Metallothioneins trong động vật thủy sinh không xương sống: Vai trò trong giải độc kim loại và sử dụng như là chỉ dấu sinh học

Metallothioneins trong, động vật thủy sinh, không xương sống, Vai trò giải độc kim loại, sửdụng như chỉ dấu sinhhọc

Trang 1

GV: PGS.TS NGUYỄN VĂN CÔNG

SVTH: NHÓM 4

1

Cần Thơ, ngày 12/02/2014

Metallothioneins trong động vật thủy sinh không xương sống:

Vai trò trong giải độc kim loại và sử

dụng như là chỉ dấu sinh học

Trang 2

THÀNH VIÊN NHÓM 4

1 Dương Hồng Gấm

2 Trần Phạm Huyền

3 Dương Mai Linh

4 Nguyễn Thúy Nhung

5 Phan Phước Toàn

2

Trang 3

NỘI DUNG BÁO CÁO

1 Giới thiệu về Metallothioneins (MT)

2 Đặc tính và vai trò sinh học của MT

3 Nồng độ MT ở các loài khác nhau và phân phối giữa các cơ quan

4 Cảm ứng MT khi phơi nhiễm kim loại

5 Sử dụng MT như chỉ dấu sinh học

Trang 4

1 Giới thiệu về Metallothioneins (MT)

4

 MT là những protein không enzyme với trọng

lượng phân tử thấp, hàm lượng cysteine cao, là những axit amin không thơm và ổn định nhiệt.

 MT có khả năng gắn kết cả các kim loại nặng

thiết yếu (Zn, Cu, ) và không thiết yếu (Cd,

Hg, Ag, As) => giữ vai trò trong quá trình trao đổi chất và giải độc kim loại.

Trang 5

 MT được tìm thấy đầu tiên trong vỏ thận ngựa

(Margoshes và Vallee, 1957); nhiều loài cá (Olsson,

1998; ) và động vật thủy sinh không xương sống

(Roesijadi và Fowler, 1991), chủ yếu là thân mềm (Langston, 1998; ) và giáp xác (Roesijadi, 1992; ).

 Nhiều đồng dạng của MT cũng được phát hiện, đặc

biệt là trong động vật không xương sống

 Sự khác nhau về khối lượng phân tử cũng đã được

nghiên cứu, cho thấy có sự hiện diện của các dạng

thức monomeric và dimeric (Langston et al., 1998).

Trang 6

 MTs còn được coi là những protein đóng vai trò trong

việc kiểm soát cân bằng nội môi, thực hiện những nhu

cầu về enzyme và trao đổi chất khác (Brouwer,

1989; )

 MTs cũng tham gia vào quá trình giải độc lượng dư

thừa của cả hai dạng kim loại thiết yếu và không thiết yếu dạng vết.

 Tiến bộ trong kỹ thuật sinh học phân tử đã cho biết

chính xác hơn về đặc trưng của MTs, cũng như làm rõ hai vai trò của MT trong kiểm soát cân bằng nội môi

và giải độc kim loại.

Trang 7

 Sự cảm ứng của MT với các kim loại gây ô nhiễm

(Ag, Cd, Cu, Hg, ) đã được chứng minh ở nhiều loài.

 cho thấy khả năng sử dụng MT trong các sinh vật như là chỉ dấu sinh học cho sự phơi nhiễm kim loại.

 MT đã được công nhận trong bộ chỉ dấu sinh học ở

Châu Âu và được kiểm tra trong khuôn khổ của công tác đảm bảo chất lượng sinh học trong các chương

trình giám sát (BEQUALM) (Mathiessen, 2000).

Trang 8

2 Đặc trưng và vai trò sinh học của MT

8

 Đặc trưng quan trọng nhất của MT là có hàm lượng

cysteine cao vì các nhóm thiol (-SH) của cysteine cho phép MTs gắn kết với các kim loại nặng

 Cysteine chiếm khoảng 33% trong số 61 axit amin

cấu thành MTs của động vật có vú, trong khi với giáp

xác là 30% trong 58-60 axit amin (Binz và Kagi,

1999)

Trang 9

 Mason và Jenkins (1995) đã đưa ra hai vai trò cho

MTs:

 Thứ nhất, kiểm soát cân bằng nội môi của các kim

loại thiết yếu (Zn, Cu, ) và nhiều quá trình tế bào.

 Thứ hai, MTs có thể làm giảm gắn kết của các kim

loại không cần thiết trong các tế bào và hạn chế tiềm năng độc hại của chúng.

 MT còn có các vai trò khác như bảo vệ chống bức xạ

ion (Cai et al., 1999) và chống oxy hóa (Viarengo et

al, 2000; )

Trang 10

 Theo Vasak (1991), ái lực của protein giảm theo thứ

tự sau:

Hg 2+ > Cu + , Ag + , Bi 3+ >> Cd 2+ > Pb 2+ > Zn 2+ > Co 2+

 Zn có thể sẽ bị thay thế bởi một số kim loại khác

bao gồm cả những kim loại được coi là độc hại nhất

Trang 11

Hình 1 Mô hình cảm ứng MT và giải thoát các phối tử chính bị

đầu độc bởi các kim loại không cần thiết, ví dụ như Cd

(Roesijadi,1996).

Trang 12

 Hầu hết các tài liệu công bố chỉ nghiên cứu tổng nồng

độ MT, trong khi nhiều đồng dạng cùng tồn tại trong sinh vật.

 Những tiến bộ trong sinh học phân tử gần đây đã

chứng minh rằng chức năng của các đồng dạng MT là khác nhau, một số tham gia vào quá trình cân bằng kim loại thiết yếu và những loại khác giữ vai trò trong quá trình giải độc kim loại không cần thiết.

Trang 13

3 Nồng độ MT ở các loài khác nhau và phân phối giữa các cơ quan

 Các mô trực tiếp tham gia vào sự hấp thu kim loại,

lưu trữ và bài tiết có công suất cao để tổng hợp MTs

 Định lượng của MT không cung cấp một giá trị tuyệt

đối

 So sánh các kỹ thuật xét nghiệm khác nhau đã được

thực hiện cho thấy một sự tương quan giữa kết quả thu được chẳng hạn sử dụng xung khác biệt polarography (DPP) và thử nghiệm độ bão hòa kim loại và giữa DPP và xác định quang phổ.

 Dữ liệu có thể được so sánh đúng chỉ khi có thu được

với các kỹ thuật phân tích tương tự.

Trang 14

Nồng độ cơ bản của metallothionein trong động vật giáp xác từ các nơi được coi là không bị ô nhiễm

 Loài giáp xác khác Orch - estia gammarellus cho

thấy giá trị cao hơn đáng kể

 Giá trị thấp của MT là xác định trong gan tụy của

cua Carcinus maenas

 Nồng độ MT cao hơn đáng kể trong gan tụy của C

Maenas hơn trong mang.

Trang 15

 Trong Nephrops norvegicus, nồng độ MT trong gan

cũng cao hơn hơn trong mang, nhưng sự khác biệt không rỏ rệt lắm

 Các phương pháp sử dụng phổ biến nhất để so sánh

nồng độ trong các loài khác nhau và các cơ quan kỹ thuật định lượng, DPP

 Trong tất cả các loài nghiên cứu, nồng độ MT của hai

mảnh vỏ của tuyến tiêu hóa cao hơn ở trong mang.

Trang 16

 Các nghiên cứu khảo sát trong trai và sò cho rằng mô

là nơi tích lũy cao nhất hàm lượng kim loại nên có nồng độ MT - cao nhất Khả năng của con hàu để lưu trữ kim loại vào một mức độ cao hơn đáng kể so với con trai Tuy nhiên, mặc dù sự khác biệt độ lớn kim loại khác nhau, nồng độ MT không khác nhau trong mang và tuyến tiêu hóa của nó.

 Nồng độ tích lũy của ba kim loại Cu, Cd, Zn trong

mang và tuyến tiêu hóa của hàu và trai là khác nhau.

Trang 17

4 MT cảm ứng để đáp ứng tiếp xúc với kim loại: bằng chứng và sự mâu thuẩn

 Trong môi trường ô nhiễm, động vật nói chung tiếp

xúc với một hỗn hợp của kim loại khác nhau Trong nhiều thí nghiệm, nồng độ metallothionein không định lượng và nhà nghiên cứu đã tập trung vào việc phân phối tế bào tích tụ của kim loại

Trang 18

4 MT cảm ứng để đáp ứng tiếp xúc với kim loại: bằng chứng và sự mâu thuẩn

 Sự nghiên cứu này, các tác giả sẽ cố gắng trả lời như

sau câu hỏi :

• MT cảm ứng có phụ thuộc vào kim loại thử

nghiệm?

• MT cảm ứng phụ thuộc vào đặc điểm sinh học

(loài , dân số, cơ quan)?

• MT cảm ứng phụ thuộc vào thời gian và liều

lượng tiếp xúc?

Trang 19

4.1 MT là cảm ứng phụ thuộc vào kim loại thử

nghiệm?

 Những kết quả nghiên cứu trước thì Cd như kim loại

cảm ứng để tổng hợp MT ở các loài khác nhau.

 Tuy nhiên, Cu, Zn cũng xuất hiện để được gây cảm

ứng hiệu quả, và các nghiên cứu khác dành cho Ag và

Hg (trong động vật thân mềm và động vật giáp xác) và

Ni và Tc, Mn, Se (trong động vật giáp xác)

 Tham gia vào các chi tiết của thực nghiệm, vì các kim

loại khác nhau tính chất nó khác nhau vì vậy phải có liều lượng sử dụng thử nghiệm cũng khác nhau.

Trang 20

Hàm lượng MT là không giống nhau cho mỗi loài cụ thể.

Giun đốt:

 Những giống giun ít tơ kháng Cd (Limnodrilus

hoffmeisteri) ở môi trường bị nhiễm kim loại

(Cd, Cr, Ni) đã tạo ra những loại proteins giống

MT cho việc lưu trữ Cd và giải độc

 Giun không kháng Cd chỉ sản xuất MT

4.2 Sự cảm ứng MT phụ thuộc vào đặc điểm sinh học hay không?

Trang 21

 Hàu C Gigas:

• Nồng độ MT trong tuyến tiêu hóa chỉ đôi khi có

tương quan với hàm lượng kim loại được tích lũy

• Hàm lượng MT trong mang khác nhau theo

mùa

Trang 22

 Trai nước ngọt (M edulis)

• Trong mang có hàm lượng MT cũng khác

nhau theo mùa

• Ngược lại, hàm lượng MT trong các tuyến

tiêu hóa có sự khác biệt đáng kể ở cả trong nước sạch hoặc nước giàu kim loại

Trang 23

Hình 5: Giá trị trung bình của MT và hàm lượng kim

loại trong mang (A) và các tuyến tiêu hóa (B) của trai

Mytilus edulis

Trang 24

4.3 Sự cảm ứng MT thì phụ thuộc vào giai đoạn và liều lượng tiếp xúc hay không?

Ở một số loài, MT hoặc MTLP cảm ứng đã được cho thấy rằng nó xảy ra rất nhanh chóng khi tiếp xúc với những kim loại khác nhau

Ví dụ: MT cảm ứng đã được quan sát:

 Ở nghêu M balthica, nồng độ MTLP tăng sau 2

ngày tiếp xúc với một hỗn hợp của Cd, Cu, Zn (100, 100 và 600 µg/l)

 Ở giáp xác chân chèo T brevicornis, nồng độ

MTLP tăng đáng kể sau 1 ngày tiếp xúc với nhiều liều lượng của Ag, Cd, Cu, Hg, Ni hoặc Zn

Trang 25

 Cảm ứng MT trong cùng một loài sau khi tiếp

xúc với Cu là khác nhau, phụ thuộc nguồn gốc của quần đàn được thử nghiệm

 Phương thức của sự ô nhiễm có tầm quan trọng

lớn trong sự cảm ứng của MT

Trang 26

Hình 6: Tỷ lệ hàm lượng MT và kim loại trong mang và

tuyến tiêu hóa của trai Mytilus edulis trong hai thí nghiệm ô

nhiễm (qua nước và qua thực phẩm) và trong thực tế.

Trang 27

Khoảng thời gian ô nhiễm cũng ảnh hưởng đến cảm ứng của MT

Ở giáp xác chân chèo T brevicornis, Cd cảm

ứng MT vào ngày đầu tiên tiếp xúc, nhưng không có ở những ngày sau

Nồng độ ô nhiễm cũng rất quan trọng đối với các loài này

Trang 28

Trang 29

4.4 Những giải thích không dứt khoát

 Ở động vật có xương sống, hai cơ chế chính của

giải độc: kim loại liên kết với các hợp chất dịch tế bào (cytosolic) bao gồm MT (hoặc protein giống như MT) và quá trình khoáng hóa sinh học

 Tùy thuộc vào loài, tầm quan trọng tương đối của

hai cơ chế giải độc là khác nhau đáng kể Tuy nhiên, sự khác biệt giữa các cơ chế giải độc là không hoàn toàn

Tầm quan trọng tương đối của MT trong giải độc kim loại

Trang 30

 Chỉ có một phần nhỏ của kim loại cytosolic kết

hợp với MT trong cả hai trường hợp

 Ở giun H diversicolor, tỷ lệ các kim loại cytosolic

kết hợp với MTLPs khác nhau (9 - 47% cho Cd,

25 - 40% cho Cu, 14 - 21% cho Zn) (Berthet et al., 2003)

 Trong khi, ở sò điệp Pecten maximus, MTLP cô

lập chỉ có 15% cytosolic Cd

Trang 31

 Sự cạnh tranh giữa các cơ chế hấp thụ có thể cản

trở phản ứng của MT tiếp xúc với kim loại (George and Olsson, 1994)

 Hơn nữa, ở động vật giáp xác, chu kỳ lột xác rất

dễ thấy được tác động của tế bào và các mô trên haemocyanin và sự trao đổi Cu (Engel và Brouwer, 1993)

Trang 32

 Tỷ lệ tổng lượng MT và Cd, thể hiện qua chu kỳ

bán rả:

• Con trai (M edulis): 25 và 300 ngày

• Hàu (C virginica): 4 - 20 và 70 ngày

 Đối với Cu, Zn có tổng lượng cao hơn Cd ở trai,

với chu kỳ bán rả tương ứng là 10 và 60 ngày

Tỷ lệ tổng lượng MT tăng so với nồng độ MT tăng

Trang 33

 Ở loài hai mảnh vỏ nước ngọt C fluminea

(Baudrimont et al., 2003) quan sát thấy rằng nồng

độ MT giảm 37% sau chuyển từ nơi ô nhiễm (Sông Lot) đến nơi không bị ô nhiễm

 Ở giáp xác amphipod O gammarellus được tiếp

xúc với Cd và Zn, Cu và Zn xuất hiện trong các tiêu thể làm rã MT, trong khi Cd vẫn duy trì MT liên kết (Nassiri et al., 2000)

Trang 34

 Sự khác biệt về luồng Cd, Zn và Cu có thể là do

tính nhạy cảm khác nhau của MT liên kết kim loại

 Những quá trình sinh lý liên quan đến MT sẽ chủ

động hơn khi tiếp xúc với loài động vật thủy sản không xương sống, nhưng việc tăng hoạt động của

MT ở sinh vật có thể được phản ánh việc tăng tổng lượng protein thì trái ngược với sự tăng nồng độ của nó

Trang 35

 Một số thử nghiệm trên sinh vật, để tăng sự hiện

diện của kim loại thì phải giảm nồng độ MT khi tiếp xúc kim loại ở mức độ cao

 Một ảnh hưởng chung của độc tính trên cảm ứng

MT đã được ghi nhận của nhiều tác giả

 Ở cấp độ toàn bộ sinh vật, các loài hai mảnh vỏ

được chuyển vùng sinh sống tăng trưởng chậm hơn suốt quá trình thử nghiệm 400 ngày so với nghiệm thức đối chứng (ở vùng nước sạch)

Cảm ứng và độc tính của MT

Trang 36

 Yếu tố gây nhiễu khác có thể che giấu cảm ứng

của MT trong động vật thuỷ sinh trong điều kiện thử nghiệm hoặc tiếp xúc ngoài tự nhiên

 Bất kỳ yếu tố có khả năng ảnh hưởng đến sự trao

đổi protein sẽ có thể ảnh hưởng trực tiếp đến MT

 Ảnh hưởng tương đối của các yếu tố tự nhiên và

các nhân tố ô nhiễm hạn chế khả năng sử dụng nồng độ MT tiếp xúc với kim loại là một chỉ dấu sinh học

MT cảm ứng và biến đổi sinh lý

Trang 37

 Cảm ứng metallothionein là một sự đáp ứng sinh

hóa với tính sẵn có cao của kim loại trong môi trường

 Depledge (1993): ‘‘Một sự thay đổi về sinh hóa, tế

bào, sinh lý hay hành vi có thể đo được trong các

mô hoặc dịch cơ thể hoặc ở cấp độ toàn bộ sinh vật cung cấp bằng chứng về sự phơi nhiễm ảnh hưởng của một hoặc nhiều chất ô nhiễm hóa học (bức xạ)’’

5 Sử dụng MT như một chỉ dấu sinh học của

sự phơi nhiễm kim loại

Trang 38

 Trong khuôn khổ châu Âu, MT được công nhận

trong bộ "đánh dấu sinh học cốt lõi" MT cũng là một phần của bộ chỉ đánh dấu sinh học được lựa chọn để giám sát môi trường biển ở Địa Trung Hải, kế hoạch hành động của Chương trình Môi trường Liên hợp quốc (1999)

 Tuy nhiên, việc lựa chọn các loài tốt nhất để theo

dõi hay việc lựa chọn các cơ quan có liên quan đến sự quyết định MT vẫn còn là đối tượng để thảo luận

5 Sử dụng MT như một chỉ dấu sinh học của

sự phơi nhiễm kim loại

Trang 39

 Cảm ứng MT bị ảnh hưởng bởi các yếu tố tự

nhiên trong cá không ít hơn là trong động vật không xương sống: ảnh hưởng của tuổi tác, giới tính, thành thục sinh dục, (Duquesne năm 1992; Hamza – Chaffai,1995)

 Trong cua có các mối quan hệ rõ ràng giữa MT và

nồng độ kim loại trong thực tế (Pedersen,1997)

5.1 So sánh các loài khác nhau

Định dạng
Số trang	54
Dung lượng	776,45 KB