dividir. Outras cÈlulas, menos diferenciadas, mantÈm taxas de divis„o ligadas apenas ‡ manutenÁ„o dos Ûrg„os que constituem. Existem situaÁıes nas quais cÈlulas diferenciadas sofrem processo de desdiferenciaÁ„o com o intuito de reconstituir um Ûrg„o ou tecido lesado. … o caso das cÈlulas do fÌgado, capazes de reiniciar o processo de divis„o para recuperar a perda de tecido hep·tico. CÈlulas indiferenciadas s„o respons·veis pela reconstituiÁ„o de tecido Ûsseo lesado. CÈlulas pouco diferenciadas, mantendo todo o seu potencial de reproduÁ„o, s„o respons·veis pela renovaÁ„o dos tecidos de recobrimento (pele, vilosidades intestinais e tecidos glandulares), pelos elementos figurados do sangue (glÛbulos brancos, glÛbulos vermelhos e plaquetas) e pela produÁ„o de espermatozÛides ESQUEMA REPRESENTANDO A PRODU«√O DE C…LULAS SANG‹ÕNEAS COM DESTAQUE PARA MULTIPLICA«√O CELULAR E A DIFERENCIA«√O
Elementos figurados do sangue (glÛbulos brancos, vermelhos e plaquetas). CÈlulas sem capacidade de divis„o
DIFERENCIA«√O FINAL
CÈlula filha com capacidade de divis„o limitada
Auto renovaÁ„o das cÈlulas^ NA MEDULA da medula
RadiaÁıes Ionizantes e a vida
S„o linhagens de cÈlulas respons·veis pela produÁ„o dos gametas masculinos e femininos. LINHAGEM GERMINATIVA FEMININA A diferenciaÁ„o das cÈlulas da linhagem germinativa feminina ocorre quase que totalmente na fase embrion·ria. CÈlulas germinativas primordiais (2n) migram para as gÙnadas (ov·rio) onde iniciam seu processo de diferenciaÁ„o originando ovogÙnias (2n) que entram em fase de intensa proliferaÁ„o; as cÈlulas se dividem por mitose e n˙mero 2n de cromossomos se mantÈm em todas elas. Na mulher, o n˙mero de cÈlulas resultante da fase de proliferaÁ„o fica entre 400 e 600 cÈlulas. Ainda na fase embrion·ria estas cÈlulas iniciam o processo de diferenciaÁ„o para ovÛcitos prim·rios (2n). Estes d„o entrada no processo de meiose duplicando seu DNA; o processo È interrompido antes da primeira das duas divisıes que caracterizam o processo. Ao nascer, a mulher dispıem de um n˙mero determinado de ovÛcitos prim·rios cada um dos quais com o material genÈtico duplicado. O processo de diferenciaÁ„o dos ovÛcito prim·rio para Ûvulo È retomado na puberdade quando, em intervalos mÈdios de 28 dias, um ovÛcito (2n) conclui a meiose iniciada na fase fetal: o material genÈtico È, atravÈs de duas divisıes sucessivas, reduzido para n e a cÈlula, agora Ûvulo (n) encontra-se apta para a fecundaÁ„o.
Desenvolvimento do embri„o Processo disparado com amaturidade sexual
GerminativaCÈlula
OvogÙnia
cÈlulas de linhagemReposiÁ„o das OvÛcito prim·rio (^) secund·rioOvÛcito OvÛcitomaduro
RadiaÁıes Ionizantes e a vida
A fecundaÁ„o consiste na reuni„o de uma cÈlula reprodutora masculina, espermatozÛide (n), com uma cÈlula reprodutora feminina, Ûvulo (n). Esta reuni„o d· inÌcio ao desenvolvimento de um novo ser (2n) cujas caracterÌstica biolÛgicas s„o definidas, na cÈlula-ovo, pela presenÁa de um patrimÙnio genÈtico de origem paterna (n) com um patrimÙnio genÈtico de origem materna (n). As cÈlulas sexuais s„o o ˙nico elo entre o patrimÙnio genÈtico de uma geraÁ„o e aquele da geraÁ„o seguinte. Conseq¸Íntemente, danos fÌsicos, acumulados por um indivÌduo n„o s„o geneticamente transmissÌveis para sua descendÍncia. Apenas danos no material genÈtico das cÈlulas sexuais tÍm possibilidade de serem transmitidos para novas geraÁıes. ESQUEMA REPRESENTATIVO DO CICLO DE DESENVOLVIMENTO HUMANO: C…LULAS SEXUAIS, FECUNDA«√O, C…LULA OVO, MULTIPLICA«√O CELULAR, DIFERENCIA«√O E INDIVÕDUOS.
cromossomos^23
cromossomos^23
cromossomos^46
CÈlula-ovo
MultiplicaÁ„ocelular
DiferenciaÁ„o
CoraÁ„o^ FÌgado PulmıesCÈrebro
RadiaÁıes Ionizantes e a vida
RadiaÁ„o: (i) qualquer dos processos fÌsicos de emiss„o e propagaÁ„o de energia, seja por intermÈdio de fenÙmenos ondulatÛrios, seja por meio de partÌculas dotadas de energia cinÈtica. (ii) energia que se propaga de um ponto a outro no espaÁo ou num meio material (Novo Dicion·rio AurÈlio da LÌngua Portuguesa).
RadiaÁ„o ionizante: radiaÁ„o cuja energia È superior ‡ energia de ligaÁ„o dos elÈtrons de um ·tomo com o seu n˙cleo; radiaÁıes cuja energia È suficiente para arrancar elÈtrons de seus orbitais
A interaÁ„o das radiaÁıes ionizantes com a matÈria È um processo que se passa em nÌvel atÙmico. Ao atravessarem um material, estas radiaÁıes transferem energia para as partÌculas que forem encontradas em sua trajetÛria. Caso a energia transferida seja superior ‡ energia de ligaÁ„o do elÈtron com o restante da estrutura atÙmica, este È ejetado de sua Ûrbita. O ·tomo È momentaneamente transformado em um Ìon positivo. O elÈtron arrancado (Ìon negativo) desloca-se no meio, impulsionado pela energia cinÈtica adquirida neste processo. Esta energia È dissipada atravÈs da interaÁ„o do elÈtron com elÈtrons e n˙cleos de outros ·tomos, eventualmente encontrados em sua trajetÛria. Novos Ìons podem, assim, serem introduzidos na matÈria. O processo È interrompido quando, tendo sua energia dissipada em interaÁıes (choques), os elÈtrons (e suas cargas negativas) acabam capturados por molÈculas do meio. A introduÁ„o de pares de Ìons (positivo e negativo) na matÈria recebe o nome de ionizaÁ„o.
A interaÁ„o das radiaÁıes ionizantes com a matÈria consiste na transferÍncia de energia da radiaÁ„o para o meio irradiado.
