环境化学第五章

本章重点污染物的生物富集、放大和积累耗氧和有毒有机物的微生物降解元素的微生物转化微生物对污染物的转化速率毒物的毒性、联合作用、致突变、致癌及抑制酶活性第一页第二页，共61页。

第一节

物质通过生物膜的方式

一、生物膜的结构

生物膜主要是由磷脂双分子层和蛋白质镶嵌组成的、厚度为75-100Å的流动变动复杂体。在磷脂双分子层中，亲水的极性基因排列于内外两面，疏水的烷链端伸向内侧，所以，在双分子层中央存在一个疏水区，生物膜是类脂层屏障。膜上镶嵌的蛋白质，有附着在磷脂双分子层表面的表在蛋白，有深埋或贯穿磷脂双分子层的内在蛋白，但他们亲水端也都露在双分子层的外表面。第二页第三页，共61页。二、物质通过生物膜的方式1、膜孔滤过2、被动扩散（浓度扩散）费克定律：扩散系数取决于通过物质和膜的性质3、被动易化扩散4、主体转运5、胞吞和胞饮第三页第四页，共61页。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，转运包括：吸收分布。消除包括：排泄和生物转化。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消化管是吸收污染物质最主要的途径；

呼吸管是吸收大气污染物的主要途径；

皮肤吸收是不少污染物质进入机体的途径；第四页第五页，共61页。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。1、脂溶性污染物质易于通过生物膜；2、污染物质常与血液中的血浆蛋白结合；3、有些污染物质可与血液的红细胞或血管外组织蛋白向结合；第五页第六页，共61页。三、排泄排泄是污染物质及其代谢物质相机体外的转运过程。排泄器官有肾、肝胆、肠、肺、外分泌等，而以肾和肝胆为主。1、肾排泄2、肝胆系统的胆汁排泄3、肠道排泄第六页第七页，共61页。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。如职业病等现象是典型的生物蓄积和生物富集现象。机体的主要蓄积部位：血浆蛋白、脂肪组织和骨骼。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七页第八页，共61页。第三节污染物质的生物富集、放大和积累

一、生物富集生物富集：生物通过非吞食方式，从走为环境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浓缩系数：影响生物浓缩系数的有关因素：1、在物质性质方面2、在生物特征方面3、在环境条件方面第八页第九页，共61页。水生生物富集速率方程为：生物浓缩系数：第九页第十页，共61页。二、生物放大生物放大：同一食物链上的高营养级生物，通过吞食低营养级生物富集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。生物放大并不是在所有条件下都能发生第十页第十一页，共61页。三、生物积累生物积累：生物从周围环境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。水生生物的积累微分速率方程：当dci/dt=0时，有：ci=cwi+cφi第十一页第十二页，共61页。第四节污染物质的生物转化本节主要介绍生物转化中的酶学和氢传递过程的基础内容，以便于了解污染物质的生物转化。其次，论及：耗氧和有毒有机污染物质的微生物降解；若干重金属和非金属元素的微生物转化第十二页第十三页，共61页。一、生物转化中的酶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。酶催化作用的特点：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第十三页第十四页，共61页。二、若干重要辅酶的功能1、FMN和FAD2、NAD+和NADP+3、辅酶Q4、细胞色素酶系的辅酶5、辅酶A第十四页第十五页，共61页。第十五页第十六页，共61页。第十六页第十七页，共61页。第十七页第十八页，共61页。其作用是在酶促反应中担任递氢任务,其作用见下图第十八页第十九页，共61页。细胞色素酶系的辅酶主要有细胞色素b、c1、c、a和a3等几种在反应中担当传递电子作用，见下图第十九页第二十页，共61页。辅酶A是一种转移酶的辅酶，在酶促反应中起着传递酰基的作用第二十页第二十一页，共61页。三、生物氧化中的氢传递过程生物氧化是指有机物质在机体细胞内的氧化，并伴随有能量的释放。放出的能量主要通过二磷酸腺苷与正磷酸合成三磷酸腺苷而被暂时存放。反应见下图第二十一页第二十二页，共61页。腺苷部分的结构间下图第二十二页第二十三页，共61页。氢传递过程的几种分类1、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；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；4、无氧氧化中某些无机含氧化合物作受氢体的递氢过程第二十三页第二十四页，共61页。1、有氧氧化中以分子氧为直接受氢体的递氢过程第二十四页第二十五页，共61页。2、有氧氧化中以分子氧为间接受氢体的递氢过程第二十五页第二十六页，共61页。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第二十六页第二十七页，共61页。4、无氧氧化中某些无机含氧化合物作受氢体的递氢过程第二十七页第二十八页，共61页。四、耗氧有机污染物质的微生物降解耗氧有机污染物质是生物残体、排放废水和废弃物中的糖类、脂肪和蛋白质等较易生物降解的有机物质。1、糖类的微生物降解降解途径：1）多糖水解成单糖2）单糖酵解成丙酮酸3）丙酮酸的转化第二十八页第二十九页，共61页。2、脂肪的微生物降解降解途径：1）脂肪水解成脂肪酸和甘油；2）甘油的转化；3）脂肪酸的转化；第二十九页第三十页，共61页。1）脂肪水解成脂肪酸和甘油第三十页第三十一页，共61页。2）甘油的转化第三十一页第三十二页，共61页。3）脂肪酸的转化第三十二页第三十三页，共61页。3、蛋白质的微生物降解基本途径1）蛋白质水解成氨基酸2）氨基酸脱氨成脂肪酸4、甲烷发酵

第三十三页第三十四页，共61页。五、有毒有机污染物质生物转化类型有毒有机物质生物转化的主要反映类型如下：1、耗氧反应类型1）混合功能氧化酶加氧氧化2）脱氢酶脱氢氧化3）氧化酶氧化第三十四页第三十五页，共61页。1）混合功能氧化酶加氧氧化第三十五页第三十六页，共61页。2）脱氢酶脱氢氧化醇氧化成醛醇氧化成酮醛氧化成羧基第三十六页第三十七页，共61页。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。例如：第三十七页第三十八页，共61页。2、还原反应类型1）可逆脱氢酶加氢还原；2）消极还原酶还原；

3）偶氮还原酶还原；

第三十八页第三十九页，共61页。4）还原脱氯酶还原第三十九页第四十页，共61页。3、水解反应类型1）羧酸酯酶使脂肪簇脂水解2）芳香酯酶使芳香簇脂水解3）磷脂酶使磷酸酯水解第四十页第四十一页，共61页。4）酰胺酶使酰胺水解第四十一页第四十二页，共61页。4、若干重要结合反应类型1）葡萄糖醛酸结合2）硫酸结合3）谷胱甘肽结合第四十二页第四十三页，共61页。六、有毒有机污染物质的微生物降解下面介绍几种有机毒物微生物降解的途径1、烃类1）正烷烃的讲解2）烯烃的微生物降解途径主要是烯的饱和末端氧化，再经与正烷烃相同的途径成为不饱和脂肪酸3）苯的微生物降解途径4）苯系化合物的讲解第四十三页第四十四页，共61页。2、农药的降解1）苯氧乙酸的降解2）有机磷杀虫剂对硫磷的可能降解途径3）DDT降解第四十四页第四十五页，共61页。1）苯氧乙酸的降解第四十五页第四十六页，共61页。2）有机磷杀虫剂对硫磷的可能降解途径第四十六页第四十七页，共61页。3）DDT降解第四十七页第四十八页，共61页。DDT的主要降解途径是：在微生物还原脱氯酶作用下，脱氯和脱氯化氢第四十八页第四十九页，共61页。七、氨及硫的微生物转化

1、氮的微生物转化1）氮的主要形态：

（1）分子氮（2）生物体内的蛋白质、核酸等有机氮化物，以及生物残体变成的各种有机氮化合物（3）氮形态的生物转化：同化、氨化、消化、反硝化和固氮。2）反硝化（1）硝酸盐还原成亚硝酸（2）硝酸盐还原成氮气（3）硝酸盐还原成亚硝酸盐和氨第四十九页第五十页，共61页。2、硫的微生物转化1）硫化氢、单质硫等在微生物作用下氧化生成硫酸（硫化）2）硫酸盐、亚硫酸盐在微生物作用下还原生成硫化氢（反硫化）3）海水中硫酸盐还原生成硫化氢第五十页第五十一页，共61页。八、重金属元素的微生物转化1、汞汞的生物甲基化生物作用还原转化汞2、砷砷的微生物甲基化微生物使砷去甲基化第五十一页第五十二页，共61页。九、污染物质的生物转化速率1、酶促反应的速率1）米氏方程：

2）影响酶促反应速率的因数（1）pH的影响（2）温度的影响（3）抑制剂的影响第五十二页第五十三页，共61页。2、微生物反应的速率1）微生物反应速率方程：L=L0e-kt2）影响微生物反应速率的因素

链长规律链分子规律取代规律

环境条件：pH、温度、营养物质、溶解氧、共存物质第五十三页第五十四页，共61页。第五节污染物质的毒性一、毒物的联合作用1、协同作用2、相加作用3、独立作用4、拮抗作用二、毒作用的过程1、进入体液2、毒物与受体进行原发反应3、印发一系列的病理生理的继发反应第五十四页第五十五页，共61页。三、毒作用的生物化学机制1、酶活性的抑制

1）有些有机化合物与酶的共价结合2）有些金属离子与含巯基的酶抢劫结合3）某些金属取代金属酶中的不同金属2、致突变作用：基因突变、转换、颠换、插入和缺少。常见的具有致突变的环境污染物质有：亚硝酸类、苯并（a）比、甲醛、苯、砷、铅、烷基汞化合物、甲基对硫磷、敌敌畏、白草枯、黄曲霉毒素B1等第五十五页第五十六页，共61页。3、致癌作用化学致癌物质化学致癌物质作用机理非遗传毒物致癌物质4、致畸作用第五十六页第五十七页，共61页。习题1、在试验水中某鱼体从水中吸收有机污染物质A的速率常熟为18.76h-1，鱼体消除A的速率常熟为2.38*10-2h-1；设A在鱼体内起始浓度