Биокинетика техногенных радионуклидов водной биотойТема 3Трофический перенос радионуклидовТема 3 презентация

накопление – на поверхности клеток
Аккумуляция – активное накопление – процесс, требующий затраты энергии – перенос во внутриклеточное пространство
Ассимиляция, задержка (assimilation, retention)
задержка (retention),
Выведение, очистка (depuration),
биологическое полувыведение (biological half-life)

радиоэкологии КН имеет любое положительное значение
KH>1 - накопление

different parts of E. canadensis shoots

Fig. 1. Distribution of 241Am between parts of Elodea shoots (% of total activity in the entire shoot).

Fig. 2. Surface of Elodea leaves

Apical leaf

Distal leaf

intracellular compartments and biomass particles of E. canadensis shoots

Distal leaf

Homogenization of Elodea biomass destroyed both the cells and the majority of chloroplasts.
Fig. 3. The view of homogenized biomass

pers.comm) гг выделены гены, отвечающие за транспорт металлов в дрожжах

Семейства белков-переносчиков [Сhrispeels et al., 1999; Grotz, Guerinot, 2006 ]
ZIP (известно белее 100 белков на всех филогенетических уровнях) – отвечают за транспорт железа, цинка через плазм. Мембрану и тонопласт;
Nramp – широкая специализация транспорта
CDF (Cation Diffusion Facilitator) найдены в бактериях, грибах, растениях, животных – отвечают за транспорт металлов из цитоплазмы в органеллы и вывод во внеклеточную среду.
HMA (Heavy metal ATPase) – отвечают за гомеостаз Zn и специфический транспорт Cd
IRT (Iron Regulated Transporter) – белки - принадлежат семейству ZIP и отвечают за транспорт железа
YSL – Fe-фитосидерофоры
И т.д.
Сhrispeels et al., The Plant Cell, Vol. 11: 661-675, 1999
Grotz, Guerinot, Biochimica et Biophys Acta 1763: 595-608, 2006

через специальные белки (канальные белки, котранспортеры, АТФ-насосы)

Неэссенциальные металлы/металлоиды проникают в клетку через «чужие» транспортеры
Cd2+ поступает в клетку через транспортеры Zn2+, Fe2+, и Ca2+

[Clemens, 2006. Toxic metal accumulation, responses to exposure and mechanisms of tolerance in plants. Biochimie 88(11): 1707-19]

in hyperaccumulating plants J Biol Inorg Chem. 2006 Jan;11(1):2-12.
Clemens, 2006. Toxic metal accumulation, responses to exposure and mechanisms of tolerance in plants. Biochimie 88(11): 1707-19

Биомолекулы – лиганды, которые участвуют в связывании, переносе и хранении накопленных металлов в растениях

многими микроорганизмами [Braun, 1997; Sigel, Sigel., 1998] сравнительно низкомолекулярные вещества, которые специфически хелатируют железо(III) с образованием прочных комплексов с константами устойчивости порядка 1023–1035 [Braun, 1997], повышая его биодоступность (растения либо выделяют аналогичные вещества – фитосидерофоры, либо используют для усвоения железа экзогенные сидерофоры микроорганизмов) [Камнев, Перфильев, 2000].

Сидерофоры – низкомолекулярные, прочные, метал-хелатирующие агенты, продуцируемые большинством микробов и растениями для связывания и доставки железа в клетку по системам активного транспорта [ARQ]
Фитосидерофоры – семейство небелковых аминокислот [ARQ]

Briat J-F. Iron transport and signaling in plants. Annu. Rev. Plant Biol. 2003, 54: 183-206]

Семейство фитосидерофоров мугиеновой кислоты, никотинамин – предшественник синтеза ФС, EDTA, укс.кислота

Letters, 1989, 2137; Von Wiren et al., Plant Physiol. 1999, 119, 1107; Hiridate & Inoue, Soil Sci. Am. J. 1998, 62,159; Mino et al., Inorg Chem. 1981. 20, 3440

в виде слабо растворимых и/или прочно сорбированных Pu(IV) гидроксидов или оксидов и, таким образом, риск того, что он станет мобильным или биодоступным очень мал.
Компоненты, которые растворяют плутоний или изменяют его заряд могут значительно увеличить его биодоступность и мобильность.
Pu(IV) считается химическим аналогом Fe(III)

Neu, M.P. / Boukhalfa, H. / Ruggiero, C.E. / Lack, J.G. / Hersman, L.E. / Reilly, S.D. , Journal of Inorganic Biochemistry, 96 (1), p.69-69, Jul 2003

2003]

Другой вид той же структуры Pu(IV)-DFE docked into FhuD from E. coli.
Модель исходит из гипотезы, что Pu-siderophores могут занимать то же самое место, что и Fe-siderophores (Fe(III)-DFOB), не смотря на координационные различия

Сидерофоры могут трансформировать плутоний из различных растворов и твердого состояния в растворимые комплексы плутоний-сидерофор (см. рис.)
были аналогичные исследования для U (VI)

изменяя рН и, возможно, посредством секреции органических кислот (цитрата, ацетата, бутирата)
Clostridium уменьшает рН и Eh среды и приводит к окислению плутония в более мобильную форму Pu(IV) ? Pu(III)
Pseudomonas в результате метаболизма изменяется стабильность наиболее устойчивого в растворе комплекса плутония с цитратом и образуется новый комплекс плутоний-бицитрат.

Clostridium sp.

Pseudomonas fluorescens

комплекс плутоний – бицитрат

 

Biotic and abiotic redox transformations of soil plutonium.

трофической цепи.
Биогенный вынос РН из водоемов

times)

Apical leaf
(magnification x 400 times)

leuciscus baicalensis (Dybowski) (Dace)

Thymallus arcticus
(Pallas) - Arctic grayling

Carassius gibelio (Bloch) – crucian carp

Piscivorous

Benthophages

Omnivorous

fresh mass)

наиболее радиотоксичных радионуклидов.
В реке Енисей трансурановые элементы 241Am, 238Pu, 239,240Pu, 239Np обнаружены в пойменных почвах, донных отложениях и биомассе водных растений 1,2

241Pu(T1/2=14.3г) 237Np(T1/2=2.1*106лет)
241Am(T1/2=432.7лет)

β

λ, γ

Болсуновский А.Я. и др. ДАН, 2002, 387 (2): 233-236;
Bolsunovsky et al., Radioprotection. 2009

in fishes compared to 137Cs in certain lakes in Finland. Boreal environment research 7: 99-104.
2. Гудков Д.И., Деревец В.В., Зуб Л.Н. и др. 2005. Распределение радионуклидов по основным компонентам озерных экосистем зоны отчуждения Чернобыльской АЭС. Радиационная биология. Радиоэкология. 45 (3): 271-280.
3. Carvalho F.P., Fowler S.W., Rosa J.La. 1983. Assimilation, inter-organ transfer and excretion of americium in two teleost fish. Marine Biology 77: 59-66.
4. Bustamante P., Teyssie J.-L., Fowler S.W., Warnau M. 2005. Assessment of the exposure pathway in the uptake and distribution of americium and cesium in cuttlefish (Sepia officialis) at different stages of its life cycle. J Exp. Mar. Biol. Ecol., 331 (2): 198-207.

ВОДА

ПИЩА

241Am регистрируется в биомассе пресноводных и морских рыб, обитающих в естественных водоемах1,2;
Исследовано накопление 241Am морскими рыбами из воды и из животной пищи3,4;
мало данных по пресноводным рыбам!

бореального равнинного фаунистического комплекса.
Оседлая рыба, предпочитает илистое дно, покрытое водной растительностью.

Карася серебряного относят по типу питания ко II трофическому уровню: животноядные, питающиеся беспозвоночными

Рябов И.Н. Радиоэкология рыб водоемов в зоне влияния аварии на чернобыльской АЭС. М.: Товарищество научных изданий КМК. 2004. 215 с.

измеряли на гамма-счетчике Wallac 1480 Wizard 3” (PerkenElmer, Finland)

Гомогенат растений вводили в пищевод за глоточные зубы

«Отрыжка»

пеллетах;
В воде

После принудительного кормления рыб (5 штук) содержали раздельно

После экскретирования первой (зеленой) фекальной пеллеты (через сутки):
Рыб переводили на самостоятельное кормление сухим кормом – в 1-м и 2-м экспериментах;
Рыб не кормили – в 3-м эксперименте

из микроводорослей - до 40%; 2
Морскими рыбами из меченых червей – 1 %;
морскими рыбами (палтус и др) из морских лещей (метили раствором РН) – 6-15 %3
Пресноводными рыбами (радужная форель) из воды4;

Ассимиляция америция морскими рыбами из пищи невелика!

Ассимиляция в наших экспериментах – 4 – 12 %

1.Reinfelder J.R., Fisher N.S. The assimilation of elements ingested by marine copepods. Science, 251, 1991. P. 794-796.
2.Reinfelder J.R., Wang W.-X., Luoma S.N., Fisher N.S. Assimilation efficiencies and turnover rates of trace elements in marine bivalves: a comparison of oysters, clams and mussels. Marine biology. 1997, 129: 443-452.
3. Mathews T., Fisher N.S., Jeffree R.A., Teyssie J.-L. 2008. Assimilation and retention of metals in teleost and elasmobranch fishes following dietary exposure. Mar. Ecol. Prog.Ser., 360: 1-12.
4. Vangenechten J.H.D., Van Puymbroeck S., Vanderborght O.L.J. 1989. Curium-244 and amtriciun-241 uptake in freshwater fish. Technological and environmental chemistry 19: 147-152.

ВЫНОСА РАДИОНУКЛИДОВ РУКОКРЫЛЫМИ. ВОПРОСЫ РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ № 4, 2005. с.12-20.

животных