【医学ppt课件】生物体内污染物质的运动过程及毒性

第八十二课,第五章 生物体内污染物质的运动过程及毒性,内容提要 掌握污染物质的生物富集、放大和积累； 了解耗氧和有毒有机污染物质的微生物降解； 了解若干元素的微生物转化； 了解微生物对污染物质的转化速率； 掌握毒物的毒性、联合作用和致突变、致癌及抑制酶活性等作用。,第一节 物质通过生物膜的方式,一、生物膜的结构,二、物质通过生物膜的方式 重点、难点,1.膜孔滤过：直径小于膜孔的水溶性物质，可借助膜两侧静水压及渗透压经膜孔滤过。 2.被动扩散： 式中： 物质膜扩散速率；x 膜厚度； c膜两侧物质的浓度梯度；A扩散面积； D扩散系数。,二、物质通过生物膜的方式,3.被动易化扩散：有些物质可在高浓度侧与膜上特异性蛋白质载体结合，通过生物膜，至低浓度侧解离出原物质，这一转运称为被动易化扩散。 4.主动运输：在需消耗一定的代谢能量下，一些物质可在低浓度侧与膜上高浓度特异性蛋白质载体结合，通过生物膜，至高浓度侧解离出原物质叫主动运输。 5.胞吞和胞饮：少数物质与膜上某种蛋白质又特殊亲和力，当其与膜接触后，可改变这部分膜的表面张力，引起膜的外包或内陷而被包围进入膜内，固体物质的这一转运称为胞吞，而液体物质的这一转运称为胞饮。,第八十三课,第二节 污染物质在机体内的转运,污染物质在机体内的运动过程包括吸收、分布排泄和生物转化。 吸收、分布称为转运， 排泄、生物转化称为消除。 一、吸收 吸收是污染物质从机体外，通过各种途径通透体膜进入血液的过程。 吸收途径主要是机体的消化管、呼吸道和皮肤。 消化管是吸收污染物质最主要的途径。消化管的主要吸收部位在小肠，其次是胃。,一、吸收,呼吸管是吸收大气污染物的主要途径。 其主要吸收部位是肺泡。 吸收的气态和液态气溶胶污染物质，可以被动扩散和滤过方式，分别迅速通过肺泡和毛细血管膜进入血液。 固态气溶胶和粉尘污染物质吸进呼吸道后，可在气管、支气管及肺泡表面沉积。 皮肤吸收是不少污染物质进入机体的途径。,二、分布,分布是指污染物质被吸收后或其代谢转化物质形成后，由血液转送至机体各组织;与组织成分结合；从组织返回血液以及再反复等过程。 在污染物质的分布过程中，污染物质的转运以被动扩散为主。 脂溶性污染物质易于通过生物膜，组织血流速度是分布的限速因素。,三、排泄,排泄是污染物质及其代谢物质向机体外的转运过程。排泄器官有肾、肝胆、肠、肺、外分泌腺等，而以肾和肝胆为主。 肾排泄是污染物质通过肾随尿而排出的过程。 肾排泄是污染物质的一个主要排泄途径。污染物质的另一个重要排泄途径，是肝胆系统的胆汁排泄。 胆汁排泄是指主要由消化管及其他途径吸收的污染物质，经血液到达肝脏后，以原物或其代谢物和胆汁一起分泌至十二指肠，经小肠至大肠内，再排出体外的过程。,四、蓄积,机体长期接触某污染物质，若吸收超过排泄及其代谢转化，则会出现该污染物质在体内逐增的现象，称为生物蓄积。 蓄积量是吸收、分布、代谢转化和排泄各量的代数和。 机体的主要蓄积部位是血浆蛋白、脂肪组织和骨酪。污染物质常与血浆蛋白结合而蓄积。 蓄积部位中的污染物质，常同血浆中游离型污染物质保持相对稳定的平衡。,第八十四课,第三节、污染物质的生物富集、放大和积累 重点、难点,一、生物富集 生物富集是指生物通过非吞食方式，从周围环境(水、土壤、大气)蓄积某种元素或难降解的物质，使其在机体内浓度超过周围环境中浓度的现象。 生物富集用生物浓缩系数表示，即： BCF = Cb/Ce 式中：BCF:生物浓缩系数 Cb:某种元素或难降解物质在机体中的浓度; Ce:某种元素或难降解物质在机体周围环境中的浓度。,一、生物富集,从动力学观点来看， 水生生物对水中难降解物的富集速率： 式中： ka、ke、kg水生生物吸收、消除、生长的速率常数； cw、cf水及生物体内的瞬时物质浓度。 Ra ka cw 吸收速率 Re ke cf 消除速率 Rg kg cf 稀释速率,一、生物富集,如果富集过程中生物质量增长不明显，则kg可忽略不计： 当cw视为恒定，设t0时，cf(0)0，水生生物富集速率方程为：,一、生物富集,当t 时，生物浓缩系数依次为： 水生生物对较高脂溶性和较低水溶性的、以被动扩散通过生物膜的难降解有机物质，可简化为分配作用： a、b与有机物、水生生物种类及水体条件有关。,第八十五课,二、生物放大,生物放大是指在同一食物链上的高营养级生物，通过吞食低营养级生物蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体内的浓度随营养级数提高而增大的现象。 生物放大的程度也用生物浓缩系数（BCF）表示。,三、生物积累,生物积累是生物从周围环境(水、土壤、大气)和食物链蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体中的浓度超过周围环境中浓度的现象。 生物积累也用生物浓缩系数（ BCF）表示。 以水生生物对某物质的生物积累而论，其微分速率方程可以表示为：,三、生物积累,式中： cw生物生存水中某物质浓度； ci食物链i级生物中该物质浓度； ci1食物链i1级生物中该物质浓度； Wi,iIi级生物对i1级生物的摄食量； i,i-1 i级生物对i1级生物中该物质的同化率； Kai i级生物对该物质的吸收速率常数； Kei i级生物体中该物质消除速率常数； Kgi i级生物的生长速率常数。,三、生物积累,当生物积累达到平衡时， dci/dt=0时： 右端依次以cwi和ci 表示： 另外，可知ci与cwi的关系为： 通常Wi,iI Kgi ，因而对于同种生物来说， Kei越小和i,i-1越大的物质，生物放大也越显著。,第四节、污染物质的生物转化 重点、难点,生物转化：物质在生物作用下经受的化学变化，称为生物转化或代谢(转化)。 生物转化、化学转化和光化学转化构成了污染物质在环境中的三大主要转化类型。 一、生物转化中的酶 绝大多数的生物转化是在机体的酶参与和控制下进行的。酶是一类由细胞制造和分泌的、以蛋白质为主要成分的、具有催化活性的生物催化剂。 在酶催化下发生转化的物质称为底物或基质； 底物所发生的转化称为酶促反应。,一、生物转化中的酶,酶催化的特点： （1）催化专一性高； （2）酶催化效率高； （3）酶催化需要温和的外界条件。 酶的种类：有2103多种。 根据催化作用的场所， 酶分为胞外酶和胞内酶两大类。 根据催化反应类型:氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂解酶、异构酶、合成酶。 按照成分分为:单成分酶和双成分酶两大类,第八十六课,二、若干重要辅酶的功能,1.FMN和FAD,图5-1 FMN和FAD的结构式,二、若干重要辅酶的功能,FMN或FAD是一些氧化还原酶的辅酶，在酶促反应中具有传递氢原子的功能，见下式：,二、若干重要辅酶的功能,2.NAD+和NADP+,图5-2 NAD+和NADP+的结构式,2.NAD+和NADP+,二、若干重要辅酶的功能 重点、难点,3.辅酶Q：又叫泛醌，简写CoQ，是某些氧化还原的辅酶。在酶促反应中担任递氢的任务：,二、若干重要辅酶的功能,4.细胞色素酶系的辅酶 cytnFe 3+ cytnFe 2+ 式中：cyt细胞色素酶系； nb、c1、c、a和a3,二、若干重要辅酶的功能,5.辅酶A 泛酸的一个衍生物，简写为CoASH。 辅酶A是一种转移酶的辅酶，所含的疏基与酰基形成硫酯，而在酶促反应中起着传递酰基的功能，其传递乙酰基的反应为： CoASHCH3CO CH3COSCoAH,第八十七课,三、生物氧化中的氢传递过程,生物氧化：指有机物质在机体细胞内的氧化，并伴随有能量释放。 ADPH3PO4能量 ATP O O 腺苷OPOPOH 能量 OH OH O O O 腺苷OPOPOOPOH H2O OH OH OH,三、生物氧化中的氢传递过程 重点、难点,1.有氧氧化中以分子氧为直接受氢体的递氢过程,图5-3 分子氧为直接受氢体的递氢过程举例,三、生物氧化中的氢传递过程,2.有氧氧化中以分子氧为间接受氢体的递氢过程,图5-4 分子氧作为间接受氢体的氢传递一般过程,三、生物氧化中的氢传递过程,以下为辅酶顺序传递氢的反应： SH2+NAD+ S+NADH+H+ NADH+H+FMN NAD+ +FMNH2 FMNH2+CoQ FMN+ CoQH2 CoQH2+2cytbFe 3+ CoQ+2cytbFe2+2H+ 2cytnFe 2+ 2cytnFe 3+ 2cytnFe 3+ + 2cytnFe2+ （n依次是b、c1、c、a;n依次是c1、c、a、a3） 2cyta3Fe 2+ +1/2H2O 2cyta3Fe 3+ +O2,三、生物氧化中的氢传递过程,3.无氧氧化中有机底物转化中间产物作受氢体的递氢过程,三、生物氧化中的氢传递过程,4.无氧氧化中某些有机含氧化合物作受氢体的递氢过程 最常见受氢体有：硝酸根、硫酸根和二氧化碳。 10H+2NO3-+2H+ N2+6H2O 24H+3H2SO4 3H2S+12H2O 8H+CO2 CH4+2H2O,四.耗氧有机污染物质的微生物降解 重点、难点,彻底降解：有机质降解成二氧化碳、水等简单无机化合物，则为彻底降解；否则，为不彻底降解。耗氧有机物有：糖类、脂肪和蛋白质。 1.糖类的微生物降解 糖类通式为Cx(H2O)y，分为单糖、二糖和多糖。 微生物降解糖类的基本途径是： （1）多糖水解成单糖,第八十八课,1.糖类的微生物降解,图5-6 糖类的水解,1.糖类的微生物降解,（2）单糖酵解成丙酮酸 在有氧或无氧条件下均可进行，称为单糖酵解。 葡萄糖酵解的总反应式： C6H12O6+2NAD+ 2CH3COCOOH+2NADH+2H+ （3）丙酮酸的转化 在有氧的条件下，三羧酸循环,总反应为： CH3COCOOH+5/2O2 3CO2+2H2O,1.糖类的微生物降解,（3）丙酮酸的转化 CH3COCOOH+ NAD+ +CoAS CH3COSCoA+NADH+H+CO2 O CH2COOH CH3COSCoA + CCOOH + H2O HOCCOOH + CoASH CH2COOH CH2COOH,（3）丙酮酸的转化 重点,图 5-7三羧酸循环,1.糖类的微生物降解,（3）丙酮酸的转化 无氧条件下： CH3COCOOH+2H CH3CH(OH)COOH CH3COCOOH CO2+CH3CHO CH3CHO+2H CH3CH2OH CH3COCOOH+2H CO2+ CH3CH2OH,2.脂肪的微生物降解,脂肪是由脂肪酸和甘油合成的酯。 微生物降解脂肪的基本途径如下： （1）脂肪水解成脂肪酸和甘油 CH2OOCR1 CH2OH R1COOH CHOOCR2 +3H2O CHOH + R2COOH R3COOH CH2OOCR3 CH2OH,2.脂肪的微生物降解,（2）甘油的转化 CH2OH CHOH CH3COCOOH + 4H CH2OH （3）脂肪酸的转化 在有氧条件下，饱和脂肪酸通常经过酶促 氧化途径变成脂酰辅酶A和乙酰辅酶A。 CH3(CH2)16COOH+26O2 18CO2+18H20,第八十九课,图5-8为饱和脂肪酸 氧化途径 重点、难点,2.脂肪的微生物降解,（3）脂肪酸的转化 在无氧条件下，脂肪酸通过酶促反应，往往以其转化的中间产物作为受氢体而被不完全氧化，形成低级的有机酸、醇和二氧化碳。,3.蛋白质的微生物降解,蛋白质的主要组成元素：碳、氢、氧和氮，有些还含有硫和磷等元素。 蛋白质是一类由 氨基酸通过肽键结成的大分子化合物。 在蛋白质中有20多种 氨基酸。 肽键：由一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸 O H 的氨基脱水形成的酰胺键 (CNC)就是肽键。,3.蛋白质的微生物降解,微生物降解蛋白质的基本途径： （1）蛋白质水解成氨基酸 （2）氨基酸脱氨脱羧成脂肪酸 NH2 OH RCCOOH + H2O RCCOOH + NH3 H H,（2）氨基酸脱氨脱羧成脂肪酸,NH2 RCCOOH + O2 RCOOH + NH3 + CO2 H NH2 RCCOOH +2H RCH2COOH + NH3 H,（2）氨基酸脱氨脱羧成脂肪酸,NH2 RCCOOH RCH CHCOOH+ NH3 H 总而言之，蛋白质通过微生物的作用，在有氧氧化下可被彻底降解成二氧化碳、水和氨（或氨离子）；在无氧氧化下通常是酸性发酵，生成简单有机酸、醇和二氧化碳，降解不彻底。,第九十课,4.甲烷发酵 重点,简单的有机酸、醇 乙酸、甲酸、氢气和二氧化碳 在甲烷发酵中，一般以糖类的降解率和降解速率 最高，脂肪次之，蛋白质最低。 CH3COOH CH4+CO2 CO2+4H2 CH4+2H2O,五、有毒有机污染物质生物转化类型 重点、难点,生物转化的结果：一方面往往使有机毒物水溶性和极性增加易于排除体外；另一方面也会改变有机毒物的毒性，多数使毒性减小，少数毒性反而增大。 有机毒物的生物转化途径：氧化、还原、水解和结合反应四种。 把氧化、还原和水解反应称为有机毒物生物转化的第一阶段反应，而将第一阶段反应的产物或具有适宜功能基团的原毒物所进行的结合反应称为第二阶段反应。,五、有毒有机污染物质生物转化类型,1.氧化反应类型 （1）混合功能氧化酶加氧氧化 混合功能氧化酶：又称单加氧酶 混合功能氧化酶的功能：利用细胞内分子氧，将其中的一个氧原子与有机底物结合，使之氧化，而使另一个氧原子与氢原子结合形成水。在这一催化底物的氧化过程中，混合功能氧化酶的成分之一细胞色素P450酶起着关键作用。P450酶的活性部位是铁仆啉的铁原子，它在二与三价态间进行变换，如下图所示。,此图为P450对底物催化氧化,第九十一课,1.氧化反应类型,（1）混合功能氧化酶加氧氧化 混合功能氧化酶的专一性较差，能催化许多有机毒物 氧化包括： 碳双键环氧化 R1CHCHR2+O R1CHCHR2 O,碳双键环氧化,碳羟基化,CH3(CH2)nCH3+O CH3(CH2)nCH2OH,氧脱烃,ROCH3+O ROH+HCHO OCH2R + O OH + RCHO,第九十二课,硫脱烃、硫氧化及脱硫,氮脱烃、氮氧化及脱氮,RNHCH3 + O RNH2+HCHO R1 R1 NCH2R3 +O NH + R3CHO R2 R2,氮脱烃、氮氧化及脱氮,氮脱烃、氮氧化及脱氮,R1 R1 CHNH2 + 2O CNOH + H2O R2 R2 R1 R1 CHNH2 + O CO + NH3 R2 R2 RCH2NH2+O RCHO+NH3,第九十三课,1.氧化反应类型,（2）脱氢酶脱氢氧化 脱氢酶是伴随有氢原子或电子转移，以非分子氧化合物为受氢体的酶类。脱氢酶能使相应的底物脱氢氧化，例如： 醇氧化成醛 RCH2OH+O RCHO+2H 醇氧化成酮 R1CHOHR2 R1COR2 + 2H 醛氧化成羧酸 RCHO+H2O RCOOH +2H,1.氧化反应类型,（3）氧化酶氧化 氧化酶是伴随有氢原子或电子转移，以分子氧为直接受氢体的酶类。氧化酶使相应底物氧化。例如： RCH2NH2+H2O RCHO+NH3+2H,2.还原反应类型,（1）可逆脱氢酶加氢还原 可逆脱氢酶：指起逆向作用的脱氢酶类，能使相应的底物加氢还原。例如： R1 R1 CO + 2H CHOH R2 R2,2.还原反应类型,（2）硝基还原酶还原 硝基还原酶能使硝基化合物还原，生成相应的胺。例如： NO2 NO NHOH NH2,2.还原反应类型,（3）偶氮还原酶还原 偶氮还原酶能使偶氮化合物还原成相应的胺。例如： H H NN NN 2 NH2,2.还原反应类型,（4）还原脱氯酶还原 还原脱氯酶能使含氯化合物脱氯（用氢置换氯） 或脱氯化氢而被还原。例如：,第九十四课,3.水解反应类型,（1）羧酸酯酶使脂肪族酯水解 RCOOR+H2O RCOOH+ROH （2）芳香酯酶使芳香族酯水解 O H2N COCH2CH2N(C2H5)2+H2O H2N COOH+HOCH2CH2N(C2H5)2,3.水解反应类型,（3）磷酯酶使磷酸酯水解 O C2H5O P O NO2+H2O C2H5O O C2H5O P OH + HO NO2 C2H5O,3.水解反应类型,（4）酰胺酶使酰胺水解 HNCOCH3 HN2 +H2O +CH3COOH OC2H5 OC2H5,第九十五课,4.若干重要结合反应类型,（1）葡萄糖醛酸结合 在葡萄糖醛酸基转移酶的作用下，生物体内尿嘧啶核苷二磷酸葡萄糖醛酸中，葡萄糖醛酸基可以转移至含羟基的化合物上，形成O葡萄糖苷酸结合物。 芳香及脂肪酸总羧基上的羟基，也可与葡萄糖醛酸结合成O葡萄糖苷酸。,4.若干重要结合反应类型 重点、难点,（2）硫酸结合 在硫酸基转移酶的催化下，可将3磷酸5 磷硫酸腺苷中硫酸基转移到酚或醇的羟基上， 形成硫酸酯结合物。 此外，N羟基芳香胺或N羟基芳香酰胺中的 羟基，以及芳香胺中的氮原子，都可形成硫酸酯 结合物。如： O OSOH N O NN CH3,（3）谷胱甘肽结合反应,图5-10为谷胱甘肽结合反应,六、有毒有机污染物质的微生物降解 重点、难点,1.烃类 在环境中烃类微生物降解以有氧氧化条件占绝对优势。 碳原子大于1的正烷烃，降解途径有三种： 通过烷烃的末端氧化，或次末端氧化，或双端氧化，逐步生成醇、醛及脂肪酸，而后经氧化进入三羧酸循环，最终降解成二氧化碳和水。 末端氧化的降解过程如下图所示。,图5-11为烷烃末端氧化降解过程,图5-12为烯烃微生物降解途径,第九十六课,下图为苯的微生物降解途径,1.烃类,苯及其衍生物的微生物降解过程 苯及其衍生物的微生物降解过程各不相同，但存在着一定的共性： （1）降解前期，带侧链芳香烃往往先从侧链开始分解，并在单加氧酶作用下使芳环羟基化形成双醇中间产物； （2）形成的双酚化合物在高浓度专一性的双加氧酶作用下，形成相应的有机酸； （3）有机酸逐步转化为乙酰辅酶A、琥珀酸等， 从而进入三羧酸循环，最后降解成二氧化碳和水。,1.烃类,萘、蒽、菲等芳香化合物的微生物降解 降解过程是先经过包括单加氧酶作用在内的若干步骤 生成双酚化合物，再在双加氧酶作用下逐一开环形成侧链，而后按直链化合物方式转化，最终分解为二氧化碳和水。 总过程总的前几步降解粗框架如下：,2.农药,苯氧乙酸是一大类除草剂。其中的2，4D乙酯微生物降解的基本途径如图514。,图5-15为有机磷杀虫剂对硫磷可能降解途径,图5-16微生物降解DDT的简要图示,第九十七课,七、氮及硫的微生物转化 重点,1.氮的微生物转化 氮是构成生物体的必需元素。 氮在环境中主要有三种形态： （1）空气中的分子氮 （2）生物体内的蛋白质、核酸等有机氮化合物，以及生物残体变成的各种有机氮化合物。 （3）铵盐、硝酸盐等无机氮化合物 这三种氮形态在自然界中通过生物作用可以相互转化。 主要的转化是：同化、氨化、硝化、反硝化和固氮,1.氮的微生物转化 重点、难点,（1）同化 绿色植物和微生物吸收硝态氮和铵态氮，组成机体中蛋白质、核酸等含氮有机物质的过程称为同化。 （2）氨化 所有生物残体中的有机氮化合物，经微生物分解成氨态氮的过程称为氨化。 （3）硝化 氨在有氧条件下通过微生物作用，氧化成硝酸盐的过程称为硝化。,1.氮的微生物转化,（3）硝化：硝化分两个阶段进行，即： 2NH3+3O2 2H+2NO2+2H2O+能量 2NO2+O2 2NO3+能量 （4）反硝化：硝酸盐在通气不良条件下，通过 微生物作用而还原的过程称为反硝化。 反硝化通常有三种情形： 第一种情形：包括细菌、真菌和放线菌在内的多种微生物，能将硝酸盐还原为亚硝酸。 HNO3+2H HNO2+H2O,1.氮的微生物转化,（4）反硝化 第二种情形，兼性厌氧假单胞菌属、色杆菌属等能使硝酸盐还原成氮气，其基本过程是： 2H,-H2ON2 2HNO3 2HNO2 2HNO -H20 N2O 第三中情形，梭状芽孢杆菌等常将硝酸盐还原成亚硝酸盐和氨，其基本过程为： HNO3 HNO2 HNO NH(OH)2 NH2OH NH3,1.氮的微生物转化,反硝化要求的条件： 厌氧条件；有丰富的有机物作为碳源和能源；硝酸盐作 为氮源；pH值一般是中性至微碱性；温度多为25左右。 （5）固氮 通过微生物作用把分子氮转化为氨的过程称为固氮 3CH2O+2N2+3H2O+4H+ 3CO2+4NH4+ 环境中进行固氮作用的微生物有：以好氧根瘤菌为主，还有一类自生固氮微生物，如厌气的梭状芽孢杆菌属和光合型固氮微生物中的蓝细菌。,2.硫的微生物转化,硫是生命所必需的元素。 硫在环境中存在的三种形态：单质硫、无机硫化合物和有机硫化合物。 许多微生物都能降解含硫有机物，其降解产物在好氧条件下是硫酸，厌氧条件下是硫化氢。 下面为微生物降解半胱氨酸的反应： HSCH2CHCOOH CH3CCOOH NH2 O +H2SO4+NH4+,2.硫的微生物转化,HSCH2CHCOOH CH3CCOOH NH2 O +H2S+NH3 硫化过程 ：硫化氢、单质硫等在微生物作用下进行氧化， 生成硫酸的过程。 硫化作用中以硫杆菌和硫磺菌最为重要。 硫杆菌大多为好氧菌，总反应式为： 2H2S+O2 2H2O+2S 2S+3O2+2H2O 2H2SO4 NaS2O3+2O2+H2O NaS2O4+H2SO4,2.硫的微生物转化,反硫化：硫酸盐、亚硫酸盐等在微生物作用 下进行还原，最后生成硫化氢的过程。 硫化作用中以脱硫弧菌最重要。此菌生长在 缺氧的水体和土壤淹水及污泥中。利用硫酸根作为氧化有机物质的受氢体，显示反硫化作用，其总反应式为： C6H12O6+3H2SO4 6CO2+6H2O+3H2S 2CH3CH(OH)COOH+H2SO4 2CH3COOH+H2S+2H2O+2CO2,第九十八课,八、重金属元素的微生物转化 重点、难点,1.汞 汞在环境中的存在形式有金属汞、无机汞化合物和有机汞化合物三种。 各形态的汞一般均具有毒性，其中烷基汞是已知毒性最大的汞化合物。甲基汞的毒性比无机汞大50100倍。 甲基汞脂溶性大，化学性质稳定，容易被生物吸收，难易代谢消除，能在食物链中逐级传递放大，最后由食用鱼进入当地居民体内而致毒。 微生物参与汞形态转化的主要方式是 甲基化作用和还原作用。,1.汞,汞的生物甲基化 在好氧或厌氧条件下，水体底质中某些微生物能使二价无机汞盐转变为甲基汞和二甲基汞的过程，称为汞生物甲基化。 这些微生物是利用机体内的甲基钴氨蛋氨酸转移酶来实现汞甲基化的。该酶的辅酶是甲基钴氨素，结构式示于图517中。甲基钴氨素简式见图518。,图517甲基钴氨素结构式,图518 甲基钴氨素简式,图519 汞的生物甲基化途径,1.汞,汞的生物去甲基化 在水体底质中存在一类抗汞微生物，能使甲基汞或无机化合物变成金属汞，这一过程称为汞的生物去甲基化。 微生物以还原作用转化汞的途径如下： CH3HgCl+2H Hg+CH4+HCl (CH3)2Hg+2H Hg+2CH4 HgCl2+2H Hg+2HCl,2.砷,砷在环境中的重要存在形态有： 五价无机砷化合物As()、三价无机砷化合物As()、一甲基胂酸CH3AsO(OH)2及其盐、二甲基胂酸(CH3)2AsO(OH)及其盐、三甲基胂氧化物(CH3)3AsO、三甲基胂(CH3)3As、胂胆碱(CH3)3As+CH2CH2OH、胂甜菜碱(CH3)3As+CH2COO、胂糖等。 砷是一种毒性很强的元素，一般，毒性以As()最大， As()次之，甲基砷化合物再次之，大致呈现砷化合物甲基数递增毒性递减的规律。下列砷化合物毒性顺序是：As2O3CH3AsO(OH)2 (CH3)2AsO(OH) (CH3)3AsO (CH3)3As+CH2COO,2.砷,上述例外，三甲基砷具有高毒性。 砷的微生物甲基化基本途径示于图520，其中，甲基供体是相应转移酶的辅酶S腺苷甲硫氨酸（结构式示于图521），起着传递正甲基离子的作用。,图521 S腺苷甲硫氨酸结构式,第九十九课,九、污染物质的生物转化速率 重点,1.酶促反应速率 （1）米氏方程 污染物质在环境中的生物转化，绝大多数都是酶促反应。酶促反应机理，一般认为是底物（S）与酶（E）形成复合物（ES），再分离出产物（P），即如下式所示： E+S ES E + P 式中：k1、k2、k3相应单元反应速率常数。 令：E0酶的总浓度；S底物浓度； ES底物酶复合物浓度。,（1）米氏方程 重点、难点,则ES形成与分解的速率微分方程依次为： 假定酶促反应体系处于动态平衡，则：,（1）米氏方程,另Km=(k2+k3)/k1，将上式整理成： 产物P的生成速率（v）为： 当底物浓度最高时所有的酶转化成ES复合物， 就是说，在ES=E0时酶促反应达到最大速率 （Vmax），所以,米氏方程曲线第一阶段情形,图5-22 酶浓度一定时酶促反应速率与底物浓度关系,（1）米氏方程,将米氏方程两边取倒数，可改写成下式： 上式图示为：,（1）米氏方程,从米氏方程可知： 当酶促反应速率v1/2vmax时，Km=S； Km值越大，酶与底物的亲和力越小； Km值越小，酶与底物的亲和力越大。 Km值是酶促反应的一个特征常数。不同的酶，Km值不同， Km值还随pH、温度、离子强度等反应条件而变化，大多数酶的Km在101166mol/L区间。,（2）影响酶促反应速率的因素,pH值对酶促反应速率有显著影响 （如图524所示）,（2）影响酶促反应速率的因素,温度对酶促反应速率的影响很大 （如图525所示）,（2）影响酶促反应速率的因素,酶促反应速率还与抑制剂存在有密切关系 抑制剂：就是能减小或消除酶活性，而使酶的反应速率变慢或停止的物质。 可逆抑制剂：同酶的结合处于可逆平衡状态，可用渗析法除去而恢复酶活性的物质，称为可逆抑制剂。其所起的作用称为可逆抑制作用。 不可逆抑制剂：以共价键与酶结合，不能用渗析超滤法除去而恢复酶活性的物质称为不可逆抑制剂。,（2）影响酶促反应速率的因素,在可逆抑制作用中以竞争性抑制和非竞争 性抑制最为重要。 竞争性抑制的酶促反应机理如下：,（2）影响酶促反应速率的因素,竞争性抑制可通过增加底物浓度来解除。1/v的表达式为： 图526竞争性抑制,（2）影响酶促反应速率的因素,非竞争性抑制的酶促反应机理如下：,（2）影响酶促反应速率的因素,非竞争性抑制的1/v表达式为： 图527非竞争抑制,2.微生物反应的速率,（1）微生物反应速率方程 往往可用幂函数速率方程或二级反应速率方程表述。幂函数速率方程的一般微分形式为： 式中：c污染物质浓度；k微生物反应速率常数； n反应级数。,第一百课,（1）微生物反应速率方程,在好氧微生物作用下，耗氧有机污染物质在水中的生物耗氧量总反应为： 10CaHbOc+(5a+2.5b-5c)O2+aNH3 aC5H7NO2+5aCO2-(2a-5b)H2O 式中： CaHbOc 作为微生物碳源和能源的耗氧有机物质的分子通式； C5H7NO2 生物细胞粗略组成。,（1）微生物反应速率方程,这一反应的速率常用一级反应速率微分方程描述： 积分得： 式中： Lt瞬时耗氧有机物质在水中得浓度（BOD）； L0耗氧有机物质在水中的起始浓度（BOD）； K耗氧有机物质的微生物反应速率常数。,（1）微生物反应速率方程,水体沉积物中汞生物甲基化的幂函数速率 方程为： 式中： NSMR沉积物中汞的经甲基化速率，g/d ； 沉积物中呈甲基化作用的微生物活性系数 cT沉积物中的无机汞总浓度，mg/L 总汞中汞离子的有效系数 n微生物的甲基化反应级数,（1）微生物反应速率方程,大多数有机污染物质和某些无机污染物质在水中的微生物转化速率，都遵守二级反应动力学规律，其微分方程为： 式中：S水中污染物浓度；B水中微生物浓度；kb二级反应速率常数。 若水中微生物浓度在一定时间内比较稳定Bk1，于是上式变成准一级反应速率微分方程：,2.微生物反应的速率 重点、难点,（2）影响微生物反应速率的因素 物质的结构特征。在一定范围内碳链越长，降解越快；烷基直链越多，分支程度越大，降解越慢；取代基种类、数量及位置对有机物质降解速率的影响。 微生物本身特征。不同微生物体内含有不同的酶。 环境条件关系到微生物的生长、代谢等生理活动。环境条件包括温度、pH值、营养物质、溶解氧、共存物质等。,第一百零一课,第五节 污染物质的毒性 重点、难点,一、毒物 毒物是进入生物机体后能使体液和组织发生生物化学变化，干扰或破坏机体的正常生理功能，并引起暂时性或持久性病理损害，甚至危及生命的物质。 毒物种类: 按作用于机体的主要部位可分为：作用于神经系统、造血系统、心血管系统、呼吸系统、肝、肾、眼、皮肤的毒物等。 根据作用性质：毒物可分为刺激性、腐蚀性、窒息性、致突变、致癌、致畸、致敏的毒物等。,二、毒物的毒性,影响毒物毒性的因素：毒物的化学结构及理化性质；毒物所处的基体因素；机体暴露于环境的状况；生物因素；生物所处的环境；其中关键因素之一是毒物的剂量（浓度）。 效应：毒理学把毒物剂量（浓度）与引起个体生物学的变化，如脑电、心电、血象、免疫功能、酶活性等的变化称为效应。 反应：把引起群体的变化，如肿瘤或其他损害的发生率、死亡率等变化称为反应。,图528 剂量反（效）应曲线,第一百零二课,二、毒物的毒性,根据毒物剂量（浓度）大小所引起的毒作用快慢的不同，将毒作用分为急性、慢性和亚急（或亚慢）性三种。 高剂量（浓度）毒物在短时间内进入机体致毒为急性毒作用。一般以半数有效剂量（ED50）或半数