Studies of the effects of water pollution by cadmium and mercury compounds on the activity of phospholipase A2 in model systems

Liczne doniesienia literaturowe dowodzą, że fosfolipaza A2 może być blokowana przez jony metali ciężkich, ale dokładny mechanizm tej inhibicji nie jest znany. Celem pracy było zbadanie aktywności enzymu PLA2 w układach modelowych w obecności soli kadmu lub rtęci z zastosowaniem monowarstw Langmuira utworzonych przez dipalmitoilofosfatydylocholinę (DPPC). W części literaturowej niniejszej pracy ujęto zagadnienia związane z rolą destruentów w przyrodzie, zanieczyszczeniem środowiska kadmem i rtęcią, budową błony komórkowej, modelowaniem błon za pomocą monowarstw Langmuira oraz przedstawiono podstawowe zagadnienia związane z fizykochemią monowarstw. W części eksperymentalnej zawarto podstawowe informacje o zastosowanych odczynnikach, przygotowaniu roztworów i sposobach prowadzenia badań. Przedstawiono wykresy izoterm ciśnienia powierzchniowego w funkcji powierzchni cząsteczkowej (krzywe π-A) oraz wyniki badań stabilności monowarstw (cykle kompresji/ekspansji oraz ewolucja powierzchni cząsteczkowej w czasie – krzywe A-t). W zastosowanych układach modelowych obecność jonów kadmu (CdCl2) w roztworze wodnym do stężeń 10-5M powoduje całkowitą inhibicję fosfolipazy A2. Z kolei okazało się, że jony rtęci (HgCl2) nie zakłócają aktywności hydrolitycznej tego enzymu. Okazało się również, że oba metale ciężkie nie zakłócają procesu wiązania się enzymu z modelową błoną biologiczną.

Numerous scientific publications prove that phospholipase A2 (PLA2) can be blocked by heavy metals ions; however, the exact mechanism of this inhibition is still unknown. The aim of this thesis was the investigation of the activity of PLA2 in the presence of cadmium or mercury chlorides in model systems with the application of Langmuir monolayers formed by dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC). In the introductory part of this thesis the questions connected with: the role of decomposers in the environment, pollution by cadmium and mercury, structure of biomembranes and the modeling of membranes with the application of Langmuir monoayers, as well as the physical chemistry of these monolayers, were covered. In the experimental part the information regarding the applied chemicals, preparation of the solutions, and the means of the performing of the experiments were provided. The results are presented as plots of surface pressure vs molecular area (τ-A curves) and monolayers’ stability tests (compression/expansion cycles and molecular area time evolution – A-t curves). In the applied model systems cadmium ions (CdCl2) in aqueous solution down to the concentrations of 10-5M caused complete inhibition of PLA2. On the other hand, Hg2+ (HgCl2) did not interfere with the enzyme hydrolytic activity. It turned out also, that both heavy metals did not disturb the enzyme-monolayer binding.