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第一篇基本概念1

第一章 绪论3

第一节 放射生物学的发展3

第二节 放射生物学与放射医学5

第三节 有关专著的历史回顾6

第四节 本书的目的和内容7

第二章 放射生物学的物理和化学基础9

第一节 电磁辐射和粒子辐射9

一、辐射的种类9

1．电磁辐射和粒子辐射9

2．电离辐射和非电离辐射9

二、电磁辐射10

1．X射线和γ射线10

1．α粒子12

2．电子和正电子12

三、粒子辐射12

2．紫外线12

3．质子14

4．中子14

5．负π介子15

6．重离子15

第二节 辐射与物质的相互作用15

一、带电粒子与物质的相互作用15

1．α粒子15

2．电子17

3．负π介子18

4．重离子19

4．散裂反应20

3．中子俘获20

1．弹性散射20

二、中子与物质的相互用作20

2．非弹性散射20

三、X射线和γ射线与物质的相互作用21

1．光电效应21

2．康普顿效应21

3．电子对产生21

4．组织中致电离光子能量的吸收21

四、紫外线与物质的相互作用23

第三节 辐射作用的时间进程23

一、辐射的直接作用和间接作用23

二、电离辐射的原初作用过程24

三、电离辐射作用的时间表24

四、时间进程的研究方法25

2．物理化学阶段（10-14～10-12s）27

3．化学阶段（10-12～10-2s）27

五、早期辐射效应及其防治的可能性27

1．物理阶段（≤-14s）27

4．生物化学阶段（10-3～10-2s）28

5．早期生物学阶段（数秒至数小时）28

第四节 自由基28

一、自由基的种类和特性28

1．定义和种类28

2．特性30

二、自由基的生成途径31

1．单分子均裂31

6．酶促反应32

5．电子俘获32

3．光解32

2．辐射分解32

4．过渡金属离子的电子转移32

三、水的辐射分解33

四、自由基与生物靶分子的主要反应34

1．羟自由基、水合电子和超氧化物阴离子等在细胞中的行为34

2．自由基的主要反应36

3．靶分子自由基的命运37

第五节 氧效应39

一、氧效应和氧增强比（OER）39

二、氧效应与氧浓度的关系40

三、辐照前的氧效应41

四、辐照后的氧保护作用41

五、氧效应的机理42

1．LET的定义43

第六节 传能线密度和相对生物效应43

一、传能线密度（LET）43

2．LET的径迹均值和吸收剂量均值44

3．品质因数（Q）45

二、相对生物效应（RBE）46

1．RBE的含义46

2．RBE的影响因素48

三、LET、RBE、OER的相互关系48

1．LET与RBE的关系48

2．LET与OER的关系49

四、LET、RBE和Q的局限性51

第三章 靶学说和靶分子54

第一节 靶学说54

二、单击效应55

一、靶学说的基本概念55

三、多击效应57

四、单靶与多靶59

五、靶体积和靶分子量的估计60

六、靶的钝化与射线品质64

七、靶学说的适用范围65

第二节 生物大分子钝化曲线和细胞存活曲线模型66

一、生物大分子和病毒的钝化曲线66

二、细菌的存活曲线68

三、哺乳动物细胞的存活曲线68

四、DNA双链断裂模型71

五、其它模型75

六、D1，D27，D9，N等参数的计算76

第三节 靶分子和靶结构77

一、基因组DNA78

1．基因组DNA是靶分子78

2．基因组的靶部位79

3．基因组中靶与非靶的可能的分子机理81

二、生物膜84

第二篇生物大分子的辐射效应87

第四章 辐射引起的DNA结构损伤89

第一节 碱基损伤90

一、在充氧的溶液中照射时的碱基损伤90

1．胸腺嘧啶90

2．胞嘧啶92

3．腺嘌呤92

4．鸟嘌呤92

二、在固体状态下照射时的碱基损伤94

三、在细胞中DNA受照射时的碱基损伤95

第二节 糖基的破坏97

一、在充氧的溶液中照射时的糖基破坏97

二、在固体状态下照射时的糖基破坏97

三、在细胞中DNA受照射时的糖基破坏——碱不稳定性位点97

第三节 DNA链断裂98

一、链断裂的种类98

二、链断裂的分子机理98

1．脱氧戊糖和磷酸二酯键的破坏98

2．碱基损伤——酶敏感位点和无嘌呤/无嘧啶位点100

三、DNA在不同条件下照射时的链断裂101

1．在充氧的DNA溶液中照射时的链断裂101

3．在细胞中INA照射时的链断裂102

2．在固体状态下照射DNA时的链断裂102

四、电离辐射引起DNA链断裂的几个特点103

1．单链断裂与双链断裂的比值103

2．氧效应对链断裂的影响104

3．LET对链断裂的影响105

4．关于链断裂是否随机分布的问题107

5．不同细胞照射后的链断裂数108

第四节 DNA交联109

一、DNA交联的种类109

二、DNA蛋白质交联（LPC）109

1．DPC存在的证据109

2．DPC形成的分子机理111

3．氧效应对DPC形成的影响111

4．温度对DPC形成的影响112

三、DNA-DNA链间交联113

5．染色质状态对DPC形成的影响113

6．体内DPC形成时对DNA和蛋白质的选择性113

四、DNA链内交联——嘧啶二聚体的形成115

1．嘧啶二聚体的形成115

2．嘧啶二聚体在DNA链上分布的非随机性116

第五节 DNA二级和三级结构的变化118

一、增色效应和Tm值118

二、旋光色散和圆二色性120

三、粘度121

四、其它122

第六节 DNA结构损伤的主要检测技术122

一、碱基损伤122

二、DNA单链断裂和双链断裂122

四、嘧啶二聚体124

三、DNA蛋白质交联和DNA-DNA链间交联124

第七节 研究DNA损伤的生物学意义125

一、DNA复合损伤125

二、DNA损伤的分子生物学后果126

第五章 辐射引起的DNA功能和代谢的变化131

第一节 辐射对噬菌体DNA感染性的灭活作用131

一、辐照从噬菌体分离出的DNA131

二、辐照噬菌体133

第二节 辐射对DNA转化活力的影响134

一、活体照射后DNA的转化活力134

二、体外照射后DNA的转化活力135

第三节 辐射对DNA生物合成的抑制作用135

一、剂量效应135

1．核苷酸形成的障碍138

二、抑制机理138

2．能量供应受干扰139

3．与DNA合成有关的酶反应受抑制139

4．模板损伤139

5．射线对DNA复制过程的影响140

三、辐射对细胞DNA合成期的影响141

1．细胞从G1期进入S期141

2．S期DNA合成的抑制144

第四节 辐射对DNA降解的加强作用144

一、细胞DNA 的降解是酶促反应144

二、时间过程和剂量的关系145

三、DNA降解的分子性质145

五、DNA降解作为辐射损伤指标146

1．脱氧核糖核酸酶146

四、DNA降解和细胞死亡的关系146

2．脱氧胞嘧啶核苷147

3．β-氨基异丁酸149

4．其它核酸降解产物149

第六章 DNA辐射损伤的修复151

第一节 DNA不同类型损伤的修复152

一、DNA单链断裂的修复152

二、DNA双链断裂的修复153

三、碱基损伤的修复155

四、DNA修复合成155

第二节 DNA损伤的修复机理157

一、回复修复157

1．酶学光复活157

2．单链断裂重接158

2．切除159

1．识别159

3．嘌呤的直接插入159

二、切除修复159

3．修补163

4．连接163

5．多聚ADP-核糖的作用164

三、损伤的“耐受”165

1．复制后修复165

2．SOS修复166

第三节 基因组内修复的不均一性168

一、重复序列中的DNA修复169

二、活性基因中的修复169

三、活性基因中转录链的修复171

二、酵母的修复基因173

一、原核细胞的修复基因173

第四节 DNA修复基因173

三、人的修复基因175

第五节 运用新的生物技术研究DNA修复176

一、应用核酸探针研究修复177

二、病毒探针的使用177

三、用DNA介导的基因转移法研究损伤修复179

四、修复基因的分离与克隆181

第七章 染色质的辐射效应185

第一节 染色质结构和辐射敏感性185

一、染色质与染色体185

二、染色质结构186

三、常染色质和异染色质、活性染色质和非活性染色质187

四、核小体连接区的辐射敏感性187

五、染色质紧密程度对辐射敏感性的影响190

一、碱基损伤及其修复191

第二节 活性染色质与非活性染色质的辐射敏感性191

二、DNA单链断裂及其重接192

三、脱氧核糖核酸酶消化194

四、模板活性194

第三节 常染色质与异染色质的辐射敏感性195

第四节 染色质的辐射降解196

一、染色质的辐射降解是由于继发的酶学反应196

二、辐射敏感组织与不敏感组织的染色质降解197

三、蛋白酶在染色质降解中的作用197

四、核酸酶在染色质自身消化中的作用198

第五节 染色质蛋白的辐射效应198

一、染色质中蛋白质对DNA的保护作用198

1．组蛋白合成抑制与DNA合成抑制的关系199

二、组蛋白的辐射效应199

2．组蛋白H1磷酸化的抑制与细胞分裂延迟200

3．各种组蛋白的辐射效应200

三、非组蛋白的辐射效应202

1．辐射敏感和不敏感组织染色质中的非组蛋白含量202

2．活性染色质和非活性染色质中的非组蛋白含量大203

3．非组蛋白组分的辐射效应203

第六节 研究染色质辐射效应的生物学意义205

第八章 辐射引起的RNA结构与功能的变化207

第一节 辐射对总RNA生物合成的影响207

一、体外照射后RNA的生物合成207

1．RNA聚合酶与DNA模板的结合208

2．RNA合成的起始208

5．模板DNA的损伤性质对RNA合成的影响209

4．RNA链和RNA聚合酶的释放209

3．RNA链的延伸209

二、细胞照射后RNA的生物合成210

三、整体照射后RNA的生物合成211

第二节 辐射对hnRNA和mRNA的影响215

第三节 辐射对tRNA的影响218

第四节 辐射对rRNA的影响221

第九章 蛋白质和酶的辐射效应226

第一节 辐射对蛋白质和酶的结构与功能的影响226

一、蛋白质和酶一级结构与功能的变化226

二、蛋白质和酶高级结构与功能的变化229

第二节 辐射对蛋白质和酶生物合成的影响234

一、对蛋白质生物合成的影响235

二、对酶的诱导生成的影响237

1．整体照射后多核糖体的变化238

三、照射后核糖体的变化238

2．细胞离体照射后多核糖体的变化239

3．膜结合多核糖体的照后变化239

4．核糖体在休外照射后的钝化作用239

第三节 辐射对蛋白质分解代谢的影响240

一、蛋白质分解代谢的增强240

二、某些蛋白质分解代谢产物的变化240

1．氨基酸的排泄241

2．肌酸的排泄241

3．牛磺酸的排泄242

4．其它243

第十章 电离辐射对细胞膜结构与功能的影响244

第一节 细胞膜的结构与功能244

1．脂质过氧化的自由基链式反应246

第二节 电离辐射对膜组分的影响246

一、对脂质的作用246

2．脂质过氧化作用对蛋白质和酶的损伤247

3．脂质过氧化对亚细胞结构的损伤248

4．抗氧化剂的作用248

二、对蛋白质的作用249

1．肽链的辐射分解249

2．肽链的电离250

3．肽键断裂250

4．巯基氧化250

5．二硫键还原250

三、对糖的作用250

2．膜流动性与辐射敏感性的关系252

1．恒粘度适应252

一、膜流动性252

第三节 电离辐射对细胞膜物理化学性质的影响252

3．膜流动性与脂质过氧化的关系253

4．膜流动性与膜蛋白变化的关系254

二、膜表面电荷256

1．细胞电泳迁移率的变化256

2．影响因素257

三、膜导电性259

第四节 电离辐射对膜转运功能的影响260

一、膜运输机理的变化260

1．主动运输、被动运输和中介运输260

2．亲脂和亲水的中性有机分子、有机阳离子和有机阴离子的膜通透性262

二、细胞器膜结构的破坏和内含成分的外逸263

1．溶酶体膜263

第五节 电离辐射作用于膜蛋白巯基的后果264

2．线粒体膜264

3．核膜264

第六节 电离辐射对膜结合酶活性的影响267

第七节 电离辐射对膜受体功能的影响271

第八节 电离辐射对DNA-膜复合物的效应274

一、DNA-膜复合物的成分及辐射敏感性274

二、真核细胞DNA-膜复合物的辐射效应276

三、原核细胞DNA-膜复合物的辐射效应277

第十一章 辐射所致的能量代谢障碍282

第一节 糖代谢紊乱282

一、糖原生成和糖原异生283

二、糖酵解283

三、三羧酸循环285

一、氧化磷酸化与能量储存287

第二节 线粒体氧化磷酸化的解偶联287

二、辐射对线粒体氧化磷酸化抑制的作用特点288

三、辐射对线粒体氧化磷酸化抑制的作用机理290

第三节 核磷酸化作用的抑制291

一、辐射对核磷酸化抑制的作用特点291

二、辐射对核磷酸化抑制的作用机理292

第四节 细胞内ATP含量下降的其它原因294

第五节 能量代谢障碍的后果295

第三篇几个有关的医学实际问题299

第十二章 辐射致突、致癌的分子生物学301

第一节 辐射的致突、致癌效应301

第二节 辐射致突的分子基础303

一、细胞突变的基本原理303

1．点突变304

2．染色体突变305

3．基因组突变306

二、辐射致突的类型和机理306

1．电离辐射引起的突变类型307

2．突变发生的部位309

3．DNA损伤演变为突变的机理310

第三节 辐射致癌的分子基础312

一、癌形成的多步骤论313

二、体细胞突变315

三、癌基因与抗癌基因316

1．癌基因家族316

2．癌基因的激活和异常表达317

3．抗癌基因的作用320

第十三章 老化与辐射324

第一节 有关老化机理的几种学说324

一、自由基假说324

二、交联假说324

第二节 老化过程中染色质结构和功能的变化325

一、染色质结构的变化325

二、梁色质功能的变化326

第三节 老化过程中DNA修复能力的变化327

一、紫外线照射后DNA期外合成能力与动物寿命327

二、老化细胞中DNA修复能力的下降330

三、DNA修复缺陷细胞的老化331

四、基因选择性损伤的积累与老化331

一、膜结构的变化332

二、膜功能的变化332

第四节 老化过程中膜结构和功能的变化332

第五节 老化过程中膜脂质的过氧化333

一、脂质过氧化的加速333

二、体内天然抗氧化物质的含量与动物寿命334

第六节 老化过程中超氧化物歧化酶活性的变化336

一、体内超氧化物歧化酶的含量与动物寿命336

二、老化细胞中超氧化物歧化酶水平的下降338

第七节 辐射对老化过程的影响338

第十四章 细胞受照射后死亡的分子机理342

第一节 细胞死亡的类型342

第二节 细胞间期死亡的生化机理345

一、代谢障碍345

三、遗传结构的损伤347

二、膜结构的损伤347

1．淋巴系细胞的染色质降解348

2．染色质降解的机理349

3．可溶性染色质生成与细胞死亡的关系351

第三节 细胞增殖死亡的生化机理353

一、DNA是与细胞增殖死亡有关的靶353

1．微束照射实验353

2．DNA自杀实验355

3．辐射敏感细胞株的启示355

二、DNA分子中与死亡密切相关的损伤356

第十五章 辐射防护剂与辐射增敏剂的分子机理360

第一节 辐射敏感性360

一、辐射敏感性的含义360

二、辐射敏感性的修饰361

一、内源性防护物质362

1．还原型谷胱甘肽362

第二节 影响辐射敏感性的内在因素362

2．维生素C和维生素E等366

3．超氧化物歧化酶368

二、环腺苷酸369

三、染色质结构状态370

四、DNA修复能力372

五、与膜有关的因素372

第三节 辐射防护剂373

一、辐射防护剂的研究概况373

二、辐射防护剂的作用机理377

1．活性基团的钝化377

2．活性基团形成的抑制380

3．靶分子的稳定382

5．代谢调节385

4．内源性巯基的释放385

6．生物反应修饰392

第四节 辐射增敏剂393

一、辐射增敏剂的研究概况393

1．亲电子硝基化合物394

2．亲电子性非硝基化合物396

3．巯基反应剂396

4．稳定的自由基397

6．其它397

二、辐射增敏剂的作用机理398

1．氧的辐射增敏作用和乏氧细胞的辐射抗性398

2．乏氧细胞增敏剂的作用机理399

3．细胞内巯基水平的下降401

4．DNA损伤的加重和修复的抑制406

6．作用于膜的辐射增敏机理411

5．能量代谢的抑制411

7．改变肿瘤细胞的氧合状态412

第十六章 辐射敏感的DNA修复缺陷病417

第一节 检测DNA修复缺陷的常用方法417

一、细胞存活率分析418

二、姐妹染色单体交换率分析418

三、DNA修复合成分析419

四、DNA复制后修复分析419

五、宿主细胞复活反应419

六、酶敏感位点丢失分析420

七、细胞突变率分析420

八、对拟辐射药物敏感性的分析421

第二节 着色性干皮病422

一、着色性干皮病临床症状422

二、着色性干皮病病因的分子机理424

三、着色性干皮病细胞的互补现象426

四、变种着色性干皮病431

第三节 毛细血管扩张共济失调432

第四节 Bloom氏综合征436

第五节 Cockayne综合征437

第六节 Fanconi氏贫血及其它438

第七节 改善DNA修复基因缺陷的有效方法——基因转移技术439

一、基因转移前的准备440

二、基因转移方法441

三、基因转移后的选择443

四、基因转移实验设计444

第八节 纠正辐射敏感细胞DNA修复基因缺陷的尝试444

常用分子放射生物学名词缩写或简称444