稀土生物效應(yīng)課件

稀土對(duì)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)、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(duì)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)。引言一.對(duì)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。2.對(duì)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(shí)不能透過細(xì)胞膜，而稀土濃度增加則會(huì)使細(xì)胞膜破壞。稀土在高濃度時(shí)，會(huì)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(duì)細(xì)胞通透性的影響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(shí)，產(chǎn)生明顯的細(xì)胞毒性。3.對(duì)細(xì)胞膜自由基氧化的影響二.對(duì)細(xì)胞周期及染色體的影響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(duì)細(xì)胞周期的影響2.對(duì)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(cāng)鼠再生肝細(xì)胞染色體的三倍體畸變。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(duì)正常細(xì)胞無(wú)抑制作用。0.1－0.5mmol/L的Ce3＋對(duì)肝癌細(xì)胞調(diào)亡有誘導(dǎo)作用。2.對(duì)細(xì)胞染色體的影響CaM是一種普遍存在的多功能的鈣結(jié)合蛋白，對(duì)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(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)化、程序性死亡中都起著重要的作用。什么是CaMProtein2+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(dòng)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(duì)Ca2＋的影響2.對(duì)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(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的途徑對(duì)動(dòng)植物生長(zhǎng)作出調(diào)控。低濃度時(shí)的促進(jìn)作用與鈣相似。高濃度時(shí)抑制CaM。3.對(duì)Ca2＋-ATP酶活性的調(diào)節(jié)0.1μmol/L范圍內(nèi)，La3＋、Gd3＋、Yb3＋對(duì)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(shí)，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)。1.對(duì)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(jī)理：競(jìng)爭(zhēng)底物、競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合活性中心、取代活性中心Ca2＋、競(jìng)爭(zhēng)Mg2＋及取代Mg2＋。2.對(duì)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(duì)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(shí)呈重金屬離子特性。五.對(duì)DNA的影響

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1.增加DNA量稀土對(duì)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(duì)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。2.與DNA結(jié)合結(jié)合位點(diǎn)與稀土離子濃度有關(guān)。稀土與DNA的摩爾比r小于1/80時(shí)，與核酸鏈上的PO2－結(jié)合，堿基堆積作用增強(qiáng)。小分子與核酸的典型結(jié)合方式r為1/20到1/40時(shí)，與鳥嘌呤上的N-7位螯合，對(duì)A-T配對(duì)有微擾作用。r繼續(xù)增大時(shí)，可能切斷DNA，G-C、A-T堿基對(duì)的吸收峰明顯位移。2.與DNA結(jié)合3.水解DNA的磷酸二酯鍵Ce的某些配合物對(duì)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(wàn)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。稀土是低毒物質(zhì)，低劑量時(shí)促進(jìn)生物體生長(zhǎng)，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(huì)對(duì)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)目前，稀土元素對(duì)生物體的劑量效應(yīng)機(jī)理的研