TPE Mutagenèse

28 février 2009

Historique des sources

Historique :

Livre :   

-Le nucléaire, avenir de l'écologie ?

-Larousse Médical

Internet :

-www.doctissimo.fr

- www.asn.fr

-fr.wikipedia.org

-www.snv.jussieu.fr

-http://209.85.229.132/search?q=cache:hFeAIQbph3kJ:www-ulpmed.u-strasbg.fr/medecine/cours_en_ligne/e_cours/obstetrique/irradiations.pdf+irradiation+grossesse&hl=fr&ct=clnk&cd=1&gl=fr

-www.atlasducorpshumain.fr

-www.youtube.com (pas pour la version papier)

-www.laradioactivite.com

-www.infocancer.org

-www.sciencedirect.com

-www.vulgaris-medical.com

- radioactivite4.free.fr

- lpsc.in2p3.fr

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Lexique

                           

- Cellules-cibles : Cellule possédant un récepteur capable de traduire le signal d'une molécule en un effet spécifique à la cellule et à la molécule.

- Cellules germinales : Les Cellules (ovule ou spermatozoïde) des organes sexuels qui interviennent lors de la fécondation.

- Cellules somatiques : Les cellules somatiques sont toutes les cellules animales qui ne seront jamais à l'origine de gamètes.

- Collimateur multilame : Élément d'un accélérateur de radiothérapie constitué de nombreuses lames métalliques.

- Chromosome dicentrique : Chromosome ayant deux centromère

- Effets biologiques : Ensemble des effets qui portent sur l’organisme des êtres vivants.

- Endothélium : Tissu formé de cellules plates et constituant le revêtement interne du cœur et les vaisseaux.

- Exposition chronique : Contact avec une substance durant une longue période.

- Hématopoïétique : Relatif à la formation des globules sanguins.

- Hypoplasie : Développement insuffisant d’un tissu ou d‘un organe.

- Liaison phosphodiester : Il s'agit de 2 groupements phosphate chacun lié par une liaison ester au sucre.

- Monoclonale : Qui provient d'une seule cellule.

- Perfusion sous cutanée : technique d’injection qui permet d’administrer chez un patient, des médicaments de façon continue ou discontinue dans le tissu sous-cutané.

- Radiosensibilité : Sensibilité des tissus organiques aux rayonnements ionisants.

- Temps de latence : Pour notre sujet, le temps de latence est le délai entre le moment de l’irradiation et le déclenchement des effets.

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Partie III

III- Réparation de l’ADN

A) Les dommages sont-ils réversibles ?

L’ionisation de l’ADN entraine des modifications au niveau moléculaire, cellulaire et macroscopique. Pour éviter cela, de nombreux système de réparation de l’ADN détectent les lésions qui résultent de ces modifications ou de celle naturellement produite par notre métabolisme, et les réparent de façon à protéger les cellules touchées. Si les lésions n’affectent qu’un chromatide, la réparation par excision des lésions se met en place. Elle  remplace les bases azotées affectées en utilisant l’autre chromatide comme matrice. C’est le moyen de réparation le plus important. Par contre, si les lésions affectent le chromosome,  la recherche d’une matrice contenant une séquence homologue commence alors. De cette façon, les lésions d’un chromosome sont transformées en lésions d’un chromatide (mais avec deux fois plus de lésions) qui peuvent être facilement réparées. Cependant, ces systèmes de réparations ont leur limite. En effet, si la dose d’énergie radioactive absorbée durant un laps de temps cour est importante, les lésions ne peuvent pas être réparées se qui donne lieu à deux effets possibles : les effets déterministes ou les effets stochastiques.                                                                                                                     

-Les effets déterministes résultent de dommages irréparables sur l’ADN causée par une dose importante d’irradiation. Cela entraine la mort de nombreuses cellules. Ils se produisent de manière certaine et se déclarent en générale de manière précoce, avec des temps de latence compris entre quelques jours et quelque mois.

-Les effets stochastiques n'apparaissent pas selon le principe d'une cause qui induit toujours le même effet. Ils peuvent avoir des effets à long terme comme par exemple des cancers ou des mutations génétiques affectant la descendance. En se qui consterne ces effets, la réparation de l’ADN peut se faire, mais avec conservation de mutations non létales.

Il est par conséquent préférable d’absorber une même dose d’énergie sur un laps de temps plus long  que sur un laps de temps court. Cela facilite la réparation des lésions.

Ce schéma illustre parfaitement les deux types de réparation de l’ADN vu précédemment. De plus, il a l’avantage d’être très explicite et de mettre en œuvre les deux effets possibles suites à une non-réparation totale des lésions de l’ADN.

Schéma de la réparation de l’ADN                   

Exemple de système de réparation :

Ici, nous voyons en œuvre l’ADN ligase C’est  une enzyme de la classe des ligases qui répare les brins brisés d'ADN. L'ADN ligase est un type particulier d'enzyme qui peut former des liaisons phosphodiester covalentes et liguer ou connecter des brins d'ADN brisés.

Exemple linéaire :

         

                     

                                                                                           Devient   

                                      

Si

B)

La Radiothérapie

La radiothérapie est,  en médecine, un traitement locorégional (relatif à toute une région du corps) du cancer qui utilise des rayons ionisants pour détruit les tissus cancéreux. Ces rayons visent l’ADN car c’est en lui où réside l’information génétique qui est altérée  étant donné que ce sont des cellules cancéreuses.

Une majorité de patients souffrant d'un cancer reçoivent ce traitement. La radiothérapie  est parfois suffisante pour une totale guérison mais d’autres fois, elle est suivie d’une ablation chirurgicale de la tumeur (lorsque la tumeur est importante). Depuis prés d’un siècle maintenant, ce traitement s’est hissé parmi l’arsenal thérapeutique des maladies cancéreuses. Aujourd’hui, les médecines maîtrisent bien cette technique qui constitue avec un traitement chirurgical, le traitement le plus répondu des cancers.

            En radiothérapie, la dose de radiations délivrée se mesure en Gray (Gy). Les radiothérapeutes prescrivent une dose à délivrer dans des régions du corps. Ils définissent les  doses à ne pas dépasser. Ce sont des doses maximales, par exemple :

       -Moelle épinière: 45 Gy

       -Cerveau: 60 à 70 Gy

       -Cœur: 45-50 Gy

      

Il existe trois grandes techniques de radiothérapies :

-La radiothérapie externe

-La radiothérapie métabolique

-La curiethérapie

 

Illustration en image des trois grandes techniques de radiothérapie.

La radiothérapie externe est l'ensemble des techniques utilisant une source de rayonnement située à l'extérieur du malade (comme on peut le voir sur l’image ci-dessus) généralement à une certaine distance de lui. Le patient n’a pas besoin d’être hospitalisé. Habituellement, le traitement est administré quotidiennement (sauf les week-ends) durant plusieurs semaines.

La radiothérapie métabolique utilise des sources radioactives, généralement injectables (voir image ci-dessus) qui vont se fixer, grâce à leur métabolisme sur les cellules-cibles. Elle  utilise des marqueurs radioactifs à rayonnement bêta, associé ou non à un rayonnement gamma. Le but de ce type de traitement est d’obtenir des résultats temporaires. Il est qualifié de traitement palliatif.

La curiethérapie utilise des sources radioactives scellées, contenant de l’iridium ou du césium, placées au cours d'une intervention au contact ou à l’intérieur même des tissus tumoraux ou dans une cavité naturelle (voir image ci-dessus). Cette méthode permet d’irradier la tumeur en protégeant au maximum les organes voisins et dans certains cas d’éviter les traitements chirurgicaux.

Les effets néfastes :

            La radiothérapie procède malheureusement dans certain cas, des effets néfastes. C’est ce qu’on appelé parfois les effets secondaires. Les progrès réalisés en médecine ont permis de réduire ces effets au niveau des tissus sains. Ces derniers varient selon la zone irradiée, l’importance de l’irradiation et la sensibilité de chacun. Les effets les plus fréquents et communs à tous techniques de radiothérapie sont ; l’anxiété ou la dépression, une modification de l’appétit entrainant parfois une anorexie, la fatigue, une modification de la peau ou perte de cheveux (ou poils) sur la partie traité et enfin, une modification des habitudes de sommeil.

D’après la Commission Internationale de Protection Radiologique (CIPR) qui est une organisation internationale indépendante visant à la protection des personnes contre les rayons ionisants, la manipulation de ce genre de rayon dans un domaine tel que la radiothérapie implique une extrême rigueur en raison de :

- L’utilisation de très fortes doses de radiation allant parfois même jusqu’à 80 Gy (comme pour les soins de la prostate)

- L’utilisation de faisceau de rayonnement directement focalisé sur le patient (radiothérapie externe) ou bien des sources radioactives placés au contact des tissus pour lesquels toute erreur  dans leur emplacement peut avoir des conséquence grave (curiethérapie)

- La mise en œuvre de technologies sophistiquées en parallèle d’activités manuelles

- Les nombreuses étapes depuis la prescription jusqu’à la délivrance du traitement

La technique de la RCMI :

Cette partie du TPE est censé être une vidéo dont l’adresse internet est «http://www.atlasducorpshumain.fr/Traitements/RCMI_radiotherapie_conformationnelle_avec_modulation_d_intensite_/15/240 »  mais étant donné que c’est une version papier, nous allons mettre les paroles de la vidéo et allons les illustrés avec des images.

Appareil de RCMI

« La radiothérapie conformationnelle par modulation d'intensité ou RCMI est l'une des techniques de radiothérapies les plus modernes dont nous disposons aujourd'hui. La première étape consiste à scanner la région touchée afin de délimiter avec précision la tumeur des tissus sains qui l'entourent. On détermine alors la dose de rayons à administrer.

Sur la base de ces données, on module le faisceau de radiation selon différentes intensités par l'intermédiaire d'un collimateur multilame contrôlé par ordinateur. Les  « lames » de ce dispositif se déplacent d'avant en arrière afin d'adapter parfaitement le faisceau de radiation à la forme de la tumeur. Les faisceaux sont dirigés selon des angles différents afin de cibler la tumeur avec la meilleure dose possible.

Cette technologie permet de protéger les tissus sains adjacents en ne les exposant qu'à des doses minimes de radiation, tandis que la tumeur est exposée à une dose plus importante de rayons pour plus d'efficacité. Non seulement l'intensité de la radiation peut être modifiée à l'intérieur même de la zone touchée, mais cette technique a également l'avantage de donner une image beaucoup plus précise de la forme de la tumeur que les techniques de radiothérapie conventionnelles. »
.

Collimateur multilame

Désormais, grâce à la RCMI, il est possible l’optimisation de dose de rayonnement d’une tumeur. L’utilisation de nombreux faisceaux de radiation de petite taille augmente la précision de dose administrée. Par conséquent, l'utilisation de

la RCMI

sans localisation précise de la tumeur et l'absence de vérification est les plus grands défis dans la mise en route de

la RCMI

en routine clinique.

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Partie II

II- Interaction entre l’ADN et la radioactivité

A) TP : Mutagenèse par radiation à  UV

1/Hypothèse : On suppose que l’exposition de l’ADN à un rayonnement à ultraviolet (UV) provoque en lui des mutations.

2/Protocole:

   

a- Conditions de travail:

Les manipulations se font en milieu stérile, pour ne pas contaminer l’espèce étudiée par des espèces externes. Il est donc nécessaire de prendre quelques précautions :

-Nettoyer le support sur lequel s’effectuera la manipulation, à l’eau de javel.

-Se passer les mains à l’alcool.

-Travailler dans un rayon de

15 cm

autour du bec électrique.

-Utiliser les instrument et  milieux stériles autour de la source de chaleur.

b- Expérience

   A/Prélever 0,25 ml de la solution A avec le compte-goutte et l’introduire dans le tube contenant 2,25 ml d’eau stérile.

   B/Bien mélanger, en agitant.

   C/Avec le compte-goutte, verser environ 0,1 ml de la solution préparée dans une boîte de pétri, puis étaler immédiatement sur la gélose, en répartissant au mieux.

   D/Refaire de la même façon les 4 autres boîtes.

   E/Inscrire les noms (I0 à I4) au-dessous des boîtes, sans les ouvrir (pour éviter une contamination).

   F/Mettre les boîtes dans le compartiment à UV avec les temps d’expositions suivant:

          -I0: 0 seconde (boîte témoin)

          -I1: 10 secondes

          -I2: 30 secondes

          -I3: 1 minute

          -I4: 2 minutes 

L’irradiation des boîtes se fait sans le couvercle, mais il faut le replacer aussitôt après l’exposition (en le stérilisant). Entourer les boîtes d’un élastique, puis les placer dans l’étuve à

28°C

durant environ une semaine. Les radiations sont à 254 nm.

3/Résultats :

-Boîte I0 :

Aucune levure blanche. Pas de mutations.

-Boîte I4 :

Il n’y a plus de levures. Les mutations sont trop importantes, les levures n’ont pas le temps de se reconstruire.

Série de 5 boîtes

         I0

         I

        I2

       I3

        I4

1

        1/36

         1/7

         0/2

        0/6

      RIEN

2

        1/24

         1/11

         0/9

        0/11

        0/4

3

        0/35

        1/28

         1/13

        2/4

       RIEN

4

       2/42

       2/30

         4/21

        4/20

        3/12

5

       0/6

         ½

         2/11

        1/10

        2/10

6

       0/26

         2/22

        1/8

       RIEN

       RIEN

7

       1/35

       3/32

         1/41

        2/36

        7/32

8

         0/34

         1/12

          0/4

         0/6

         3/4

9

       0/24

         1/15

          1/1

        RIEN

         1/1

10

         1/26

        1/13

          0/6

          0/7

         0/1

Moyenne

         1/48

        1/13

          5/58

          2/25

         1/4

Les fractions représentent le nombre de levures mutées (levures blanches) sur le nombre de levures normales (levures rouges). On a fait l’expérience avec 10 séries de boîtes dont 5 pour chaque série (soit 50 boîtes en tout). Pour finir, on a fait la moyenne de chacune des colonnes pour avoir de meilleurs résultats.

On a réalisé un graphique pour visualiser le nombre de levures mutées en fonction du temps d’exposition

4/Interprétation :

   

On remarque que lorsque les levures sont soumises à un rayonnement UV, leur couleur change, elles mutent donc. De plus, plus on augmente le temps d’exposition, plus les mutations sont importantes. On ne trouve parfois même plus de levures lorsque le temps d’exposition est important comme par exemple à partir de 2 minutes. Cela est dû au nombre important de mutations subit qui empêche la reconstruction des cellules des levures.

La courbe entretient une allure croissante, I3, il y a moins de levures mutées qu’à I2. Cela s’explique par une erreur expérimentale.

 

5/Conclusion :                                                                                                                                          

L’hypothèse est validée. L’exposition de l’ADN à un rayonnement UV provoque des mutations car un caractère « couleur blanche » apparaît. Il s’agit d’un caractère qui se transmet de cellule à cellule, la modification porte donc bien sur l’ADN.

B) Les effets de la radioactivité sur l’organisme (effets néfastes)

Les radiations sont communément connues comme étant néfastes aux être vivant. Leurs effets dépendent de différents critères dont  le type de radiation, la dose de radiation absorbée mais aussi de la radiosensibilité. Ces radiations sous forme de rayons ionisant sont susceptibles d’induire des modifications chimiques. En effet, les rayons arrachent des électrons à la couche K (couche externe) de l’atome (voir image 1). Le transfert d’énergie apporté par ces rayons en question à l’organisme humain  est responsable des effets biologiques. Cette ionisation affecte les cellules des tissus ou des organes exposés, ce qui perturbe le fonctionnement habituel des cellules. Ces modifications peuvent porter atteinte à la molécule d’ADN présente dans le noyau des cellules, ce qui entraine une mutation chromosomique (voir image 2). Les modifications ou dommages sont appelés dommages radioinduits puisque comme leur nom l’indique, sont induits par des radiations. Comme il a été dit dans le I, l’ADN contient le génome, sa modification entraine donc des modifications (mutations) au niveau cellulaire et au niveau organique.

Image 1 :     Ionisation d’un atome

Cette image représente un rayon ionisant ici appelé a,   qui arrache un électron e¯  de la couche K de l’atome, qui se trouve sur sa trajectoire.

               

Image 2 :    Mutation d’un chromosome                                              

On observe un chromosome dicentrique.  Sa mutation est du à des rayons ionisants. Ces derniers induisent donc bien des anomalies au niveau de l’ADN.

Cette partie du TPE est censé contenir une vidéo qui permet d’illustrer et de mieux comprendre l’explication ci-dessus, mais étant donné que c’est une version papier, nous ne pouvons que vous fournir l’adresse suivante                                                                               «  http://www.youtube.com/watch?gl=FR&hl=fr&v=z3zBJp-RI64  »

Après une exposition à des rayons ionisants, on constate plusieurs types d’effets. Ces effets dépendent des différents critères vus dans le premier paragraphe. Par conséquent à ces critères, on distingue deux types d’irradiation : les irradiations qui affectent le corps en entier qui sont appelé les irradiations globales, contrairement aux irradiations partielles qui concernent qu’une partie du corps. Dans le premier cas de figure, la moelle osseuse est le principal organe affecté par cette irradiation, or c’est en cet organe où se forment les cellules sanguines comme les leucocytes. L’irradiation partielle concerne quant à elle, principalement la peau et les organes reproducteurs car en effet, ils font parti des organes humain des plus sensibles.

Ainsi, les rayonnements ionisants peuvent avoir des effets sur les capacités de l’organisme à se défendre contre les infections (atteinte à la moelle osseuse). Ils peuvent également provoquer une stérilité temporaire ou définitive (atteinte aux organes reproducteurs) ou des lésions sur la peau. Les mutations dus à ces rayonnements peuvent porter préjudice au patrimoine génétique si toute fois, elles atteignent les cellules germinales. Il existe bien évidement d’autres symptômes, mais nous allons les présenter sous forme d’un tableau pour les mettre en relation avec les doses qui leur correspondent. Ainsi, les symptômes suivant sont observés dans le cas où une dose radioactive x est reçue en une seule fois ou à l’intérieur d’un délai de quelques jours. Si cette même dose est reçue progressivement sur une longue période, les symptômes pourraient différées ou seraient amoindrit étant donné que le corps humain répare une grande partie des dégâts causés par les radiations (en deux mois environ).

Dose en Sv

Symptômes observés

10

Atteinte neurologique (obnubilation, coma) suivi du décès en quelques heures à   quelques jours

8

Atteinte intestinale (diarrhée) et respiratoire suivi du décès en quelques jours à  quelques semaines

4,5

Dose létale 50 (50 % de mortalité en l'absence de traitement)

3

Premiers signes cutanés (rougeurs de la peau), perte des cheveux

2

Hospitalisation indispensable; atteinte de la moelle osseuse (anémie, infections, hémorragies)

1

Premiers symptômes cliniques observables (nausées, vomissements)

0,3

Anomalies minimes sur les prélèvements sanguins (diminution du taux de lymphocytes)

0,2

Seuil en dessous duquel on n'observe aucun symptôme des radiations, ni d'effet différé, chez les adultes

0,1

Seuil de 100 mSv en dessous duquel on n'a jamais constaté le moindre effet des radiations sur la santé, même à long terme, et même sur les fœtus et les femmes enceintes.

            

On constate que les symptômes deviennent inquiétants à partir de 2 Sv où il est nécessaire d’hospitaliser la personne irradié. À partir de 3 Sv les symptômes apparaissent à l’œil nu, et au de-là des 4,5 Sv, le patient risque la mort.

Les rayons auxquelles nous sommes quotidiennement exposés ne franchissent jamais les barres les 1,5 mSv/an pour l’exposition artificielle et les 2 mSv/an pour l’exposition naturelle soit 3,5 mSv/an (évaluation mené sur le territoire français). La France respecte donc les normes de sécurité fixées par le CIPR qui stipule que la dose à laquelle le public est exposé ne doit pas dépasser les 5 mSv/an. Si cette dose (5 mSv) est reçue en une seule fois, alors la personne concernée voit apparaitre les premiers symptômes.

Schéma de la proportion de l’exposition naturelle et artificielle des radiations

C- Exemples précis

    Moelle osseuse

L'irradiation de la moelle osseuse se fait à partir de 0.5/1 Gy. Au cours de cette irradiation le patient est atteint du syndrome hématopoïétique: c'est une diminution du nombre des cellules sanguines circulantes dans le sang. A la suite de cette irradiation on peut observer une hypoplasie.

    Système digestif

L'irradiation du système digestif a lieu à partir de 4/5 Gy. Au cours de cette irradiation, le patient est atteint des syndromes gastro-intestinal et hématopoïétique. En effet, à cette dose de radiation, la moelle osseuse est aussi irradiée. Les symptômes observables du syndrome gastro-intestinal sont :

- des nausées 

- de vomissements

- de diarrhées

- de déshydratation

- de crampes intestinales

Si le patient est une personne âgée ou un nourrisson; il nécessite une réhydratation rapide (une perfusion sous cutanée). On peut aussi observer une diminution des cellules sanguines circulantes dans le sang et une hypoplasie à cause du syndrome hématopoïétique.

La phase latente du syndrome gastro-intestinal est plus courte que celle  du syndrome hématopoïétique. Cela est dû à la quantité de la dose de radiations reçue. Tous les troubles dus au syndrome gastro-intestinal sont les résultats de la destruction de la muqueuse intestinale par les radiations. La survie du patient irradié ne dépend que de la dose de radiations reçus et du traitement administré au patient.

    Neuro-vasculaire

A partir de 50 Gy, chez une personne irradiée on peut observer le syndrome neuro-vasculaire : le patient n'a plus que 2 à 3 jours à vivre. Les signes cliniques observables sont : une prise de nausées, de vomissements, une forte augmentation de température, une prise de confusions et de désorientations. La phase latente du syndrome neuro-vasculaire est très courte elle ne dure que 4/6 heures. Les symptômes nerveux du patient sont d'abord les tremblements, puis les convulsions, le patient entre dans le coma et il meurt enfin. A cause de cette irradiation on observe une destruction des endothéliums donc il y a une fuite de liquide dans l'espace extracellulaire. La conséquence de cette destruction est l'apparition d'un œdème cérébrale, ce qui entraîne un choc vasculaire. Dans des cas de grandes doses il n'y a pas de syndromes gastro-intestinales, ni hématopoïétiques par fautes de temps.

 

    Radio-exposition prénatale

Bien que l'exposition aux rayonnements ionisants comporte un risque à tout âge, l'irradiation des embryons et des fœtus est très préoccupante. L'exposition d'un embryon ou d'un fœtus aux rayonnements s'appelle la radio-exposition prénatale. Ceci a lieu lorsque l'abdomen de la mère est exposé aux radiations depuis l'extérieur de son corps. Cette radio-exposition prénatale peut aussi se faire lorsque la femme enceinte avale ou respire des matières radioactives, elle peut absorber ces matières dans son sang. Ces matières radioactives peuvent passer du sang de la mère dans le cordon ombilical jusqu'au fœtus/embryon ou se concentrer à certains endroits du corps de la mère à proximité de l'utérus (tel que la vessie) et exposer l'enfant à naître aux rayonnements. Les futurs nouveaux nés  sont moins sensibles pendant certains stades de la grossesse que pendant d'autres. Toutefois, comme le futur bébé est protégé par l'abdomen de la mère, il est protégé dans l'utérus contre les sources radioactives à l'extérieur de l'abdomen de la mère. En conséquence, dans la plupart des cas d'exposition aux rayonnements, la dose de radiation reçue par le futur bébé est moins élevée que la dose reçue a laquelle la mère est exposée.

           Par ailleurs, il est également important de réaliser qu'une exposition d'un embryon ou d'un fœtus aux rayonnements ionisants  n'est pas nécessairement et automatiquement suivie d'effets nuisibles. Le risque dépend entre autres de la dose de rayons reçus et du moment de la grossesse. Si la radio-exposition prénatale a lieu durant les 2 premières semaines post-conception (après la conception) => « la loi du tout ou rien ». Au cours des 2 premières semaines de la grossesse, l'embryon n'est formé que de quelques cellules. Une cellule endommagée peut causer la mort de l'embryon avant même que la femme ne sache qu'elle est enceinte.

De grandes doses de radiations reçues par un futur bébé au cours des stades sensibles du développement (entre la 2ème et 15ème semaine) risquent de causer des malformations congénitales, surtout au niveau du cerveau. Lorsqu'un futur bébé est exposé à de grandes de doses de rayonnements (plus de 0.2 Gy) au cours des stades les plus sensibles du développement( entre la 8ème et 15ème semaine de la grossesse), les conséquences sur la santé peuvent être graves, surtout au niveau du cerveau. Des recherches ont constaté que les bébés exposés durant cette période de la grossesse aux bombes atomiques lâchées au-dessus d'Hiroshima avaient un taux élevé de lésions cérébrales ayant pour un QI plus  bas, voire une déficience mentale sévère. Ces bébés ont également souffert d’une croissance retardée (jusqu'à 4% plus petits que les personnes de taille moyenne) et d’un risque accru d'autres malformations congénitales.

Entre les 16ème et 25ème semaines de la grossesse, des conséquences sur la santé peuvent être les mêmes que celles observées entre les 2ème et 15ème semaines, mais seulement lorsque les doses sont très élevées.  A ce stade, la mère est atteinte des syndromes hématopoïétiques et gastro-intestinaux. Après la 26ème semaine, la sensibilité du futur bébé aux rayonnements et semblable à celle d'un nourrisson. Cela signifie qu'il est peu probable que des malformations congénitales aient lieu, et que le risque de développer un cancer plus tard dans la vie est peu probable.

D- Le Cancer (par irradiation)

En 1902, le premier cancer de la peau après irradiation a été diagnostiqué. 42 plus tard, une publication révéla que les radiologistes mouraient dix fois plus de leucémies que les autres médecins. Apres la suspicion d’une augmentation des leucémies en 1950, il eut confirmation de l’augmentation d’autres types de cancers, que l’on appelle « cancers solides » (poumon, sein, colon, etc.) par opposition aux leucémies.

           Les progrès de la génétique permettent aujourd'hui de considérer que tous les cancers sont liés à une ou plusieurs altérations du génome survenues à un moment de la vie prénatal ou postnatal d'un individu.  Le cancer est une maladie qui a pour fonctionnement la multiplication de cellules malignes (cancéreuses) en abondance de façon incontrôlée et incessante, ce qui entraîne à long terme une domination des cellules malines sur les cellules bénignes (non cancéreuses). En effet, cette duplication anarchique des cellules malignes s'oppose à la duplication contrôlée et intermittente des cellules bénignes qui caractérise les tissus normaux et qui n'a lieu que pour réparer les pertes cellulaires accidentelles par plaie ou agression  et les pertes naturelles dues au vieillissement. Le cancer peut se manifester de différentes pathologies, classées selon les cellules et les tissus à partir desquels les cancers se développent. La tumeur développée dans un organe, la tumeur primitive,  peut migrer vers d'autres organes tels que le cerveau, les poumons ou le foie, en passant des voies sanguines. Ces tumeurs secondaires, qui reproduisent la structure de la tumeur mère, s'appellent métastases.

Schéma de la prolifération des cellules cancéreuses

           On observe qu’il n’y a qu’une seul cellule qui subit des mutations. Elle se duplique pour laisse place à des cellules malignes (ici représentées par un petit crabe*). D’après ce schéma, le cancer peut être du à l’altération que d’une seul cellule.

*Le crabe est appelé cancer dans  le zodiaque des constellations. Cela explique sa présence dans un tel schéma.

Les cancers sont des maladies courantes dont la fréquence globale augmente avec l’âge. Dans les pays développés, la mortalité globale par cancer environne les 25 %, c’est par conséquent la deuxième cause de mortalité après les maladies cardiovasculaires. Des études montrent qu’environ une personne sur trois développera un cancer au cours de sa vie. Ces derniers sont causés par l'exposition à des virus, à des  substances naturelles ou chimiques ou à des rayonnements ionisants. Comme il a été vu précédemment, parmi les cancers, on en distingue deux sortes, les leucémies et les tumeurs.

            Statistiquement parlant, une personne sur cinquante ayant un cancer, a une leucémie. Ce chiffre varie peu avec l’âge. La leucémie est un type de cancer aussi appelé cancer du sang. Elle se caractérise par la prolifération de leucocyte (couramment appelé globules blanc) dans certains organes tel que la moelle osseuse. Il existe différent types de leucémie qui elles, varient avec l’âge. Certains types sont dits radio-inductible comme par exemple la leucémie myéloïde aiguë contrairement à la leucémie lymphoïde chronique. Un cancer radio-induit ne peut se développer que dans un tissu ou un organe qui a déjà été irradié auparavant.

Les tumeurs solides, comme les sarcomes sont peu fréquentes. Par exemple,  le sarcome de l’os, plutôt situé au niveau du genou, apparaît chez l’enfant et l’adolescent. Les sarcomes sont rares chez l’adulte de plus de 40 ans. Des sarcomes radio-induits ont été observés chez des personnes qui avaient été exposés de façon chronique comme au niveau des mâchoires chez des femmes. Les expositions à certaines périodes de la vie peuvent augmenter ou non les risques de cancer. L'exemple le plus caractéristique est celui du cancer de la thyroïde (cancer de type papillaire), si l'exposition a lieu pendant la période de croissance, c'est-à-dire, du stade de fœtus à l'adolescent, le risque d’apparition de leucémies est augmenté  alors que ce risque est inexistant ou quasi inexistant si l’irradiation a lieu à l’âge adulte. Les temps de latence sont longs et variables selon le type de tumeur : pour les leucémies, il y a un délai de deux ans  à sept ans après irradiation qui est aussi variable selon le type de leucémie. Pour les tumeurs solides, les temps de latence peuvent atteindre plusieurs décennies, sauf le cancer de la thyroïde qui a un délai minimum de quatre ans

Dans le cas d'Hiroshima, 15 ans après l'exposition d'autres types de cancers (autre que des leucémies) furent observées en nombre élevé et chez les survivants ayant reçus plus de 1 Gray. Dans ce derniers cas sont essentiellement touchés la moelle osseuse, la glande thyroïde, le sein et l'os.

Comme nous venons de le voir dans cette partie consacrée à l'interaction entre l'ADN et les radiations, les rayons ionisants ont des effets plus ou moins permanant et spécialement néfastes sur notre organisme tel que les nombreux cancers qui en résultent ou bien même dans certains cas la mort. Dans cette dernière partie nous verrons si les dommages provoqués par ces interactions sont réversibles ou non. Si oui, par quel mécanisme cela est rendu possible? De plus, nous étudierons les possibles aspects positifs des radiations sur notre organisme d’être vivant.

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Partie I

I-Présentations

A) La Radioactivité

a) Définition de rayonnement ionisant

Les rayonnements ionisants sont des rayonnements qui créent une ionisation (fait de chargé électriquement un élément ou une molécule, c’est-à-dire lui enlever ou lui ajouter des électrons)   dans le tissu qu’il traverse. Ces rayonnements, maîtrisé, peuvent avoir des effets positifs (médecine, industrie…) mais sont très nocives voir mortel pour les êtres vivants. Les rayons ionisant sont de natures et de sources variées, et leur propriété dépend de la nature des particules constituant le rayonnement et de leur énergie.

b) La découverte de la radioactivité

En 1896, Henry Becquerel, physicien français découvrit la radioactivité au cours de l’une de ses expériences sur l'existence d'une relation entre le phénomène de fluorescence des sels d'uranium. En plaçant, à la lumière, des sels d'uranium sur une plaque photographique recouverte d'un carton noir il constata par la suite que ceux-ci émettaient des rayons x. C'est en développant des plaques photos vierges rangées dans  l’obscurité, à côté de l'uranium qu'il découvrit que celles-ci étaient impressionnées.

       

   Henry Becquerel

En s'intéressant aux travaux de Wilhelm Röntgen et d'Henry Becquerel. Marie Curie étudie des rayonnements similaires produits par l'uranium. Grâce aux techniques piézoélectriques inventées par son mari, elle analyse les rayonnements de la pechblende (minerai riche en uranium). Elle en déduit l'existence d'éléments encore plus radioactifs car celui-ci rayonne plus intensément que l'uranium.

En 1898, Pierre et Marie Curie annoncent la découverte de deux éléments : le polonium et le radium. Elle reçut le prix Nobel de physique en 1903, avec son mari et H. Becquerel ainsi que le prix Nobel de Chimie pour son travail sur le radium et ses composés en 1911.

   Marie Curie

c) Les types de rayonnements

Les rayonnements alpha: 

            

  Les atomes ou molécules émettant un rayonnement alpha émettent une « particule alpha » c'est-à-dire deux électrons et deux neutrons (ou noyau d'hélium).Les particules alpha sont émises à une vitesse avoisinant les 20.000 km/s. Ces rayonnements sont très facilement stopper par les champs électromagnétiques avoisinant la matière. Elles peuvent être arrêtées par une simple feuille de papier.

Le rayonnement bêta:

Une particule bêta est issue d'une désintégration bêta.

Il s'agit d'un électron dans le cas d'une désintégration de type β- et elle sera alors accompagnée d'un antineutrino électronique. Cette désintégration est provoquée par un excès de neutrons. En dehors de la radioactivité bêta, les électrons ont globalement une élicité nulle.

Dans le cas d'une désintégration β+, il s'agit d'un antiélectron (ou positron) et elle sera accompagnée d'un neutrino électronique. Cette désintégration est provoquée par un excès de protons.

Les rayonnements gamma:

Les rayons gamma sont bien plus pénétrants que les rayons alpha ou bêta mais sont moins ionisants. Ils sont crées par des transitions nucléaires Le blindage contre les rayons gamma requiert des grandes quantités de matière. Par exemple un blindage qui réduit de 50 % l'intensité des rayons gamma nécessite 1 cm de plomb, 6 cm de béton ou 9 cm de terre.

d) Les unités de mesures

      

La dose absorbée donne une mesure de la quantité de radiation absorbée par la matière ; elle se mesure en Gray (Gy). Un Gray = 1 joule absorbé par kilogramme de matière. La dose absorbée ne dépend pas du type de radioactivité (alpha, bêta, gamma). On utilisait avant le Röntgen (R) (1 R= 2,58 x 10-4 C/kg) et plus récemment le Rad abréviation de ''radiation absorbé dose'', 1 rad=10-2 Gy)

La dose équivalente permet de prendre en compte l'effet des différents types de radioactivité sur les tissus vivants ; par exemple, 1 gray de radiation alpha aura plus d'effets qu'un gray de radiation bêta. La dose équivalente se mesure en Sievert (Sv) ; c'est en fait la dose absorbée multipliée par un facteur de pondération du rayonnement. Un sievert représente une dose très élevée et on parle généralement de milli-sievert (1 mSv=10-3 Sv). On utilisait avant le Rem (abréviation de  “röntgen équivalent man”, 1 rem = 10-2 Sv).

La dose efficace permet de prendre en compte le type de tissus soumis à la radiation. Elle se mesure aussi en sievert. C'est la dose équivalente multipliée par facteur de pondération tissulaire. Ce facteur dépend non seulement de la radiosensibilité de chaque organe, mais aussi de la gravité (donc de la mortalité) des cancers radio-induits.

B) L’ADN

a) Définition de ADN

            L'ADN (Acide Désoxyribonucléique) est une molécule que l'on retrouve dans toutes les cellules vivantes. Cette molécule recense l'ensemble de l'information génétique nécessaire au bon développement de notre organisme. Elle se trouve dans toutes les cellules vivantes y comprit dans les gamètes c'est donc aussi le support de l'hérédité.

            L'ADN, dans les cellules eucaryotes, se trouve dans le noyau et dans le cytoplasme pour les cellules procaryotes. Elle détermine aussi la synthèse des protéines.    

b) Constitution de la molécule d'ADN

            L'ADN  est  constitué de deux brins se faisant face et constituant une double hélice. Ces brins sont eux même constitués de séquences de nucléotides, chaque nucléotide est constitué d'un groupement phosphate lié à un sucre, le désoxyribose, lui-même lié a une base azotée. Il existe quatre bases azotées dans l'ADN : l'adénine (notée A), la thymine (notée T), la cytosine (notée C), la guanine (notée G). Ces bases azotées lient les deux brins par des liaisons hydrogène en paires complémentaires: l'adénine se lie avec la thymine et la guanine avec la cytosine; c'est le principe de complémentarité des bases azotées. Il y a deux liaisons hydrogène entre A et T et trois entre C et G ce qui donne A- -T ou T- -A et C- - -G ou G- - -C. Ainsi en n'ayant qu'un seul brin, nous pouvons retrouver le second grâce à cette     complémentarité.

Schéma d'une molécule d'ADN (double hélice)

c) Les bases azotées

            Les bases azotées ont des formes géométriques différentes: la thymine et la cytosine ont une forme pyramidique alors que l'adénine et la guanine ont une forme purique. Une forme pyramidique complète une forme purique.

            Un nucléotide est formé par un groupe de phosphate, du désoxyribose et une base azotée. Par conséquent, il existe quatre nucléotides différents. Un « brin » d'ADN est formé par la répétition ordonnée de ces nucléotides. Les bases azotées sont complémentaires deux à deux, une purique s'associant toujours à une pyrimidique.

Schémas des molécules des bases azotées:


Molécule d'adénine                Molécule de thymine              Molécule de cytosine                    Molécule de Guanine

Ces bases azotées sont, comme leur nom l'indique, constitué d'azote (N). On constate sur ces schémas  que l'on peut les regrouper par paire dû à leur forme géométrique. Cela explique donc la complémentarité des bases azotées (thymine avec adénine et cytosine avec guanine).


                                        Schéma de la molécule d'ADN

Le schéma ci-dessus nous montre une partie d'une molécule d'ADN ainsi que la disposition des différentes  molécules les une par rapport aux autres. On observe notamment les différentes liaisons entre bases azotées (liaisons hydrogènes) ainsi que les chaines de groupement phosphate et de désoxyribose appelé ici armature de phosphate-désoxyribose.

d) La découverte de l'ADN

            La caractérisation et la découverte de la structure chimique de l'ADN se sont faites en plusieurs étapes :

- En 1869, le Suisse Friedrich Miescher isole une substance riche en phosphore dans le noyau des cellules, qu'il nomme nucléine.

- En 1889, l'Allemand Altman sépare à partir de la nucléine, des protéines et une substance acide: l'acide nucléique.

- En 1896, l'Allemand Kossel découvre dans l'acide nucléique les 4 bases azotées A, T, C, G.

- En 1928, Levene et Jacobs identifient le désoxyribose. En 1935, on parle alors d'acide désoxyribonucléique.

- En 1944, l'américain Avery découvre que l'ADN est l'agent transformant  des bactéries  et donc ce serait bien le support de l'hérédité. Mais, certains scientifiques restent sceptiques, et n'abandonnent pas l'idée que les protéines puissent porter l'information génétique.

- En 1952, l'expérience de Hershey et Chase contredit cette hypothèse.

            Dans cette première partie, qui est également la présentation de notre sujet,  nous avons défini les principaux termes de notre TPE, c’est-à-dire les radiations et l'ADN. Nous connaissons désormais leurs utilités ainsi que le contexte historique de leur découverte. Sachant que l'ADN est le support de notre information génétique et que nous sommes constamment soumis aux radiations (naturelles ou artificiels), nous allons à présent étudier dans une deuxième partie comment l'ADN et les radiations interagissent entre eux.

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Introduction

L’être Humain est constamment exposé à des rayonnements radioactifs d’origine naturelle ou artificielle. Cependant, il n’a pas toujours eu conscience de ce fait. A cause de son ignorance à ce sujet, il a tardé à réagir et de ce fait son organisme a subit les conséquences de son inconscience. L’organisme de l’homme a subit se que l’on pourrait appeler maintenant une mutagenèse par radiation. En effet, la mutagenèse est un procédé qui consiste à introduire une mutation grâce à l’action de traitement physique ou d’agents chimiques, qui est dans notre cas des rayonnements ionisants, susceptible de provoquer des mutations chez les êtres vivants. De ce fait, nous allons voir quelles sont les influences des rations sur l’ADN. Pour commencer, nous présenterons les principaux termes du sujet, puis nous verrons l’interaction de l’ADN et des radiations te pour finir, nous verrons les possibles effets positifs des radiation.

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Sommaire

Introduction

I- Présentation

   

   A- Les Radiations

        a) Définition de rayonnement ionisant

           b) La découverte de la radioactivité

        c) Les types de rayonnements

        d) Les unités de mesures     B- L’ADN

a)     Définition de l’ADN

b)    Constitution de la molécule d’ADN

c)     Les bases azotées

d)    La découverte de l’ADN   

II- Interaction entre l’ADN et les radiations

     A- TP: Mutagenèse par UV 

     B- Effets des radiations sur l’ADN (effets néfastes)

     C- Exemples précis

     D- Le cancer (par irradiation) 

III- Effets positifs des radiations

      A- Les effets néfastes sont-ils réversibles ?

      B- La radiothérapie

Conclusion

Lexique

Historique des sources

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