LE METALLOTIONEINE COME BIOMARCATORI DELL INQUINAMENTO DA METALLI

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Cristina Deluca
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1 LE METALLOTIONEINE COME BIOMARCATORI DELL INQUINAMENTO DA METALLI Candidato: Giulia Russo Matricola: Relatrice: Prof.ssa Maria Marino Anno accademico: 2008/2009

2 Tavola periodica degli elementi

3 METALLI PESANTI La definizione di metalli pesanti : risulta difficile e suscettibile di critiche in quanto nella letteratura specialistica sono riportate definizioni contrastanti. Il termine viene citato per la prima volta da Bjerrum nel La definizione di Bjerrum era basata sulla densità del metallo allo stato elementare e racchiudeva sotto il termine di metalli pesanti quei metalli con densità superiore ai 7 g/cm3. Negli anni questa definizione è stata modificata da numerosi Autori, ulteriori gruppi di definizioni sono basati su differenti proprietà chimiche (es. massa atomica).

4 FONTI D EMISSIONE DEI METALLI % D EMISSIONE IN ATMOSFERA Metalli e composti Arsenico (As) Cadmio (Cd) La presenza di metalli nell ambiente può essere riconducibile a fattori naturali, a fattori antropici o alla somma dei due fattori. FATTORI ANTROPICI 1. Attività energetiche 2. Produzione e trasformazione dei metalli 3. Industria dei prodotti minerali 4. Industria chimica e impianti chimici 5. Gestione dei rifiuti 6. Altro Cromo (Cr) Rame (Cu) Mercurio (Hg) Nichel (Ni) 98 1 <1 <1 <1 - Piombo (Pb) <1 - - Zinco (Zn) <1 - Selenio (Se) <1 <1 - % D EMISSIONE NELL AMBIENTE ACQUATICO Metalli e composti Arsenico (As) <1 Cadmio (Cd) Cromo (Cr) Rame (Cu) Mercurio (Hg) 1 < Nichel (Ni) 8 18 < Piombo (Pb) Zinco (Zn)

5 Emissioni dei metalli nei suoli I metalli d origine naturale sono costituenti delle rocce e dei sedimenti che formano il substrato pedogenetico; la loro concentrazione varia in funzione della differente formazione geologica. Attività antropiche che determinano un incremento del naturale contenuto in metalli dei suoli: deposizioni atmosferiche derivanti dalla combustione, dalle emissioni industriali o dal traffico veicolare; utilizzo in agricoltura di prodotti fitosanitari, concimi minerali e organici, compost, fanghi di depurazione e ammendanti vari che possono contenere metalli pesanti in traccia; utilizzo di acque di irrigazione con elevato contenuto di metalli; smaltimento di sottoprodotti di lavorazioni industriali e reflui civili.

6 BIODISPONIBILITA E BIOACCUMULO

7 IMPATTO AMBIENTALE DEI METALLI Per valutare gli effetti dell inquinamento dei metalli sulle popolazioni e sugli ecosistemi è necessario conoscere: la concentrazione dell inquinante nelle diverse matrici la velocità e le forme chimiche con cui l inquinante è immesso nell ecosistema; le reazioni chimiche a cui va in contro una volta presente nell ambiente e le relative cinetiche di reazione; le forme chimiche che assume, la loro la tossicità e la loro biodisponibilità.

8 DESTINO DI UN COMPOSTO CHIMICO IN UN SISTEMA BIOLOGICO ESPOSIZIONE ASSORBIMENTO DISTRIBUZIONE METABOLISMO COMPARTO D ACCUMULO SITO ATTIVO ESCREZIONE

9 ASSUNZIONE Assorbimento polmonare Assorbimento branchiale Assorbimento intestinale

10 TRASPORTO ATTRAVERSO LE MEMBRANE E BIOTRASFORMAZIONE I metalli sono ubiquitari nell ambiente e nonostante alcuni siano altamente tossici, altri risultano essenziali. Per questa ragione, l assunzione e l eliminazione dei metalli essenziali da parte della cellula, sono strettamente regolati da diversi meccanismi omeostatici.

11 LE METALLOTIONEINE Le metallotioneine (MT) sono proteine ubiquitarie a basso peso molecolare e ad alto contenuto di amminoacidi solforati e metalli. Si ipotizza che giochino un ruolo: - nella fissazione dei metalli in tracce (Zn++, Cu++) e nel controllare la concentrazione di questi ioni: - nella regolazione dei flussi di ioni ai distretti cellulari; - nella neutralizzazione dei metalli tossici (Cd++, Hg++) e nella protezione dallo stress indotto da metalli

12 LE METALLOTIONEINE Famiglia Caratteristiche Sottofamiglie 1 vertebrati 2 molluschi 3 crostacei 4 echinodermi 5 ditteri Da 60 a 68 AA; 20 Cys (21 in un caso), 19 totalmente conservate; due domini strutturali, contenenti 9 e 11 Cys che legano 3 e 4 ioni bivalenti rispettivamente Da 64 a 65 AA; da 18 a 23 Cys, minimo 13 totalmente conservate; due domini Da 58 a 60 AA; esistono varianti con e senza Met N-terminale; 18 Cys totalmente conservate; due domini ognuno con ) Cys che legano 3 ioni bivalenti Da 64 a 67 AA; 20 Cys; due domini strutturali contenenti 9 e 11 Cys che legano 3 e 4 ioni bivalenti rispettivamente Da 40 a 43 AA; 10 Cys conservate m1, m2, m3, m4, m, a, a1, a2, b, ba, t mo1, mo2, mog, mo c1, c2, c e1, e2 d1, d2 6 nematodi 7 ciliati 62 e 74 AAs; 18 Cys, contiene una Tyr n1, n2 105 AA, 31 Cys, multiplo pattern CCC, una Tyr cl 8 funghi I 11 funghi IV 14 procarioti 15 piante Da 25 a 33 AA; 7 Cys Da 55 a 56 AA; 9 Cys; un pattern CCC; contiene His e Phe Da 53 a 56 AAs; 9 Cys; una Tyr, un His; contiene residui non comuni Da 45 a 84 AAs,; due regioni ricche di Cys (dominio 1 e dominio 3) separate da una regione con poche Cys (dominio 2) f1 f4 p p1, p2, p2w, p3, pec, p21

13 I BIOMARCATORI VANTAGGI Precocità della risposta Rivela l effetto sinergico degli inquinanti Rivela l inquinamento anche quando la causa è scomparsa LIMITI Influenza delle condizioni chimicofisiche ambientali sugli organismi Variabilità biologica. - Età - Genere - Stadio riproduttivo - Stadio di sviluppo - Dieta - Isoenzimi

14 PROTOCOLLI DI BIOMONITORAGGIO CON BIOMARCATORI In un protocollo di biomonitoraggio è necessario prendere in considerazione: - le caratteristiche dei biomarcatori e dei bioindicatori: - i parametri ambientali dell area contaminata e di un area di controllo - i metodi di campionamento,

15 CONCLUSIONI La contaminazione ambientale di origine antropica diventa inquinamento quando si ha un danno misurabile a carico di un sistema biologico come un processo biochimico, cellulare o tissutale o a livello di un organismo, fino alle alterazioni a livello di popolazione e comunità biologica Attraverso i biomarcatori come le MT non otteniamo la valutazione quantitativa dei livelli del tossico a cui l organismo è sottoposto, ma la determinazione del livello di salute in cui la popolazione si trova, nel suo passaggio dallo stato di omeostasi alla malattia.

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