稀土生物效應(yīng)

稀土生物效應(yīng)第1頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六稀土生物化學(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)將成為其在生物學(xué)領(lǐng)域進(jìn)一步廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。引言第2頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六一.對細(xì)胞膜的影響稀土離子要進(jìn)入細(xì)胞，都要通過細(xì)胞質(zhì)膜這樣一道屏障，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)及信息交換都發(fā)生于此。第3頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六1.對細(xì)胞膜流動性的影響低濃度稀土離子對細(xì)胞膜流動性影響較小。高濃度稀土離子則使膜的有序性增大，流動性減小。第4頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六第5頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六2.對細(xì)胞通透性的影響多數(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。在稀土離子濃度低于1mmol/L時不能透過細(xì)胞膜，而稀土濃度增加則會使細(xì)胞膜破壞。第6頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六稀土在高濃度時，會顯現(xiàn)重金屬離子特性，改變膜表面的脂膜性質(zhì)而使細(xì)胞活力下降。2.對細(xì)胞通透性的影響第7頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六3.對細(xì)胞膜自由基氧化的影響稀土能使動物體抵抗力增強的原因很可能是稀土能夠清除動物體內(nèi)有害自由基。La3＋、Ce3＋在2×10－4－2×10－7mol/L時均有程度不同的細(xì)胞保護(hù)作用，與濃度呈正相關(guān)。第8頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六Y3＋、Tb3＋在低濃度下也有此作用，但與濃度負(fù)相關(guān)，當(dāng)濃度大于2×10－5mol/L時，產(chǎn)生明顯的細(xì)胞毒性。3.對細(xì)胞膜自由基氧化的影響第9頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六二.對細(xì)胞周期及染色體的影響第10頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六第11頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六1.對細(xì)胞周期的影響0.1mmol/LCe3＋可改變細(xì)胞周期時相，使S期和G2－M期細(xì)胞數(shù)增加，而減少G0－G1期細(xì)胞數(shù)。低劑量的LaCl3對細(xì)胞有絲分裂活性有促進(jìn)作用。第12頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六一定劑量的鈰和釓可促進(jìn)蛋白合成及提前進(jìn)入S期、G2－M期。0.05mg/gSmCl3有調(diào)節(jié)胰島素細(xì)胞分泌功能的作用。1.對細(xì)胞周期的影響第13頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六2.對細(xì)胞染色體的影響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的致突作用。144Ce可引起大鼠大腸細(xì)胞染色體畸變；144Ce和149Pr可引起倉鼠再生肝細(xì)胞染色體的三倍體畸變。第14頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六稀土在專一抑癌細(xì)胞方面有明顯作用。檸檬酸鑭可抑制人體巨細(xì)胞細(xì)胞癌PG細(xì)胞株的DNA合成，而對正常細(xì)胞無抑制作用。0.1－0.5mmol/L的Ce3＋對肝癌細(xì)胞調(diào)亡有誘導(dǎo)作用。2.對細(xì)胞染色體的影響第15頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六三.對CaM(鈣調(diào)蛋白)水平的調(diào)節(jié)第16頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六CaM是一種普遍存在的多功能的鈣結(jié)合蛋白，對Ca2＋有高親和性，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)體內(nèi)眾多的生理生化過程，在細(xì)胞增殖、運動、轉(zhuǎn)化、程序性死亡中都起著重要的作用。什么是CaM第17頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六第18頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六4CaProtein2+第19頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六1.對Ca2＋的影響Ca2＋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)生諸多不良后果。第20頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六稀土的離子半徑(如鑭0.122nm，釔0.107nm)與鈣(0.106nm)相似，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理功能，甚至“冒充”第二信使，間接影響調(diào)控基因。1.對Ca2＋的影響第21頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六2.對CaM的影響在細(xì)胞膜外表面，稀土離子取代Ca2＋與CaM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。低濃度時的促進(jìn)作用與鈣相似。高濃度時抑制CaM。第22頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六3.對Ca2＋-ATP酶活性的調(diào)節(jié)0.1μmol/L范圍內(nèi)，La3＋、Gd3＋、Yb3＋對酶活性基本沒有影響，隨著濃度升高，能激活酶活性。當(dāng)濃度大于10μmol/L時，隨著濃度增加，酶被抑制程度增大。稀土在不同濃度下的影響與其環(huán)境有關(guān)。第23頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六四.對蛋白質(zhì)的影響第24頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六1.對酶活性的影響同樣存在“低促高抑”效應(yīng)，低濃度是酶的激活劑，高濃度是酶的抑制劑。五種機理：競爭底物、競爭性結(jié)合活性中心、取代活性中心Ca2＋、競爭Mg2＋及取代Mg2＋。第25頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六2.對某些蛋白質(zhì)功能的影響不同濃度的稀土離子與蛋白質(zhì)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)合兩者程度的不同而發(fā)揮其劑量效應(yīng)，影響蛋白質(zhì)功能。一般認(rèn)為，稀土高濃度時呈重金屬離子特性。第26頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六五.對DNA的影響第27頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六第28頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六

三種典型的雙螺旋核酸構(gòu)型。左：B-構(gòu)型。中：A-構(gòu)型。右：Z-構(gòu)型第29頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六1.增加DNA量稀土對正常細(xì)胞DNA復(fù)制轉(zhuǎn)錄尚可能造成影響。一定劑量的鈰和釓可以促進(jìn)脫氧核糖核酸的前身胸腺嘧啶核苷對人二倍體細(xì)胞的滲入。低濃度鈰能促進(jìn)肝細(xì)胞DNA合成。第30頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六2.與DNA結(jié)合結(jié)合位點與稀土離子濃度有關(guān)。稀土與DNA的摩爾比r小于1/80時，與核酸鏈上的PO2－結(jié)合，堿基堆積作用增強。第31頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六小分子與核酸的典型結(jié)合方式第32頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六r為1/20到1/40時，與鳥嘌呤上的N-7位螯合，對A-T配對有微擾作用。r繼續(xù)增大時，可能切斷DNA，G-C、A-T堿基對的吸收峰明顯位移。2.與DNA結(jié)合第33頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六3.水解DNA的磷酸二酯鍵Ce的某些配合物對DNA有較高的特異切斷活性。0.01mol/LCe3＋水解效率高于限制性內(nèi)切酶百萬倍甚至億倍。高劑量的稀土?xí)笵NA溶解，嚴(yán)重抑制其自我復(fù)制。第34頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六稀土是低毒物質(zhì)，低劑量時促進(jìn)生物體生長，在一定范圍內(nèi)，這種作用表現(xiàn)為劑量－效應(yīng)關(guān)系，高濃度時會對生物體造成傷害。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。小結(jié)第35頁，共36頁，