Groźny atom 2

Ogólnie biologia wyróżnia trzy typy mutacji: strukturowe (chromosomowe), genomowe i punktowe (genowe). Mutacje chromosomowe to zmiany struktury chromosomów. Wyróżniamy cztery typy mutacji: delecje, duplikacje, transwersje i translokacje. Delecje i duplikacje mają podobny mechanizm. Podczas podziału komórkowego jest pdowojenie materiału genetycznego. W czasie mutacji dochodzi do pęknięcia chromosomu i jego wadliwego połączenia, powstaje tak odcinek dicentryczny, ma dwa centromery (przewężenia). Drugi odcinek nie ma centromeru. Wrzeciono podziałowe ciągnie oba odcinki do różnych gamet. Jedna ma delecję, czyli brak centromeru, druga duplikację, czyli podwójny centromer. U l.udzi takie płody są spontanicznie ronione. Druga możliwość to nierównomierny crossing-over. dwa chromosomy koniugują, potem jest przesunięcie jednego wobec drugiego. Jeden ma duplikację, drugi delecję, ten sposób jest mniej groźny. Duplikacje, czyli powielenie odcinka chromosomu mają znaczenie ewolucyjne, są źródłem nowych genów kodujących nowe białka. Wskutek duplikacji (nie popromiennej, ale mechanizm i potencjalne skutki są te same) powstały np. alfa, beta, gamma i delta globiny, białka budujące łańcuchy hemoglobiny. Hb płodowa ma większe powinowactwo do tlenu niz Hb dorosłych. Hb płodowa ma dwa łańcuchy alfa i dwa gamma. Hb dorosłych ma dwa alfa i dwa beta. Inwersje polekają na przestawieniu fragmentu chromosomu. Są pericentryczne i paracentryczne. Pericentryczne obejmują chromosom, paracentryczne nie, powstaja dwie nici. W inwersji pericentrycznej chromosom pęka w dwóch miejscach, powstały fragment jest wbudowany w chromosom po odwróceniu o 180 stopni, fragment ten ma chrmomosom. Inwersje paracentryczne przebiegają tak samo, tylko, że odwrócony fragment nie ma centromeru. Nic bez centromeru zanika. Translokacje polegają na przeniesieniu fragmentu chromosomu w inne miejsce tego samego chromosomu lub do innego chromosomu. Translokacje są przyczyną białaczki szpikowej, czyli jednego z najpowszechniejszych popromiennych nowotworów oraz innych białaczek i chłoniaków. Nowotwory szpiku i węzłów chłonnych to klasyczny efekt napromieniowania. Translokacja może być wzajemna, gdy dwa chromosomy wymieniają się wyciętymi fragmentami i roberstsonowska, gdy łączą się całe lub prawie całe ramiona chromosomów. Fuzje Robertsona, czyli całe fuzje chromosomów telocentrycznych (które mają centromery na końcach) są jednym z mechanizmów ewolucji, tak powstał jeden z gatunków muszki owocowej. Ogólnie aberracje chrmosomowe powodują powstanie niepełnowartościowych gamet (z podwójnym centromerem lub jego brakiem) co obniża płodność, kolejny skutek napromieniowania to obniżenie płodności lub sterylizacja. 
Mutacje genowe również mają cztery typy: tranzycje, transwersje, inwersje i delecje. Iwersje polegają na wstawieniu między nukleotydy w łańcuchu DNA lub kolejnego nukleotydu, delecje na wycięciu nukleotydu z łańcucha. Oba typy powodują zmiany kodowanego białka, gdy powstanie kodon stop kończą syntezę białka. Tranzycje polegają na zmianie nukleotydu purynowego (guaninowy, cytozynowy) na inny purynowy lub pirymidynowego (adeninowy, tyminowy) na inny pirymidynowy, delecje polegają na zamianie pirymidowego na purynowy i odwrotnie. Aberracje chromosomowe w komórkach somatycznych należą do póxnych efektów popromiennych.
Mutacje genomowe polegaja na zmianie liczby chromosomów np. zespół Downa to podwojenie 21 chromosomu, chory ma trzy kopie zamiast dwóch. 
U roślin zaburzenia mitozy i mejozy powodują endocykle, które są jednym z mechanizmów ewolucji. Roślinne autopoliploidy są bardzo inwazyjne. Szybko zarastają dany teren i zagłuszają inne rośliny.
Tworzenie dimerów purynowych i pirymidynowych to tworzenie wiązań pomiędzy dwoma zasadami azotowymi w DNA pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego. 
Radioliza wody jest to rozpad wody na wolne rodniki pod wpływem promieniowania jonizującego. Powstają wolne rodniki tlenowe ROS. Ich powstanie opisuje diagram Jabłońskiego: w przyrodzie jest tlen tripletowy, który ma dwa elektrony niesparowane, mają one takie same kierunki spinów. Po zaabsorbowaniu energii powyżej swojego pasma absorbcji zostaje on wzburzony na wyższy stan energetyczny, wtedy oddaje energię jako ciepło lub jako niższe stany np. fluorescencja. Nadmiar energii mogą odebrać bialka, kwasy nukleinowe, lipidy i powstają wolne rodniki tych związków. Nadtlenki lipidowe uszkadzają ściany naczyń krwionośnych, powodują miażdżycę, uszkodzone zostają lipidy błon komórkowych i otoczek mielinowych, upośledza to funkcję tkanek. Gdy nadmiar energii koncentruje się na cząsteczce tlenu jest reorientacja spinów i powstaje tlen singletowy, ma jeden elektron niesparowany. Reaguje on ze wszystkimi cząsteczkami. Powstają reaktywne formy tlenu ROS. Są to anionorodnik ponadtlenkowy O2-, łączy się z wodorem powstaje H2O2, w wyniku dalszych reakcji powstaje rodnik hydroksylowy OH-, może on odbierać elektrony od jonów żelazowych i z powrotem postaje tlen singletowy1O2-. Jest to efekt fotodynamiczny dający trwałe uszkodzenie struktur i funkcji biologicznych. Wolne rodniki już w małych ilościach przyspieszają starzenie, są jednym z czynników wywołujących zaćmę, zwyrodnienie stawów, cukrzycę, choroby serca, imunologiczne, zwapnienie płuc, choroba Alzheimera oraz są jednym z czynników ryzyka zachorowania na stwardnienie rozsiane. W wyniku napromieniowania powstaje ogromna ilość wolnych rodników naraz, z którymi komórki nie potrafia sobie poradzić. Ilość tlenu w komórkach też warunkuje ich radioczułość, niedotlenione nowotwory są tezy razy bardziej oporne na radioterapię niż nowotwory dobrze dotlenione. Mniejsze ilości wolnych rodników powstają pod wpływem innych czynników środowiska np. promieniowanie tła, zanieczyszczenia środowiska itd, organizm broni się przed nimi dzięki enzymom dehydratacyjnym, organizm może poradzić sobie w ten sposób z naprawą uszkodzeń po niewielkich dawkach promieniowania, wysokie dawka powodują nieodwracalne uszkodzenia. W naprawie uszkodzeń spowodowanych niskimi dawkami pomaga dieta bogata w przeciwutleniacze: witaminy A, E, C, beta karoten itd. Przeciwutleniacze są we wszystkich produktach roślinnych, rybach i suplementach diety. Natomiast na uszkodzenia spowodowane dużymi dawkami przeciutleniacze są za słabe. Mechanizmy ochronne organizmu to enzymy dehydratacyjne i naprawcze. Enzymy dehydratacyjne usuwają wolne rodniki tlenowe, są to katalazy, peroksydazy, dysmutaza ponadtlenkowa. Dysmutaza przekształca wolne rodniki w nadtlenek wodoru. Jest to najważniejszy enzym chroniący przed nowotworami. Katalizuje ona dysmutację anionorodnika ponadtlenkowego. Katalazy przekształcają nadtlenek wodoru w wodę i tlen cząsteczkowy, peroksydazy katalizują utlenianie nadtlenkiem wodoru mniej groźne substraty. Szczególnie ważne są peroksydaza glutaminianowa i askorbinianowa. Peroksydaza glutationowa rozkłada nadtlenek wodoru do dwutlenku węgla i wody. Peroksydazy działają w peroksysomach. Naprawa uszkodzeń DNA odbywa się z pomocą enzymów naprawczych. Nieprawidłowe nukleotydy są wycinane przez glikozylazę DNA i odcinane od deoksyrybozy. Helikaza rozrywa nici podwójnej helisy, uszkodzony fragmenbt wycinają restryktazy, telomeraza dorabia nić komplementarną z prawidłowym fragmentem, którą ligazy wstwiają do nici macierzystej. U roslin mechanizmem obronnym jest odrzucanie uszkodzonych organów, rośliny klonalne, rozmnażające się wegetatywnie i tak rozpadają się na mniejsze części, które są osobnymi klonami jednej rośliny, mają taki sam materiał genetyczny, ale tworzą niezależne organizmy. Oczywiście promieniowanie powoduje mutacje zmieniające ich kod genetyczny. Gdy kilka tych częśći zostanie zniszczona, inne mniej uszkodzone mogą przeżyć. Rozmnażanie wegetatywne uniezależnia od mutacji uszkadzających gamety, są w przyrodzie rośliny rozmnażające się tylko wegetatywnie. Tak samo jest w przypadku grzybów, grzybnia, też ulega fragmentacji i odżuca uszkodzone części. U roślin aklonalnych, zwierząt i ludzi mechanizmem obronnym jest obumieranie osobników z uszkodzonym materiałem genetycznym na różnych etapach rozwoju i bezpłodność mutantów (nie jest to bynajmniej przyjazna energia). Mutacje recesywne ujawniają się po wielu latach od katastrofy, często w następnych pokoleniach. Organizmy, które żyją w Czarnobylu mają większ stężenie enzymów dehydratacyjnych i naprawczych w komórkach oraz więcej peroksysomów. Poprzednia fauna i flora została zniszczona, nasiona drzew i krzewów, które tam wykiełkowały zawierały zarodki z odpowiednią do tamtejszego skażenia ilość enzymów dehydratacyjnych i naprawczych oraz peroksysomów. Pozostałe nasiona obumarły, te, które zdolne były przeżyć wykiełkowały i skolonizowały dany teren. Jest to efekt założyciela, w którym niewielka ilośc osobników posiadających daną cechę, tu mechanizmy naprawcze skutki popromienne zasiedli dane środowisko. W Czarnobylu nastąpiło zjawisko zwane efektem wąskiego gardła. Katastrofa wytrzebiła organizmy mające podstawowe mechanizmy obronne, pozwalając zasiedlić środowisko organizmom lepiej przystosowanym. To samo dotyczyło zwierzą, te, który przybyły na teren Czarnobyla i Prypeci i posiadały standardowe mechanizmy obronne ginęły, natomiast przeżywały lepiej przystosowane z lepszymi mechanizmami obronnymi i one rozmnożyły się i skolonizowały skażone tereny. Jednak drzewa i krzewy z tamtych okolic mają rzadsze słoje przyrostu wtónego co świadczy o szybszym przyroście wtórnym. Podobny efekt stanowią zmiany na twarzach dzieci z jednej z wiosek na Wyżynie Brazylijskiej, tam jest podwyższone promieniowanie tła z przyczyn naturalnych.