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 trong giải độc kim loại và sử dụng như là chỉ dấu sinh học

GV:
SVTH:

PGS.TS. NGUYỄN VĂN CÔNG
NHÓM 4

Cần Thơ, ngày 12/02/2014

1


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


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
6. Kết luận
3


1. Giới thiệu về Metallothioneins (MT)



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.

4


1. Giới thiệu về Metallothioneins (MT)



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).

5


1. Giới thiệu về Metallothioneins (MT)



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.

6

1. Giới thiệu về Metallothioneins (MT)



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).

7


2. Đặc trưng và vai trò sinh học của MT



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).

8


2. Đặc trưng và vai trò sinh học của MT



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;..)

9


2. Đặc trưng và vai trò sinh học của MT



Theo Vasak (1991), ái lực của protein giảm theo thứ tự sau:
Hg

2+

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

→ 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.

10


2. Đặc trưng và vai trò sinh học của MT

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).
11


2. Đặc trưng và vai trò sinh học của MT



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.

12


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.


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

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.


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

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



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.


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

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



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.


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.


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?


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.


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



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.


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



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.


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

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


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.

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



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.