多环芳烃环境行为及生态毒理效应ppt课件.ppt

多环芳烃环境行为及生态毒理效应 目录 PolycyclicAromaticHydrocarbons PolycyclicAromaticHydrocarbons 多环芳烃 一类具有两个及两个以上苯环结构以线状 角状或簇状方式排列的碳氢化合物 化学结构 稠环型多环芳烃 相邻苯环至少有两个共用的碳原子萘 蒽 菲 芘等 非稠环型多环芳烃 相邻苯环之间以一个碳原子方式相连联苯 三联苯等 PolycyclicAromaticHydrocarbons 化学性质 大多数多环芳烃能够形成遍布整个分子的共轭体系 以降低体系能量 因而大多数多环芳烃的溶液具有荧光性 大多数多环芳烃在自然界物理化学性质极其稳定 不易降解 为典型的持久性有机污染物 具有致癌 致畸 致突变的效应 多环芳烃发生反应时 与苯环相似 趋向保留它们的共扼环状系 一般多通过亲电取代反应形成衍生物并代谢为最终致癌物的活泼形式 PolycyclicAromaticHydrocarbons 物理性质 多环芳烃大都是无色或淡黄色的结晶 个别颜色较深 易溶于苯类芳香溶剂中 迄今已发现的PAHs约200多种 大多数蒸汽压低 疏水性强 辛醇 水分配系数高 大气中多环芳烃主要以气 固两种形式存在 分子量小的2 3环PAHs主要以气态形式存在 4环PAHs在气态 颗粒态中的分配基本相同 5 7环的大分子量PAHs则绝大部分以颗粒态形式存在 水体中的多环芳烃可呈三种状态 吸附在悬浮性固体上 溶解于水 呈乳化状态 目录 PolycyclicAromaticHydrocarbons PolycyclicAromaticHydrocarbons ecotoxicologicaleffects 致癌效应及其机理 多环芳烃是一类致癌性极强的污染物 常以苯并 芘为其致癌性代表 多环芳烃对人体和动物的中枢神经 血液作用很强 尤其是带烷基侧链的PAHs对粘膜的刺激性及麻醉性极强 大气中的多环芳烃主要是以气体和附着于颗粒物表面的形式存在 易经呼吸道而进入人体 而对人体产生各种危害 肺是多环芳烃的主要作用靶器官 在世界范围内 肺癌仍然是导致死亡的主要原因之一 多环芳烃也可以诱导其他多种癌症 长期接触PAHs 可诱导皮肤癌 白血病 膀胱癌等 长期食用烟熏食品 可诱发胃和食道癌变 长期处于烟弥漫的环境 可诱发鼻咽癌 但多环芳烃属于间接性的致癌物质 进入人体后需经生物体的 相进代谢活化 由混合功能氧化酶催化为毒性更高的代谢中间产物或氧自由基才能表现出相应的致癌活性 PolycyclicAromaticHydrocarbons ecotoxicologicaleffects 致癌效应及其机理 Bap进入人体后 一部分以原型随粪便排出体外 一部分经肝 肺细胞线粒体中的混合功能氧化酶激活而部分转化为羟基化合物或醌类者 是一种解毒反应 转化为环氧化物者特别是转化成7 8 环氧化物 则是一种活化反应 PolycyclicAromaticHydrocarbons ecotoxicologicaleffects 致癌效应及其机理 所产生的两个空间异构体1和2 是苯并 芘致毒的关键所在 其中1中的7位上的羟基容易和环氧上的氧原子形成氢键 使水分子易进攻10位碳原子 进而使其寿命进一步减短 与染色体DNA相互作用的机会减少 因而异构体2比1更具有致癌性 PolycyclicAromaticHydrocarbons ecotoxicologicaleffects 致癌效应及其机理 致癌机理 K区理论 湾区理论 双区理论 PAHs致癌活性中存在K区和L区 K区越活泼 L区越不活泼 则致癌性越强 代谢产物存在湾区环氧化物 易形成稳定的苄基碳鎓离子结构 即碳正离子亲电试剂进而进攻DNA分子等亲核试剂 致癌性能的必要和充分的结构是存在着两个活性区域 两个亲电碳原子的最优致癌距离与DNA双螺旋股间负性中心的距离相接近 PolycyclicAromaticHydrocarbons ecotoxicologicaleffects 致癌效应及其机理 湾区理论 相代谢产物7 8 二羟基 9 10环氧苯并 a 芘中 以其饱和的苯环为一侧 并以与饱和苯环相对的另一苯环为另一侧 就构成了一个形如海湾的区域 此湾区有助于10碳形成碳正离子 进而进攻DNA大分子 PolycyclicAromaticHydrocarbons ecotoxicologicaleffects 多环芳烃的光致毒效应 光致毒路径 PolycyclicAromaticHydrocarbons ecotoxicologicaleffects 多环芳烃的光致毒效应 自由基消除路径 目录 PolycyclicAromaticHydrocarbons PolycyclicAromaticHydrocarbons biomarker 一 通过DNA的损伤来标志PAHs影响情况 共价结合 DNA损伤 PAHs中间活性代谢产物与DNA共价结合形成PAHs DNA复合物 氧化损伤 PAHs代谢产物的氧自由基攻击DNA生物大分子 造成DNA的氧化 随着分子生物学技术的不断发展 更为可靠灵敏的方法被用于检测PAH DNA加合物 PAHs DNA加合物是一种有效的生物标志物 与环境暴露多环芳烃化合物有着密切相关 PolycyclicAromaticHydrocarbons biomarker 二 通过细胞色素P450酶系变化来标志PAHs影响情况 细胞色素P450酶系是生物体代谢外来异物的主要加氧酶 大部分多环芳烃对细胞色素P4501A2和1B1有抑制作用 而P4501A1 1A2和1B1是代谢多环芳烃的主要作用酶 CYP1A1是CYP450超家族的一员 它主要存在于胎盘中 呈诱导性表达 胎盘中的CYPIA1能将具有潜在毒性 致癌性 致突变性的外源性物质如多环芳烃氧化成活性产物 导致组织细胞发生突变 癌变 在正常情况下 CYPIAl在胎盘中的含量和活性极低 但在暴露于多环芳烃类似物的环境下 会激活胎盘细胞中的芳烃受体结合 可使CYP1A1的表达水平大大提高 P450是生物体内一类重要的酶系 在指示外来物质对生物体的影响评价上具有重要的地位 具有很大的潜能 但是其作为生物标记物也存在很大的缺陷 P450很容易受到其他环境因素的干扰 使得结果的可靠性降低 同时由于实验条件的差异 实验方法的不同 P450酶系的纯度等会对试验结果产生一定干扰 从而使得试验结果间的可比性差 PolycyclicAromaticHydrocarbons biomarker 三 通过检测尿液中1 羟基芘变化来标志PAHs影响情况 1 羟基芘是芘在生物体内的代谢产物 因芘是PAHs的一个主要成分 其进入生物体的途径和其他PAHs相同 检测生物体尿液中1 羟基芘的浓度可以特异性的反应生物接触PAHs的情况 尿中1 羟基芘与人体接触PAHs剂量有明显的剂量 效应关系 与空气中芘和苯并 a 芘呈良好的正相关 因此可利用其作为多环芳烃的生物监测指 Jongeneelen于1985提出用1 羟基芘作为人体暴露PAHs环境下的生物标志物 近年来这方面的研究更多 段小丽等采集并分析了100名不吸烟成人24h呼吸的空气样品和尿液样品 建立了人尿中1 羟基芘 1 OH Py 浓度与苯并 a 芘 BaP 芘 Py 等14种多环芳烃 PAHs 呼吸暴露浓度的定量关系 目录 PolycyclicAromaticHydrocarbons PolycyclicAromaticHydrocarbons biodegradationmechanism 微生物具有较强的分解代谢能力以及品种多样化和较高的代谢速率 许多细菌 真菌 藻类具有降解多环芳烃的能力 微生物降解多环芳烃一般采用以多环芳烃为唯一的碳源 能源和将多环芳烃与其它有机质进行共代谢这两种方式 对于土壤中低分子量的3环以下的多环芳烃类化合物 微生物一般采用第1种代谢方式 对于土壤中4环或多环的多环芳烃一般采用共代谢的方式 微生物降解机制 PAHs降解过程实际上是一系列酶促反应过程 微生物降解PAHs依赖于酶的活性 真菌产生单加氧酶 细菌产生双加氧酶 在目前大部分研究的苯环降解途径是芳香环通过羟基化后经过环的开裂再进一步代谢 在这一降解途径中存在两个重要的酶 一个是细菌所产生的双加氧酶 催化氧对苯环的进攻 另一个是邻苯二酚双加氧酶 催化苯环的彻底裂解 生成三羧酸循环中间物 PolycyclicAromaticHydrocarbons biodegradationmechanism 奈的降解 恶臭假单胞菌PseudomonasputidaG783kb的NAH7质粒 Nah1 位于质粒上游 编码降解奈至水杨酸所需酶 ABCDEF Nah2 位于质粒下游 编码降解水杨至酸丙酮酸 乙醛和二氧化碳酶 GHIJKLM nahR 位于质粒上下游之间 编码的蛋白用于调控nah1与nah2的表达 谢谢大家 后面内容直接删除就行资料可以编辑修改使用资料可以编辑修改使用 主要经营 网络软件设计 图文设计制作 发布广告等