Cadmium uptake by growing and nongrowing (intact) cells of a chdmium-tolerant yeast Hansenula anomala B-7 in the presence of surfactants was studied. In growing cultures the addition of Triton X-100 or Tween 80 increased cadmium uptake by about 30% with no inhibition of cell growth, and in intact cells Triton X-100 increased cadmium accumulation by about 80% compared to surfactant-free controls. Considering balance between increased uptake and pollution, the addition of 0.1% Triton X-100 was preferable. By the mixed addition with defoamer silicone, during growth of cells Tween 80 or Triton X-100 enhanced uptake efficiency of cadmium compared to its single addition, whereas in intact biomass each of surfactants tested had no significant effect on cadmium uptake. The uptake of cadmium was observed to rise sharply to a maximum and then declined with increasing pH, and maximum accumulation of cadmium by growing and intact cells occurred at the pH of 6.0 and 7.0, respectively. A significant increase in cadmium uptake occurred with shaking culture. Cadmium uptake by growing and intact cells was almost completed during the culture time of 72 or 24 hrs, respectively. Scalded cells sorbed much more cadmium-ion than living cells.
Biomass of non-viable and dried brown marine algae Ecklonia radiata Turn. was used to examine Its cadmium uptake capability. Twelve different pretreatments on the algal biomass were prepared. Among these pretreatments, the algal biomass, which treated with 0.1 M NaOH and kept in water. bath (100$\^{C}$, 18 h) followed by washing with distilled water and squeezing, showed the highest amount of cadmium uptake as 1634 $\pm$ 195 mg/g dry biomass at pH 4.0 and 50$\^{C}$. Adsorption temperatures and pH levels played some Important role In cadmium uptake. However, cadmium uptake decreased dramatically at a lower pH than 4.0. Freundlich adsorption isotherm showed potent cadmium uptake capacity of the non-viable biomass. Pretreatments on the non-viable algal biomass shown in this study nay enhance the Eadmium removal in the industrial wastewater.
E. coli was tested for their ability to uptake cadmium intracellularly, and the effect of zinc and calcium on cadmium toxicity to E. coli was observed. In addition, the effect of zinc and calcium on the uptake of cadimium was also studied. This study showed that living E. coli cells took up more cadmium than the dead cells. E. coli in the log phase uptake cadimiumm more actively than E. coli in the stationary phase. These results suggested that there may be metabolic reactions or compounds which encourage the uptake of cadimium. This study also showed that cadimium was sequestered by cell components of which molecular weight is about 30,000. Adding of zinc and calcium chloride reduced cadmium toxicity in E. coli and encouraged intracellular uptake by E coli. However adding of heavy metal solutions helped the microorganisms to adsorb more cadmium. Extremely high or low concentrations of zinc, however, did not affect cell viability.
The mechanism of intracellular accumulation of cadmium in a cadmium-ion tolerant yeast, Hansenula ammala B-7, which is an extreme cadmium tolerant strain and has the ability to take up a large amount of cadmium was investigated. The amounts of cadmium taken up by the scalded yeast cells were 2 to 3 times more than the value of the living cells. The living Hansenula anomala B-7 cells adsorbed 74% of cadmium taken up onto the other layer of the cells and 26% of it accumulated inside the cells. But the scalded cells adsorbed 98.3% of cadmium taken up and accumulated 1.7% of it inside the cells. A cadmium uptake and its accumulation were accelerated up to 162.3% and 275.4% by Triton X-100 in the living cells, respectively. Whereas in the scalded cell cadmium uptake was not affected by Triton X-100. Furthermore the cadmium uptake and its accumulation were strongly inhibited by metabolic inhibitors like 2,4-dinitrophenol, sodium azide and potassium cyanide in the living cells, but in the scalded cells cadmium uptake was not affected by metabolic inhibitors. These results suggested that the intracellular accumulation of cadmium by the cadmium-tolerant Hansenula anomala B-7 cells was apparently dependent of biological activity, and also gave evidence of the existance of energy-dependent system.
Lee, Sang Beom;Kim, Kyu Won;Kim, Gyeong Jin;Choi, Buung;Yoo, Ji Hyok;Oh, Kyeong Seok;Moon, Byeong Churl;Park, Yong-jin;Park, Sang Won
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2017.06a
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pp.157-157
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2017
In last study, Genome-Wide Association Studies (GWAS) was conducted for cadmium content of 295 rice varieties including 137 rice core set and 157 Korea breeding varieties collected from Kongju National University. The results showed that 9 varieties had SNP allele and amino acid substitution in exon of chromosome 1. This study was aim to understanding mechanism of cadmium uptake to confirm correlation of cadmium and other mineral nutrients (Cu, Mn, Fe) among 9 rice varieties. Nine varieties were planted on polluted soil of mine in Korea and cadmium content in root, stem, leaf and it's brown rice was analyzed by ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass spectrometer, Agilent 7700E, US). Results of this study showed that mechanism for cadmium uptake and accumulation was diversity among varieties. Chin-nong and Ho-nong contained higher levels of cadmium in root, but contained relatively lower levels cadmium in brown rice than other varieties. Cheong-nam, Nam-pyeong, Gan-cheok, Suan absorbed high levels of cadmium through root and then accumulated high cadmium to brown rice. Meanwhile, Yeong-deok and Su-kwang absorbed lower cadmium in root, but high cadmium was accumulated in brown rice. Correlations between cadmium and other mineral nutrients (Cu, Mn, Fe) were analyzed by using SPSS statistics 20. The contents of iron in leaf had minus correlation (p<0.05) with cooper and cadmium in root, cadmium in brown rice. Therefore understanding of cadmium uptake mechanism among varieties will be used to basic data for further breeding and phytoremediation.
Kim, Ghi-Chan;Kim, Kyoung-Ryong;Kim, Jee-Yeun;Park, Yang-Saeng
The Korean Journal of Physiology
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v.30
no.2
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pp.279-288
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1996
Chronic exposure to cadmium impairs various renal tubular functions, including organic acid (anion) secretion. To investigate the mechanism of cadmium-induced alterations in the organic anion transport system, kinetics of p-aminohippurate (PAH) uptake was studied in renal cortical basolateral membrane vesicles (BLMV) isolated from cadmium-intoxicated rats (adult male Sprague-Dawley). Cadmium intoxication was induced by subcutaneous injections of $CdCl_{2}$ (2 mg Cd/kg per day) for 3 weeks. The renal plasma membrane vesicles were prepared by Percoll gradient centrifugation. The vesicular uptake of $^{14}C$-PAH was determined by rapid filtration technique using Millipore filter. Cadmium intoxication resulted in a marked attenuation of $Na^{+}$-dependent, ${\alpha}$-ketoglutarate (${\alpha}$KG)-driven PAH uptake with no changes in $Na^{+}$ and ${\alpha}$KG-independent transport component. Kinetic analysis indicated that Vmax, but not Km, of the $Na^{+}$-dependent, ${\alpha}$KG-driven component was reduced. A similar reduction of $Na^{+}$-dependent, ${\alpha}$KG-driven PAH uptake was observed in normal membrane vesicles directly exposed to inorganic cadmium in vitro, and this was accompanied by an inhibition of both $Na^{+}$-dependent ${\alpha}$KG uptake and ${\alpha}$KG-PAH exchange activity. These results indicate that during chronic exposure to cadmium, free cadmium ions liberated in the proximal tubular cytoplasm directly interact with the basolateral membrane and impair the active transport capacity for organic anions, most likely due to an inhibition of both $Na^{+}$-dicarboxylate cotransporter and dicarboxylate-organic anion antiporter activities.
The uptake of cadmium in animals is mainly accumulated in and affected to the liver and kidney by binding with red blood cells and serum albumin. The process accounts for more than 50% of the total accumulated cadmium in the body. The kidneys may be damaged without regarding the pathway uptake of cadmium. In a group of rats on supplements of 1% chlorella and 40 ppm cadmium, the concentration of cadmium in urine greatly decreased by 66% compared to control group, and the total synthesis of metallothionein decreased by 48.6% compared to control group. However, no previous study has assessed the protective effect on kidney damage induced by cadmium uptake through supplementation with chlorella. This study analyzed the biochemical marker for kidney damage in the rats after uptake of 40 ppm $CdCl_2$ and supplementation of the diet of Sprague Dawley (SD) rats with 1%, 5%, and 10% chlorella during 4 weeks. In a group of SD rats on supplementation with 1% chlorella and uptake of 40 ppm $CdCl_2,\;\beta_2$ microglobulin in the urine was found to be $3.1\pm0.6\;{\mu}g/L$, a decrease of 58% compared to a group of Sp rats on uptake of $CdCl_2$ only, in which the $\beta_2$ microglobulin was found to be $4.9\pm0.7\;{\mu}g/L$. According to the results of histopathological observation, the accumulation of mild and localized chronic inflammatory cells in kidney tissues was observed in 50% of the SD rats on uptake of cadmium only. In contrast, only 30% of the SD rats on supplementation with 1% chlorella and uptake of 40ppm $CdCl_2$, representing a histopathological abnormality, and there were no histopathological abnormalities at all in groups of SD rats on supplementation with 5% or 10% chlorella and uptake of 40 ppm $CdCl_2$. In conclusion, protein, calcium, and iron, which account for more than 50% of the total dried chlorella composition, may contribute to the reduction nephrotoxicity by stimulating both inhibited absorption of cadium and increased excretion of accumulated cadmium in kidneys.
Recombinant Saccharomyces cerevisiae BZ-pJ containing the gene coding for metallothionein, a metalbinding protein was grown in the medium with high cadmium concentrations to study the characteristics of growth and cadmium uptake. High concentrations of cadmium reduced cell growth and final cell density and increased the lag phase periods of the recombinant yeast. Addition of 10 mg $Cd^{2+}$/L to the growth medium remarkably decreased a lag period and enhanced the specific cadmium uptake to 52.6 mg $Cd^{2+}$/g dry cell. The effect of copper addition was further investigated in the medium of 680 mg Cd2+/L. An increase in copper concentration from 11.0 to 33.3 mg/L enhanced the specific cadmium uptake from 17.0 to 42.0 mg Cd2+/g dry cell.
Greenhouse pot experiments were conducted to evaluate the effects of lime, fly ash and ash(from rice straw) on the cadmium and lead translocation from soil to radish. The soils with low metal contents(Cd 1.52 ppd and Pb 25.37ppm) were prepared and high metal contents (Cd 8.99 rpm and Pb 50.81ppm) were prepared and amended with 0.25%, 0.5%, 1.095, 2.055 each of lime, fly ash and ash. Radishes(Raphanus satiuus) were cultivated and cropped on the soils during 25, 50 and 75 days after sprout, and then cadmium and lead contents of radishes were analyzed by roots and tops. The results obtained are as follows. 1. Lime and ash were effective in raising the soil pH, but fly ash was not effective. 2. The growth of radishes were not impaired by the cadmium and lead contamination but, impaired by soil pH 7.5 or more. 3. Cadmium was accumulated very strongly in radishes and the greater concentration was found in tops than roots, but lead showed no evidence of accumulation in radishes. 4. In general, when the concentrations of lime and ash in soils increased, the uptake of cadmium and lead by radishes decreased, and lime was more effective than ash, while fly ash revealed no effect of reducing the translocation of cadmium and lead from soils to radishes. 5. The uptake of cadmium by radishes decreased more effectively than lead and the uptake of Cd or Pb by radishes grown in the soils with high metal contents decreased more effectively than low metal con tents. 6. Cadmium and lead contents of radishes were negatively correlated with soil pH values and the relationship in cadmium content was stronger than that in lead content.
Kang Donghee;Khil Lee-Yong;park Kwangsik;Lee Byung-Hoon;Moon Chang-Kiu
Environmental Analysis Health and Toxicology
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v.20
no.1
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pp.75-85
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2005
This study was aimed to know the effect of cadmium chloride (CdCl₂) on glucose transport in L6 myotube and its action mechanism. CdCl₂ increased the 2-deoxy- (l-3H)-D-glucose (2-DOG) uptake 1.9 and 2.4 fold at 10 and 25 μM respectively. To investigate the stimulating-mechanism of glucose transport induced by CdCl₂, the wortmannin and PD98059 were used as PI3K (phosphatidylinositol 3-kinase) inhibitor and MAPK inhibitor respectively, which did not affect 2-DOG uptake. This fact suggests that CdCl₂ induced 2-DOG uptake may not be concerned to the insulin signalling pathway. Whereas nifedipine, a calcium channel blocker, and trifluoperazine, a calmodulin inhibitor, were found to inhibit the 2-DOG uptake stimulted by CdCl₂. In addition, we also measured the ROS (reactive oxygen species) production and GSH level in L6 myotube to investigate the correlation between the glucose uptake and ROS. CdCl₂(25 μM) increased ROS generation approximately 1.5 fold and changed the cellular GSH level, but GSSG/GSH ratio remained unchanged. CdCl₂ stimulated 2-DOG uptake and ROS generation were inhibited by N-acetylcystein. And BSO pretreatment, a potent inhibitor of γ-GCS, resulted in the dramatic decrease of 2-DOG uptake and also the increase of the sensitivity to cadmium cytotoxicity. The obtained results suggest that CdCl₂-stimulated glucose uptake might be based on the activation of HMP shunt as an antioxidant defense mechanism of the cells.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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