TRƯỜng đẠi học khoa học tự nhiên vũ triệU Ánh hồNG
Ảnh hưởng của một số kim loại nặng tới sức khỏe sinh lý của cá
tải về 0.71 Mb.
|
- Điều hướng trang này:
- 1.2.2.2 Ảnh hưởng của kim loại nặng lên hoạt tính của enzim glutathione S-transferase (GST) trong cá
1.2.2. Ảnh hưởng của một số kim loại nặng tới sức khỏe sinh lý của cáCađimi (Cd): là một KLN độc, có trong tự nhiên với nồng độ thấp được khám phá ra từ năm 1917, nhưng từ 1930 mới được sử dụng với một số lượng đáng kể. Sản lượng Cd trên tế giới là 18000 đến 25000 tấn/ năm [61]. Cd có rất nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như chất quang dẫn, chất bán dẫn, pin, đèn chân không, điện… Do có nhiều ứng dụng và con người chỉ thu hồi được 10% Cd đã sử dụng, nên một lượng lớn Cd bị thất thoát vào trong môi trường [60]. Chính vì thế ta có thể thấy rằng có sự quá tải quá lớn của hệ sinh thái và làm ảnh hưởng nặng nề tới môi trường và các sinh vật sống trong môi trường đó. Cd và các hợp chất của nó có trong danh sách đen của công ước London về cấm thải các chất độc ra sông và biển. Nguyên tố này và hợp chất của nó là những chất cực độc thậm chí chỉ với nồng độ thấp, chúng sẽ tích lũy sinh học trong cơ thể cũng như trong các hệ sinh thái. Cd can thiệp vào các phản ứng của các enzime chứa kẽm. Kẽm là một nguyên tố quan trọng trong các hệ sinh học, nhưng cadimi, mặc dù rất giống với kẽm về phương diện hóa học, nhưng không thể thay thế cho kẽm trong các vai trò sinh học đó. Cd cũng có thể can thiệp vào các quá trình sinh học có chứa magiê và canxi theo cách thức tương tự. Cd không có lợi ích sinh học được biết đến nào [61]. Chì (Pb): là một kim loại mềm, nặng, độc hại và có thể tạo hình. Pb có màu trắng xanh khi mới cắt nhưng bắt đầu xỉn màu thành xám khí tiếp xúc với không khí. Pb dùng trong xây dựng, ắc quy chì, đạn, và là một phần của nhiều hợp kim. Khi tiếp xúc ở một mức độ nhất định, Pb là chất độc đối với động vật cũng như con người. Nó gây tổn thương cho hệ thần kinh và gây ra rối loạn não. Phơi nhiễm ở nồng độ cao cũng gây ra rối loạn máu ở động vật, là chất độc thần kinh tích tụ trong mô mềm và trong xương [10]. Đồng (Cu): Đồng là nguyên tố vi lượng rất cần thiết cho các loài động, thực vật bậc cao. Các ion đồng(II) tan trong nước với nồng độ thấp có thể dùng làm chất diệt khuẩn, diệt nấm.. Với nồng độ thấp, nó là một vi chất dinh dưỡng đối với cá nói riêng, và hầu hết các thực vật và động vật bậc cao nói chung; nhưng khi nồng độ ion đồng đủ lớn, các ion này gây những hậu quả xấu tới sức khỏe sinh lý của động vật. Nơi tập trung đồng chủ yếu trong cơ thể động vật là gan, cơ và xương [30]. Kẽm (Zn): Kẽm là nguyên tố cần thiết duy trì sự sống của thực vật[17], động vật [48] và vi sinh vật [56]. Kẽm được tìm thấy trong gần 100 loại enzym đặc biệt, có vai trò là các ion cấu trúc trong yếu tố phiên mã và được lưu trữ và vận chuyển ở dạng thionein kim loại [20]. Nó là kim loại chuyển tiếp phổ biến thứ 2 trong sinh vật sau sắt, là kim loại duy nhất có mặt trong tất cả các lớp enzym [17]. Kẽm là vi chất cần thiết cho sức khỏe, tuy nhiên nếu hàm lượng vượt quá mức cần thiết sẽ có hại cho sức khỏe. Hấp thụ quá nhiều kẽm làm ngăn chặn sự hấp thu đồng và sắt [29]. Ion kẽm tự do trong dung dịch là chất có độc tính cao đối với thực vật, động vật không xương sống, và cả động vật có xương sống. Một thí nghiệm gần đây cho thấy 6 micromol giết 93% Daphnia trong nước [42]. 1.2.2.1 Ảnh hưởng của kim loại nặng tới nguồn năng lượng dự trữ trong cá (protein và glycogen) a) GlycogenGlycogen là polysaccarit gồm các monosaccarit là glucose, được coi là “tinh bột” ở động vật. Glycogen có chứa 2 liên kết α -D 1,4 glucoside và α-D 1,6 glucoside, nhưng khác với tinh bột, glycogen có sự phân nhánh nhiều [3, 62]. 
Hình 1.2: Cấu trúc phân tử của Glycogen (Nguồn ảnh: Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L, 2002) Về mặt sinh học, glycogen là nguồn năng lượng quan trọng của cá, và là nguồn năng lượng chính cho các vận động. Nó được dự trữ chủ yếu trong gan và trong các tế bào cơ, một lượng nhỏ được tìm thấy trong thận và lượng nhỏ hơn được tìm thấy trong thần kinh đệm. Mặc dù phần trăm glycogen dự trữ trong tế bào cơ là 1-2%, ít hơn nhiều so với trong gan nhưng tổng lượng dự trữ trong tế bào cơ lại lớn hơn do khối lượng cơ lớn hơn. Glycogen ở gan sẽ được phân rã và chuyển trực tiếp vào máu tới tất cả các cơ quan, còn glycogen trong cơ bắp chỉ có thế sử dụng bởi cơ bắp [6]. Năng lượng từ glycogen sinh ra khi phân tách từng phân tử riêng lẻ với tác động của enzim glycogen phosphorylase - xúc tác quá trình phân giải glycogen thành glucose: + Ở trạng thái không hoạt động enzym này ở dạng "b" (dạng hai dimer tách rời nhau). + Ở trạng thái hoạt động (khi có tín hiệu cần đường) hai dimer tổ hợp lại thành tetramer (dạng "a"). Khi nhu cầu giải phóng glucose giảm, tetramer lại tách thành hai dimer, enzym trở lại dạng không hoạt động.
Glycogen là nguồn năng lượng quan trọng của cá. Khi cá cần năng lượng, glycogen sẽ được huy động đầu tiên tạo năng lượng để tham gia vào các quá trinh sống của cơ thể. Khi cá bị nhiễm độc kim loại, cá cần các enzim thải độc, và cũng rất cần năng lượng để cung cấp cho quá trình thải độc. Vì vậy có sự gia tăng nhu cầu năng lượng liên quan tới sự căng thẳng do chất độc gây ra. Hay chính là giảm lượng glycogen trong mô và tăng lượng gluco trong máu để cung cấp năng lượng cho quá trình thải độc [3, 33]. Vậy hàm lượng glycogen cũng là một biomarker quan trọng để nghiên cứu ảnh hưởng của KLN lên cá. b) ProteinProtein (Protid hay Đạm) là một hợp chất đại phân tử, tạo thành từ rất nhiều các đơn phân là các axit amin. Axit amin được cấu tạo bởi ba thành phần: một là nhóm amine (-NH2), hai là nhóm cacboxyl (-COOH) và cuối cùng là nguyên tử cacbon trung tâm đính với 1 nguyên tử hyđro và nhóm biến đổi R quyết định tính chất của axit amin. Người ta đã phát hiện ra được tất cả 20 axit amin. Chúng kết hợp với nhau thành một mạch dài nhờ các liên kết peptide (gọi là chuỗi polypeptide). Các chuỗi này có thể xoắn cuộn hoặc gấp theo nhiều cách để tạo thành các bậc cấu trúc không gian khác nhau của protein [3, 38]. 
Hình 1.3: Cấu trúc 4 bậc của Protein (Nguồn ảnh: LadyofHats, 2008) Chức năng sinh lý của protein: là cấu trúc nâng đỡ cơ thể, xúc tác sinh học (enzim, điều hòa hoạt động sinh lý( hoocmon), vận chuyển các chất, dự trữ chất dinh dưỡng… + Thiếu protein: dẫn đến thiếu dinh dưỡng, dễ mắc các bệnh phù thũng, loạn nhịp tim, sức đề kháng kém, ăn không ngon, cơ bắp teo lại, khớp xương rã rời... + Thừa protein : protein thay thế trong cơ thể sẽ sản sinh ra amin, nước tiểu chứa chất azote, trong đó amoniac là chất có hại, phải trải qua xử lí giải độc ở gan mới có thể từ thận bài tiết ra ngoài, ăn nhiều protein sẽ gây hại cho gan và thận.
Hàm lượng KLN tăng cao sẽ gây độc. Trong hầu hết các trường hợp, sự giảm sút của protein dự trữ được cho là do sự gia tăng nhu cầu năng lượng liên quan tới sự căng thẳng do chất độc gây ra [41]. Hàm lượng protein giảm có thể là do quá trình hydroxyl hóa protein giải phóng axit amin tự do, một dạng năng lượng cần thiết cho sản sinh năng lượng thông qua chu trình Krebs trong phản ứng căng thẳng [51]. Sự đồng thuận chung của các nhà khoa học cho rằng KLN gây trở ngại đến các hoạt động sinh lý của protein, bằng cách tạo thành một phức hợp với các nhóm chức trong mạch bên hoặc bằng cách thay thế các ion kim loại cần thiết, cản trở quá trình gấp protein và protein tổng hợp [40]. Do đó, hàm lượng protein dự trữ trong các mô là một biomarker quan trọng để nghiên cứu ảnh hưởng của KLN lên cá. 1.2.2.2 Ảnh hưởng của kim loại nặng lên hoạt tính của enzim glutathione S-transferase (GST) trong cá* Cấu trúc - chức năng Glutathione S - transferase (còn gọi là GST) là enzim nội bào chủ chốt ở giai đoạn thứ hai của quá trình thải độc [11, 52,54]. Các locus mã hóa cho enzim GST bao gồm 1 họ các gen lớn nằm trên ít nhất bảy nhiễm sắc thể [58, 61]. Họ GST (GSTs) gồm 3 siêu họ: các cytosolic, ty thể, microsome – gọi là MAPEG (Membrane - Associated Proteins in Eicosanoid and Glutathione metabolism) protein[54]. Trong khi các lớp từ các siêu họ cytosolic của GSTs có hơn 40% trình tự tương đồng , các lớp khác có thể có ít hơn 25%. GST cytosolic được chia thành 13 lớp dựa trên cấu trúc của chúng: anpha, beta, epsilon, delta, zeta, theta, mu, nu, pi, sigma, phi, tau và omega. GSTs ty thể trong lớp kappa. Các MAPEG siêu họ của GSTs microsome bao gồm các phân nhóm được chỉ I-IV. [11]. 
Hình 1.4: Tinh thể GST (Nguồn ảnh: David Sheehan, sử dụng chương trình Rasmol) Chức năng chính của GST là xúc tác cho các phản ứng kết hợp của tripeptide glutathione (γ-glu-cys-gly) và các chất nền ái điện tử có nguồn gốc từ bên ngoài (chất lạ) [24]. Khi cơ thể sống thường xuyên tiếp xúc với các chất lạ, những chất này sẽ tích tụ dần trong cơ thể và có thể gây độc, thậm chí là gây ung thư. Lúc này cơ thể sinh vật sẽ sản sinh ra một cơ chế sinh học hiệu quả để chống lại độc tính của các chất lạ khi chúng xâm nhập vào cơ thể, ví dụ như cô lập, làm sạch, xúc tác chuyển hóa sinh học các chất [28, 36, 46]. Quá trình giải độc có thể được chia thành ba pha chính, trong pha II, enzyme xúc tác sự kết hợp của chất lạ với một hợp chất hòa tan trong tế bào, như GSH, UDP-glucuronicacid hoặc glycine. Các GST tạo điều kiện cho sự tấn công ái lực hạt nhân (nucleophilic attack) của glutathione trên bề mặt của các chất nền ái điên tử (electrophilic) bằng cách gắn glutathione vào vị trí hoạt động G, và chất nền ái điện tử vào vị trí hoạt động H của GST, và chuyển chất nền cho các vùng lân cận của GSH [28]. Cùng lúc, nhóm SH của GSH (tham gia trong phản ứng đó) được kích hoạt. Trong quá trình phản ứng kết hợp, một liên kết thioether được hình thành giữa gốc cysteine của glutathione và chất nền ái điện tử, và kết quả thường là một sản phẩm ít hoạt động và dễ hòa tan hơn [28]. Phản ứng được xúc tác bởi GST giữa glutathione và chất nền ái điện tử này được coi là bước đầu tiên hướng tới sự tổng hợp các acid mercapturic, tạo điều kiện thuận lợi cho việc loại bỏ các chất lạ khỏi cơ thể [28]. Mặc dù các GST chủ yếu tham gia vào quá trình giải độc, nhưng trong một số trường hợp, chúng cũng xúc tác cho các phản ứng để kích hoạt độc tố và các chất gây ung thư [28]. * Ảnh hưởng của KLN tới hoạt tính GST trong cá Hoạt động của GST đã được nghiên cứu ở gan, thận, và mang của các loài sinh vật khác nhau (trong cả phòng thí nghiệm và trong thực tế) [53]. Có sự liên quan giữa sự tăng độ tích tụ KLN trong các mô cá đặc biệt là trong gan với hàm lượng enzim GST [31]. Nguyên nhân chủ yếu là do khi cơ thể sinh vật bị phơi nhiễm KLN thì cần có quá trình thải độc để chống lại chất độc tích tụ trong cơ thể. Vì vậy hoạt tính enzim GST là chỉ thị an toàn phù hợp. 1.3 HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM KLN CỦA CÁC LƯU VỰC SÔNG, CÁC NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ Ô NHIỄM CỦA CÁC LƯU VỰC SÔNG VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ TỚI SỨC KHỎE SINH LÝ CỦA CÁ 1.3.1 Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng của các lưu vực sông trong và ngoài nước Ô nhiễm các dòng sông và LVS là một vấn đề của tất cả các nước đang phát triển, trong khi đó ở các nước phát triển vấn đề này đã được giải quyết từ những năm của thập kỷ 80, thế kỷ trước. Sự suy giảm chất lượng nước do các chất thải sinh hoạt và công nghiệp đã được đề cập đến trong rất nhiều tài liệu, ấn phẩm. Ví như sự ô nhiễm KLN (Pb, Cr, Zn) của sông Cauvery River (Ấn Độ) được cho là do các chất thải từ nông nghiệp, công nghiệp và các hoạt động khác của cư dân sống quanh sông gây ra [14]. Theo báo cáo về môi trường Quốc gia năm 2006 của Bộ Tài Nguyên môi trường, LVS của 3 hệ thống sông chính của Việt Nam là LVS Cầu, sông Sài Gòn - Đồng Nai và LVS Nhuệ - Đáy, đều nằm trong tình trạng đáng báo động về mức độ ô nhiễm, đặc biệt là LVS Nhuệ - sông Đáy. Hàm lượng KLN trong nước mặt sông Tô Lịch và sông Nhuệ nhìn chung thấp hơn tiêu chuẩn nước mặt của Việt Nam nhưng cao hơn giá trị trung bình của nước ngọt thế giới từ 0,42 – 43 lần (sông Nhuệ) và 0,13 – 0,32 lần (sông Tô Lịch) [35]. Каталог: files -> ChuaChuyenDoi ChuaChuyenDoi -> ĐẠi học quốc gia hà NỘi trưỜng đẠi học khoa học tự nhiên nguyễn Thị Hương XÂy dựng quy trình quản lý CÁc công trìNH ChuaChuyenDoi -> TS. NguyÔn Lai Thµnh ChuaChuyenDoi -> Luận văn Cao học Người hướng dẫn: ts. Nguyễn Thị Hồng Vân ChuaChuyenDoi -> 1 Một số vấn đề cơ bản về đất đai và sử dụng đất 05 1 Đất đai 05 ChuaChuyenDoi -> Lê Thị Phương XÂy dựng cơ SỞ DỮ liệu sinh học phân tử trong nhận dạng các loàI ĐỘng vật hoang dã phục vụ thực thi pháp luật và nghiên cứU ChuaChuyenDoi -> TRƯỜng đẠi học khoa học tự nhiên nguyễn Hà Linh ChuaChuyenDoi -> ĐÁnh giá Đa dạng di truyền một số MẪu giống lúa thu thập tại làO ChuaChuyenDoi -> TRƯỜng đẠi học khoa học tự nhiêN ChuaChuyenDoi -> TRƯỜng đẠi học khoa học tự nhiên nguyễn Văn Cường tải về 0.71 Mb. Chia sẻ với bạn bè của bạn:
|