金屬離子與魚類DNA的作用關(guān)系.pdf

1、重金屬污染是近年來我國漁業(yè)環(huán)境污染的公害之一，且形勢(shì)十分嚴(yán)峻。某些重金屬離子如Cd2+、Hg2+、pb2+等具有強(qiáng)遺傳毒性，可通過食物鏈進(jìn)入魚體內(nèi)富集，導(dǎo)致重金屬中毒，嚴(yán)重影響產(chǎn)量并直至危害人類健康。但重金屬對(duì)魚類的毒害機(jī)制尚不明朗，尤其是作為急性損傷所引起的凋亡的主要特征之一——．DNA鏈斷裂或解螺旋的作用機(jī)制尚需深入研究，而如何減輕重金屬在魚體內(nèi)的毒害作用更是鮮見報(bào)道。鈣是生命的必需元素，稀土對(duì)生物圈中諸多植物和動(dòng)物包括人體有極其廣

2、泛的生物學(xué)效應(yīng)。鑒于此，我們將研究重金屬離子Cd2+、Hg2+、pb2+，稀土離子La3+、Ce3+以及Ca2+與魚類DNA的直接和間接作用關(guān)系，嘗試從生理生化各水平闡明重金屬對(duì)魚類毒害DNA的作用機(jī)制，并研究鈣及稀土這些有益金屬元素能否減輕重金屬對(duì)魚類DNA的破壞作用，從而為環(huán)境污染的治理提供理論依據(jù)。 論文主要涉及以下內(nèi)容： (1)通過各種手段研究pb2+與魚腸DNA的直接作用關(guān)系。紫外吸收光譜測(cè)試表明隨著pb2+的

3、加入，DNA的260nlTl特征吸收峰強(qiáng)度下降，同時(shí)DNA207nm吸收峰明顯藍(lán)移，表明pb2+與DNA有強(qiáng)烈的鍵合作用；熒光發(fā)射光譜結(jié)果表明pb2+的加入并未使DNA發(fā)射峰產(chǎn)生位移，但能降低其熒光強(qiáng)度，說明pb2+的作用并未使DNA熒光生色團(tuán)的極性環(huán)境發(fā)生明顯變化，但其對(duì)DNA內(nèi)源熒光有猝滅作用，且屬于靜態(tài)猝滅；真空紫外圓二色譜結(jié)果表明外源pb2+導(dǎo)致了DNA分子收縮，構(gòu)象變化：熒光擴(kuò)展X射線吸收精細(xì)構(gòu)光譜(EXAFS)測(cè)試表明pb2

4、+能直接結(jié)合到DNA上，并與DNA鏈中的磷酸基上的氧或堿基氮配位，配位數(shù)為4，Pb-O或Pb-N鍵長為2．64A，認(rèn)為這導(dǎo)致了DNA構(gòu)象變化，對(duì)二級(jí)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的破壞作用；電泳結(jié)果表明不同濃度的外源pb2+與DNA直接作用后，DNA仍然保持完整，未發(fā)生斷裂。 (2)通過光譜學(xué)手段研究稀土離子La3+、Ce3+緩和Hg2+對(duì)DNA毒害以及Ca2+緩和Cd2+對(duì)DNA毒害的作用機(jī)制。紫外吸收光譜測(cè)試表明稀土離子La3+、Ce3+均可

5、緩和Hg2+對(duì)DNA的減色效應(yīng)和構(gòu)象的影n向，Ca2+可緩解Cd2+對(duì)DNA的減色效應(yīng)和構(gòu)象的影響。熒光發(fā)射光譜結(jié)果表明La3+和Ce3+都能緩和Hg2+對(duì)DNA的內(nèi)源熒光猝滅作用，Ca2+能緩和Cd2+對(duì)DNA的內(nèi)源熒光猝滅作用。在DNA上的結(jié)合位點(diǎn)數(shù)、高親和位點(diǎn)的結(jié)合常數(shù)大小順序表明La3+、Ce3+以及Ca2+能與Hg2+、Cd2+在DNA上競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合位點(diǎn)，減少Hg2+、Cd2+與DNA結(jié)合的機(jī)率，月：降低Hg2+和Cd2+在DNA

6、上結(jié)合的穩(wěn)定性，從而緩解Hg2+和Cd2+對(duì)體外魚腸DNA構(gòu)象的破壞作用。 (3)電泳分析表明不同濃度的Cd2+注射到鯽魚體內(nèi)后可誘導(dǎo)肝、腎組織DNA出現(xiàn)典型的梯狀斷裂，生化指標(biāo)測(cè)試表明隨著Cd2+注射濃度的增加，肝、腎組織脫氧核糖核酸酶(DNase)活性顯著提高，活性氧自由基(ROS)產(chǎn)生速率明顯加快，抗氧化酶系統(tǒng)超氧化物岐化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)活性急劇下降，膜脂過氧化作用(丙二醛含量)明顯

7、加劇，認(rèn)為Cd2+能迅速提高肝、腎組織DNase活性，抑制SOD，CAT，POD等抗氧化酶的活性，導(dǎo)致ROS自由基積累，從而增強(qiáng)了對(duì)肝、腎組織DNA的水解作用和氧化性損傷作用，致使DNA斷裂。在Cd2+毒害期間，注射了Ca2+、Ce3+后能抑制Cd2+對(duì)DNase的活化作用，減輕Cd2+對(duì)抗氧化酶活性的抑制，并減少ROS自由基積累，鯽魚肝、腎組織細(xì)胞自由基的產(chǎn)生與清一除重又恢復(fù)平衡，DNA斷裂被修復(fù)。Ce3+也可通過4f電子層和可變價(jià)態(tài)