聚天冬氨酸缓解镉对鱼毒性的机制研究

发布时间：2020-03-18 02:47

【摘要】：环境与生物的生存息息相关,人类对于生态环境的态度也由不曾关注到日益的重视。随着人类对环境保护的日益关注,中国也把生态文明建设置于重要地位。在一系列环境污染治理方式方法研究中,科学家们成功合成了聚天冬氨酸(PASP)这一类氨基酸。PASP现已被广泛应用于水处理的方方面面,由于其对重金属有良好的络合作用,土壤重金属污染修复也需要PASP发挥重要作用,故PASP是一款广受欢迎绿色产品。目前,重金属在水体中的毒性修复也是大家较为关注的重点,但还没有学者研究过PASP是否可以有效缓解镉对于鱼类的毒性。为此,本实验首先测定了PASP与Cd在斑马鱼可存活的条件下,可实现螯合率最大化的最佳配比,设计最佳暴露条件并测定暴露过程中水环境Cd的浓度以及PASP对Cd的螯合率,并在 10 μM 的 Cd,3 μM 的 Cd,10 μM 的 Cd+25 mg/L 的 PASP,和单独的25 mg/L的PASP这4个不同体系下分别将斑马鱼暴露2天,7天和14天,并与不加任何试剂的空白对照组进行对比,测定了斑马鱼肝组织对Cd的生物积累、氧化应激效应、基因表达、DNA损伤以及细胞凋亡的情况,和鱼脑组织对Cd的生物积累、氧化应激效应、基因表达、神经毒性以及细胞凋亡的情况,并明确其机制,主要研究结果如下:(1)在Cd浓度为10μM,PASP浓度为25mg/L,pH值为7的条件下,PASP对Cd的螯合率可达到最佳70%;在10 μM的Cd+25 mg/LPASP的PASP体系中对斑马鱼进行暴露,水环境中PASP对Cd的螯合率也可以达到这一水平,为后续斑马鱼的暴露以及各项指标的测定奠定了条件基础。(2)PASP与Cd的螯合体系可以有效降低斑马鱼肝组织对Cd的生物积累。在氧化应激方面,10 μM的Cd+25 mg/L PASP体系下,SOD、CAT、GST的活性和MDA的含量变化范围要么与空白对照组无显著性差异,要么介于10 μM的Cd暴露体系和3 μM的Cd暴露体系之间,说明PASP与Cd的螯合可以缓解斑马鱼肝细胞的氧化损伤;在DNA损伤方面,相比于单独含Cd的暴露体系肝细胞彗星拖尾严重,尾距长,尾部DNA含量高,Cd+PASP暴露体系肝细胞彗星少有拖尾现象,尾距和尾部DNA含量均和空白对照没有显著性差异。在细胞凋亡的实验中,Cd+PASP暴露体系也可以有效减少肝细胞凋亡的现象。(3)PASP与Cd的螯合体系也可以有效降低斑马鱼脑组织对Cd的生物积累。在氧化应激方面,Cd+PASP暴露体系对脑组织的GST活性不再产生显著性影响,SOD、CAT、8-OHdG的活性和MDA的含量也基本没有显著性变化或者变化程度显著性小于10 μM的Cd暴露体系,说明该螯合体系有助于修复Cd对斑马鱼脑细胞的氧化损伤;在神经毒性方面,同样的,Cd+PASP暴露体系对脑组织的AChE活性也不再产生显著性影响,神经毒性得到修复;在细胞凋亡的实验中,结果同肝细胞。综上,PASP可以有效修复Cd对于斑马鱼的急性毒性。
【图文】：

分子结构图,聚天冬氨酸

聚天冬氨酸（Ｐｏｌｙａｓｐａｒｔｉｃａｃｉｄ，简称ＰＡＳＡ）是一种水溶性氨基酸聚合物［３Ｃ＞］。在逡逑自然界中，ＰＡＳＡ的长度可达５０种氨基酸，是一段较大的蛋白质片段聚天冬氨酸逡逑的分子结构如图１－丨所示。截止到２００４年，，没有科学家可以将ＰＡＳＰ从天然物质中完逡逑全分离出来，作为纯粹的聚合材料。ＰＡＳＰ都没有被科学家从任何天然来源中分离出逡逑来，成为纯粹的聚合材料［３２］。直到１９世纪末，ＨｕｇｏＳｃｈｉｆｆ第一次成功地将天冬氨酸逡逑通过热缩聚合反应获得了人工合成的低聚天冬氨酸钠［３３］。由热缩聚反应得到的ＰＡＳＰ，逡逑其结构主链上的肽键易受到微生物、真菌等的生化作用而断裂，ＰＡＳＰ也随之降解为逡逑二氧化碳和水。目前，聚天冬氨酸在工业上主要以酸形式和聚天冬氨酸钠盐形式生产。逡逑ａ邋型－＾—Ｎｉｌ—ＣＨ邋—邋ＣＯ逦0逡逑ＣＨｊＣＯＯＨ逡逑３邋ｆＪ邋—ｈ—ＮＨ—（邋Ｈ邋—邋ｃＨ，邋—ＣＯ—ｊ逡逑Ｃ（Ｘ）Ｈ逡逑图１－１聚天冬氨酸分子结构图逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ＰＡＳＰ逡逑聚天冬氨酸具有聚氨基酸所共有的特质：无毒、无公害和可完全生物降解的特性。逡逑４逡逑

螯合,浓度

１２３４５６７８９逡逑ｐＨ值逡逑图２－２邋ｐＨ值对螯合率的影响逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｔｈｅ邋ｅｆｆｅｃｔ邋ｏｎ邋ｃｈｅｌａｔｅ邋ｒａｔｉｏ邋ｉｎ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｐＨ邋ｖａｌｕｅ逡逑１６逡逑
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X171.5

【参考文献】