稀土生物效應

1、稀土對生物體劑量效應的研究進展稀土對生物體劑量效應的研究進展稀土生物化學、毒理學、藥理學、稀土生物化學、毒理學、藥理學、人體組織學、臨床醫(yī)學以及稀土人體組織學、臨床醫(yī)學以及稀土環(huán)境科學方面的研究正在開展中，環(huán)境科學方面的研究正在開展中，而稀土對生物體的劑量效應將成而稀土對生物體的劑量效應將成為其在生物學領域進一步廣泛應為其在生物學領域進一步廣泛應用的基礎。用的基礎。引言引言一一. .對細胞膜的影響對細胞膜的影響稀土離子要進入細胞，都要稀土離子要進入細胞，都要通過細胞質膜這樣一道屏障，通過細胞質膜這樣一道屏障，細胞質膜是細胞與外界的一細胞質膜是細胞與外界的一層界膜，細胞與外界的物質層界膜，細胞與

2、外界的物質及信息交換都發(fā)生于此。及信息交換都發(fā)生于此。1.1.對細胞膜流動性的影響對細胞膜流動性的影響v低濃度稀土離子對細胞膜低濃度稀土離子對細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.對細胞通透性的影響對細胞通透性的影響v多數(shù)研究認為稀土離子能與細多數(shù)研究認為稀土離子能與細胞膜作用，但不能透過細胞膜。胞膜作用，但不能透過細胞膜。v在稀土離子濃度低于在稀土離子濃度低于1mmol/L時不能透過細胞膜，而稀土濃度時不能透過細胞膜，而稀土濃度增加則會使細胞膜破壞。增加則會使細胞膜破壞。v稀土在稀土在高濃度

3、高濃度時，會顯時，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而使細膜表面的脂膜性質而使細胞活力下降。胞活力下降。2.2.對細胞通透性的影響對細胞通透性的影響3.對細胞膜自由基氧化的影響對細胞膜自由基氧化的影響v稀土能使動物體抵抗力增強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時均有程度不同時均有程度不同的的細胞保護細胞保護作用，與濃度呈正作用，與濃度呈正相關。相關。vY3、Tb3在低濃度下也有在低濃度下也有此作用，但與濃度負相關，此作用，但與濃度負相關

4、，當濃度大于當濃度大于2105mol/L時，時，產(chǎn)生明顯的產(chǎn)生明顯的細胞毒性細胞毒性。3.對細胞膜自由基氧化的影響對細胞膜自由基氧化的影響二二. .對細胞周期及染色體的影響對細胞周期及染色體的影響1.1.對細胞周期的影響對細胞周期的影響v0.1mmol/LCe3可改變細胞可改變細胞周期時相，使周期時相，使S期和期和G2M期期細胞數(shù)增加，而減少細胞數(shù)增加，而減少G0G1期細胞數(shù)。期細胞數(shù)。v低劑量的低劑量的LaCl3對細胞有絲對細胞有絲分裂活性有促進作用。分裂活性有促進作用。v一定劑量的鈰和釓可促進一定劑量的鈰和釓可促進蛋白合成及提前進入蛋白合成及提前進入S期、期、 G2M期。期。v0.05mg

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

6、細胞株的細胞株的DNA合成，而合成，而對正常細胞無抑制作用。對正常細胞無抑制作用。v0.10.5mmol/L的的Ce3對肝癌對肝癌細胞調亡有誘導作用。細胞調亡有誘導作用。2.2.對細胞染色體的影響對細胞染色體的影響三三.對對CaM(鈣調蛋白鈣調蛋白)水平的調節(jié)水平的調節(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合蛋白，對鈣結合蛋白，對Ca2有高親和性，有高親和性，是真核細胞內(nèi)依賴于鈣代謝過程是真核細胞內(nèi)依賴于鈣代謝過程的綜合調節(jié)劑，參與介導調節(jié)體的綜合調節(jié)劑，參與介導調節(jié)體內(nèi)眾多的生理生化過程，在細胞內(nèi)眾多的生理生化過程，在細胞增殖、運動、轉化、程序性死亡增殖、運動、轉化、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，細胞內(nèi)游離的宜維持在一使，細胞內(nèi)游離的宜維持在一定的濃度水平，若超負荷會對定的濃度水平，若超負荷會對細胞造成各種病理損傷，產(chǎn)生細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，間接影響調控基因。間接影響調控基因。1.對對Ca2的影響的影響2.對對CaM的影響的影響v在細胞膜外表面，稀土離子取代在細胞膜外表面，稀土離子取代Ca2與與CaM結合，通過信號轉導結合，通過信號轉導的途徑對動植物生長作出調控。的途徑對動植物生長作出調控。v低濃度時的促進作用與鈣相似。低濃度時的促進作用與鈣相似。v高濃度時抑制高濃度時抑制CaM。3.對對Ca2-ATP酶活性的調節(jié)酶活性的調節(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當濃度大于當濃度大于10mol/

9、L時，隨著濃時，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。境有關。四四.對蛋白質的影響對蛋白質的影響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，效應，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五種機理：競爭底物、競爭性五種機理：競爭底物、競爭性結合活性中心、取代活性中心結合活性中心、取代活性中心Ca2 、競爭、競爭Mg2及取代及取代Mg2。2.對某些蛋白質功能的影響對某些蛋白質功能的影響v不同濃度的稀土離子與蛋白質不同濃度的稀土離子與蛋白

10、質結合，通過改變蛋白質微構象或結合，通過改變蛋白質微構象或干擾蛋白質對其它離子結合兩者干擾蛋白質對其它離子結合兩者程度的不同而發(fā)揮其劑量效應，程度的不同而發(fā)揮其劑量效應，影響蛋白質功能。影響蛋白質功能。v一般認為，稀土高濃度時呈重一般認為，稀土高濃度時呈重金屬離子特性。金屬離子特性。五.對DNA的影響 三種典型的雙螺旋核酸構型。左三種典型的雙螺旋核酸構型。左：B-B-構型。中：構型。中：A-A-構型。右：構型。右：Z-Z-構型構型1.增加增加DNA量量v稀土對正常細胞稀土對正常細胞DNA復制轉錄尚復制轉錄尚可能造成影響?？赡茉斐捎绊?。v一定劑量的鈰和釓可以促進脫氧一定劑量的鈰和釓可以促進脫氧核

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胞的滲入。二倍體細胞的滲入。v低濃度鈰能促進肝細胞低濃度鈰能促進肝細胞DNA合成合成。2.與與DNA結合結合v結合位點與稀土離子濃度有結合位點與稀土離子濃度有關。關。v稀土與稀土與DNA的摩爾比的摩爾比r小于小于1/80時，與核酸鏈上的時，與核酸鏈上的PO2結結合，堿基堆積作用增強。合，堿基堆積作用增強。小分子與核酸的典型結合方式小分子與核酸的典型結合方式vr為為1/20到到1/40時，與鳥嘌呤時，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，可能切斷繼續(xù)增大時，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結合結合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高劑量的稀土會使高劑量的稀土會使DNA溶解，嚴溶解，嚴重抑制其自我復制。重抑制其自我復制。稀土是低毒物質，低劑量時促進生物稀土是低毒物質，低劑量時促進生物體生長，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)為劑量效應關系，高濃度時會對現(xiàn)為劑量效應關系，高濃度時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)，充當金屬活化劑作用，具多酶系統(tǒng)，充當金屬活化劑作用，具有類似鈣的化學性質，占據(jù)鈣的位置有類似鈣的化學性質，占據(jù)鈣的位置與生物大分子結合。與生物大分子結合。小結小結目前，稀土元素對生物體的劑量效應目前，稀土元素對生物體的劑量效應