Farklı konsantrasyonlarda kadmiyum ve bakır iyonlarına maruz bırakılan sarıağız balığının (Argyrosomus regius) bazı dokularındaki antioksidant enzim aktivitelerinin incelenmesi
Investigation of antioxidant enzyme activity in some tissues of meagre (Argyrosomus regius) exposed to cadmium and copper ions in different concentrations
Yazar: FARUK PAK
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET RÜŞTÜ ÖZEN
Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Su Ürünleri Yetiştiriciliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Su Ürünleri = Aquatic Products

Özet:
Çevre kirliliğinin bir göstergesi olarak; özellikle yumuşakçalar ve balıklar gibi canlılarda ölçülen metalik kirleticiler, yaşadıkları ortamda bulunan konsantrasyonlarına bağlı olarak belirli, hatta tehlikeli düzeylere erişebilmektedir. Sucul organizmalarda ağır metal birikimi ve bunun söz konusu canlılarda oluşturduğu tahribat ile hasarların araştırılması,  bir taraftan ağır metallere karşı duyarlılığı yüksek olan türlerin belirlenmesini sağlarken, diğer taraftan da anılan canlıların vücut mekanizmalarındaki işleyişlerdeki parametrelerde oluşabilecek reaksiyonların saptanması noktasında oldukça önemlidir. Bakır (Cu), metabolik enzimlerin temel bir bileşeni olduğu için canlı organizmalarda hücresel metabolizma için temel bir eser element ve mikro besindir. Bununla birlikte, suda yaşayan hayvanlarda normal seviyelerden yüksek konsantrasyonlarda hücre içi mekanizmalar için toksik olabilmektedir. Kadmiyum (Cd) doğada mevcut, düşük konsantrasyonlarda dahi organizmaları etkileyecek derecede toksik, parçalanamayan, uzun biyolojik yarı ömrü nedeniyle sucul canlılar için atılımı neredeyse imkansız olan ve bu nedenle vücutta çeşitli organlarda birikme eğiliminden dolayı çevresel kaygıları artıran bir elementtir. Sarıağız, Argyrosomus regius, Akdeniz kıyılarında yetiştiriciliği yapılan alternatif bir türdür. İz metaller de dahil olmak üzere A. regius'daki biyokimyasal parametreler diyetten ve deniz suyunun çevresel parametrelerinden etkilenebilmekte ve balık sağlığı ve et kalitesi kısmen deniz suyunun bileşimine bağlı olarak değişebilmektedir. Bu çalışmada, kadmiyum ve bakır iyonlarının A. regius üzerindeki akut toksisitesi belirlenmiştir. İlaveten bu metallerin subletal konsantrasyonlarına kronik olarak maruz bırakılan A. regius'un kas, karaciğer ve solungaç dokularındaki metal birikimi ile bireylerin biyokimyasal aktivitelerindeki değişiklikleri izlemek için süperoksit dismutaz (SOD), katalaz (CAT), glukoz 6 fosfat dehidrogenaz (G6PD) ve glutamat piruvat transaminaz (GPT) enzim aktiviteleri ve ayrıca lipid peroksidasyonunun göstergesi olan malondialdehit (MDA) düzeyleri belirlenmiştir.

Sarıağız balıklarında bakır ve kadmiyumun 96 saatlik akut toksisite testleri statik deney koşullarında yapıldı ve LC50 probitanaliz metodu ile belirlendi. 96 saatlik LC50 değerleri bakır için 1,643 mg/L ve kadmiyum için 6,699 mg/L olarak tespit edildi. A. regius için bakırın kadmiyumdan yaklaşık 4 kat daha toksik olduğu belirlendi. Subletal konsantrasyonlarda 30 gün süre ile bakır ve kadmiyuma maruz bırakılan balıkların kas, karaciğer ve solungaç dokularındaki metal birikiminin her iki metal için de en fazla karaciğerde, takiben solungaçda ve en az da kas dokusunda olduğu belirlendi.

Bu çalışmada bakır ve kadmiyum uygulamaları A. regius dokularında oksidatif stres biyobelirteçlerinde bazı değişiklikler meydana getirmiştir. A. regius'da belirli bir sürede dokularda SOD ve CAT enzim aktiviteleri üzerine bakır ve kadmiyum etkileri akut ve kronik olarak değerlendirildi. Hem 4. Günde hemde 30. günde artan metal konsantrasyonuyla kas ve solungaç dokusunda her iki enzim aktivitesinin arttığı karaciğerde ise azaldığı tespit edildi. Her iki metal de G6PD enzim aktivitesinin karaciğer dokusunda azalmasına, solungaç ve kas dokularında ise artmasına neden oldu. A. regius'da incelenen tüm dokularda artan bakır ortam konsantrasyonu ile GPT enzim aktivitesinin artış gösterdiği, artan kadmiyum ortam konsantrasyonu ile GPT enzim aktivitesinin kas ve solungaç dokusunda artış gösterdiği, karaciğer dokusunda ise azaldığı belirlendi. A. regius'un değişik konsantrasyonlarda bakır ve kadmiyuma maruz bırakılması, kontrol ile karşılaştırıldığında kas, solungaç ve karaciğerde tüm süre boyunca LPO'nun artmasına neden oldu. Ayrıca, en yüksek MDA düzeyindeki artış karaciğerde (% 68), ardından solungaçda (% 37) ve en düşük kas dokusunda (%6) gerçekleşti. İncelenen tüm dokularda meydana gelen lipid peroksidasyonunun konsantrasyona ve süreye bağlı olduğu tespit edildi.

Bu çalışma, bakır ve kadmiyumun, balık dokularındaki MDA düzeylerinde belirlenen artışla gösterildiği gibi, oksidatif stresten sorumlu olduğunu ve buna karşılık olarak antioksidan savunma mekanizmalarını etkilendiğini ortaya koymuştur. A. regius'un bakır ve kadmiyuma maruz bırakılmasının lipid peroksidasyonu ve antioksidan enzimler üzerindeki etkisinin, doku, konsantrasyon ve zamana bağlı olduğu bulunmuştur. Bu etkilere, dokuların, işlev, antioksidan kapasiteleri, oksidatif hasara yatkınlık ve serbest radikal oluşturma hızlarındaki farklılıklar sebep olmuştur.

Abstract:
As an indicator of environmental pollution; metallic pollutants, especially measured in living things such as mollusks and fish, can reach certain, even dangerous levels, depending on their concentration in the environment. Accumulation of heavy metals in aquatic organisms and the destruction of these organisms and the investigation of damages are very important for determining the species that are sensitive to heavy metals on the one hand and determining the reactions that may occur in the functioning mechanisms of the organisms in the body. Since copper (Cu) is an essential component of metabolic enzymes, it is an essential trace element and micronutrient for cellular metabolism in living organisms. However, it may be toxic to intracellular mechanisms at concentrations higher than normal levels in aquatic animals. Cadmium (Cd) is an element that is present in nature, toxic enough to affect organisms even at low concentrations, which is almost impossible to be excreted for aquatic organisms due to its long biological half-life and therefore increases environmental concerns due to its tendency to accumulate in various organs in the body. Meagre, Argyrosomus regius, is an alternative species cultivated on the Mediterranean coast. Biochemical parameters in A. regius, including trace metals, can be influenced by diet and environmental parameters of seawater, and fish health and meat quality may vary partly depending on the composition of seawater. In this study, acute toxicity of cadmium and copper ions on A. regius was determined. In addition, by the accumulation of metal in the muscle, liver and gill tissues of A. regius, which is chronically exposed to subletal concentrations of these metals, superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), glucose 6 phosphate dehydrogenase (G6PD) and glutamate pyruvate transaminase (GPT) enzyme activities and also malondialdehyde (MDA) levels which are indicative of lipid peroxidation were determined.

Acute toxicity tests of copper and cadmium in meagre fish were performed under static experimental conditions and determined by LC50 probitanalysis method. The LC50 values for 96 hours were 1.643 mg/L for copper and 6.699 mg/L for cadmium. It was determined that copper was approximately 4 times more toxic for A. regius than cadmium. The accumulation of metal in the muscle, liver and gill tissues of the fish exposed to copper and cadmium at subletal concentrations for 30 days was found to be mostly in the liver, followed by the gill and at least in the muscle tissue.

In this study, Cd and Cu exposures caused some changes in oxidative stress biomarkers in A. regius tissues.The effects of Cd and Cu on the SOD and CAT enzyme activities in tissues were determined to be acute and chronic in A. regius at a certain time period. It was determined that both enzyme activities increased in the muscle and the gill tissues and decreased in the liver with the increasing metal concentration on day 4 and day 30. Both metals decreased G6PD enzyme activity in liver tissue and increased in gill and muscle tissues. It was determined while GPT enzyme activity increased with increasing Cu media concentration in all tissues of A. regius, GPT enzyme activity increased within the muscle and the gill tissue and decreased in liver tissue with increasing cadmium ambient concentration. Compared to the control group, the exposure of A. regius to copper and cadmium at different concentrations resulted in the increase of LPO for the whole period for all of the muscle, gill, and liver. In addition, the highest MDA levels occurred in liver (68%), followed in the gills (37%), and the lowest in the muscle tissue (6%). The peroxidative damage that occurred in all tissues examined depended on the concentration and the duration. 

This study showed that Cu and Cd were responsible for oxidative stress as indicated by the increase in lipid peroxidation of fish tissue and the antioxidant defense mechanisms were also affected. The effect of exposure of A. regius to copper and cadmium on lipid peroxidation and antioxidant enzymes was found to be dependent on tissue, concentration and time. These effects were caused by differences in tissues' function, antioxidant capacity, susceptibility to oxidative damage and free radical formation rates.