Strahlung

Strahlung bezeichnet die Ausbreitung von Teilchen oder Wellen. Sie gehört zu den physikalischen Mutagenen, die, wie auch andere äußere Einflüsse, die DNA eines Organismus nachhaltig verändern können.

Strahlung – als Mutagen

Strahlung ist ein Mutagen, das bei Menschen und anderen Lebewesen Mutationen hervorrufen kann, die Veränderungen im Genom verursachen. Diese Veränderungen im Genotyp können auch phänotypische Auswirkungen zeigen.

Strahlung – Definition

Die verschiedene Arten der Strahlung kann man nach ihrer Quelle und nach der Wirkung unterscheiden. Deswegen kann man grundlegend ionisierende und nicht ionisierende Strahlung voneinander abgrenzen.

Ihr Name kommt daher, dass die Strahlung zuvor ausgeglichene Atome zu Ionen macht, das heißt ein Elektron aus der Atomhülle entfernt. Diese Atome werden somit ionisiert. Die ionisierende Strahlung lässt sich zudem in Teilchenstrahlung und elektromagnetische Strahlung unterteilen.

Strahlung – Arten

Es gibt verschiedene Arten der Strahlung, die durch ihre verschiedenen Wellenlängen unterschieden werden können. Die für uns direkt wahrnehmbare Strahlung, also das Licht, ist nur ein geringer Teil davon.

UV-Strahlung

Die Ultraviolettstrahlung oder auch kurz UV-Strahlung ist eine elektromagnetische Strahlung, dessen Wellenlänge kürzer, als die des sichtbaren Lichts ist. Das bedeutet, dass sie für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar ist. Unterscheidbar sind die Wellenlängenbereiche von UV-A, UV-B und UV-C. Die Wellenlänge der UV-A-Strahlung liegt zwischen 380 und 315 nm, die der UV-B-Strahlung zwischen 315 und 280 nm und die UV-C-Strahlung liegt zwischen 280 und 200 nm.

Radioaktive Strahlung

Häufig wird radioaktive Strahlung mit Radioaktivität gleichgesetzt, jedoch gibt es zwischen diesen Begriffen einen signifikanten Unterschied.

Röntgenstrahlung

Bei Röntgenstrahlen handelt es sich, genau wie bei den UV-Strahlen, auch um elektromagnetische Wellen. Der Wellenlängenbereich liegt zwischen 1 und 0,25 nm. Somit sind auch die Röntgenstrahlen für das menschliche Auge nicht sichtbar. Zudem handelt es sich bei der Röntgenstrahlung um eine ionisierende Strahlung.

Strahlung – Auswirkungen und genetische Schäden durch Strahlung

Normalerweise werden jegliche Schäden, die in der DNA entstehen, durch den körpereigenen Reparaturmechanismus repariert. Werden diese Mutationen jedoch übersehen, bleiben sie in der DNA enthalten und werden bei der Replikation weitergetragen oder es entstehen weitere Fehler.

UV-Strahlung

Die UV-Strahlung ist kurzwellig, weswegen sie tief in Deine Haut eindringen kann. Dort kann sie dann direkte Veränderungen Deiner DNA vornehmen.

Die UV-Strahlen verknüpfen nah aneinander liegende Thyminbasen miteinander, was zur Folge hat, dass diese sich nicht mehr mit der Base Adenin paaren können, mit der sie sonst eine Bindung eingehen. Zwischen den Thyminbasen findet demnach eine Dimerisierung statt, das heißt, dass ein Dimer aus zwei benachbarten Thyminbasen entsteht.

Aufgrund dieser Fehlpaarung kann die genetische Information an dieser Stelle nicht mehr abgelesen und vermehrt werden. Jedoch ist es möglich, dass die Polymerase, das Enzym, was für das Ablesen und das Vermehren zuständig ist, die Fehlpaarung einfach überspringt und die entstandene Lücke wird im Nachhinein repariert.

Radioaktive Strahlung

Wenn radioaktive Strahlung auf den menschlichen Körper trifft, hat diese oftmals keine direkte Wirkung auf die DNA. Jedoch bilden sich beim Auftreffen der Strahlung Radikale aus Wassermolekülen, die dann die Bestandteile der DNA angreifen. Dabei kann es zu Einzel- oder Doppelstrangbrüchen der DNA kommen. Des Weiteren kann die radioaktive Strahlung eine Punktmutation verursachen.

Besonders gefährlich wird es, wenn die radioaktive Strahlung über die Nahrung aufgenommen wird, dann verweilt sie länger im Körper und kann dann dort auch mehr Schaden anrichten.

Krankheiten durch radioaktive Strahlung

Starke und dauerhafte Strahlenbelastung kann die Strahlenkrankheit hervorrufen, deren Symptome von grippeähnlichen Beschwerden, bis hin zur Unfruchtbarkeit oder Blutungen sein können. Langzeitfolgen von einer erhöhten Strahlendosis sind etwa ein erhöhtes Krebsrisiko und auch der Tod. Diese Strahlenkrankheit kommt jedoch meistens nur bei einer solchen Strahlendosis vor, der nur Menschen bei einem Atomunfall oder ähnlichem ausgesetzt sind.

Radioaktive Strahlung in der Medizin

Radioaktive Strahlung wird in der sogenannten Nuklearmedizin verwendet. Dabei werden Patienten radioaktive Arzneimittel verabreicht, mit denen verschiedene Organe markiert werden können und so die Funktion oder auch Dysfunktion dieser Organe untersucht wird. Zudem ist die Strahlentherapie auch ein Teil der modernen Krebstherapie.

Die Strahlenbelastungen bei diesen Behandlungen sind sehr gering und bauen sich schnell wieder ab, um den Patienten nur möglichst kurz der Strahlung auszusetzen. Bei Schwangeren jedoch sollte auf eine Untersuchung dieser Art verzichtet werden.

Röntgenstrahlung

Die Wirkung der Röntgenstrahlung auf die DNA ist weniger gefährlich, als die anderer Strahlung, jedoch sollte man sie auch nicht unterschätzen. Es kann passieren, dass das Zucker-Phosphat-Rückgrat der DNA an einer Stelle aufgebrochen wird. Das hat dann einen Einzelstrangbruch zu Folge. Daraufhin kann die Polymerase dort die DNA nicht mehr replizieren und die geschädigten Zellen sterben ab.

Röntgenstrahlung in der Medizin

In der Medizin wird Röntgenstrahlung zur bildlichen Darstellung von Körperstrukturen verwendet, die man von außen schlecht untersuchen kann. Besonders häufig werden dadurch Knochenbrüche festgestellt.

Negative Auswirkungen der Röntgenstrahlung auf den Menschen sind eher selten. Nur bei vielen Röntgenaufnahmen innerhalb einer sehr kurzen Zeit kann es für die Menschen schädlich werden.

Strahlung – Reparaturmechanismen

Mutationen in der DNA sind keine Seltenheit, deswegen gibt es bei fast allen Organismen spezifische Reparaturmechanismen, die diese Fehler beseitigen.

Fotoreaktivierung

Durch eine direkte Reparatur werden etwa die, bei UV-Strahlung verursachten, fehlgepaarten Thyminbasen voneinander getrennt.

Für diese Reaktion ist ein spezielles Reparaturenzym zuständig, das durch blaues Licht aktiviert ist. Daraufhin löst dieses Enzym die beiden fehlgepaarten Thyminbasen voneinander und die DNA ist wieder funktionsfähig.

Exzisionsreparatur

Das zuständige Enzym ist die Nuklease, das die Fehler in der DNA entdeckt und auch direkt rausschneidet. Es gibt zwei verschiedene Arten der Exzisionsreparatur, die Basen-Exzisionsreparatur und die Nukleotid-Exzisonsreparatur.

Die Basen-Exzisionsreparatur repariert nur Mutationen der Basenpaarung auf den DNA-Strängen. Wohingegen die Nukleotid-Exzisionsreparatur nicht die einzelnen Basen, sondern komplette Veränderungen der DNA-Konformation betrifft.