生物体内污染物质的运动过程及毒性

1、第五章第五章 生物体内污染物质的运动过程生物体内污染物质的运动过程及毒性及毒性生物膜的结构生物膜的结构(Constitution of Biological Membrane)生物膜主要是磷脂双分子层和蛋白质镶嵌组成的。生物膜主要是磷脂双分子层和蛋白质镶嵌组成的。 1、膜孔滤过、膜孔滤过 2 2、被动扩散、被动扩散 3、被动易化扩散、被动易化扩散 4、主动转运、主动转运 5、胞吞和胞饮、胞吞和胞饮呈现特异性选择；呈现特异性选择；是正常的营养物质及其代谢产物是正常的营养物质及其代谢产物通过生物膜的主要方式。通过生物膜的主要方式。大多数物质通过生物膜的大多数物质通过生物膜的方式。方式。具体以何种方

2、式通过生物膜，主要取决于机体各组织生物膜具体以何种方式通过生物膜，主要取决于机体各组织生物膜的特性和物质的结构、理化性质。的特性和物质的结构、理化性质。影响影响BCF的因素的因素物质性质：降解性、脂溶性、水溶性等物质性质：降解性、脂溶性、水溶性等生物特征：种类、大小、性别、器官、生物特征：种类、大小、性别、器官、生长发育阶段等生长发育阶段等环境条件：温度、盐度、环境条件：温度、盐度、pH、氧含量等、氧含量等tkkckctkkkkckceewafeggewaf)exp(1)exp(1水生生物富集速率方程为：水生生物富集速率方程为：生物浓缩系数：生物浓缩系数：eawfgeawfkkccBCFkkk

3、ccBCF了解了解1、生物转化中的酶；、生物转化中的酶；4、耗氧有机污染物质的微生物降解；、耗氧有机污染物质的微生物降解；7、氮及硫的微生物转化；、氮及硫的微生物转化；主要内容主要内容2、若干重要辅酶的功能；、若干重要辅酶的功能；3、生物氧化过程中的氢传递过程；、生物氧化过程中的氢传递过程；6、有毒有机污染物质的微生物降解；、有毒有机污染物质的微生物降解；5、有毒有机污染物质生物转化类型；、有毒有机污染物质生物转化类型；8、重金属元素的微生物转化；、重金属元素的微生物转化；酶的分类酶的分类胞外酶胞外酶胞内酶胞内酶氧化还原酶氧化还原酶水解酶水解酶裂解酶裂解酶异构酶异构酶合成酶合成酶转移酶转移酶1

4、、FMN和和FAD2、NAD+和和NADP +3、辅酶、辅酶Q4、细胞色素酶系的辅酶、细胞色素酶系的辅酶5、辅酶、辅酶AFMN、FAD是氧化是氧化还原酶的辅酶，在还原酶的辅酶，在酶促反应中具有传酶促反应中具有传递氢原子的功能。递氢原子的功能。3;,1,23aaccbncytFecytFecytnn细胞色素酶系HSCoACOCHCOCHCoASH33腺苷部分腺苷部分1、有氧氧化中以分子氧为直接受氢体的递氢过程；、有氧氧化中以分子氧为直接受氢体的递氢过程；2、有氧氧化中以分子氧为间接受氢体的递氢过程；、有氧氧化中以分子氧为间接受氢体的递氢过程；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；

5、、无氧氧化中有机底物转化中间产物作受氢体的递氢过程；4、无氧氧化中某些无机含氧化合物作受氢体的递氢过程、无氧氧化中某些无机含氧化合物作受氢体的递氢过程1、有氧氧化中以分子氧为直接受氢体的递氢过程、有氧氧化中以分子氧为直接受氢体的递氢过程该过程只有一种酶作用于有机底物。该过程只有一种酶作用于有机底物。该过程有几种酶共同发挥作用该过程有几种酶共同发挥作用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、无氧氧化中有机底物转化中间产物作受氢体的递氢过程酵母菌酵母菌乳酸菌乳酸菌四、耗氧有机污染物质的微生物降解四、耗氧有机污染物质的微生物降解(Microbial Degradation of Oxy

6、gen-Consuming Organic Pollutant)1、糖类的微生物降解、糖类的微生物降解(Microbial Degradation of Carbohydrate)1）多糖水解成单糖）多糖水解成单糖2）单糖酵解成丙酮酸）单糖酵解成丙酮酸3）丙酮酸的转化）丙酮酸的转化糖类通过微生物作用，有糖类通过微生物作用，有氧条件下完全氧化为氧条件下完全氧化为CO2和和H2O，降解彻底；，降解彻底；无氧条件下不完全氧化为无氧条件下不完全氧化为有机酸、醇及有机酸、醇及CO2等，降等，降解不彻底，同时引起体系解不彻底，同时引起体系pH的下降。的下降。2、脂肪的微生物降解、脂肪的微生物降解(Micr

7、obial Degradation of Fat)1）脂肪水解成脂肪酸和甘油）脂肪水解成脂肪酸和甘油2）甘油的转化）甘油的转化丙酮酸丙酮酸丙酮酸的转化丙酮酸的转化3）脂肪酸的转化）脂肪酸的转化有氧氧化有氧氧化无氧氧化无氧氧化-氧化氧化3、蛋白质的微生物降解、蛋白质的微生物降解(Microbial Degradation of Protein)1 1）蛋白质水解成氨基酸）蛋白质水解成氨基酸2）氨基酸脱氨成脂肪酸）氨基酸脱氨成脂肪酸3）脂肪酸的转化）脂肪酸的转化4、甲烷发酵甲烷发酵糖类糖类蛋白质蛋白质脂肪脂肪342224242CH COOHCHH OCOHCHH O产甲烷菌产甲烷菌 五、有毒有机污

8、染物质生物转化类型五、有毒有机污染物质生物转化类型 (Types of Biotransformation of Toxic Organic Pollutant)1、耗氧反应、耗氧反应2、还原反应、还原反应3、水解反应、水解反应4、结合反应、结合反应一方面使有机毒物水一方面使有机毒物水溶性和极性增加易于溶性和极性增加易于排除体外；排除体外；另一方面会改变有机另一方面会改变有机毒物的毒性：减小或毒物的毒性：减小或增大。增大。 1）混合功能氧化酶加氧氧化）混合功能氧化酶加氧氧化 2）脱氢酶脱氢氧化）脱氢酶脱氢氧化 3）氧化酶氧化）氧化酶氧化1 1、耗氧反应类型、耗氧反应类型利用细胞内分子氧，利用细

9、胞内分子氧，将其中的一个氧原子将其中的一个氧原子与有机底物结合，使与有机底物结合，使之氧化；而使另一个之氧化；而使另一个氧原子与氢原子结合氧原子与氢原子结合形成水。形成水。HRCHOOHRCH22 醇氧化成醛：醇氧化成醛：醇氧化成酮：醇氧化成酮：醛氧化成羧基：醛氧化成羧基：HCHORRCHOHRR22121HRCOOHOHCHOR2213）氧化酶氧化（）氧化酶氧化（Oxidation of Oxidationase） 氧化酶是伴随有氢原子或电子转移，以分子氧为直接受氢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。例如：体的酶类。例如：HNHRCHOOHNHRCH23222OHRR

10、COOHOHRCOOR2 1）葡萄糖醛酸结合）葡萄糖醛酸结合 2）硫酸结合）硫酸结合 3）谷胱甘肽结合）谷胱甘肽结合1、烃类、烃类 (Hydrocarbons) 2、农药的降解、农药的降解 (Degradation of Pesticides)1）烷烃的微生物降解）烷烃的微生物降解2）烯烃的微生物降解）烯烃的微生物降解3）苯及苯系物的微生物降解）苯及苯系物的微生物降解烷烃烷烃 醇醇 醛醛 酸酸 CO2+H2O烃类化合物微生物降解难易程度比较烃类化合物微生物降解难易程度比较1、烯烃最易降解，烷烃次之，芳烃较难，多环芳烃更难，、烯烃最易降解，烷烃次之，芳烃较难，多环芳烃更难，脂环烃最为困难。脂环烃

11、最为困难。2、在烷烃中，正构烷烃比异构烷烃容易降解，直链烷烃、在烷烃中，正构烷烃比异构烷烃容易降解，直链烷烃比支链烷烃容易降解。比支链烷烃容易降解。3、在芳香类中，苯的降解要比烷基苯类及多环化合物困、在芳香类中，苯的降解要比烷基苯类及多环化合物困难。难。2、农药的降解、农药的降解 (Degradation of Pesticides)2、农药的降解、农药的降解 (Degradation of Pesticides)252(C H O) PO2NO S252(C H O) PO2NO O 对硫磷对硫磷 对氧磷对氧磷氧化氧化还原：硝基变氨基还原：硝基变氨基水解水解2、农药的降解、农药的降解(Deg

12、radation of Pesticides) 1 1）氮的主要形态：）氮的主要形态： （1 1）分子氮）分子氮 （2 2）生物体内的蛋白质、核酸等有机氮化合物，以及）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生物残体变成的各种有机氮化合物 （3 3）铵盐、硝酸盐等无机氮化合物）铵盐、硝酸盐等无机氮化合物同化、氨化、硝化、反硝化、固氮的概念同化、氨化、硝化、反硝化、固氮的概念同化：同化：绿色植物和微生物吸收硝态氮和铵态氮，组成机体中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。蛋白质、核酸等含氮有机物质的过程。氨化氨化(Ammon

13、iation)：生物残体中的有机氮化合物，经微生物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。分解成氨态氮的过程。硝化硝化(Nitrification)：氨在有氧条件下通过微生物作用氨在有氧条件下通过微生物作用,氧化氧化成硝酸盐的过程。成硝酸盐的过程。生物固氮在农业生产中的应用生物固氮在农业生产中的应用氮素是农作物从土壤中吸收的一种大量元素，土壤每年因此要氮素是农作物从土壤中吸收的一种大量元素，土壤每年因此要失去大量的氮素。土壤可以通过两条途径获得氮素：一条是含失去大量的氮素。土壤可以通过两条途径获得氮素：一条是含氮肥料；另一条是生物固氮：豆科植物。氮肥料；另一条是生物固氮：豆科植物

14、。好氧根瘤菌好氧根瘤菌 硫化：微生物（硫杆菌和硫磺菌）作用下，硫化：微生物（硫杆菌和硫磺菌）作用下，S、H2S生成生成 H2SO4的过程。的过程。反硫化：反硫化： SO42-、SO32-在微生物（脱硫弧菌）作用下，在微生物（脱硫弧菌）作用下，还原生成还原生成 H2S的过程。的过程。由于海水中硫酸盐浓度较高，所以由硫酸盐经细菌作用还由于海水中硫酸盐浓度较高，所以由硫酸盐经细菌作用还原为硫化氢，是海水硫化氢的主要来源。原为硫化氢，是海水硫化氢的主要来源。八、重金属元素的微生物转化八、重金属元素的微生物转化(Microbial Transformation of Heavy Metal)汞的环境化学

15、行为：汞的环境化学行为：（1）汞及其化合物有较大挥发性）汞及其化合物有较大挥发性（2）胶体对汞有强烈的吸附作用）胶体对汞有强烈的吸附作用（3）汞的甲基化）汞的甲基化汞的三种价态间的相互转化汞的三种价态间的相互转化HClHgHHgClCHHgHHgCHHClCHHgHHgClCH2222)(2242343毒性以毒性以As()最大，最大， As()次之，甲基化合物再次之，次之，甲基化合物再次之，大致呈现大致呈现砷化物甲基数递增毒性递减砷化物甲基数递增毒性递减的规律，但是典型的规律，但是典型的例外是的例外是(CH3)3As具有高毒性具有高毒性。33323433322323 223 23 323 3(

16、)()()()()()()()CHeCHeCHeeH AsOH AsOCH AsO OHCH As OHCHAsO OHCHAs OHCHAsOCHAs 222224227442FeSH OOHSOFe23224442FeOHFeH O32222414815216FeSFeH OFeSOH铁细菌铁细菌上述三式联合构成由铁细菌发挥重大作用的溶解黄铁矿上述三式联合构成由铁细菌发挥重大作用的溶解黄铁矿的循环问题，生成大量硫酸，加剧了矿水的酸化，造成的循环问题，生成大量硫酸，加剧了矿水的酸化，造成严重污染问题。严重污染问题。 影响毒物毒性的因素：毒物的化学结构及理化性质影响毒物毒性的因素：毒物的化学结

17、构及理化性质 毒物所处的基体因素毒物所处的基体因素 机体暴露于毒物的状况机体暴露于毒物的状况 生物因素生物因素 生物所处的环境生物所处的环境效应：效应：毒理学把毒物剂量（浓度）与引起个体生理学的毒理学把毒物剂量（浓度）与引起个体生理学的变化，如脑电、心电、血象、免疫功能、酶活性变化，如脑电、心电、血象、免疫功能、酶活性等的变化称为效应。等的变化称为效应。反应：反应：把引起群体的变化，如肿瘤或其他损害的发生把引起群体的变化，如肿瘤或其他损害的发生率、死亡率等变化称为反应。率、死亡率等变化称为反应。急性急性(Acute)慢性慢性(Chronic)亚急（或亚慢）亚急（或亚慢） (Sub-acute)

18、半数有效剂量（半数有效剂量（ED50，median effective dose）半数有效浓度（半数有效浓度（EC50，median effective concentration)半数致死剂量（半数致死剂量（LD50，median lethal dose)半数致死浓度（半数致死浓度（ LC50 ，median lethal concentration)协同作用协同作用 (Synergism)相加作用相加作用 (Additive Effect)独立作用独立作用 (Independent Effect) 拮抗作用拮抗作用 (Antagonism) M M1+M2 M= = M1+M2 M M1+M2 M= = M1+M2(1-M1)1、进入体液、进入体液2、毒物与受体进行原发反应、毒物与受体进行原发反应3、引发一系列的病理生理的继发反应、引发一系列的病理生理的继发反应1 1、酶活性的抑制、酶活性的抑制2 2、致突变作用、致突变作用(Mutagensis) 3 3、致癌作用、致癌作用 (Carcinogenesis)4 4、致畸作用、致畸作用 (Teratogensis) 致癌物致癌物 (Carcinogen)艾氏剂、苯并艾氏剂、苯并a芘、双（芘、双（