随着稀土元素在农业、工业、畜牧业和现代药学等领域中的广泛应用,它将不可避免的进入环境,并通过生态系统食物链等途径进入生物体。因此,有关稀土对生物体的影响机制等问题一直是人们关注的重点。许多学者的研究结果都说明了稀土元素对生物体DNA确有损伤作用,但有关稀土对DNA致突机理的研究较少,尤其是在DNA分子水平方面的研究不多。本实验的研究目的也是探讨稀土离子引起DNA损伤的机理,主要从稀土对TaqDNA聚合酶的作用着手。通过在PCR反应体系中加入不同浓度的稀土离子(La³⁺、Gd³⁺和Er³⁺)后,检测PCR产物DNA浓度、DNA序列中碱基变化,然后借助紫外光谱法和圆二色谱法来分析TaqDNA聚合酶立体构象的变化,从而确定稀土对Taq DNA聚合酶的作用是否会影响到DNA复制错误。实验结果:在PCR反应过程中分别加入三种稀土离子,当La³⁺和Gd³⁺浓度在1.0×10^-3mol/L和1.0×10^-8mol/L之间时,对PCR反应的影响呈现出“低促高抑”的Hormesis现象,当其浓度大于1.0×10^-2mol/L时,完全抑制DNA复制,而Er³⁺总体呈较强的抑制作用,当浓度低时,也没有激活作用出现;PCR反应产物序列有多处碱基发生错配;La³⁺、Er³⁺和Gd³⁺会引起Taq DNA聚合酶的紫外可见吸收谱发生变化,且稀土离子浓度越大,Taq DNA聚合酶液在222nm处的吸收峰值越低;通过圆二色谱测定,稀土离子可影响TaqDNA聚合酶的二级结构,低浓度的稀土离子能引起TaqDNA酶α-螺旋含量的增加,而高浓度稀土离子引起酶α-螺旋含量降低。实验结果说明了稀土离子可影响TaqDNA聚合酶的立体构象,除了能改变酶的DNA复制活性,也可引起DNA复制时碱基错配。这一实验结果也说明了稀土是一种诱变剂,引起基因突变的机制之一可能是改变TaqDNA聚合酶的立体构象,干扰了酶与底物dNTP结合位点,从而引起复制错配。