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射线的粒子或光子的能量被DNA或具有生物功能的其他分子直接吸收 ，使生物分子发生化学变化，这个效应为直接效应。电离辐射的这种作用称为直接作用。
电离辐射对核酸大分子的直接作用，主要引起碱基的破坏或脱落、单链或双链断裂、氢键破坏、螺旋结构中出现交联，或核酸之间、核酸与蛋白质之间出现交联。
电离辐射对蛋白质的直接作用可引起蛋白质侧链发生变化，氢键、二硫键断裂，导致高度卷曲的肽链出现不同程度的伸展，空间结构改变。
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