稀土生物效應(yīng)

1、稀土對生物體劑量效應(yīng)的研究進(jìn)展稀土對生物體劑量效應(yīng)的研究進(jìn)展稀土生物化學(xué)、毒理學(xué)、藥理學(xué)、稀土生物化學(xué)、毒理學(xué)、藥理學(xué)、人體組織學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)以及稀土人體組織學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)以及稀土環(huán)境科學(xué)方面的研究正在開展中，環(huán)境科學(xué)方面的研究正在開展中，而稀土對生物體的劑量效應(yīng)將成而稀土對生物體的劑量效應(yīng)將成為其在生物學(xué)領(lǐng)域進(jìn)一步廣泛應(yīng)為其在生物學(xué)領(lǐng)域進(jìn)一步廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。用的基礎(chǔ)。引言引言一一. .對細(xì)胞膜的影響對細(xì)胞膜的影響稀土離子要進(jìn)入細(xì)胞，都要稀土離子要進(jìn)入細(xì)胞，都要通過細(xì)胞質(zhì)膜這樣一道屏障，通過細(xì)胞質(zhì)膜這樣一道屏障，細(xì)胞質(zhì)膜是細(xì)胞與外界的一細(xì)胞質(zhì)膜是細(xì)胞與外界的一層界膜，細(xì)胞與外界的物質(zhì)層界膜，細(xì)胞與

2、外界的物質(zhì)及信息交換都發(fā)生于此。及信息交換都發(fā)生于此。1.1.對細(xì)胞膜流動性的影響對細(xì)胞膜流動性的影響v低濃度稀土離子對細(xì)胞膜低濃度稀土離子對細(xì)胞膜流動性影響較小。流動性影響較小。v高濃度稀土離子則使膜的高濃度稀土離子則使膜的有序性增大，流動性減小。有序性增大，流動性減小。2.2.對細(xì)胞通透性的影響對細(xì)胞通透性的影響v多數(shù)研究認(rèn)為稀土離子能與細(xì)多數(shù)研究認(rèn)為稀土離子能與細(xì)胞膜作用，但不能透過細(xì)胞膜。胞膜作用，但不能透過細(xì)胞膜。v在稀土離子濃度低于在稀土離子濃度低于1mmol/L時(shí)不能透過細(xì)胞膜，而稀土濃度時(shí)不能透過細(xì)胞膜，而稀土濃度增加則會使細(xì)胞膜破壞。增加則會使細(xì)胞膜破壞。v稀土在稀土在高濃度

3、高濃度時(shí)，會顯時(shí)，會顯現(xiàn)現(xiàn)重金屬離子重金屬離子特性，改變特性，改變膜表面的脂膜性質(zhì)而使細(xì)膜表面的脂膜性質(zhì)而使細(xì)胞活力下降。胞活力下降。2.2.對細(xì)胞通透性的影響對細(xì)胞通透性的影響3.對細(xì)胞膜自由基氧化的影響對細(xì)胞膜自由基氧化的影響v稀土能使動物體抵抗力增強(qiáng)稀土能使動物體抵抗力增強(qiáng)的原因很可能是稀土能夠清除的原因很可能是稀土能夠清除動物體內(nèi)有害自由基。動物體內(nèi)有害自由基。vLa3、Ce3在在2104 2107mol/L時(shí)均有程度不同時(shí)均有程度不同的的細(xì)胞保護(hù)細(xì)胞保護(hù)作用，與濃度呈正作用，與濃度呈正相關(guān)。相關(guān)。vY3、Tb3在低濃度下也有在低濃度下也有此作用，但與濃度負(fù)相關(guān)，此作用，但與濃度負(fù)相關(guān)

4、，當(dāng)濃度大于當(dāng)濃度大于2105mol/L時(shí)，時(shí)，產(chǎn)生明顯的產(chǎn)生明顯的細(xì)胞毒性細(xì)胞毒性。3.對細(xì)胞膜自由基氧化的影響對細(xì)胞膜自由基氧化的影響二二. .對細(xì)胞周期及染色體的影響對細(xì)胞周期及染色體的影響1.1.對細(xì)胞周期的影響對細(xì)胞周期的影響v0.1mmol/LCe3可改變細(xì)胞可改變細(xì)胞周期時(shí)相，使周期時(shí)相，使S期和期和G2M期期細(xì)胞數(shù)增加，而減少細(xì)胞數(shù)增加，而減少G0G1期細(xì)胞數(shù)。期細(xì)胞數(shù)。v低劑量的低劑量的LaCl3對細(xì)胞有絲對細(xì)胞有絲分裂活性有促進(jìn)作用。分裂活性有促進(jìn)作用。v一定劑量的鈰和釓可促進(jìn)一定劑量的鈰和釓可促進(jìn)蛋白合成及提前進(jìn)入蛋白合成及提前進(jìn)入S期、期、 G2M期。期。v0.05mg

5、/gSmCl3有調(diào)節(jié)胰島有調(diào)節(jié)胰島素細(xì)胞分泌功能的作用。素細(xì)胞分泌功能的作用。1.1.對細(xì)胞周期的影響對細(xì)胞周期的影響2.2.對細(xì)胞染色體的影響對細(xì)胞染色體的影響v放射性稀土具有致突效應(yīng)，放射性稀土具有致突效應(yīng)，而穩(wěn)定性稀土尚未觀察到明顯而穩(wěn)定性稀土尚未觀察到明顯的致突作用。的致突作用。v144Ce可引起大鼠大腸細(xì)胞染可引起大鼠大腸細(xì)胞染色體畸變；色體畸變；144Ce和和149Pr可引起可引起倉鼠再生肝細(xì)胞染色體的三倍倉鼠再生肝細(xì)胞染色體的三倍體畸變。體畸變。v稀土在專一抑癌細(xì)胞方面有明稀土在專一抑癌細(xì)胞方面有明顯作用。顯作用。v檸檬酸鑭可抑制人體巨細(xì)胞細(xì)檸檬酸鑭可抑制人體巨細(xì)胞細(xì)胞癌胞癌PG

6、細(xì)胞株的細(xì)胞株的DNA合成，而合成，而對正常細(xì)胞無抑制作用。對正常細(xì)胞無抑制作用。v0.10.5mmol/L的的Ce3對肝癌對肝癌細(xì)胞調(diào)亡有誘導(dǎo)作用。細(xì)胞調(diào)亡有誘導(dǎo)作用。2.2.對細(xì)胞染色體的影響對細(xì)胞染色體的影響三三.對對CaM(鈣調(diào)蛋白鈣調(diào)蛋白)水平的調(diào)節(jié)水平的調(diào)節(jié)CaM是一種普遍存在的多功能的是一種普遍存在的多功能的鈣結(jié)合蛋白，對鈣結(jié)合蛋白，對Ca2有高親和性，有高親和性，是真核細(xì)胞內(nèi)依賴于鈣代謝過程是真核細(xì)胞內(nèi)依賴于鈣代謝過程的綜合調(diào)節(jié)劑，參與介導(dǎo)調(diào)節(jié)體的綜合調(diào)節(jié)劑，參與介導(dǎo)調(diào)節(jié)體內(nèi)眾多的生理生化過程，在細(xì)胞內(nèi)眾多的生理生化過程，在細(xì)胞增殖、運(yùn)動、轉(zhuǎn)化、程序性死亡增殖、運(yùn)動、轉(zhuǎn)化、程序

7、性死亡中都起著重要的作用。中都起著重要的作用。什么是什么是CaM4 Ca2+1.對對Ca2的影響的影響Ca2在生物體內(nèi)被稱為第二信在生物體內(nèi)被稱為第二信使，細(xì)胞內(nèi)游離的宜維持在一使，細(xì)胞內(nèi)游離的宜維持在一定的濃度水平，若超負(fù)荷會對定的濃度水平，若超負(fù)荷會對細(xì)胞造成各種病理損傷，產(chǎn)生細(xì)胞造成各種病理損傷，產(chǎn)生諸多不良后果。諸多不良后果。稀土的離子半徑稀土的離子半徑(如如鑭鑭0.122nm，釔釔0.107nm)與與鈣鈣(0.106nm)相似，相似，因而稀土在動物體內(nèi)常作為鈣的因而稀土在動物體內(nèi)常作為鈣的拮抗劑和取代劑干擾鈣的正常生拮抗劑和取代劑干擾鈣的正常生理功能，甚至理功能，甚至“冒充冒充”第二

8、信使，第二信使，間接影響調(diào)控基因。間接影響調(diào)控基因。1.對對Ca2的影響的影響2.對對CaM的影響的影響v在細(xì)胞膜外表面，稀土離子取代在細(xì)胞膜外表面，稀土離子取代Ca2與與CaM結(jié)合，通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)結(jié)合，通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的途徑對動植物生長作出調(diào)控。的途徑對動植物生長作出調(diào)控。v低濃度時(shí)的促進(jìn)作用與鈣相似。低濃度時(shí)的促進(jìn)作用與鈣相似。v高濃度時(shí)抑制高濃度時(shí)抑制CaM。3.對對Ca2-ATP酶活性的調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)v0.1mol/L范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，La3、Gd3 、Yb3對酶活性基本沒有影響，隨著對酶活性基本沒有影響，隨著濃度升高，能激活酶活性。濃度升高，能激活酶活性。v當(dāng)濃度大于當(dāng)濃度大于10mol/

9、L時(shí)，隨著濃時(shí)，隨著濃度增加，酶被抑制程度增大。度增加，酶被抑制程度增大。v稀土在不同濃度下的影響與其環(huán)稀土在不同濃度下的影響與其環(huán)境有關(guān)。境有關(guān)。四四.對蛋白質(zhì)的影響對蛋白質(zhì)的影響1.1.對酶活性的影響對酶活性的影響v同樣存在同樣存在“低促高抑低促高抑”效應(yīng)，效應(yīng)，低濃度是酶的激活劑，高濃度低濃度是酶的激活劑，高濃度是酶的抑制劑。是酶的抑制劑。v五種機(jī)理：競爭底物、競爭性五種機(jī)理：競爭底物、競爭性結(jié)合活性中心、取代活性中心結(jié)合活性中心、取代活性中心Ca2 、競爭、競爭Mg2及取代及取代Mg2。2.對某些蛋白質(zhì)功能的影響對某些蛋白質(zhì)功能的影響v不同濃度的稀土離子與蛋白質(zhì)不同濃度的稀土離子與蛋白

10、質(zhì)結(jié)合，通過改變蛋白質(zhì)微構(gòu)象或結(jié)合，通過改變蛋白質(zhì)微構(gòu)象或干擾蛋白質(zhì)對其它離子結(jié)合兩者干擾蛋白質(zhì)對其它離子結(jié)合兩者程度的不同而發(fā)揮其劑量效應(yīng)，程度的不同而發(fā)揮其劑量效應(yīng)，影響蛋白質(zhì)功能。影響蛋白質(zhì)功能。v一般認(rèn)為，稀土高濃度時(shí)呈重一般認(rèn)為，稀土高濃度時(shí)呈重金屬離子特性。金屬離子特性。五.對DNA的影響 三種典型的雙螺旋核酸構(gòu)型。左三種典型的雙螺旋核酸構(gòu)型。左：B-B-構(gòu)型。中：構(gòu)型。中：A-A-構(gòu)型。右：構(gòu)型。右：Z-Z-構(gòu)型構(gòu)型1.增加增加DNA量量v稀土對正常細(xì)胞稀土對正常細(xì)胞DNA復(fù)制轉(zhuǎn)錄尚復(fù)制轉(zhuǎn)錄尚可能造成影響?？赡茉斐捎绊?。v一定劑量的鈰和釓可以促進(jìn)脫氧一定劑量的鈰和釓可以促進(jìn)脫氧核

11、糖核酸的前身胸腺嘧啶核苷對人核糖核酸的前身胸腺嘧啶核苷對人二倍體細(xì)胞的滲入。二倍體細(xì)胞的滲入。v低濃度鈰能促進(jìn)肝細(xì)胞低濃度鈰能促進(jìn)肝細(xì)胞DNA合成合成。2.與與DNA結(jié)合結(jié)合v結(jié)合位點(diǎn)與稀土離子濃度有結(jié)合位點(diǎn)與稀土離子濃度有關(guān)。關(guān)。v稀土與稀土與DNA的摩爾比的摩爾比r小于小于1/80時(shí)，與核酸鏈上的時(shí)，與核酸鏈上的PO2結(jié)結(jié)合，堿基堆積作用增強(qiáng)。合，堿基堆積作用增強(qiáng)。小分子與核酸的典型結(jié)合方式小分子與核酸的典型結(jié)合方式vr為為1/20到到1/40時(shí)，與鳥嘌呤時(shí)，與鳥嘌呤上的上的N-7位螯合，對位螯合，對A-T配對有配對有微擾作用。微擾作用。vr繼續(xù)增大時(shí)，可能切斷繼續(xù)增大時(shí)，可能切斷DNA，

12、G-C、A-T堿基對的吸收峰明顯堿基對的吸收峰明顯位移。位移。2.與與DNA結(jié)合結(jié)合3.水解水解DNA的磷酸二酯鍵的磷酸二酯鍵vCe的某些配合物對的某些配合物對DNA有較高有較高的特異切斷活性。的特異切斷活性。v0.01mol/LCe3水解效率高于限水解效率高于限制性內(nèi)切酶百萬倍甚至億倍。制性內(nèi)切酶百萬倍甚至億倍。v高劑量的稀土?xí)垢邉┝康南⊥習(xí)笵NA溶解，嚴(yán)溶解，嚴(yán)重抑制其自我復(fù)制。重抑制其自我復(fù)制。稀土是低毒物質(zhì)，低劑量時(shí)促進(jìn)生物稀土是低毒物質(zhì)，低劑量時(shí)促進(jìn)生物體生長，在一定范圍內(nèi)，這種作用表體生長，在一定范圍內(nèi)，這種作用表現(xiàn)為劑量效應(yīng)關(guān)系，高濃度時(shí)會對現(xiàn)為劑量效應(yīng)關(guān)系，高濃度時(shí)會對生物體造成傷害。稀土元素可激活許生物體造成傷害。稀土元素可激活許多酶系統(tǒng)，充當(dāng)金屬活化劑作用，具多酶系統(tǒng)，充當(dāng)金屬活化劑作用，具有類似鈣的化學(xué)性質(zhì)，占據(jù)鈣的位置有類似鈣的化學(xué)性質(zhì)，占據(jù)鈣的位置與生物大分子結(jié)合。與生物大分子結(jié)合。小結(jié)小結(jié)目前，稀土元素對生物體的劑量效應(yīng)目前，稀土元素對生物體的劑量效應(yīng)