THE INFLUENCE OF THE BIOMETRIC PARAMETERS ON METAL AND METALLOTHIONEIN 

CONTENT IN THE CYTOSOL OF THE WHOLE SOFT TISSUE OF TRANSPLANTED MUSSELS

Zrinka Dragun*, Biserka Raspor, Marijana Erk, Dušica Ivankovic and Jasenka Pavicic

Rudjer Boškovic Institute, Center for Marine and Environmental Research, POBox 180, 10002 Zagreb, Croatia 

* zdragun@rudjer.irb.hr

Abstract

The influence of two biometric parameters on metallothionein (MT) level in the cytosol of mussel’s whole soft tissue was studied over the

period of one year, as well as the correlation between the cytosolic levels of five metals (Cd, Zn, Cu, Mn and Fe) and MTs. MTlevel in

the cytosol significantly depends on the mussel’s physiological changes, but also positively correlates with Cd and Mn content. The

correlation with Cd reflects the known Cd affinity for binding to MTs, while correlation of MTs with Mn is probably the reflection of the

strong influence of soft tissue condition index on both parameters.

Key words: Mytilus galloprovincialis; trace metals; metallothionein; biometric parameters

Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

189

Introduction

Metallothioneins (MTs) can function as storage proteins for

essential metals, or as chelating agents to bind toxic metals, and

essential metals when they are present in excess [1]. Although the

synthesis of MTs depends on metal uptake in organism, other factors

can influence it, as food availability or the reproductive cycle. Thus,

the aim of our study was to define the connection between biometric

parameters, MTs and metal content in mussels caged over one year.

Experimental

In September 1997, mussels Mytilus galloprovincialisof defined

length (5.1±0.2 cm) and age (12±1 months) were implanted for one

year in Kaštela Bay, and sampled monthly and bimonthly, from

October 1997 to September 1998. As biometric parameters, soft tissue

condition index (dry mass of whole soft tissue x 100 / shell mass),

which varies during the reproductive cycle and with the food

abundance [2], and the shell mass which reflects the aging process of

mussels [3], were determined. Both MTs and metals were analyzed in

the heat treated cytosolic fraction (S30) of the whole soft mussel

tissue, and expressed as cytosolic tissue burden (mg and 

µ

g

respectively). MTs were analyzed by electrochemical technique [4],

and metals by flame atomic absorption spectrometry.

Results and discussion

The cytosolic tissue burdens of metals were ranked as follows:

Zn>Fe>Cu>Mn>Cd. MTcytosolic tissue burden was comparable to

the level of Cu.

Multiple regression analysis, explaining the influence of biometric

parameters on the contents of all analyzed metals and MTs (Table 1),

showed that the variability of Fe, Zn and Cd contents could only be

slightly explained by biometry, and mostly as a consequence of

mussel’s age, while the changes of Cu content could not be attributed

to the changes of neither of biometric parameters. 

The strongest impact of biometric parameters was observed in the

case of MTs and Mn. MTcontent could be related both to the aging

process of mussels and to the changes of the soft tissue condition

index. Although MTis a cellular ligand involved in homeostasis and

detoxification of metals, it is also a protein, and it may be assumed

that any factor which affects general protein metabolism may also

affect MTlevel. For example, the higher food availability in the

environment, which enhances somatic growth and, thereby, also the

synthesis of total proteins, would be expected to affect the quantity of

MTs, too [2]. Unlike MTs, Mn reflects only the changes in condition

index of mussel’s whole soft tissue. Strong, positive correlation

between Mn and condition index (r=0.75; p<0.00001), indicates that

this metal precisely follows the changes in tissue mass and makes an

excellent indicator of mussel’s physiological changes. Thus, it is not

surprising that Mn positively, statistically significantly correlates with

MTs (Fig. 1). Both parameters probably have important role in the

physiological functions of mussel’s tissues, which causes them to vary

in accordance with the changes of the whole soft tissue mass. Frias-

Espericueta et al.[5] suggested that Mn and protein content are

influenced by reproductive cycle, and both increase with the gonadal

maturation.

The fact that MTcontent increases with mussel’s age, too, explains

its positive correlation with Cd content (Fig. 1), which also shows

increasing trend over the year. Since the accumulation of Cd takes

place simultaneously with the enhanced synthesis of MTs, it is

possible that Cd accumulation is a consequence of the age-induced

MTsynthesis, as it is known that metal uptake can be enhanced by the

synthesis of metal-binding proteins, like MTs [6]. 

Fig. 1. Linear regression graphs: ( MTs vs. Cd, and | MTs vs. Mn.

Table 1. Multiple linear regression analysis explaining the in?uence of

biometric parameters on metal and MT content: p values for each bio-

metric parameter and R

2

values for combination of two biometric param-

eters. 

References

1-Carpene E., 1993. Metallothionein in marine molluscs. Pp. 55-72. In:

Dallinger R., and Rainbow P.S. (eds.), Ecotoxicology of metals in

invertebrates. Lewis Publishers, Boca Raton. 

2-Mourgaud Y., Martinez E., Geffard A., Andral B., Stanisiere J.Y., and

Amiard J.C., 2002. Metallothionein concentration in the mussel Mytilus

galloprovincialisas a biomarker of response to metal contamination:

validation in the field. Biomarkers, 7: 479-90.

3-Fischer H., 1983. Shell weight as an independent variable in relation to

cadmium content of molluscs. Mar. Ecol. Prog. Ser., 12: 59-75.

4- Raspor B., Paic M., and Erk M., and Erk M.,2001. Analysis of

metallothioneins by the modified Brdickaprocedure. Talanta, 55: 109-15.

5-Frias-Espericueta M.G., Osuna-Lopez J.I., and Paez-Osuna F., 1999.

Gonadal maturation and trace metals in the mangrove oyster Crassostrea

corteziensis: seasonal variation. Sci. Total Environ., 231: 115-23.

6-Langston W.J., Bebianno M.J., and Burt G.R., 1998. Metal handling

strategies in molluscs. Pp. 219-284. In: Langston W.J., and Bebianno M.J.

(eds.), Metabolism of trace metals in aquatic organisms. Chapman & Hall,

New York.