高能帶電粒子(如α粒子、β粒子或宇宙射線中的質子和重離子)具有足夠的能量,可以直接或間接地對DNA分子造成損傷,導致基因突變。以下是一些關鍵機制:
直接電離損傷:高能粒子可以直接與DNA分子中的原子或分子相互作用,導致電離。這種電離作用可以破壞DNA的化學鍵,導致單鏈斷裂或雙鏈斷裂。這種物理損傷可能會在DNA復制過程中引發突變。
間接損傷:高能粒子還可以電離周圍的水分子或其他分子,產生自由基。自由基是具有未配對電子的分子,具有高度的化學反應性。它們可以進一步攻擊DNA,導致化學改變和結構損傷。
雙鏈斷裂:DNA雙鏈斷裂是最嚴重的損傷類型之一,因為修復過程復雜且容易出錯。錯誤的修復可能導致插入、缺失或重排,進而導致基因突變。
堿基損傷和交聯:高能粒子可以導致DNA堿基的氧化、脫氨基或其他化學改變。這些變化可能干擾正常的堿基配對,導致復制錯誤。此外,粒子輻射可以引起DNA鏈之間或與蛋白質之間的交聯,影響DNA的正常功能。
染色體畸變:在細胞分裂過程中,DNA損傷可能導致染色體畸變,如斷裂、易位或融合,這些畸變也可能引發基因突變。
由于DNA是遺傳信息的載體,任何永久性的損傷或錯誤修復都可能導致基因突變,這些突變可能影響細胞功能,甚至導致癌癥或其他遺傳性疾病。