Q протона: Структура нуклона

Структура нуклона

Структура нуклона

Исторически первым указанием на сложную внутреннюю структуру протона и
нейтрона явились результаты измерения их магнитных моментов. Измеренные значения
магнитных моментов

 μ_p
=2.79275_N,
 μ_n
= -1.91348_N,
где μ_N
= e/(2m_pc) —
ядерный магнетон,

отличались от соответствующих предсказаний, ожидавшихся для
точечных дираковских частиц —

 μ_p
= μ_N,
 μ_n
= 0.

    Для исследования структуры нуклона использовались
электронные пучки с энергией вплоть до 20 ГэВ. Для изучения распределения заряда
и магнитного момента в протоне обычно используют мишени из жидкого водорода и
измеряют сечение упругого рассеяния электронов. Т.к. не существует нейтронных
мишеней, для исследования нейтронов используют мишени из дейтерия. При этом
необходимо отделить эффекты обусловленные протонами. Поэтому нейтронные данные
получать труднее и они имеют бОльшие по сравнению с протонами погрешности.

    Пространственные распределения зарядов и токов в протоне
исследуют измеряя упругое распределение электронов на протоне. Диаграмма
Фейнмана для упругого рассеяния электронов на протоне показана на рис.1.
    Основной механизм реакции — однофотонный обмен, т.к.
константа электромагнитного взаимодействия мала (α = 1/137),
однофотонный механизм описывает процесс упругого рассеяния с точностью ~1%.
    При однофотонном механизме виртуальный фотон переносит 4-х
импульс q

q = p — p‘ = P — P‘,

где p ≡ pⁱ
= (ε, ) и p‘ ≡ p‘ ⁱ
= (ε‘, ‘) —
4-х импульсы падающего и рассеянного электронов,
P ≡ Pⁱ = (E, )
и P‘ ≡ P‘ ⁱ
= (E‘,
‘) — 4-х
импульсы протона в начальном и конечном состоянии.
    Упругое рассеяние означает, что протон остается в основном
состоянии. Поэтому переданная энергия
и переданный импульс
определяются соотношениями

= ε
— ε‘
= E‘ — E,
= p — ‘ = ‘
— P

и передаются нуклону как целому объекту. Квадрат переданного 4-х
импульса q²
определяется соотношением

q²  =  ²
— ²-Q² < 0.

    В случае упругого рассеяния релятивистского
электрона на точечной бесспиновой частицы массы m на угол θ энергия ε‘ и квадрат 4-х
импульса рассеянного электрона Q² определяются соотношениями

Q² = 4‘
sin²/2.

Сечение рассеяния определяется формулой Мотта

    Упругое рассеяние электрона на точечной частице со спином
1/2 и  дираковским магнитным моментом описывается соотношением

т. е. магнитное взаимодействие приводит к дополнительному возрастанию сечения
под большими углами.
    Нуклон обладает магнитным моментом, отличным от дираковских
значений, поэтому формулы (1,2) следует обобщить. Пространственное распределение
электрического заряда и магнитного момента в протоне описывается с помощью двух
форм-факторов G_E и G_M.
    Упругое рассеяние электронов на нуклоне в этом случае
описывается формулой Розенблата.

где

q — четырехимпульс, который электрон передает нуклону, m — масса нуклона,
— угол рассеяния электрона, G_E(q²) и G_M(q²)
— электрический и магнитный форм-факторы соответственно.
    Для электрических и магнитных форм-фактров получены следующие
экспериментальные зависимости от квадрата переданного импульса гамма-кванта.

где q₀² = 0.71 ГэВ²/c².
    Если бы протон был точечной частицей, то его электрический
форм-фактор имел постоянное значение. Из экспериментов следует, что форм-фактор
зависит от переданного импульса как ~1/q⁴, что указывает на конечные
размеры протона.
    При нулевом переданном 4-х импульсе

G_E(0) = Q/e (Q — электрический заряд нуклона),
G_M(0) = μ/μ_N
(μ —
магнитный момент нуклона, μ_N
— ядерный магнетон).

    Для протона и нейтрона G_E(0) и G_M(0)
имеют следующие значения

(0) = 1,(0) = 0, = 2.79, = -1. 91.

    В результате подгонки форм-факторов к
экспериментальным данным были получены данные о размерах протона и нейтрона,
распределении в них электрического заряда и магнитных моментах
    Для радиусов распределения электрического заряда  и
магнитного момента протона получены следующие значения

Радиус распределения магнитного момента нейтрона

Т.е. все три величины в пределах ошибок измерений практически
совпадают. Радиус распределения электрического заряда нейтрона

Отличие величины <r²_E>^1/2_n
от нуля означает, что заряд нейтрона только после усреднения по всему объему
нейтрона равен нулю.

• Протон лишен четкой границы. Плотность заряда в протоне плавно убывает по
  закону

где ρ(0) = 3 е/Фм³, a = 0.23 Фм.

• Среднее от квадрата радиуса протона
  

  (5)

• Размер протона соответственно ~0. 8 Фм. Размер нейтрона приблизительно
  такой же.
• В нейтроне центральная часть (r < 0.7 Фм) заряжена положительно,
  периферийная часть — отрицательно.

Т.е. нейтрон «намагничен» — имеет магнитный момент. Усредненный
по объему электрический заряд нейтрона равен нулю.
    Полученные экспериментальные данные по структуре нуклона
свидетельствуют о том, что нуклон имеет сложную внутреннюю структуру. По
современным представлениям он состоит из кварков, взаимодействующих посредством
обмена квантами сильного взаимодействия — глюонами.
    Форм-факторы других адронов 
π, K,
нельзя измерить непосредственно. Их извлекают из более сложного анализа сечений
упругого рассеяния электронов, нуклонов и
π-мезонов на нуклоне. Из этих данных
следует, что адроны не являются точечными частицами, их размеры сравнимы с
размерами нуклона.
    В частности данные по распределению электрического заряда
π и K-мезонов
получены из анализа углового распределения электронов, образующихся при
рассеянии π и
K-мезонов на атомах водорода. В случае π и K-мезонов магнитный формфактор равен
нулю, т.к. у этих частиц нулевые спины. Q² зависимость электрического
формфактора имеет вид

G_E(Q²) = (1 + Q²/a²ћ²)^-1,
a² = 6/<r²>.

    Отсюда

<r²>_π = 0.44 + 0.02 Фм²,   
(<r²>_π)^1/2 = 0.67 + 0.02 Фм;
<r²>_K = 0.34 + 0.05 Фм²,    
(<r²>_K)^1/2 = 0.58 +
0.04 Фм

    Различие в Q² зависимости электрических
формфакторов нуклонов и π и K-мезонов определяется их внутренней структурой.
Известно, что протон  и нейтрон состоят из трех кварков p(uud) и n(udd), в
то время как π и K-мезоны из кварка и антикварка. Различие в радиусах π и
K-мезонов определяется массами составляющих их кварков. С увеличением массы
кварка радиус взаимодействия уменьшается.

Последнее обновление
22.09.15.

«Фотографируя» протон

Пятница, 31 мая 2019

В последнее время вышло несколько новых экспериментальных работ, посвященных исследованиям структуры и свойств протона. Так эксперимент BESIII с высокой точностью измерил формфактор этой частицы в области промежуточных энергий, а ученые из Лаборатории им.  Томаса Джефферсона (США) определили с высокой точностью слабый заряд протона. Исследованием протона занимаются и физики НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ.

В начале ХХ века английский физик Эрнест Резерфорд, облучая тонкие фольги альфа-частицами, установил, что вещество в атоме распределено неравномерно. Весь положительный заряд электрически нейтральных атомов сосредоточен в малой области – в атомном ядре. Открытие Резерфордом же ядерных превращений (ядерных реакций) утвердило физиков в мысли, что ядра – это составные объекты. Одна составляющая, легчайшее из ядер – ядро атома водорода (протон, др.-греч. πρῶτος — первый, основной) была более-менее очевидна. Вторая оставалось некоторое время неизвестной, до того момента, когда в 30-х годах прошлого века Джеймс Чедвик (ученик Э. Резерфорда) открыл нейтрон – нейтральный партнер протона. С момента открытия и по сегодняшний день изучение свойств этих важнейших для нас частиц (ведь подавляющая часть массы видимой материи заключена в них) находится в центре внимания физиков всего мира.

Опыты по рассеянию частиц на протонах долгое время указывали на то, что это точечная частица, до того момента, как в 50-х годах Роберт Хофштадтер, проводя эксперименты по рассеянию электронов на протонах, показал что протон – частица протяженная, имеющая некоторое пространственное распределение заряда. Структура протона (при энергиях вплоть до нескольких гигаэлектронвольт) описывается при помощи двух функций – электрического и магнитного форм-факторов: G_E(q²) и G_M(q²). Эти функции определяют, как протоны взаимодействуют с фотонами – квантами электромагнитного излучения (q – это импульс фотона). Фактически они отражают распределение заряда в протоне, и следовательно, точные измерения G_E(q²) и G_M(q²) позволяют узнать, как выглядит протон, «сфотографировать» его.

Примером такого «фотографирования» протона может служить новая работа международного эксперимента BESIII, проводящегося в Китае (среди участников эксперимента есть и представитель НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ). В своей работе экспериментаторы использовали тот факт, что процесс рассеяния электрона на протоне напрямую связан с процессом рождения пары протон-антипротон в аннигиляции электрона и позитрона, которые должны быть разогнаны до энергий порядка нескольких ГэВ. Действительно, фейнмановские диаграммы, описывающие эти два процесса, эквивалентны с точностью до поворота (см. рисунок 1), а значит их можно рассматривать как различные каналы протекания одной и той же реакции (так называемая кроссинг-симметрия, при которой в формулах переставляются только кинематические попеременные). Физики BESIII смогли измерить сечение процесса (его вероятность) при разных энергиях взаимодействующих частиц, измерить G_E и G_M с беспрецедентной точностью в доступном им диапазоне энергий реакции (см. рисунок 2).

Что же будет, если увеличивать энергию электронов, а значит импульс фотонов, которыми экспериментаторы сканируют протон? Оказывается, тогда можно будет увидеть составные части протона – кварки! На рисунке 3 показана обложка майского номера научно-популярного журнала «CERN Courier», в котором вышла большая статья, посвященная перспективам исследований протона. При увеличении энергии электронов, которыми бомбардируются протоны, в структуре протонов начинают проявляться три рассеивающих центра – валентные кварки, т.е. рассеяние идет на них, а не на протоне как на целом (так называемое глубоко-неупругое рассеяние, ГНР). Если еще больше увеличить энергию электронов, то число рассеивающих центров будет расти, так как свой вклад начнут давать так называемые морские кварки – пары частица-античастица, рождающиеся в протоне на очень короткое время. Их распределение описывается структурными функциями F₁(x,q²) и F₂(x,q²), где x – это доля импульса протона, которую несёт кварк. При переходе от ГНР к упругому взаимодействию электронов с протонами структурные функции плавно переходят в форм-факторы, т.е. электрон видит не отдельную часть протона, а взаимодействует с разными его частями (см. формулы на рисунке 4).

Когда с протоном взаимодействует электрон, то переносчиком взаимодействия является фотон. А можно ли «сфотографировать» протон, используя переносчики других взаимодействий? Да, можно! Именно этим занимаются физики, работающие на Большом адронном коллайдере (БАК). В столкновениях протонов на БАК фактически происходит взаимодействие составных частей протонов – кварков и глюонов (частиц переносчиков сильного взаимодействия). В отличии от фотонов – переносчиков электромагнитного взаимодействия, глюоны могут взаимодействовать друг с другом, что усложняет наблюдаемую картину. Исследуя такие соударения, физики могут уточнить структурные функции протона. Впрочем, на БАК можно и «фотографировать» частицы, исследуя ультрапериферические взаимодействия (см. заметку «Эксперимент ALICE измерил рождение чармония в ультрапериферических столкновениях ядер свинца»).

Другой частицей для исследования протонов может являться нейтрино, участвующее только в слабом взаимодействии, частицами-переносчиками которого являются тяжелые бозоны W^± и Z⁰. Кварки тоже могут участвовать в слабом взаимодействии, и, следовательно, они видимы для нейтрино. Если идет обмен W^± бозоном, то кварк меняет свой аромат – превращается в кварк другого типа (например, u → d). Если же нейтрино и кварк обмениваются электрически нейтральным бозоном Z⁰, то аромат не меняется и процесс похож на обмен фотоном. При малых энергиях рассеяния электронов на протоне процесс описывается формулой Резерфорда и зависит от электрического заряда протона, при рассеянии нейтрино малых энергий можно ввести так называемый слабый заряд протона (Q^p_weak) – величину, характеризующую интенсивность взаимодействия частицы с Z⁰ (как электрический заряд частицы характеризует интенсивность её взаимодействия с фотоном). Q^p_weak определяется через связь Z⁰ с входящими в состав протона валентными кварками и может быть определен в экспериментах по рассеянию продольно-поляризованных электронов на неполяризованной водородной мишени. При этом процессе выделяется рассеяние, нарушающее так называемую P-четность (если бы не было слабого взаимодействия, то не было бы и P-нарушающих процессов). Недавно в журнале Nature вышла статья, в которой ученые из Лаборатории им.  Томаса Джефферсона определили слабый заряд протона таким методом (Q^p_weak = 0.0719 ± 0.0045). Полученное значение Q^p_weak находится в замечательном согласии с предсказаниями Стандартной модели физики элементарных частиц. Это измерение накладывает сильные ограничения на наличие новых фундаментальных P-нарушающих лептонных взаимодействий на масштабах энергии несколько тысяч гигаэлектронвольт.

Исследованием свойств протона занимаются и физики Отделения физики высоких энергий НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ. Они принимают участие в работе всех больших экспериментов на БАК, одним из направлений работы которых является изучение структурных функций протона, входят в состав эксперимента HERMES, вместе с немецкими коллегами принимают участие в подготовке эксперимента по изучению зарядового радиуса протона в электрон-протонном рассеянии.

Физики впервые определили слабый заряд протона // Смотрим

• Профиль

18 сентября 2013, 17:35

• Ася Горина

• (фото DOE/Thomas Jefferson National Accelerator Facility).

• (фото NASA/SDO).

• (фото DOE/Thomas Jefferson National Accelerator Facility).

• (фото NASA/SDO).

Сотрудники проекта Q-weak Experiment, ориентированного на изучение слабого взаимодействия элементарных частиц, опубликовали первые результаты эксперимента. Физики впервые вычислили слабый заряд протона и сравнили полученные данные с информацией о других элементарных частицах.

Исследователи впервые экспериментально вычислили слабый заряд протона. Данные были получены в результате эксперимента Q-weak, проводимого в Лаборатории Джефферсона. Помимо вычислений для протона, физики также работали с информацией о слабом заряде нейтрона, верхнего кварка и нижнего кварка.

На сегодняшний день полученные вычисления являются самыми точными, хотя выводы были сделаны на основе анализа лишь 4% всех данных. Чтобы включить оставшуюся информацию потребуется ещё год теоретической работы.

Эксперимент Q-weak направлен на исследование слабого взаимодействия элементарных частиц. Это одна из четырёх фундаментальных сил, действующих в природе, помимо гравитации, электромагнетизма и сильного взаимодействия.

Слабое взаимодействие проявляется только на субатомном уровне, но его эффекты мы наблюдаем ежедневно: например, оно ответственно за естественную радиацию и ядерные реакции в звёздах.

Около десятилетия назад сотрудники Лаборатории Джефферсона предложили провести эксперимент с целью измерить напрямую слабый заряд протона, то есть определить, насколько мощно он взаимодействует с другими элементарными частицами через слабое взаимодействие.

Теоретически уже получили эти данные в рамках Стандартной модели физики элементарных частиц. Но эксперимент Q-weak является отличной проверкой этой схемы на практике.

В ходе исследования учёные направили продольно поляризованный интенсивный пучок электронов на ёмкость с жидким водородом. Электроны, испытывающие лишь скользящие столкновения с протонами (происходило упругое рассеяние, протоны оставались незатронутыми), выходили под острыми углами и перенаправлялись мощными электромагнитами на восемь детекторов, расположенных симметрично относительно друг друга.

Слабое взаимодействие проявляется значительно слабее, чем электромагнетизм. На практике из миллиона электронов, взаимодействующих с протонами посредством электромагнетизма, лишь один будет проявлять слабое взаимодействие.

Физики изучили и измерили все эти немногочисленные случаи, приняв во внимание важную разницу между этими двумя силами. Слабое взаимодействие нарушает пространственную чётность, в то время как электромагнитное − нет.

Сохранив все параметры эксперимента и изменив только поляризацию пучка электронов, физики смогли поймать разницу между измерениями двух направлений поляризации и выявить эффекты, производимые лишь слабым взаимодействием.

Первичные результаты проекта Q-weak показали, что экспериментальные данные о слабом заряде протона очень хорошо согласуются с теоретическими, представленными в Стандартной модели. Тем не менее, физикам предстоит проанализировать в 25 раз больше информации, чем они уже обоработали. Окончательные результаты должны будут либо утвердить Стандартную модель, либо её опровергнуть.

Соавтор исследования и представитель Лаборатории Джефферсона Роджер Карлини (Roger Carlini) говорит, что одной из целей их работы является поиск следов новой физики, способной опровергнуть привычные теоретические модели.

Добавим, что установка для отправки интенсивного пучка поляризованных электронов (CEBAF) также была создана сотрудниками Лаборатории Джефферсона и является их основным рабочим инструментом.

Статья учёных уже принята к публикации в журнале Physical Review Letters и появится в сети 13 октября 2013 года. А пока её можно почитать в этом PDF-документе.

Также по теме:
Обнаружены первые следы Новой физики
Физики опровергли свидетельства двойного безнейтринного бета-распада
Получены новые данные о соотношении масс нейтрино и антинейтрино
Редкий распад на коллайдере опроверг теорию суперсимметрии
Физикам удалось напрямую измерить вандерваальсовы силы

• новости

Весь эфир

Mayo Clinic Q and A: Протонная лучевая терапия вызывает меньше побочных эффектов

• By

  Лиза Торборг

  23 июня 2015 г.

DEAR MAYO CLINIC: Что дает протонная лучевая терапия для больных раком, чего не делает стандартная лучевая терапия? Как врачи решают, когда использовать протонную лучевую терапию?

ОТВЕТ: Протонная лучевая терапия — это вид лучевой терапии, используемый для лечения рака. В отличие от стандартной лучевой терапии с использованием рентгеновских лучей, которые проходят через все тело человека, протоны достигают опухоли, высвобождают свою энергию и останавливаются. Это означает, что протонная лучевая терапия более эффективна и вызывает меньше побочных эффектов, чем стандартная лучевая терапия.

Протоны — это субатомные частицы, которые объединяются с нейтронами, образуя ядро ​​атома, окруженное вращающимися электронами. Излучение — это энергия, высвобождаемая атомами в виде электромагнитных волн, таких как рентгеновские или гамма-лучи, или в виде мельчайших частиц, таких как электроны или протоны. Уже более 120 лет радиация используется для уничтожения раковых клеток.

Сегодняшняя стандартная лучевая терапия использует рентгеновские лучи высокой энергии, которые проходят через тело. Протонная лучевая терапия отличается. Это лечение направляет протоны в опухоль, где высвобождается их энергия. Онкологи-радиологи могут контролировать глубину проникновения протонов и то, где они высвобождают свою энергию, регулируя энергию протонов. Чем выше энергия, тем глубже проникают протоны.

Количество энергии излучения, высвобождаемой при попадании протона в тело человека, довольно мало. Большая часть высвобождаемой энергии приходится на последние несколько миллиметров пути протонов, поэтому наибольшее количество энергии излучения высвобождается непосредственно внутри опухоли.

Например, рассмотрим человека, у которого опухоль расположена в задней части легкого. Стандартный рентгеновский луч, направленный на опухоль сзади, пройдет через опухоль и выйдет через нормальное легкое и сердце перед опухолью. При протонно-лучевой терапии протоны также направляются в организм сзади, но останавливаются в опухоли. Это доставляет излучение к опухоли, но не к нормальному легкому и сердцу перед ней.

Поскольку большая часть здоровых органов, окружающих опухоль, не получает энергию излучения при протонной лучевой терапии, побочные эффекты менее вероятны и менее серьезны по сравнению со стандартной лучевой терапией.

Энергию излучения также можно более точно контролировать с помощью протонно-лучевой терапии. Это означает, что количество энергии излучения, доставляемой к опухоли, часто можно безопасно увеличить, потенциально повышая эффективность лечения и, возможно, уменьшая количество необходимых процедур за счет повышения дозы при каждой процедуре. Это делает лечение более удобным для пациента и менее затратным.

Протонная лучевая терапия может использоваться для лечения многих видов опухолей. Это особенно полезно при раке, расположенном рядом с критическими органами, чувствительными к воздействию радиации. Он также хорошо подходит для лечения опухолей, расположенных глубоко внутри тела, когда опасения по поводу повреждения здоровых органов и тканей могут потребовать снижения стандартной дозы лучевой терапии. В частности, протонная лучевая терапия обычно считается хорошим вариантом лечения рака головного мозга, головы и шеи, пищевода, молочной железы, печени и легких у взрослых.

Протонная лучевая терапия идеально подходит для детей. Лучевая терапия может вызвать рак, болезни сердца и другие хронические проблемы со здоровьем спустя десятилетия у детей и молодых людей, которые излечились от рака с помощью лучевой терапии. Протонная лучевая терапия снижает риск хронических проблем со здоровьем, поскольку организм ребенка подвергается воздействию более низкой дозы радиации по сравнению со стандартной лучевой терапией.

Несмотря на ряд преимуществ, протонная терапия вряд ли сможет полностью заменить стандартную лучевую терапию. Стандартное облучение, как правило, является лучшим выбором для поверхностных видов рака, таких как рак кожи. Он также предпочтителен для пожилых пациентов, страдающих другими заболеваниями, а также для лечения симптомов, связанных с распространившимся раком. — Роберт Фут, доктор медицинских наук, радиационная онкология, клиника Мэйо, Рочестер, штат Миннесота Лучевая терапия, лучевая терапия

Статьи по теме

Всемирный день борьбы с бронхоэктазами посвящен хроническому прогрессирующему заболеванию легких

Хроническое прогрессирующее заболевание легких привлекает внимание всего мира. Сегодня отмечается первый Всемирный день борьбы с бронхоэктазами, день осведомленности, который отмечается 1 июля каждого […]

By Sharon Theimer • 1 июля 2022 г.

¿Pueden los fibromas uterinos afectar el embarazo? Эксперт в клинике Майо по телефону

Феникс, Аризона. Un фиброма матки является доброкачественной опухолью, но не раковой, en la parte Muscle del útero. Aunque los fibromas sean frecuentes, en algunas […]

By Sharon Theimer • 2 июня 2022 г.

Cáncer y salud Mental: Experto de Mayo Clinic desvirtúa mitos

РОЧЕСТЕР, Миннесота. La Experiencia con el cáncer es diferente en cada persona que lo padece y todas las emociones son Validas e Importantes, independiente de [. ..]

Шэрон Теймер • 31 мая 2022 г.

• ЖУТКИЕ, УЖАСНЫЕ, ЧУДЕСНЫЕ ПАРАЗИТЫ: взгляд на мир с точки зрения паразитолога – неделя от 21 июня 2015 г.

Электронный транспорт

Электронный транспорт

Электронный транспорт

Дыхательная цепь, «Окислительная
Фосфорилирование»

Цель Пути: преобразовать NADH и FADH ₂ в
СПС

Основная часть цепи состоит из трех
комплексы (I, III, IV), являющиеся интегральными белками внутренней митохондриальной
мембраны (не важно для эритроцитов…) и взаимодействуют через мобильные переносчики электронов.

Четвертый комплекс (II) содержит сукцинат DH.

Компоненты имеют все более положительный E0
значения, приводящие к переносу электронов и выработке энергии для накачки
протоны из матрицы.

Компоненты асимметрично охватывают внутреннюю мембрану, чтобы облегчить перекачку протонов.

Комплексы I и III :

Комплекс I , NADH-Q редуктаза :

Компоненты : NADH DH, FMN (флавинмононуклеотид)

Ингибитор : Ротенон (крысиный яд и инсектицид)

Комплекс III , Цитохромредуктаза :

Компоненты : b-цитохромы, Fe-S-белок
центр, цитохром с ₁

Ингибитор : Антимицин А (антибиотик)

Что происходит:

1. Электроны от NADH входят в цепь NADH-Q редуктазы.
——> окисляет НАДН

2. NADH отдает свои электроны FMN с образованием FMNH ₂
———> обеспечивает достаточную энергию, чтобы выкачать два протона из
митохондрии.

3. Контролируемый приток этих протонов производит «сайт
один» для производства АТФ.

4. Затем электроны переносятся на кофермент Q, ссылки
комплексы I и III, а также II и III.

5. Коэнзим Q переносит свои электроны на цитохром
б и далее к Fe-S центру гема (простетической группе цитохромов).

6. Электроны восстанавливают цитохром с ₁ с
выход энергии, чтобы откачать еще два протона, «вторая площадка» для
Производство АТФ.

Комплексы II и III :

Комплекс II , Сукцинат-кофермент Q-редуктаза :

Компоненты : сукцинат DH, FAD

Ингибиторы : нет

Что происходит:

1. Электрон из сукцината входит в цепь при сукцинате-Q
Редуктаза окисляет сукцинат до фумарата (цикл ТСА).

2. Сукцинат-Q редуктаза содержит ФАД, два протона и
электроны принимаются от сукцината с образованием FADH ₂ .

3. Затем электроны переносятся на кофермент Q, который связывает
комплексы II и III.

4. Комплекс II не производит достаточно энергии для перекачивания
из протонов.

Примечание : Поскольку электроны, проходящие через комплекс II, обходят
комплекс I, FADH ₂ дает на одну молекулу АТФ меньше, чем NADH, который питает
электроны через комплекс I.

Комплексы III и IV :

Комплекс IV , Цитохромоксидаза :

Компоненты : Cu

Ингибиторы : Цианид

Что происходит:

1. Перенос электронов с цитохрома с ₁ на
цитохром в.

2. Затем электроны передаются цитохрому а, части
цитохромоксидазы.

3. Цитохром а ₃ принимает электроны от цитохрома а.

4. Цитохромоксидаза взаимодействует непосредственно с молекулярными
О ₂ .

5. Перенос электрона через комплекс IV дает энергию
выпустить два протона ——>

«Третья площадка» по производству АТФ.

Ингибиторы электронного транспорта :

1. Ротенон : ингибирует комплекс I, крысиный яд
и инсектицид.

2. Антимицин А : антибиотик, блокирующий сложные
III.

3. Цианид : ингибирует терминальный перенос электронов
к кислороду, Комплекс IV.

4. Угарный газ : ингибирует цитохромоксидазу
путем конкуренции с сайтом связывания кислорода, комплексом IV.

Асимметричная ориентация цепи переноса электронов :

Комплекс АТФ-синтазы, АДФ и фосфаттранслоказы.

Протоны откачиваются из матрицы на комплексах I, III и
IV (по 2 на комплекс).

Полученный протонный градиент используется для запуска синтеза АТФ:
2 H ⁺ на каждую произведенную АТФ.

Градиент протонов также создает разность зарядов на
внутренний митохон. мембрана.

(мембранный потенциал: более отрицательный внутри)

Комплекс АТФ-синтазы :

(a) F ₁ (АТФаза) – сферический белок, входящий в
матрица.

(b) Содержит 5 различных субъединиц и каталитический центр
для синтеза АТФ.

(c) комплекс содержит сайты, которые изменяют свою близость
для АТФ по мере прохождения протонов через комплекс.

(d) Этот поток протонов позволяет АТФазе изменить направление
и синтезируют АТФ.

(e) F ₀ представляет собой интегральный олигомер, присоединенный к F ₁ через ножку.

(f) F ₀ содержит протонный канал.

(ж) Стебель регулирует поток протонов и синтез АТФ,
содержит ингибитор F ₁ и является чувствительной к олигомицину областью.

Разъединители / Респираторный контроль / Соотношение P/O

Разъединители : связывают протоны, гидрофобны и могут рассеиваться
градиент pH путем уравновешивания H ⁺ (протоны).

, то есть динитрофенол (ДНФ), вызывает прекращение образования АТФ, но
потребление кислорода остается быстрым в попытке митохондрий поддерживать
протонный градиент.

Энергия высвобождается при повышении тепла и температуры тела.

Рапид O ₂ потребление при расцеплении из-за потери дыхания
контроль.

Контроль дыхания :

1. Зависит от ADP и P _i , регулирующих использование O ₂ .

2. Когда уровень АТФ высокий, уровень АДФ ограничен, и использование O ₂ уменьшается.

3. O ₂ использование увеличивается по мере увеличения потребности в АТФ.

4. При разобщении и отсутствии синтеза АТФ восстановление
O ₂ в дыхательной цепи больше не связан с синтезом АТФ
——> использование не отмечено.

5. Скорость потока электронов в основном регулируется
Соотношение АТФ:АДФ и при разобщении этот контроль теряется.

6. Поскольку дыхание остается быстрым, цикл цитрата цитрата
и комплекс ПДГ продолжаются с высокой скоростью, поскольку НАДН максимально окисляется.

Клинический коррелят :

Олигомицин — антибиотик, который связывается со стеблем, предотвращая
поток протонов к АТФазе.

Дыхание уменьшится, потому что протонный градиент может
больше не использовать.

Дыхание замедляется даже в присутствии больших количеств
АДФ и фосфата.

(-) цикл лимонной кислоты (из-за накопления
НАДН)

(-) ПДГ (повышенное количество НАДН и ацетил-КоА)

Влияние АДФ, олигомицина и ДНФ на O ₂ Потребление :

Типичный O ₂ запись митохондрий, метаболизирующих сукцинат.
Повторное добавление АДФ увеличивает потребление O ₂ до тех пор, пока либо АДФ, либо O ₂ не прекратится.
истощенный. Это повышенное потребление отражает дыхательный контроль.

Если добавить XS АДФ, а затем олигомицин, то
O ₂ потребление прекращается. если теперь добавить разобщитель, скорость дыхания (O ₂
потребление) резко возрастает, поскольку протонный градиент схлопывается так же быстро, как
по мере его формирования.

Соотношение П/О :

Отношение P/O (фосфат:кислород) представляет собой количество
P _i используется (синтезируется АТФ) на атом потребленного кислорода.

1. Поток электронов от NADH к O ₂ перекачивает протоны ar
три сайта с выходом 3 АТФ (P / O = 3)

2. Сукцинат (через FADH ₂ ) обходит сайт 1, давая 2 АТФ (P
/ O = 2)

3. Разобщение: P / O = 0, расходуется кислород без АТФ
производство.

Суммарная диаграмма :

малат-аспартат
Шаттл: NADH входит в Комплекс I, производя 3 АТФ.

Глицеринфосфат
Шаттл: преобразует NADH в FADH ₂ в цитозоле затем ФАДГ ₂
входит в цепь Комплекса II с образованием 2 АТФ.

©
Доктор Ноэль Штурм 2020

Отказ от ответственности: взгляды и мнения, выраженные на неофициальных страницах штата Калифорния
Университет, преподаватели, сотрудники или студенты Домингес-Хиллз строго принадлежат
авторы страницы. Содержание этих страниц не было проверено или
одобрен Калифорнийским государственным университетом, Домингес-Хиллз.

Часто задаваемые вопросы о протонной терапии

• Что такое протонная терапия?
• Каковы преимущества протонной терапии?
• Какие виды рака лечат протонной терапией?
• Можно ли сочетать лечение протонной терапией с другими методами лечения рака?
• У моего ребенка диагностировали рак. Возможна ли протонная терапия?
• Является ли протонная терапия таким же количеством процедур, как и обычное облучение?
• Сколько длится лечение протонной терапией?
• Каковы побочные эффекты? Являются ли они теми же побочными эффектами, что и обычное облучение?
• Должен ли я изменить свою диету?
• Должен ли я уволиться с работы?
• Чем этот центр отличается от других центров протонной терапии?
• Вы можете работать с моим онкологом? Какие у вас отношения с другими моими поставщиками медицинских услуг?
• Можно ли получить консультацию по телемедицине из другого города?
• Нужно ли мне иметь направление от врача?
• Покрывает ли страховка протонную терапию?
• Сколько стоит лечение протонной терапией?
• Нужно ли мне переезжать в Ирвинг во время лечения протонной терапией?
• Можете ли вы помочь мне найти жилье и услуги?
• Предлагает ли центр протонной терапии клинические испытания? Если да, то каковы преимущества?

В: Что такое протонная терапия?

О: Протонная терапия — это высокоточная форма лучевой терапии. Гигантская машина, называемая циклотроном, извлекает протоны из атомов водорода, разгоняет их почти до скорости света и доставляет излучение с высочайшей точностью. Протоны разрушают раковые клетки, сводя к минимуму повреждение окружающей здоровой ткани, что делает протонную терапию одним из самых перспективных направлений в лечении рака.

Вернуться к началу

В: Каковы преимущества протонной терапии?

О: Протонная терапия — это высокоточная и целенаправленная форма лучевой терапии. Он может нацеливаться на определенные раковые клетки, оставляя здоровые клетки вокруг него практически нетронутыми, что делает протонную терапию особенно эффективной при опухолях в чувствительных областях. Кроме того, протонная терапия является неинвазивной и может уменьшить побочные эффекты, позволяя пациентам поддерживать качество жизни во время и после лечения.

Вернуться к началу

В: Какие виды рака лечат протонной терапией?

A: Протонная терапия эффективна при лечении ряда различных видов рака и большинства солидных опухолей, включая рак молочной железы, колоректальный рак, рак легких, головы и шеи, головного мозга и простаты. Сюда не входят некоторые виды рака крови, такие как лейкемия. Учитываются многие факторы, такие как общее состояние здоровья. Ваш рак специфичен для вас. Протонная терапия подходит не для каждой ситуации. Для тех видов рака, при которых протонная терапия эффективна, мы оценим ваш диагноз, чтобы найти наилучший вариант.

Вернуться к началу

В: Можно ли сочетать лечение протонной терапией с другими методами лечения рака?

О: Да. Протонная терапия может использоваться отдельно или в сочетании с другими формами лечения рака, включая химиотерапию, иммунотерапию, обычную лучевую терапию и хирургию.

Когда пациентам требуется комплексное лечение, все, что можно сделать для минимизации побочных эффектов и токсичности, важно, поскольку это лучше для пациента. Когда методы лечения сочетаются одновременно, это может быть токсичным. Нет ничего необычного в том, что людям требуется снижение дозы химиотерапии и/или лучевой терапии, что не позволяет полностью проникнуть в опухоль в меру наших возможностей. Мы наблюдаем улучшение результатов мультимодальных курсов лечения, что позволяет лучше переносить все партнерские методы лечения.

Эндрю К. Ли, доктор медицины, магистр здравоохранения
Читать статью полностью.

Вернуться к началу

В: У моего ребенка диагностировали рак. Возможна ли протонная терапия?

О: Да, протонная терапия может быть полезна для детей, больных раком. Протонная терапия является неинвазивной и имеет меньше побочных эффектов, чем обычная лучевая терапия, что позволяет молодым пациентам поддерживать качество жизни во время лечения и позже, по мере их старения.

Вернуться к началу

В: Протонная терапия требует того же количества процедур, что и обычное облучение?

A: Для всех видов лучевой терапии количество процедур зависит от типа рака и конкретной опухоли. Полный курс лечения протонной терапией может составлять от одного до 30 сеансов продолжительностью от одного дня до девяти недель. Точно так же, как ситуация с раком у каждого человека уникальна, то же самое верно и для индивидуальных планов лечения.

Вернуться к началу

В: Как долго длится лечение протонной терапией?

A: Сроки и продолжительность варьируются в зависимости от пациента, типа и локализации рака. Сеансы лечения обычно длятся 15-40 минут. Полный курс лечения протонной терапией может составлять от одного до 30 сеансов продолжительностью от одного дня до девяти недель. Типичный цикл лечения — с понедельника по пятницу в течение шести-восьми недель.

Вернуться к началу

В: Каковы побочные эффекты? Являются ли они теми же побочными эффектами, что и обычное облучение?

A: Побочные эффекты зависят от типа рака и пациента. Протонная терапия может иметь меньше побочных эффектов, чем обычное облучение, что позволяет пациентам поддерживать их текущее качество жизни во время и после лечения.

Вернуться к началу

В: Должен ли я изменить свою диету?

О: Необходимость изменения диеты зависит от локализации рака. Ваш рак специфичен для вас. Мы обследуем ваш рак и дадим вам рекомендацию.

Вернуться к началу

В: Должен ли я уволиться с работы?

О: Нет. Хотя все реагируют на лечение по-разному, побочные эффекты протонной терапии минимальны и не должны мешать вам работать.

Вернуться к началу

В: Чем этот центр отличается от других центров протонной терапии?

О: Техасский центр протонной терапии — один из немногих центров в стране, предлагающих узколучевое сканирование с конусно-лучевой КТ. Это идеальная технология для опухолей неправильной формы вблизи чувствительных участков. Кроме того, возможность сканирования с помощью остронаправленного луча является обязательным условием для протонного центра, предлагающего протонную терапию с модулированной интенсивностью (IMPT). IMPT — это высокоспециализированная протонная терапия, доставляющая точную дозу протонов, часто в труднодоступные места.

Вернуться к началу

В: Вы можете работать с моим онкологом? Какие у вас отношения с другими моими поставщиками медицинских услуг?

О: Мы тесно сотрудничаем с вашим онкологом и другими поставщиками медицинских услуг, чтобы координировать ваше общее лечение. Если вы являетесь пациентом онкологического отделения Техаса, у нас уже есть налаженные отношения с вашим лечащим врачом онкологического отделения Техаса. Когда ваше лечение будет завершено, вы можете вернуться к своему местному врачу для большей части последующего лечения.

Наверх

В: Могу ли я получить консультацию по телемедицине из другого города?

О: Да. Телемедицина позволяет врачам Техасского центра протонной терапии напрямую связываться с пациентами, которым требуется высокоспециализированная помощь, даже если они живут за много миль. Благодаря телемедицине пациенты по всему Техасу имеют доступ к нашему обширному и разнообразному опыту в области протонной терапии, экономя при этом время и деньги за счет ограничения поездок в отдаленные лечебные учреждения. Он также предлагает пациентам варианты посещения врача, когда поездка в клинику не идеальна.

Вернуться к началу

В: Нужно ли мне иметь направление от врача?

О: Нет, вам не нужно иметь направление от врача Техасского центра протонной терапии. Пожалуйста, свяжитесь с нами, чтобы узнать, подходит ли вам протонная терапия.

Вернуться к началу

В: Покрывает ли страховка протонную терапию?

A: Medicare и большинство крупных страховых компаний в США покрывают расходы на протонную терапию. Сотрудники Техасского центра протонной терапии могут ответить на ваши вопросы и выступить от вашего имени в вашей страховой компании.

Вернуться к началу

В: Какова стоимость лечения протонной терапией?

О: Стоимость лечения протонной терапией зависит от типа рака и необходимого курса лечения. У нас есть специальная команда по страхованию пациентов, которая будет тесно сотрудничать с вами и вашей страховой компанией для подтверждения страхового покрытия.

Вернуться к началу

В: Нужно ли мне переезжать в Ирвинг во время лечения протонной терапией?

О: Если вы находитесь в пределах 1,5-2 часов от Ирвинга, вы, вероятно, могли бы ездить туда каждый день, но некоторые пациенты могут решить временно переехать в этот район. Группа поддержки пациентов может предоставить информацию о районе, помочь обеспечить жилье и транспорт, а также направить вас в группы поддержки.

Вернуться к началу

В: Можете ли вы помочь мне найти жилье и услуги?

О: Да, у нас есть служба поддержки пациентов с доступом ко многим отелям и транспортным средствам.

Вернуться к началу

В: Предлагает ли центр протонной терапии клинические испытания? Если да, то каковы преимущества?

A: Техасский центр протонной терапии предлагает клинические испытания для тех, кто соответствует требованиям. Радиационные клинические испытания необходимы для улучшения лечения рака. Клинические испытания позволяют вам принимать активное участие в вашем здравоохранении, получать доступ к новым методам лечения и квалифицированной медицинской помощи, а также способствовать дальнейшим медицинским исследованиям. Мы можем обсудить эти варианты с вами, чтобы оценить, подходит ли вам клиническое испытание.