稀土生物效应课件.ppt

1、稀土生物化学、毒理学、药理学、稀土生物化学、毒理学、药理学、人体组织学、临床医学以及稀土人体组织学、临床医学以及稀土环境科学方面的研究正在开展中，环境科学方面的研究正在开展中，而稀土对生物体的剂量效应将成而稀土对生物体的剂量效应将成为其在生物学领域进一步广泛应为其在生物学领域进一步广泛应用的基础。用的基础。引言引言一一.对细胞膜的影响对细胞膜的影响稀土离子要进入细胞，都要稀土离子要进入细胞，都要通过细胞质膜这样一道屏障，通过细胞质膜这样一道屏障，细胞质膜是细胞与外界的一细胞质膜是细胞与外界的一层界膜，细胞与外界的物质层界膜，细胞与外界的物质及信息交换都发生于此。及信息交换都发生于此。1.1.对

2、细胞膜流动性的影响对细胞膜流动性的影响v低浓度稀土离子对细胞膜低浓度稀土离子对细胞膜流动性影响较小。流动性影响较小。v高浓度稀土离子则使膜的高浓度稀土离子则使膜的有序性增大，流动性减小。有序性增大，流动性减小。2.2.对细胞通透性的影响对细胞通透性的影响v多数研究认为稀土离子能与细多数研究认为稀土离子能与细胞膜作用，但不能透过细胞膜。胞膜作用，但不能透过细胞膜。v在稀土离子浓度低于在稀土离子浓度低于1mmol/L时不能透过细胞膜，而稀土浓度时不能透过细胞膜，而稀土浓度增加则会使细胞膜破坏。增加则会使细胞膜破坏。v稀土在稀土在高浓度高浓度时，会显时，会显现现重金属离子重金属离子特性，改变特性，改

3、变膜表面的脂膜性质而使细膜表面的脂膜性质而使细胞活力下降。胞活力下降。2.2.对细胞通透性的影响对细胞通透性的影响3.对细胞膜自由基氧化的影响对细胞膜自由基氧化的影响v稀土能使动物体抵抗力增强稀土能使动物体抵抗力增强的原因很可能是稀土能够清除的原因很可能是稀土能够清除动物体内有害自由基。动物体内有害自由基。vLa3、Ce3在在2104 2107mol/L时均有程度不同时均有程度不同的的细胞保护细胞保护作用，与浓度呈正作用，与浓度呈正相关。相关。vY3、Tb3在低浓度下也有在低浓度下也有此作用，但与浓度负相关，此作用，但与浓度负相关，当浓度大于当浓度大于2105mol/L时，时，产生明显的产生明

4、显的细胞毒性细胞毒性。3.对细胞膜自由基氧化的影响对细胞膜自由基氧化的影响二二.对细胞周期及染色体的影响对细胞周期及染色体的影响1.1.对细胞周期的影响对细胞周期的影响v0.1mmol/LCe3可改变细胞可改变细胞周期时相，使周期时相，使S期和期和G2M期期细胞数增加，而减少细胞数增加，而减少G0G1期细胞数。期细胞数。v低剂量的低剂量的LaCl3对细胞有丝对细胞有丝分裂活性有促进作用。分裂活性有促进作用。v一定剂量的铈和钆可促进一定剂量的铈和钆可促进蛋白合成及提前进入蛋白合成及提前进入S期、期、G2M期。期。v0.05mg/gSmCl3有调节胰岛有调节胰岛素细胞分泌功能的作用。素细胞分泌功能

5、的作用。1.1.对细胞周期的影响对细胞周期的影响2.2.对细胞染色体的影响对细胞染色体的影响v放射性稀土具有致突效应，放射性稀土具有致突效应，而稳定性稀土尚未观察到明显而稳定性稀土尚未观察到明显的致突作用。的致突作用。v144Ce可引起大鼠大肠细胞染可引起大鼠大肠细胞染色体畸变；色体畸变；144Ce和和149Pr可引起可引起仓鼠再生肝细胞染色体的三倍仓鼠再生肝细胞染色体的三倍体畸变。体畸变。v稀土在专一抑癌细胞方面有明稀土在专一抑癌细胞方面有明显作用。显作用。v柠檬酸镧可抑制人体巨细胞细柠檬酸镧可抑制人体巨细胞细胞癌胞癌PG细胞株的细胞株的DNA合成，而合成，而对正常细胞无抑制作用。对正常细胞

6、无抑制作用。v0.10.5mmol/L的的Ce3对肝癌对肝癌细胞调亡有诱导作用。细胞调亡有诱导作用。2.2.对细胞染色体的影响对细胞染色体的影响三三.对对CaM(钙调蛋白钙调蛋白)水平的调节水平的调节CaM是一种普遍存在的多功能的是一种普遍存在的多功能的钙结合蛋白，对钙结合蛋白，对Ca2有高亲和性，有高亲和性，是真核细胞内依赖于钙代谢过程是真核细胞内依赖于钙代谢过程的综合调节剂，参与介导调节体的综合调节剂，参与介导调节体内众多的生理生化过程，在细胞内众多的生理生化过程，在细胞增殖、运动、转化、程序性死亡增殖、运动、转化、程序性死亡中都起着重要的作用。中都起着重要的作用。什么是什么是CaM4 C

7、a2+1.对对Ca2的影响的影响Ca2在生物体内被称为第二信在生物体内被称为第二信使，细胞内游离的宜维持在一使，细胞内游离的宜维持在一定的浓度水平，若超负荷会对定的浓度水平，若超负荷会对细胞造成各种病理损伤，产生细胞造成各种病理损伤，产生诸多不良后果。诸多不良后果。稀土的离子半径稀土的离子半径(如如镧镧0.122nm，钇钇0.107nm)与与钙钙(0.106nm)相似，相似，因而稀土在动物体内常作为钙的因而稀土在动物体内常作为钙的拮抗剂和取代剂干扰钙的正常生拮抗剂和取代剂干扰钙的正常生理功能，甚至理功能，甚至“冒充冒充”第二信使，第二信使，间接影响调控基因。间接影响调控基因。1.对对Ca2的影

8、响的影响2.对对CaM的影响的影响v在细胞膜外表面，稀土离子取代在细胞膜外表面，稀土离子取代Ca2与与CaM结合，通过信号转导结合，通过信号转导的途径对动植物生长作出调控。的途径对动植物生长作出调控。v低浓度时的促进作用与钙相似。低浓度时的促进作用与钙相似。v高浓度时抑制高浓度时抑制CaM。3.对对Ca2-ATP酶活性的调节酶活性的调节v0.1mol/L范围内，范围内，La3、Gd3、Yb3对酶活性基本没有影响，随着对酶活性基本没有影响，随着浓度升高，能激活酶活性。浓度升高，能激活酶活性。v当浓度大于当浓度大于10mol/L时，随着浓时，随着浓度增加，酶被抑制程度增大。度增加，酶被抑制程度增大

9、。v稀土在不同浓度下的影响与其环稀土在不同浓度下的影响与其环境有关。境有关。四四.对蛋白质的影响对蛋白质的影响1.1.对酶活性的影响对酶活性的影响v同样存在同样存在“低促高抑低促高抑”效应，效应，低浓度是酶的激活剂，高浓度低浓度是酶的激活剂，高浓度是酶的抑制剂。是酶的抑制剂。v五种机理：竞争底物、竞争性五种机理：竞争底物、竞争性结合活性中心、取代活性中心结合活性中心、取代活性中心Ca2、竞争、竞争Mg2及取代及取代Mg2。2.对某些蛋白质功能的影响对某些蛋白质功能的影响v不同浓度的稀土离子与蛋白质不同浓度的稀土离子与蛋白质结合，通过改变蛋白质微构象或结合，通过改变蛋白质微构象或干扰蛋白质对其它

10、离子结合两者干扰蛋白质对其它离子结合两者程度的不同而发挥其剂量效应，程度的不同而发挥其剂量效应，影响蛋白质功能。影响蛋白质功能。v一般认为，稀土高浓度时呈重一般认为，稀土高浓度时呈重金属离子特性。金属离子特性。五.对DNA的影响 三种典型的双螺旋核酸构型。左：三种典型的双螺旋核酸构型。左：B-B-构型。中：构型。中：A-A-构型。右：构型。右：Z-Z-构型构型1.增加增加DNA量量v稀土对正常细胞稀土对正常细胞DNA复制转录尚复制转录尚可能造成影响。可能造成影响。v一定剂量的铈和钆可以促进脱氧一定剂量的铈和钆可以促进脱氧核糖核酸的前身胸腺嘧啶核苷对人核糖核酸的前身胸腺嘧啶核苷对人二倍体细胞的渗

11、入。二倍体细胞的渗入。v低浓度铈能促进肝细胞低浓度铈能促进肝细胞DNA合成合成。2.与与DNA结合结合v结合位点与稀土离子浓度有结合位点与稀土离子浓度有关。关。v稀土与稀土与DNA的摩尔比的摩尔比r小于小于1/80时，与核酸链上的时，与核酸链上的PO2结结合，碱基堆积作用增强。合，碱基堆积作用增强。小分子与核酸的典型结合方式小分子与核酸的典型结合方式vr为为1/20到到1/40时，与鸟嘌呤时，与鸟嘌呤上的上的N-7位螯合，对位螯合，对A-T配对有配对有微扰作用。微扰作用。vr继续增大时，可能切断继续增大时，可能切断DNA，G-C、A-T碱基对的吸收峰明显碱基对的吸收峰明显位移。位移。2.与与D

12、NA结合结合3.水解水解DNA的磷酸二酯键的磷酸二酯键vCe的某些配合物对的某些配合物对DNA有较高有较高的特异切断活性。的特异切断活性。v0.01mol/LCe3水解效率高于限水解效率高于限制性内切酶百万倍甚至亿倍。制性内切酶百万倍甚至亿倍。v高剂量的稀土会使高剂量的稀土会使DNA溶解，严溶解，严重抑制其自我复制。重抑制其自我复制。稀土是低毒物质，低剂量时促进生物稀土是低毒物质，低剂量时促进生物体生长，在一定范围内，这种作用表体生长，在一定范围内，这种作用表现为剂量效应关系，高浓度时会对现为剂量效应关系，高浓度时会对生物体造成伤害。稀土元素可激活许生物体造成伤害。稀土元素可激活许多酶系统，充

13、当金属活化剂作用，具多酶系统，充当金属活化剂作用，具有类似钙的化学性质，占据钙的位置有类似钙的化学性质，占据钙的位置与生物大分子结合。与生物大分子结合。小结小结目前，稀土元素对生物体的剂量效应目前，稀土元素对生物体的剂量效应机理的研究已达到细胞、亚细胞及分机理的研究已达到细胞、亚细胞及分子水平，但涉及分子水平特别是基因子水平，但涉及分子水平特别是基因水平的研究较少，局限在水平的研究较少，局限在DNA、RNA局部的化学结构，难以反映生物实际。局部的化学结构，难以反映生物实际。这些都将成为稀土对生物体剂量效应这些都将成为稀土对生物体剂量效应急需解决的问题。急需解决的问题。稀土离子生物学应用展望稀土离子生物学应用展望