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动物体内汞硒化合物的形态结构及毒性相互作用机理研究

胡晓荣  
【摘要】: 汞和硒毒性的相互影响被认为是毒性拮抗作用的典型例证,其机理甚为复杂。对其机理的研究一直是生物无机化学、环境毒理学等多种学科的重要课题。探明汞硒生态迁移和生物转化积累及其毒性拮抗机理对汞污染环境的治理和生物保护具有重要意义。本文以海豚肝脏为对象,研究其积累的高浓度汞硒化合物的化学形态和结构,并结合动物实验的研究,从汞硒相互作用的总体生物学表现,汞硒在动物体内分布变化和结合形态的变化以及汞硒化合物的结构等方面探讨两元素毒性拮抗作用机理。 10个肝脏样品汞硒含量测定结果表明,海豚肝脏中同时积累了高浓度的汞和硒(r=0.87)。溶剂萃取结果表明,90%以上的汞硒化合物存在于肝脏的不溶部分中(粉末样品)。本文首次对肝脏不溶部分蛋白质结合汞硒形态和化学性质进行了研究。利用7种蛋白水解酶作用于粉末样品,在1%SDS存在下,碱性蛋白水解酶可使99%的肝脏粉末溶解。约50%的汞和硒存在于酶溶解部分,另外50%存在于1%的酶不溶部分。 酶溶解液通过Sephadex G-75、Sephacryl S-300HR,Sephacryl S-500HR凝胶分离,结果显示,96%的汞和87%的硒结合在分子量大于1.0×10~4Da,部分超过1.5×10~6Da的蛋白质上,汞硒摩尔比为1.98~1.99。小分子蛋白质上汞的含量很少,汞硒摩尔比为0.5。由于酶溶解液中蛋白质是经过水解得来,故可推断 四川大学博士学位论文 汞硒结合蛋白质分子量将超过1.5xl护Da。高分子量蛋白质经还原剂二硫苏糖 醇作用后,部分蛋白质的分子量降低,但在这部分蛋白质中只含有很少量的汞 和硒。高分子量蛋白质与硒代半肤氨酸作用后,汞集中于分子量超过1.5x1o“Da 的部分,表明汞在硒的作用下从较低分子量蛋白质上转移到了更高分子量蛋白 质上。二硫苏糖醇、硒代半肤氨酸、二乙基二硫代氨基甲酸钠等配位剂或鳌合 剂均不能从高分子量蛋白质中置换出汞,表明汞硒化合物有足够的稳定性。以 上汞硒化合物的性质表明,酶溶解液中,绝大部分的汞被高分子量蛋白质包围 隔离而不进入生理环境,这是汞毒性降低的重要原因。 应用扫描电镜、X一射线能谱分析和X一射线衍射法分析肝脏酶不溶物,确定 了其中主要成分为Hgse晶体,没有HgS或Hg(Sexs:.x)存在。Hgse晶体的形成 被认为是硒使汞解毒的最后阶段,虽然硫与汞之间有很强的亲和性,但并不与 汞形成HgS或Hg( SexS,.x),表明了硒在汞毒性降低过程中独特而重要的作用。 本文推测Hgse晶体由高分子量蛋白质汞硒化合物分解代谢而来。 建立了Wistar大鼠急性灌胃染毒试验模型,得到了HgclZ、NaZseO3单独作 用和联合作用的LD50,LD50表明汞和硒之间毒性作用为典型的拮抗作用,雌性 大鼠拮抗作用更强。 在急性毒性试验的基础上,建立了2.4m叭9 HgclZ,0.4m眺9 NaZse仇和 2.4 mg瓜9 HgelZ+(0.4,0.8,1 .6)mg瓜9 NaZSeO3单独剂量组和联合低、中、高 剂量组亚慢性灌胃毒性试验模型。实验中,大鼠总体表现为抑制状态,中毒类 型为消化系统中毒,肝、肾、胃、肠、胸腺、脾、肺等器官都是毒物的效应器 官。通过对各剂量组大鼠中毒症状、死亡率、体重、食物利用率、脏器系数的 研究和比较可知,联合作用在大鼠总体生物学效应中表现为毒性的拮抗作用。 通过对肝脏和肾脏的组织病理学检验和肝脏超微结构的透射电镜研究得到, NaZSeO3能明显降低HgC12引起的肝脏和肾脏组织病理学改变和超微结构变化, 联合中剂量组和高剂量组组织已趋于正常。透射电镜下,在联合中、高剂量组 肝细胞中可见电子致密颗粒物,推测为Hgse颗粒。 运用微波消解冷原子吸收法和石墨炉原子吸收法测定了各剂量组大鼠14种 组织器官中汞和硒的含量,结果表明:单独HgCI:作用下,汞主要积累在肾脏 中,其浓度远远高于其它器官,这是肾脏成为HgC12靶器官的原因。联合作用 与单独作用相比,汞硒彼此增加了在大鼠体内的积累,肝脏、回肠、胃和脾脏 摘要 中的含量增加非常显著,肾脏、胸腺、心脏、肺、翠丸、股骨中也有明显增加, 血液、大脑和肌肉表现出不积累汞和硒的特点。本文首次得出,汞硒含量在除 了血浆和血细胞的12种组织器官中呈高度的正相关(ro.8)。汞硒浓度的相关 性表明其毒性拮抗作用是通过两元素的同时积累来实现。 通过对14种组织器官中汞硒摩尔比的分析,结合各剂量组毒性效应可以判 断,联合作用汞硒同时积累并随积累量的增加呈1:1摩尔比的趋势是毒性拮抗 作用的特征表现。雌鼠体内积累的汞和硒含量普遍高于雄鼠,1:1摩尔比的关 系更为普遍,表现了雌鼠对汞和硒更大的耐受性和更为敏感的毒性拮抗作用。 采用差速离心和蔗糖密度梯度离心方法分离了汞组,联合中、高剂量组肝 和肾的亚细胞成分,并测定了各成分中汞和硒的含量。结果表明,汞和硒在肝 肾细胞成分中分布不均匀。肝脏可溶部分汞含量很小,肾脏较高,并且汞组高 于联合剂量组。不溶部分中,汞主要分布在肝脏细胞核、线粒体和溶酶体中。 肾脏汞组主要分布在线粒体、高尔基体和细胞核中;联合剂量组主要分布在线


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