重金属CULT2GT、CDLT2GT胁迫对几种蝇类抗氧化酶系统的影响

中文摘要
为了探明重金属Ｃｕ”、ｃｄ２＋胁迫对棕尾别麻蝇ＢｏｅｔｔｃｈｅｒｉｓｃａＰｅｒｅｇｒｉｎａ等几种蝇类抗氧化酶系统的影响，本文就Ｃｕ２＋和ｃｄ２＋在棕尾别麻蝇体内的累积及其对超氧化物歧化酶
（ＳＯＤ）、过氧化氢酶（ＣＡＴ）和过氧化物酶（ＰＯＤ）活性的动态变化，ＳＯＤ同工酶图谱的变化及ＳＯＤ基因克隆作了研究。

主要结果概括如下：
１．ｃｕ２＋和ｃｄ２＋在棕尾别麻蝇体内的累积及其对三种抗氧化酶活性的影响测定了棕尾别麻蝇Ｂ．Ｐｅｒｅｇｒｉｎａ初产幼虫喂饲含Ｃｕ“或Ｃｄ２＋的饲料后，其体内３种抗氧化酶，即超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）、过氧化氢酶（ＣＡＴ）和过氧化物酶（ＰＯＤ）活力的动态变化，以及体内Ｃｕ２＋或ｃｄ２＋累积动态。

结果表明：ｃＩｌ”或ｃｄ２＋处理后，该蝇体内ｃｕ２＋或ｃｄ”的含量在幼虫期随时间推移而明显增高，至化蛹时则开始下降；体内ＳＯＤ和ＣＡＴ的活力受到明显抑制，且抑制程度因处理浓度的升高而加强。

但ＰＯＤ活力只在高浓度ｃｕ２＋或ｃｄ”处理时才被抑制，低浓度处理反诱导其活力升高。

２．几种蝇类超氧化物歧化酶同工酶的研究
采用聚丙烯酰胺凝胶电泳和ＳＯＤ活性染色方法研究了肥须亚麻蝇Ｐａｒａｓａｒｃｏｐｈａｇａｃｒａｓｓｉｐａｌｐｉｓ、丝光绿蝇工Ｍｄ砌ｓｅｒｉｃａｔａ和棕尾别麻蝇Ｂ．Ｐｅｒｅｇｒｉｎａ的ＳＯＤ同工酶谱，还研究了重金属处理下对棕尾别麻蝇ＳＯＤ同工酶的影响。

结果表明，蝇类血淋巴ＳＯＤ的同工酶图谱及酶活力在种间存在明显的差异，特征酶谱重复性和稳定性较好。

通过ＳＯＤ酶谱资料分析，从分子水平上可反应出肥须亚麻蝇和棕尾别麻蝇的亲缘关系较近，而与丝光绿蝇的亲缘关系较远。

另外，棕尾别麻蝇不同发育时期ＳＯＤ同工酶具有一定的相似相异性。

研究亦表明，４００ｐｇ幢的Ｃｕ２＋、ｃ矿溶液处理能诱导棕尾别麻蝇血淋巴中ＳＯＤ同工酶的表达。

３．几种蝇类超氧化物歧化酶基因片段的克隆和序列分析
采用ＲＴ－ＰＣＲ技术从几种蝇类总ＲＮＡ中分离扩增了３５０ｂｐ左右的ＳＯＤ基因的ｃＤＮＡ序列，克隆获得ＳＯＤ基因片段，进行了序列测定。

通过同源性分析，巨尾阿丽蝇Ａｌｄｒｉｃｈｉｎａ
ＳＯＤ编码的氨基酸序列与家蝇Ｍｕｓｃａｄｏｍｅｓｔｉｃａ和果蝇Ｄｒｏｓｏｐｈｉｌａｗｉｌｌｉｓｔｏｎｉ的同源ｇｒａｈａｍｉ
性分别为８６％和７８％。

因此，ＳＯＤ可能在这３种昆虫的生命活动中起着相似的功能，为进一步研究巨尾阿丽蝇ＳＯＤ基因及其表达提供了理论基础。

关键词：重金属胁迫；抗氧化酶：超氧化物歧化酶；过氧化氢酶；过氧化物酶；棕尾别麻蝇巨尾阿丽蝇：丝光绿蝇；家蝇；肥须亚麻蝇：酶活；同工酶；恬性染色；基因克隆
ＥｆｆｅｃｔｓｏｆＨｅａｖｙＭｅｔａｌｓＣｕ２＋ａｎｄＣｄ２＋ＳｔｒｅｓｓｏｎＡｎｔｉｏｘｉｄａｎｔＥｎｚｙｍｅＳｙｓｔｅｍｏｆＳｅｖｅｒａｌＦｌｙＳｐｅｃｉｅｓ
Ａｂｓｔｒａｃｔ
ＴｈｅａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎｏｆＣｕ２＋ａｎｄＣｄ２＋ａｎｄｔｈｅｉｒｅｆｆｅｃｔｓｏｎｍｅａｎｔｉｏｘｉｄａｎｔｅｏｚｙｍｅｓｉｎＢｏｅｔｔｃｈｅｒｉｓｃａｐｅｒｅｇｒｉｎａ，ｃｈａｎｇｅｓｏｆｔｈｅＳＯＤ’ｓｉｓｏｚｙｍｅａｆｔｅｒＣｕ２＋ａｎｄＣｄ２＋ｅｘｐｏｓｕｒｅａｎｄＳＯＤｇｅｎｅｃｌｏｎｉｎｇｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｓｏａｓｔｏｄｅｆｉｎｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓＣｕ２＋ａｎｄＣｄ２＋ｓｔｒｅｓｓｏｎｔｈｅａｎｔｉｏｘｉｄａｎｔｅＩｌｚａｆｍｅｓｙｓｔｅｍｏｆｆｌｉｅｓ．Ｔｈｅｍａ血ｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｓａｌｉｎｍａｒｉｚｅｄａｓｆｏｌｌｏｗｓ：
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２．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅｉｓｏｚｙｍｅｐｒｏｆｆｉｅｓｏｆｓｕｐｅｒｏｘｉｄｅｄｉｓｍｕｔａｓｅａｍｏｎｇｓｅｖｅｒａｌｆｌｙｓｐｅｃｉｅｓ
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３．Ｃｌｏｎｉｎｇａｎｄｓｅｑｕｅｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｕｐｅｒｏｘｉｄｅｄｉｓｍｕｔａｓｅｇｅｎｅａｍｏｎｇｓｅｖｅｒａｌｆｌｙｓｐｅｃｉｅｓ
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｔｒｅｓｓ；ａｎｔｉｏｘｉｄａｎｔｅｎｚｙｍｅ；ｓｕｐｅｒｏｘｉｄｅｄｉｓｍｕｔａｓｅ（ＳＯＤ）；
ｃａｔａｌａｓｅ（ＣＡＴ）；ｐｅｒｏｘｉｄａｓｅ（ＰＯＤ）；Ｂｏｅｔｔｃｈｅｒｉｓｃａｐｅｒｅｇｒｉｎａ；Ａｌｄｒｉｃｈｉｎａｇｒａｈａｍｉ；
Ｌｕｃｉｌｉａｓｅｒｉｃａｔａ；Ｍｕｓｃａｄｏｍｅｓｔｉｃａ；Ｐａｒａｓａｒｃｏｐｈａｇａｃｒａｓｓｉｐａｌｐｉｓ；ｅｎｚｙｍｅａｃｔｉｖｉｔｙ；ｉｓｏｚｙｍｅ；ａｃｔｉｖｉｔｙ－ｓｔａｉｎｉｎｇ；ｇｅｎｅｃｌｏｎｉｎｇ
ＨⅡ百
近几十年来人们愈来愈深刻地认识到，在我们生存的生物圈中，几乎每一个生命过程都和“没有生命”的无机金属离子息息相关；在每天的饮食、呼吸、劳动等生活过程中，都包含着难以数清的化学反应，它们相互制约，却又各自有条不紊、准确无误地发挥作用。

这主要是靠体内种类不多、数量极微的生命金属离子及其配位体在发挥效能，精确地调节着千万种生物化学反应。

在这些生物化学反应中，有不少就是含金属离子的络合物，即作为构成金属蛋白质、金属酶、核酸络合物、辅酶中的一部分等，它们在固氮、载氧、生物矿化、内稳态调节、神经传导、免疫应答等生物过程中起着关键作用（Ｈａｒｅ，１９８０；王夔，１９９６）。

金属离子中有一类称之为重金属（ｈｅａｖｙｍｅｔａｌ），它对于维系蛋白质的结构和功能有着重要的作用。

重金属的定义是指密度高于５ｇ／ｃｍ３的金属离子（Ｎｉｅｂｏｅｒ＆Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎ．１９８０），如锌、铜、铁、镉、汞等等。

有一些重金属，如铁、锌、铜等我们又称为必需重金属或必需微量元素，这些必需重金属对于一切生命过程来说都是不可缺少的。

平均人体内大约含有４ｇ铁，２９锌（Ｃｏｌｅｍａｎ，１９９２），必需重金属的生理功能首先表现在它们参与氧化还原活动（如Ｆｅ３＋营Ｆｄ＋，Ｃｕ２＋营Ｃ１】＋），其次是构成蛋白质结构的一部分，具有协调蛋白的功能。

众所周知，铁离子参与血红素的构型，并形成蛋白质的辅基，如血红蛋白、过氧化氢酶、过氧化物酶、细胞色素Ｃ等等。

另外，迄今已知的３００多种锌酶和铜酶，这些酶的活性往往取决于ｚｎ２＋和Ｃｕ２＋。

超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）在细胞的保护中起重要作用，抵抗活性氧自由基，其活性部位包括铜和锌。

碳酸酐酶所催化的是最简单而又最重要的反应，它利用ｚｎ２＋来提供高浓度的ＯＨ”，用来捕捉ＣＣｈ分子以形成ＨＣ０３－－Ｏ其分子是单体的，包含一个锌原子，当除去锌原子后酶就失活，这说明，锌对酶的催化活性是必不可少的。

此外，锌酯类蛋白是基因调控蛋白中最重要的一类含锌金属蛋白，在真核细胞的基因调控中起着关键的作用（Ｃｏｌｅｍａｎ，１９９２）。

重金属中的另外一类，如镉、汞等，迄今并未发现它们在生物体内有任何生理功能，因此被认为是非必需重金属离子。

然而，这些必需重金属和非必需重金属在自然界中往往是相依相伴，协同产生的。

镉最早就是德国冶金学家在１８１７年从略带黄色的白色颜料氧化锌中发现的，在元素周期表中与锌、汞同属第－－－Ｎ族，位于锌、汞之间，在化学性质上与锌极其相似（王夔。

１９８８）。

这种化学性质上的共性就意味着这些非必需重金属能够利用相似的吸收途径进入生物体，从而干扰机体内重要的结构和功能。

人们对重金属毒性的关注往往集中在
啦必需重金属离子，因为这些离了在很低浓度的情况下就已表现出毒性。

非必需重金属离子进入机体后不以离子形式存在，而是与机体内的大小生物分子，如蛋白质、肽、ＤＮＡ、ＲＮＡ等结合为金属络合物。

重金属与生物配体之间具有很强的亲和性，如镉、汞、铜与蛋白质的巯基、氨基有高度亲和性，锌、铁与羧基、巯基有很强的亲和性，重金属结合到这些配体上后能直接影响蛋白质和酶的结构和功能（Ｎｉｅｂｏｅｒ＆Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎ，１９８０）。

例如，汞结合到细胞膜腺苷三磷酸酶的巯基上，导致酶活动受到抑制。

重金属也能和血蓝蛋白上的铜离子交互作用，从而影响氧的结合。

ｃｒ３＋（铬）直接结合到ＤＮＡ上，引起ＤＮＡ损伤，产生基因毒性（Ｈａｒｔｗｉｇ，１９９５）。

上述这些重金属与生物分子的作用将引起器官和个体水平的损伤，最终导致生物体寿命的缩短和生殖力的减退。

在细胞水平上，必须避免高浓度的游离重金属离子，因为它们会产生毒害作用。

所幸的是，细胞内有些蛋白质能够结合和贮存大量的重金属离子，它们在体内重金属内稳态平衡和解毒功能上具有重要地位。

随着化学污染物多途径进入环境系统，土壤、水、大气环境已受到严重污染。

被污染环境的修复问题日益受到人们重视，目前国内外关于重金属污染修复工作已经取得了一些进展（Ｃｕｎｎｉｎｇｂａｍ＆Ｏｗ，１９８９；Ｅｖａｎｓｅｔａｌ．，１９９２；夏立江等，１９９８）。

生物修复是利用各种天然生物过程而发展起来的～种现场处理各种环境污染的技术，具有处理费用低、对环境影响小、效率高等优点（陈坚，１９９６；Ｖｏｌｅｓｋｙ，１９９４）。

有机污染物的生物修复研究较为广泛和深入，包括多氯联苯、多环芳烃、石油、表面活性剂、杀虫剂等。

重金属污染的特点是不能被降解而从环境中彻底消除（樊邦棠．１９９１），只能从一种形态转化为另一种形态，从高浓度变为低浓度，能在生物体内积累富集。

所以重金属的生物修复有两种途径：（１）通过在污染农田种植木本植物、经济作物，利用其对重金属的吸收、积累和耐性除去重金属。

（２）利用生物化学、生物有效性和生物活性原则（Ｂｌａｃｋｂｕｒｎ＆Ｈａｔｋｅｒ，１９９３），把重金属转化为较低毒性产物（络合态、脱烷基、改变价态）；或利用重金属与生物配体的亲和性进行吸附及生物学活性最佳的机会，降低重金属的毒性和迁移能力。

镉（ｃｄ）和铜（Ｃｕ）等重金属是重要的环境污染，可对生物机体造成严重损伤。

迄今有关重金属对昆虫生长发育和繁殖等影响以及金属硫蛋白已有不少研究（Ｃｅｒｖｅｒａｅｔ以，２００４）。

但就其对昆虫体内抗氧化酶系统影响的研究则甚少（Ａｈｒａａｄ，１９９５）。

为此，我们特以腐食性蝇类为材料，就重金属Ｃｄ和Ｃｕ对其抗氧化酶系统的影响作较系统的分析，…方面以探讨重金属对昆虫的毒害与抗氧化酶系统之间的关系，另方面也为重金属污染的生物监测提供理论依据。

单位代码
研究生学号硕士学位论文ｌ０３３５２０２１６０８８
重金属Ｃｕ２＋、Ｃｄ２－胁迫对几种蝇类抗氧化酶系统的影响答辩委员会主席俞晓平研究员、博导浙江省农科院植保与微生物所
论文评阅人
（姓名、职称、单位）
答辩委员王荫长教授、博导南京农业大学植保学院
论文答辩日期陈学新教授、博导浙江大学应用昆虫学研究所
２００５年６月１４日
第一部分文献综述
第一章重金属在生物体内的生理功能及其毒害作用
提及重金属（Ｈｅａｖｙｍｅｔａｌ）这一术语，人们首先想到的是重金属的毒性。

镉、汞、铅、铬等重金属的毒性是人人皆知的事实。

但是，重金属的另外一个方面即重金属在生物体内的功能往往被人们忽略了。

从某种意义上讲，生物过程中的每一个环节都离不开重金属的支持，从生物起源、生物进化，无氧呼吸到有氧呼吸，血红蛋白、细胞色素、超氧化物歧化酶的形成及功能发挥，无一不留下重金属的痕迹。

这就是重金属中的另外一类：铁、锌、铜、锰、钴等等，对于维系生物体内蛋白质的结构和功能有着重要的作用。

重金属的定义是指密度高于５ｇ／ｃｍ３的金属离子，对于它的出处我们无从追根溯源，但是这一定义的提出却奠定了重金属在生物学、生物化学历史上的重要地位（Ｎｉｅｂｏｅｒ＆Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎ，１９８０）。

研究重金属的生理功能导致－－ｆｌ新的学科的出现——生物无机化学（菲皿班，１９８７；奥西埃，１９８７；王夔，１９８８）。

生物无机化学研究表明，重金属与生物体内重要的蛋白质、酶、核酸等生物大分子结合，参与生命活动的各种化学反应，这些反应在特定部位。

按特定程序有条不紊地进行，它们之间既相互关联又相互制约。

可以说，没有重金属，就没有生命。

既然重金属在体内有着如此重要的生理功能，那么它一旦失调后果就不堪设想。

大量研究表明，生物体存在有效的重金属内稳态调控机制，这种机制调节着重金属在体内的贮存、运输、沉积及排泄。

但是，重金属的内稳态调控机制长久以来一直是个谜。

迄今为止，我们对重金属在昆虫体内的生理功能了解甚少，只知道昆虫体内含有微量重金属，昆虫的生长发育离不开重金属，但这已足够暗示重金属在昆虫体内有着如哺乳动物～样的重要生理功能。

研究昆虫体内重金属的调控机制，其难度就更大了。

但是，有关生物体内重金属的生理功能、重金属的代谢以及重金属内稳态调控机制的了解，无疑会给我们很多启示和帮助。

１．重金属与生命的起源
为了探索生命的起源，我们可以从推测地球的史前环境着手。

目前一般认为，在距今４６亿年前，由一个星问云收缩而形成太阳系时，地球与其它行星同时诞生。

那时，原始大气中含有较多的水蒸气、二氧化碳、氢、氮和二氧化硫，不含氧气，所以，原始大气是还原性的。

由于紫外照射、火山爆发、闪电以及矿物质的活动，出现了异养生物，经光合作用释放氧气，大约２５亿年前，地球由无氧环境变为有氧环境。

这种变化的深远意义表现在两方
２
面：（ｊ）活细胞逐渐适应和依赖需氧的环境。

（２）空气中臭氧层的建立，遮住了太阳光的紫外照射，标志着生命逐渐脱离海洋，走向陆地。

此外，矿物环境也受到了影响。

海水中含量丰富的金属，如铁、锰、钼、铜、锌等等，逐渐由不溶状态变为可溶状态，为生物体所利用（阿西摩夫，１９７９；怀尔特，１９８３）。

怎样才能将环境中金属的变化与生命的进化联系起来？毋庸置疑，从我们现在所掌握的配体协调知识来看，史前生物化学反应在很大程度上依赖于金属离子的催化作用。

铁卟啉是一个很好的例证。

由于铁卟啉和血红素的形成，细胞色素也白很早就开始进化，现在已经知道，细胞色素几乎存在于从细菌、海藻、酵母、昆虫、无脊椎动物、脊推动物直到哺乳动物所有的原核生物和真核生物中。

镁卟啉的产生，为光合作用提供了催化剂。

镁是海水中含量最丰富的元素之一，至今镁仍然支持很多擐基本的细胞活动。

早期的生命中含有铁和硫，由于它们的存在，铁氧还蛋白得以形成，从这点来看，铁氧还蛋白是最早的结合蛋白。

铁氧还蛋白在发酵、光合作用、氢气代谢中起着重要作用（Ｈｏｍｅ，１９８０）。

我们可以用一系列的化学术语来推测早期的生物进化过程。

早期细菌的发酵引起代谢产物的减少，并释放出＝氧化碳。

光合作用来平衡这一过程。

上述代谢产物的减少导致无机能源的被利用，即氮和硫被转换为硝酸盐和硫酸盐，自氧化形式变为能够结合可溶性金属离子的状态。

其后一个关键的步骤是氧的出现。

氧以及它的副产物超氧化物和过氧化物对于习惯于还原性环境中生存的生物来说是有毒的。

为适应这一环境，生物必须转变为用氧获得能量（由光合作用变成呼吸作用），并且建立一系列防御体系防止氧对细胞的损伤。

为实现这两个目的，生物选择了海水中最丰富的离子——铁离子。

从铁硫蛋白直到细胞色素、过氧化氢酶、过氧化物酶等等全都是以铁为中心的（Ｈｏｍｅ，１９８０；王夔，１９８８）。

生物发展了细胞过氧化氢酶和过氧化物酶，和血红素一起消除过氧化物，而铁和锰的超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）又能将超氧化物转变为过氧化物和氧气。

铜在进化中居于铁之后，我们认为它首先出现于真核生物的细胞色素氧化酶里。

一种参与电子传递的真核生物的铜蛋白——质体蓝素，并没有构成细菌的呼吸蛋白。

更有趣的是，真核生物的细胞质产生含铜和锌的超氧化物歧化酶（ＳＯＤ），而细菌产生的较早起源的ＳＯＤ仅含铁和锰，这些事实充分说明铜在生物进化过程中是个后来者。

为什么是钾和镁而不是钠和钙成为细胞内大量阳离子，我们同样可以从进化上找出原因。

早期生物为了保持细胞内的渗透平衡，必须排除一些过剩的溶质，而在上述阳离子中，钠离子是海水中最丰富的，因此被排出细胞外。

钙离子会沉淀一些对细胞有用的有机磷酸盐，从而遭到同样的命运，在后来的进化中发现钙对支持骨骼、信息传递中起着重要作用。

上述这些结果说明，生物不断的从环境中选择某种重金属去完成特定的功能，实现由简
单到复杂、由低等到高等的演变，因此，生物进化与金属息息相关。

现在已经知道，人的体液中金属离子的组成与海水极为接近，这个事实有力的支持了生命起源于海洋的说法。

人体中金属离子的含量，是生物进化的一种标志。

２．重金属的生理功能
重金属离子本身常常并没有某种生理活性，或者活性不够，只有与具有特定结构的生物配体结合成配位化合物后，才表现出特定的活性。

生物配体包括蛋白质、肽、核酸、糖以及糖蛋白、脂蛋白等大分子配体，也包括一些有机、无机离子（氨基酸、核苷酸、有机酸酸根等）以及某些维生素和激素等小分子配体。

因此，提及重金属的生理功能，实际上指的是这些生物配体必须与重金属结合才具有生物活性。

失去金属离子则导致活性丧失或减退。

在生物配体所依赖的金属中，最常见的是铁、锌、铜（表１－１）。

３．昆虫体内重金属的生理功能
到目前为止，对重金属在昆虫体内的生理功能了解得很少。

但是，对于一些在哺乳动物体内普遍存在的与重金属结合的生物配体，如细胞色素Ｃ、细胞色素Ｐ－４５０、铜蛋白、铁蛋白来说，在昆虫体内同样存在，因此，重金属对鼠虫的生长发育、物质能量代谢同样是不可缺少的。

已有报道昆虫体内包含一定量的铁、锌、锰、铜等重金属，几乎在每一种被测的昆虫中均有发现，故可以推溯它们广泛分布在昆虫体内（胡萃，１９９６）。

在历史上有意义的一件事是呼吸链（Ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙｃｈａｉｎ）概念的提出，最初是Ｋｅｉｌｉｎ在１９２５年观察昆虫飞行肌时提出的，昆虫飞行肌线粒体作为一种适宜的试验系统的优点，主要在于其氧化代谢水平一般较高，细胞色素的含量较高。

Ｋｅｉｌｉｎ首次在昆虫中证明了细胞色素的存在，现在对它在昆虫中的作用已经很清楚（罗克斯坦，１９８８）。

从烟草天峨（Ｐｒｏｔｏｐａｒｅｓｅｘｔａ）中分离出的细胞色素Ｃ，其Ｆｅ的含量为０．４５％，细胞色素ｃ是线粒体呼吸链中心的一种化合物，分子中含～个血红素辅基，在昆虫中研究得十分广泛。

细胞色素ｂ５首先在惜古比天蚕蛾（Ｈｙａｌｏｐｈｒａｃｅｃｒｏｐｉａ）中发现，它是一种微粒体细胞色素，在外源和内源化合物的羟基化反应中，细胞色素ｂｓ参与电子的传递作用。

目前，已从家蝇的微粒体中纯化出细胞色素ｂ；。

表１－１典型金属蛋白质及其机能（王夔，１９８８）
对于昆虫中微粒体氧化作用的理解，主要是跟随着哺乳动物类似系统的研究而开展。

如在哺乳动物中一样，昆虫微粒体多功能氧化酶也包含细胞色素Ｐ－４５０和ＮＡＤＰＨ－细胞色素Ｐ－４５０还原酶，这种多功能氧化酶系统对于外源化合物的解毒起着重要作用。

在昆虫中，仅
很少的微粒体多功能氧化酶得到详细的研究，但是已知它们存在于２０种以上的昆虫中，主要是在双翅目和鳞翅目昆虫中。

研究得最充分的是家蝇的多功能氧化酶系统，已汪明它们主要位于中肠、脂肪体和马氏管内（罗克斯坦．１９８８）。

昆虫中多酚氧化酶（酪氨酸酶）是最重要的铜蛋白，它还含有铁作为辅助因子。

多酚氧化酶存在于昆虫的表皮中，涉及到表皮鞣化因素的产生，而存在于血淋巴中的多酚氧化酶通过形成黑色微囊对内寄生物的防御可能是重要的，但它总的生物学功能还不清楚。

抗坏血酸氧化酶是一种铜蛋白。

多巴胺Ｂ－羟化酶也是一种铜蛋白。

昆虫的细胞色素氧化酶和哺乳动物的如此相似，因此，一定也含有铜。

在昆虫的血淋巴中含有一定量的铜，可能是哺乳动物血浆铜蓝蛋白的类似物。

昆虫体内发现了一些简单的铁蛋白（Ａｖｅｒｉｌｌ＆Ｖｉｎｃｅｎｔ，１９９３），如铁氧还蛋白，黄素蛋白等。

黄素蛋白是昆虫代谢的主要蛋白质。

正如在哺乳动物中的情况一样，黄素蛋白直接被环境中的氧、黄嘌呤氧化酶等氧化，这一过程和两种血红素蛋白、过氧化物酶及过氧化氢酶的作用相偶联，咀分解所产生的Ｈ２０２。

在昆虫的飞行肌中，这些酶的浓度特别高。

昆虫中还发现一种血红紊蛋白，它是一种重要的氧化酶，即色氨酸氧化酶，其功能是催化犬尿氨酸途径的第一步反应，以最终形成眼色素。

正常陆生昆虫，由于直接靠气管供给氧气，一般不含血红蛋白（１ｉｂ），但在少数水生昆虫中，如摇蚊幼虫的血淋巴中含有Ｈｂ。

对摇蚊幼虫血红蛋白的研究表明，其分子大小和构造方面的相似性明显显示出同脊椎动物血红蛋白的共同起源。

寄生于马胃中的马胃蝇幼虫也含有血红蛋白。

吸血蝽从肠道中吸取不同量的血红素，它们被修饰并贮存起来，但并不结合成为有功能的血红蛋白。

虽然上述研究十分有限，但是可以肯定，重金属对于维系昆虫体内蛋白质的结构和功能起着重要的作用。

人们已经知道，昆虫的人工饲料中必须含有一定量的重金属，如铁、锌、锰、铜、钴（维生素Ｂ１２的组分）等，这也暗示着昆虫的生长发育离不开重金属的支持。

４．重金属的代谢
重金属的代谢是指重金属被运送到生物体内所需要的部位，参与一些重要的生命活动，这一过程包括重金属的吸收、转运、贮存和排泄，以确保重金属在生物体内的内稳态平衡（Ｈｏｍｅｏｓｔａｓｉｓ），以及排出过剩和有毒的重金属（Ｈｏａｒｅ，１９８０）。

生物对重金属的吸收，无论是从土壤、海水、食物中，还是自体内环境中的吸收，是重金属代谢的第一步。

游离的重
金属离子是亲水性的，不能通过细胞膜的脂质双层结构，因此它们必须和脂溶性的化台物如血红素结合，或者经过载体的运输才能穿过细胞膜。

这些载体包括糖、氨基酸、小肽及其它一些离子载体。

一旦重金属离子穿过细胞膜，它们就会和一些转运蛋白结合在一起（见表ｌ一２）ａ然而，细胞内重金属的内稳态调控是十分重要的，不用说非必需重金属，即使是必需重金属在过量时也会产生毒害作用。

非必需重金属能够竞争必需重金属的结合部位，导致细胞结构和功能的失调。

重金属的内稳态平衡通过活性运输和贮存机制得以实现，其中最重要的贮存机制就是金属硫蛋白和铁蛋白的作用（Ｋｏｎｏｅｔａｌ．，１９９８）。

金属硫蛋白能结合过量的锌、铜，作为一个暂时的“贮存库”，调控锌、铜的内稳态。

此外，金属硫蛋白还能结合毒性金属如镉、汞等，起着解毒的功能。

表１－２重金属代谢过程中的转运和贮存蛋白
５．重金属的毒性
所谓某种重金属是有毒的，是指它超过一定浓度可以造成对生物体的损害。

因此，必须了解各种重金属在环境中的容许浓度值。

在这方面要考虑生物对该金属的耐受水平。

一般认为生物体内每种重金属浓度都有一个允许值，超过这一阈值则引起中毒症状。

必需重金属表现出双重效应，给量太少，机体会受到严重损害；但如果给量太多，就会出现另一方面的损害，即金属过剩的毒性所造成的损害。

人们往往更关注非必需重金属所带来的毒性，因为它们在很低浓度的情况下，生物体就表现出中毒症状。

非必需重金属如镉、汞、铅等在地壳中的丰度虽然不大，但由于人类的活动特别是近代工业的发展，随着各种重金属制品的应用及其后处理，大量废气、废水、废渣排入环境，然后从不同途径（大气、水、土壤、食物链）
进入生物体内。

有毒的重金属超过了生物体所能承受的阂值会造成严重的生理损害。

５．１重金属的毒性机制
重金属进入生物体内是怎样产生毒性作用的，这是人们感兴趣的问题之一。

重金属及其化合物对生物体内某些器官和系统中的生物分子有特殊的亲和力，这种作用与重金属的侵入途径、浓度、溶解性、存在状态、代谢特点等因素密切相关。

重金属的毒性机制主要表现在以下凡方面（王夔，１９８８）：
（１）阻断了生物分子表现活性所必需的功能基。

例如，Ｈ９２＋与酶中半胱氨酸残基的ｓＨ基结合，半胱氨酸的ｓＨ基是许多酶的催化活性部位，当结合金属离子后，就抑制了酶的催化活性。

（２）置换了生物分子中必需的金属离子。

例如，Ｂｅ２＋可以取代Ｍ９２＋．激活酶中的Ｍ９２Ｔ，由于Ｂｅ２＋与酶结合的强度比Ｍ９２＋大，因而它会阻断酶的活性。

（３）改变生物分子构象或高级结构。

为了使生物分子具有一定的功能，它必须具有某种特定的构象，金属离子的结合能改变一些生物大分子如蛋白质、核酸和生物膜的构象。

例如，多核苷酸负责贮存的传递遗传信息，一旦发生变化，可能会引起严重后果，如致癌和先天性畸形。

在生物分子中，蛋白质、磷脂、某些糖类和核营酸都具有许多能与金属离子结合的配位基因或原子，例如，咪唑（组氨酸）、ＮＨ２（赖氨酸等）、嘌呤和嘧啶碱基（ＤＮＡ和ＲＮＡ内）中的氮原子，ＯＨ（丝氨酸、酪氨酸等）、ＣＯＯ一（谷氨酸、天冬氨酸等）和Ｐ０４３’（磷脂、核苷酸等）中的氧原子，ＳＨ（半胱氨酸）和ＳＲ（蛋氨酸等）中的硫原子等，都可作为配位原子。

上述三种毒性机制都是以金属离子对生物分子的配位能力为基础的。

５．２汞和镉的毒性
汞和镉是环境中常见的两种有毒的重金属，下面简要讨论它们在生物体内的毒性（奥西埃，１９８７）。

５．２．１汞
Ｈ９２＋可与细胞膜相互作用，并能改变细胞膜的通透性。

同样的作用也能引起亚细胞器的破裂。

例如，Ｈｒ＋能选择性地累积于鼠类肝细胞的溶酶体中，随后，释放出水解酶进入细胞质，从而引起细胞毒性。

汞对蛋白质和酶的影响，显然是由于汞与蛋白质中的半胱氨酸残基。