第2章生物转运转化
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环境生物学-2污染物的生物转运与生物转化
15
二、污染物在体内的生物转化
（二）生物转化的过程
外源性化合物
过程I （相I反应） 排出体外 一级代谢物 过程II （相II反应）
结合产物 （二级代谢）
毒害作用
图1－5 生物转化过程示意图
16
二、污染物在体内的生物转化
（二）生物转化的过程 1. 相I反应 微粒体 （1）氧化反应：在混合功能氧化酶系的催化下进行的反应。 （Microsome）
细
菌 ——假单胞菌、邻单胞菌、黄单胞菌、产碱单胞菌、
产碱杆菌、微球菌、大多数固氮菌
放线菌——诺卡氏菌
B.
降解途径
COOH C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C 末端氧化 β -氧化、脱磺基 苯甲酸 CH2COOH SO3
-
开环分解
CO2 + H2O
苯乙酸
25
3）典型含氮有机物
种类：氰化物、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈等腈类化合 物及硝基化合物 水中来源：化工腈纶废水、国防工业废水、电镀废水等。 危害：生物毒害 、环境积累
环境生物学
环境污染物在生态系统中的行为
1
详细介绍污染物进入生物机体途径、在体 内的生物转化、浓缩、积累、放大及其机 理
教材：孔繁翔
主编，环境生物学，2000，高等教育出版社，北京
2
第三节 污染物在生物体内 的生物转运和生物转化
3
生物转运（Bio-transport）——指环境污染物经 各种途径和方式同生物机体接触而被吸收、分布 和排泄等过程的总称。
用途：稳定剂（润滑油、绝缘油、增塑剂、油漆、热 载体、油墨等都含有）
危害：急性中毒；是一种致癌因子。 降解菌：产碱杆菌、不动杆菌、假单胞菌、芽孢杆菌 以及沙雷氏菌的突变体。 降解机理：如，对二氯苯的微生物转化，酶的催化脱 氯是关键步骤
《环境生物学》 第二章
• 经肝脏随同胆汁排出。 肠肝循环及其意义 意义：①机体需要的物质可被重新利用 ②延长CAFs在体内的停留时间，使其毒性作用增强
（二）动物对CAFs的排出
• 经肺随同呼出气体排出。气态或挥发性物质(CO、SO2、HS、 C6H6)可经肺呼出
• 其他排出途径（1）经乳汁排出 （2）随同汗腺、皮脂腺和 唾液排出。 （3）随同动物体组织的坏死而脱落。如毛发和 指甲等。
特点： ①需要有载体参加－－生物膜上的蛋白质； ②逆浓度转运需要消耗一定的能量； ③载体对转运的化学物具有选择性； ④载体有容量限制； ⑤竞争性抑制，如铝利用钙的载体；钴和锰利用铁 的载运系统
（3）膜动转运
• 细胞与环境进行的一些大分子物质(颗粒物)的交换过程，主 要特点是在转运过程中生物膜的结构发生变化。具有特异性， 并要消耗一定的能量。
（三）CAFs在生物体内的分布
• CAFs通过吸收进入体液后，经循环系统、输导 组织或其它途径分散到机体各组织细胞的过程称为 分布。
1、CAFs在植物体内的分布
• 植物不同器官中CAFs的含量有很大差异。一般而言，从根 部吸收的CAFs大部分分布在根内，其次为茎叶部，种子和 果实组织最少。
• 与物质是否参与循环利用有关。如参与循环的物质如氮和 磷，多分布于代谢较为旺盛的幼嫩部位；不参与循环的物 质如钙和铁则器官越老含量越多。
• 存在于所有动物之中，主要分布于肝脏和肾脏的胞液中。
（五）过氧化物酶 1、过氧化氢酶
可专一性催化H2O2分解成H2O和O2，使H2O2不能在机体 内积累而与O2反应生成非常有害的·OH。具有保护生物机体的 作用。
2、谷胱甘肽过氧化物酶
是目前已知的哺乳动物体内唯一的一种含硒酶，该酶能利用 GSH作电子供体，即催化氧化GSH，在此同时使H2O2还原为 H2O，消除体内H2O2，也能使其它有机过氧化物（ROOH）还 原生成醇（ROH），前者在抗氧化防御系统中起重要的作用， 后者在脂质的过氧化过程中起重要的作用，所以对组织细胞有 保护作用。
（二）动物对CAFs的排出
• 经肺随同呼出气体排出。气态或挥发性物质(CO、SO2、HS、 C6H6)可经肺呼出
• 其他排出途径（1）经乳汁排出 （2）随同汗腺、皮脂腺和 唾液排出。 （3）随同动物体组织的坏死而脱落。如毛发和 指甲等。
特点： ①需要有载体参加－－生物膜上的蛋白质； ②逆浓度转运需要消耗一定的能量； ③载体对转运的化学物具有选择性； ④载体有容量限制； ⑤竞争性抑制，如铝利用钙的载体；钴和锰利用铁 的载运系统
（3）膜动转运
• 细胞与环境进行的一些大分子物质(颗粒物)的交换过程，主 要特点是在转运过程中生物膜的结构发生变化。具有特异性， 并要消耗一定的能量。
（三）CAFs在生物体内的分布
• CAFs通过吸收进入体液后，经循环系统、输导 组织或其它途径分散到机体各组织细胞的过程称为 分布。
1、CAFs在植物体内的分布
• 植物不同器官中CAFs的含量有很大差异。一般而言，从根 部吸收的CAFs大部分分布在根内，其次为茎叶部，种子和 果实组织最少。
• 与物质是否参与循环利用有关。如参与循环的物质如氮和 磷，多分布于代谢较为旺盛的幼嫩部位；不参与循环的物 质如钙和铁则器官越老含量越多。
• 存在于所有动物之中，主要分布于肝脏和肾脏的胞液中。
（五）过氧化物酶 1、过氧化氢酶
可专一性催化H2O2分解成H2O和O2，使H2O2不能在机体 内积累而与O2反应生成非常有害的·OH。具有保护生物机体的 作用。
2、谷胱甘肽过氧化物酶
是目前已知的哺乳动物体内唯一的一种含硒酶，该酶能利用 GSH作电子供体，即催化氧化GSH，在此同时使H2O2还原为 H2O，消除体内H2O2，也能使其它有机过氧化物（ROOH）还 原生成醇（ROH），前者在抗氧化防御系统中起重要的作用， 后者在脂质的过氧化过程中起重要的作用，所以对组织细胞有 保护作用。
外源化学物在体内的生物转运与转化-第二章
22
第二节 吸 收
23
吸收 （absorption） 外源化学物从接触部位（机体
的外表面或内表面的生物膜）转运 至血循环的过程
24
呼吸道； 消化道； 皮肤； 腹腔、肌肉、皮下、静脉注射；
25
首过效应 （first-pass effect）
减少经体循环到达靶器官组织的 外源化学物数量； 减轻毒性效应； 与吸收部位的损伤有关
胎体不同组织中毒物的浓度取决于 胎体组织富集毒物的能力。
65
（三）其他屏障 血-眼屏障； 血-睾丸屏障
66
四、特殊的膜转运机制
某些细胞具有特殊的膜主动转运 机制，主动摄取毒物或排出毒物，使 这些细胞成为靶细胞或使细胞避免毒 物的损伤
38
影响气溶胶吸收的重要因素是气溶胶 中颗粒的大小和化学物质的水溶性。气溶 胶的沉积部位主要取决于颗粒物大小
≥5m，沉积在鼻咽部； 1-5m，主要沉积在肺的 气管支气管区域； 1m及以内，可达肺泡
39
颗粒物：上呼吸道炎症、肺炎、肺肉芽肿、 肺癌、肺尘埃沉着病、过敏性肺部疾患； 可溶性有毒颗粒物：吸收入血引起中毒； 影响因素：生理学的差异、暴露条件
63
胎盘的细胞层数随动物物种不同 和不同妊娠阶段而各异。胎盘层数和 其通透性关系不确定，但目前不认为 它是决定化学物质分布到胎体的最重 要的因素
64
外援化学物通过胎盘的机制
单纯扩散：大部分毒物； 主动转运：与内源性嘌呤和嘧啶结构类似 的抗代谢物； 生物转化：防止某些有毒物质到达胎体。
26
一、经胃肠道吸收
毒物的吸收可发生于整个胃肠道， 主要是在小肠。肠绒毛可增加200-300m2 的小肠吸收面积
被动扩散； 膜孔过滤； 载体中介； 吞噬或胞饮
第二节 吸 收
23
吸收 （absorption） 外源化学物从接触部位（机体
的外表面或内表面的生物膜）转运 至血循环的过程
24
呼吸道； 消化道； 皮肤； 腹腔、肌肉、皮下、静脉注射；
25
首过效应 （first-pass effect）
减少经体循环到达靶器官组织的 外源化学物数量； 减轻毒性效应； 与吸收部位的损伤有关
胎体不同组织中毒物的浓度取决于 胎体组织富集毒物的能力。
65
（三）其他屏障 血-眼屏障； 血-睾丸屏障
66
四、特殊的膜转运机制
某些细胞具有特殊的膜主动转运 机制，主动摄取毒物或排出毒物，使 这些细胞成为靶细胞或使细胞避免毒 物的损伤
38
影响气溶胶吸收的重要因素是气溶胶 中颗粒的大小和化学物质的水溶性。气溶 胶的沉积部位主要取决于颗粒物大小
≥5m，沉积在鼻咽部； 1-5m，主要沉积在肺的 气管支气管区域； 1m及以内，可达肺泡
39
颗粒物：上呼吸道炎症、肺炎、肺肉芽肿、 肺癌、肺尘埃沉着病、过敏性肺部疾患； 可溶性有毒颗粒物：吸收入血引起中毒； 影响因素：生理学的差异、暴露条件
63
胎盘的细胞层数随动物物种不同 和不同妊娠阶段而各异。胎盘层数和 其通透性关系不确定，但目前不认为 它是决定化学物质分布到胎体的最重 要的因素
64
外援化学物通过胎盘的机制
单纯扩散：大部分毒物； 主动转运：与内源性嘌呤和嘧啶结构类似 的抗代谢物； 生物转化：防止某些有毒物质到达胎体。
26
一、经胃肠道吸收
毒物的吸收可发生于整个胃肠道， 主要是在小肠。肠绒毛可增加200-300m2 的小肠吸收面积
被动扩散； 膜孔过滤； 载体中介； 吞噬或胞饮
第二章 外源化合物在体内的生物转运
第三章 外源化学物 在体内的生物转运与转化
2020/10/18
1
第一节 生物转运
被动、主动、膜动转运
第二节 吸 收（胃肠道、呼吸道、
皮肤、其它途径）
第三节 分 布
第四节 排 泄
2020/10/18
2
概述
机体对化学毒物的处置(disposition)过程： 相互有关的吸收(absorption)→分布 (distribution)→代谢(metabolism)→排泄 (excretion)过程四个过程。简称ADME过程。
2020/10/18
8
动力学
在机体对化学毒物的处置过程中，化学毒 物在体内的浓度随时间变化的规律，可用数学 方程或动力学参数来描述。
2020/10/18
9
毒物动力学（toxicokinetics）研究机体 对化学毒物的作用（ADME过程）和靶器官中 化学毒物或其活性代谢物的量。（机体对化学 毒物）
2020/10/18
30
⑤有机阳离子转运体（oct）家族 在肝脏和肾脏吸收外源化学物中都很重 要；
⑥核苷转运体（nt）家族协助胃肠 道吸收核苷；
2020/10/18
31
⑦二价金属离子转运体（dmt）协 助胃肠道吸收金属；
⑧肽类转运体（pept）协助胃肠道 吸收二肽和三肽。
2020/10/18
32
被动转运是顺浓度梯度进行，不消耗 能量的；
易化扩散和主动转运由载体介导，载 体可达饱和状态；
主动转运和膜动转运消耗能量，并可 逆浓度梯度进行。
2020/10/18
15
影响转运的主要因素有：
➢ 外源化学物本身结构 ➢ 分子量大小 ➢ 脂-水分配系数大小 ➢ 带电性 ➢ 内源性物质的相似性等。
2020/10/18
1
第一节 生物转运
被动、主动、膜动转运
第二节 吸 收（胃肠道、呼吸道、
皮肤、其它途径）
第三节 分 布
第四节 排 泄
2020/10/18
2
概述
机体对化学毒物的处置(disposition)过程： 相互有关的吸收(absorption)→分布 (distribution)→代谢(metabolism)→排泄 (excretion)过程四个过程。简称ADME过程。
2020/10/18
8
动力学
在机体对化学毒物的处置过程中，化学毒 物在体内的浓度随时间变化的规律，可用数学 方程或动力学参数来描述。
2020/10/18
9
毒物动力学（toxicokinetics）研究机体 对化学毒物的作用（ADME过程）和靶器官中 化学毒物或其活性代谢物的量。（机体对化学 毒物）
2020/10/18
30
⑤有机阳离子转运体（oct）家族 在肝脏和肾脏吸收外源化学物中都很重 要；
⑥核苷转运体（nt）家族协助胃肠 道吸收核苷；
2020/10/18
31
⑦二价金属离子转运体（dmt）协 助胃肠道吸收金属；
⑧肽类转运体（pept）协助胃肠道 吸收二肽和三肽。
2020/10/18
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被动转运是顺浓度梯度进行，不消耗 能量的；
易化扩散和主动转运由载体介导，载 体可达饱和状态；
主动转运和膜动转运消耗能量，并可 逆浓度梯度进行。
2020/10/18
15
影响转运的主要因素有：
➢ 外源化学物本身结构 ➢ 分子量大小 ➢ 脂-水分配系数大小 ➢ 带电性 ➢ 内源性物质的相似性等。
毒理02化学毒物的生物转运
（3）经皮肤吸收：可分为两个时相：穿透相和吸收相。其限速阶段是穿透相。
经皮肤吸收的主要简单扩散。故经皮肤吸收好的外源化学物应具备脂水兼溶的性质。
（4）经其他途径：注射进行染毒。
（二）分布和影响因素
1.分布的概念和毒理学意义
（1）分布：是指化学物通过吸收后，随血流和淋巴液分散到全身各组织细胞的过程。
（5）特殊屏障：机体内有一些生物膜屏障，可阻止或减少外源化学物进入某种组织器官，具有重要的毒理学意义。
①血脑屏障：中枢神经系统的毛细血管内皮细胞之间紧密连接，几乎没有空隙，在毛细血管周围被星形胶质细胞胞突所包绕。②胎盘屏障：系由位于母体与胚胎血液循环之间的一层或数层细胞构成。细胞层数随不同动物种属和不同妊娠阶段而异。
（2）肝胆排泄（肠肝循环）：是主动转运过程，可看成是经肾脏排泄的补充途径。较大分子的物质经胆汁排泄（通常分子量>300）。在肝脏至少有三种主动转运系统（有机酸、有机碱和中性有机物）。经胆汁排泄的主要是在肝内代谢转化产物，如谷胱甘肽结合物和葡萄糖醛酸结合物。
肠肝循环：随胆汁进入肠道的化学物，一部分由于肠液或肠道菌群的作用，脂溶性增加而被肠道重吸收，再度回到肝脏。致毒物从肠道排泄的速度减慢，生物半减期延长，毒作用对机体不利。
（2）与肝、肾组织成分结合：肝、肾组织浓集多种外源化学物。肝、肾有一种可诱导的金属硫蛋白能与镉、汞、铅、锌结合。
（3）在脂肪组织贮存：脂溶性有机物分布和蓄积在体脂内。
（4）在骨骼中蓄积：如氟离子可取代羟基磷灰石晶格中的0H-，使骨氟含量增加。蓄积在骨骼中的外源化学物有无毒作用，取决于其本身的性质（如骨氟、铅）对骨则无明显毒性。
5.生物半减期（t1/2）：指化学毒物的血浆浓度下降一半所需要的时间。它是衡量机体消除化学毒物能力的又一重要参数。如前所述，凡体内过程属于一级速率的化学物，其半减期为恒定值。半减期的计算公式为：
经皮肤吸收的主要简单扩散。故经皮肤吸收好的外源化学物应具备脂水兼溶的性质。
（4）经其他途径：注射进行染毒。
（二）分布和影响因素
1.分布的概念和毒理学意义
（1）分布：是指化学物通过吸收后，随血流和淋巴液分散到全身各组织细胞的过程。
（5）特殊屏障：机体内有一些生物膜屏障，可阻止或减少外源化学物进入某种组织器官，具有重要的毒理学意义。
①血脑屏障：中枢神经系统的毛细血管内皮细胞之间紧密连接，几乎没有空隙，在毛细血管周围被星形胶质细胞胞突所包绕。②胎盘屏障：系由位于母体与胚胎血液循环之间的一层或数层细胞构成。细胞层数随不同动物种属和不同妊娠阶段而异。
（2）肝胆排泄（肠肝循环）：是主动转运过程，可看成是经肾脏排泄的补充途径。较大分子的物质经胆汁排泄（通常分子量>300）。在肝脏至少有三种主动转运系统（有机酸、有机碱和中性有机物）。经胆汁排泄的主要是在肝内代谢转化产物，如谷胱甘肽结合物和葡萄糖醛酸结合物。
肠肝循环：随胆汁进入肠道的化学物，一部分由于肠液或肠道菌群的作用，脂溶性增加而被肠道重吸收，再度回到肝脏。致毒物从肠道排泄的速度减慢，生物半减期延长，毒作用对机体不利。
（2）与肝、肾组织成分结合：肝、肾组织浓集多种外源化学物。肝、肾有一种可诱导的金属硫蛋白能与镉、汞、铅、锌结合。
（3）在脂肪组织贮存：脂溶性有机物分布和蓄积在体脂内。
（4）在骨骼中蓄积：如氟离子可取代羟基磷灰石晶格中的0H-，使骨氟含量增加。蓄积在骨骼中的外源化学物有无毒作用，取决于其本身的性质（如骨氟、铅）对骨则无明显毒性。
5.生物半减期（t1/2）：指化学毒物的血浆浓度下降一半所需要的时间。它是衡量机体消除化学毒物能力的又一重要参数。如前所述，凡体内过程属于一级速率的化学物，其半减期为恒定值。半减期的计算公式为：
毒理学第二章-毒物的体内过程
➢ 主动转运有一定的选择性 ➢ 竞争抑制：如果两种化合物基本结构相似，
又需要同一转运系统时
23
转运体(transporter)及其家族
➢ 多种药物抗性蛋白(multi-drug-resistant protein, mdr)
➢ 多种抗药性蛋白(multi—resistant drug protein, mrp)
➢ 理化性质：脂/水分配系数接近于1，易被 吸收进入血液
➢ 皮肤血流速度和出汗状况
➢ 皮肤完整性：如皮肤破损，破坏表皮角 质层屏障作用，外源化学物可以直接进 入吸收相
➢ 人体不同部位表皮的厚度不同、角质层 厚度不同，所以外源化学物的穿透速度 有别
41
四、其它途径
➢ 经眼吸收:局部作用先于全身作用 ➢ 经静脉、腹腔、皮下和肌内注射
[分布]
白蛋白结合型
游离型
[排泄]
粪
胆汁
肾
[排泄]
尿
肺 分泌腺 呼气 乳汁、汗
外源化学物在体内的动态过程
靶器官 (损害) 器官组织 (贮存)
5
➢ 生物转运（biotransport）: 是指外
源化学物主要依据物理学规律，本身不 发生化学结构改变，从接触部位吸收， 转运进入血液、再转运至组织与脏器、 最终转运到排泄器官离开机体过程
12
脂质
组成 糖
蛋白质：结构蛋白、受体、酶、载体、
生
离子通道等
物 膜 结构：液态镶嵌模型
隔离功能
功能
生化反应和生命活动的场所
内外环境物质交换的屏障
13
二、化学物通过生物膜转运的方式
➢ 简单扩散 ➢ 膜孔扩散（滤过） ➢ 主动运输（膜泵转运） ➢ 易化扩散 ➢ 胞吞作用
又需要同一转运系统时
23
转运体(transporter)及其家族
➢ 多种药物抗性蛋白(multi-drug-resistant protein, mdr)
➢ 多种抗药性蛋白(multi—resistant drug protein, mrp)
➢ 理化性质：脂/水分配系数接近于1，易被 吸收进入血液
➢ 皮肤血流速度和出汗状况
➢ 皮肤完整性：如皮肤破损，破坏表皮角 质层屏障作用，外源化学物可以直接进 入吸收相
➢ 人体不同部位表皮的厚度不同、角质层 厚度不同，所以外源化学物的穿透速度 有别
41
四、其它途径
➢ 经眼吸收:局部作用先于全身作用 ➢ 经静脉、腹腔、皮下和肌内注射
[分布]
白蛋白结合型
游离型
[排泄]
粪
胆汁
肾
[排泄]
尿
肺 分泌腺 呼气 乳汁、汗
外源化学物在体内的动态过程
靶器官 (损害) 器官组织 (贮存)
5
➢ 生物转运（biotransport）: 是指外
源化学物主要依据物理学规律，本身不 发生化学结构改变，从接触部位吸收， 转运进入血液、再转运至组织与脏器、 最终转运到排泄器官离开机体过程
12
脂质
组成 糖
蛋白质：结构蛋白、受体、酶、载体、
生
离子通道等
物 膜 结构：液态镶嵌模型
隔离功能
功能
生化反应和生命活动的场所
内外环境物质交换的屏障
13
二、化学物通过生物膜转运的方式
➢ 简单扩散 ➢ 膜孔扩散（滤过） ➢ 主动运输（膜泵转运） ➢ 易化扩散 ➢ 胞吞作用
生物体内物质的转运和转化
生物体内物质的转运和转化生命是一种高度有序的状态，而这种状态的维持需要大量的物质转运和转化。
生物体内的物质在不同的环节中不断发生着转化和转运，以维持生命的正常进行。
这涉及到多个领域的知识，包括生物化学、细胞生物学、生态学等。
一、物质的摄取生命物质的来源来自外界，由于生命本身比较脆弱，在外界的环境下很容易遭受破坏，或者被其他生命体所利用。
为了解决这个问题，生命进化出了摄食和光合作用两个途径。
⑴摄食生命的起源最初还是以化学物质为主的单细胞状态，而这些细胞最初的获取能量和营养则通过摄食的方式。
比如，最早的细胞可以摄食周围环境中形成的小气泡，里面含有有机物或者无机物。
在进化的过程中，细胞也透过摄食方式吞噬其他的细胞，而这个摄食模式，一直被延续至今。
它包括了多种不同的方式，如口吞作用、胞吞作用、吞噬作用等等。
⑵光合作用光合作用是生命使用太阳能源的最主要方式。
光合作用一般发生在绿色植物体内或水藻体内，可以转换太阳能为光能，并且物质的分子中还包含着接受和传递光能的分子——叶绿素。
光合作用被认为是地球上所有生命体的主要能源来源，因为通过它，生命体可以将光能转换为有用的化学能。
二、物质在细胞内的转移一旦物质被摄入到生物体之内，它就进入了生物体内的细胞中。
细胞内部有内质网、高尔基体、线粒体、核糖体等多种器官和组分，这些器官和组分之间协同作用，形成了极高的生物转化效率。
⑴内质网内质网是生物体内一种内部组成和功能都非常重要的膜结构。
它会对最初的蛋白质进行加工、翻译和折叠等作用。
对于进入细胞的物质来说，最初的一个转运过程就是在内质网进行的。
内质网和各种入网的物质之间会经历各种增殖、复制和转运的过程，最终通过液泡运输到其他的器官和结构中。
⑵高尔基体高尔基体是细胞内的另外一个重要器官，它的主要功能是将蛋白质识别、分类，然后进行进一步的转运、变性和泡状包装，形成囊泡内物质等。
⑶线粒体线粒体是生物体内一个常见的能量转地方。
更为重要是，线粒体能够将摄入细胞内的营养物质以及体内厌氧代谢产生的有机物、无机物转化为细胞可以利用的养分、气体和能量源。
第二章 外源化学物在体内的生物转运与生物转化精品资料
2020/9/25
11
1、简单扩散（simple diffusion）
也称脂溶扩散，化学物从浓度较高的一侧 向浓度较低的一侧经脂质双分子层进行扩 散转运。
此过程的必需条件是：外源化学物在膜两 侧具有浓度梯度、化学物具脂溶性、以非 电离状态存在。
2020/9/25
12
简单扩散（脂溶扩散）
顺浓度差转运 不消耗能量
2020/9/25
28
1.经胃肠道吸收
•化学物的吸收可在整个胃肠道进行， 但主要是在小肠，其次是胃。
•吸收方式：主要是简单扩散，也可以 通过滤过、主动转运系统及胞饮、吞噬 作用。
•由于胃液酸度极高(pH 约等于2.0)，弱
有机酸类物质多以未解离状态存在，所
以容易吸收；但弱有机碱类物质，在胃
中离解度较高而不易吸收。
2020/9/25
21
2.易化扩散（facilitated diffusion）
也称载体扩散，为某些脂溶性低、分子呈极性的化 学物借助生物膜上的某些载体顺浓度/电荷梯度进行 跨膜转移的过程。
2020/9/25
22
易化扩散
顺浓度差转运 不消耗能量
需要载体 饱和性 竞争性
易化扩散特点
①由于不能逆浓度梯度，不消耗能量； ②由于利用载体，有一定的选择性、饱和 性、竞争抑制性。
2020/9/25
5
毒物动力学研究意义
①明确靶器官； ②揭示化学毒物或其代谢产物的水平与毒
效应强度和性质之间的关系；
③探讨中毒机制。
2020/9/25
6
第一节 外源化学物在体内的生物转运
一、生物膜与生物转运
生物膜（biomembrane）：是细胞 质膜和细胞器膜的总称。
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2
【目的要求】
掌握毒物在体内的来踪去路 吸收 熟悉毒物在体内的分布与贮存 掌握生物转化反应及意义 Phase
I & Phase II Enzyme
第一节 基本概念
1. 毒物（TOXICANT / POISON）
指在一定条件下，一定量的某一物质，经过一定 的途径进入机体后，在组织、器官、细胞内发生 化学或物理化学的作用，引起机体机能性或器质 性的病理改变，甚至造成死亡的化学物质。
LD50受多种因素影响。对于同一种化 学物质，不同种属的动物敏感性不同。接
触途径不同也可影响LD50的值。
在表示LD50时，必须注明动物种属、性 别和接触途径。 实验室环境、喂饲条件、染毒时间、 受试物浓度、溶剂性质、实验者操作技术 的熟练程度等均可对LD50产生影响。
14.最大无作用剂量 （maximal no-effect dose，ED0） 化学物质在一定时间内，按一定方式与机 体接触，用现代的检测方法和最灵敏的观察指 标不能发现任何损害作用的最高剂量。最大无
物质的最高含量。
3.暂行允许量
4.参考残留限量
5.无关农药残留
4. 参考剂量 （reference dose，RfD） 环境介质中化学物质的日平均接触剂 量的估计值。人群在终生接触该剂量水平 化学物质的条件下，预期一生中发生非致 癌或非致突变有害效应的危险度可低至不 能检出的程度
在制定安全限值时，最重要的毒性 参数是LOAEL和NOAEL。化学物质的安全
别成员出现死亡的剂量。低于此剂量
即不能引起死亡。
3. 最大耐受剂量 （maximal tolerance dose，MTD或LD0） 化学物质不引起受试对象出现死亡的 最高剂量。LD0也受个体差异的影响，存 在很大的波动性。 LDO和LD100常作为急性毒性试验中选择 剂量范围的依据。
4.半数致死剂量 （median lethal dose，LD50） 化学物质引起一半受试对象出现死亡 所需要的剂量，又称致死中量。LD50是评 价化学物质急性毒性大小最重要的参数， 也是对不同化学物质进行急性毒性分级的 基础标准
吸收方式：主要是通过简单扩散，还可以通过 滤
过、胞饮或吞噬和主动转运系统
影响胃肠道吸收因素
胃肠道的酸碱度 外源化学的分子结构及理化性质 胃肠道的蠕动情况 胃肠道中的某些物质及菌丛
FOOD MICROSTRUCTURE AFFECTS THE BIOAVAILABILITY OF SEVERAL NUTRIENTS
引起相应的病理过程。
急 性: 亚急性: 亚慢性: 慢 性:
一次或24 H内多次 小于或等于1个月 3个月左右 大于6个月
3. 毒性和剂量（DOSE)
毒性： 某种毒物对机体的损害能力。
剂量： 动物机体每公斤体重接触毒物的量。表示 单位为mg/kg BW.
指给予机体的量或机体接触的量
接触剂量（exposure dose）：又称外剂量，指外源化学物
与机体（如人、指示生物、生态系统）的接触剂量，可以是单次接触或某 浓度一定时间的接触
吸收剂量 到达剂量
（体内） （靶器官）
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4. 毒作用，效应和反应
• 毒作用 (toxic effect): 毒物对动物有机体产生的 生物学损害作用。 • 速发作用与迟发作用； • 局部作用于全身作用 • 可逆作用于不可逆作用
生物膜两侧浓度差叫浓度梯度或浓度差
（1）简单扩散的特点
顺浓度梯度，不需要消耗能量 毒物与生物膜不发生化学反应 生物膜不具有主动性，是一个简单的物理学过程
（2）毒理学意义
在一般情况下，大部分外源化学物是通 过简单扩散进行生物转运
（3）影响简单扩散的因素
浓度梯度差 外源化学物在脂质中的溶解度
FOOD TOXICOLOGY
Tao Wu, Associate Professor Department of Food Quality and Safety College of Food Science and Technology Feb 27, 2011
第二章 - 外源化学物在 体内的生物转运与转化
毒物 - 2
The dose makes the poison – Paracelsus 食盐 水 蛋白质 多糖 毒素 （toxin） 特指由活的生物有机体产生的一类特殊物质 植物毒素 动物毒素 真菌毒素 细菌毒素
2. 中毒(POISONING)
毒物进入机体后，
限值一般是将LOAEL或NOAEL缩小一定的
倍数来确定的。这个缩小的倍数称为安
全系数或不确定系数
在选择安全系数或不确定系数时要
考虑多种因素
第二节 吸 收
（Absorption ）
外源 化学物
[接触]
皮肤 肺
[吸收]
血液循环
白蛋白结合型
[分布]
靶器官
(损害) 器官组织
[接触]
[代谢]
肝 消化道
[排泄]
H+ HA AB H+ BH+
HA H+
A-
B H+
BH+
2.滤过(filtration)
外源化学物透过生物膜上亲水
性孔道的过程依靠生物膜两侧的 渗透压梯度和液体静压的作用
（1）影响因素
化学物分子量的大小:4nm孔道通过>200 的分子;70nm孔道通过>60000分子
（2）毒理学意义
水及一些溶于水而不溶于脂质的物质，可 通过滤过完成生物转运过程
THE PROCESS BY WHICH TOXICANTS CROSS BODY MEMBRANES AND ENTER THE BLOODSTREAM IS CALLED ABSORPTION
主要途径：呼吸道
胃肠道 皮 肤
胃肠道吸收
胃肠道是外源化学物的主要吸收途径 外源化合物在胃肠道的吸收可在任何部位进行，但 主要在小定
统计学方法
6. 联合毒性作用
相加作用 协同作用 拮抗作用 独立作用 加强作用
7. 靶器官（TARGET ORGAN）
指外源化学物可以直接发挥毒作用的器
官
毒作用的强弱，主要取决于该物质在靶
器官中的浓度，但靶器官不一定是该物质 浓度最高的场所
8. 生物标志物 （Biomarker）
（二）主动转运（(active transport)
外源化学物透过生物膜由低浓度处向高
浓度处移动的过程
主动转运的特点
1、可逆浓度梯度转运，消耗一定的代谢能量
2、转运过程需要载体参加
主动转运的特点
曲线转换
13. 致死剂量
1. 绝对致死剂量
绝对致死剂量（absolute lethal dose， LD100）是指化学物质引起受试对象全部死 亡所需要的最低剂量或浓度。由于个体差异， 受试群体中总是有少数高耐受性或高敏感性 的个体，故LDl00常有很大的波动性。
2. 最小致死剂量 （minimal lethal dose，MLD或LD01） 指化学物质引起受试对象中的个
毒物的分类
（一）按毒物的用途及分布范围分类
（四）按毒作用的生理生化机制分类 巯基抑制剂、高铁蛋白形成剂 工业、环境、食品、农用、日用品 （五）按毒作用性质和部位分类 （二）按化学结构和理化性质分类 按毒作用主要部位 芳香胺、卤代碳氢化学物 / 气体、液体、粉尘等 肝毒物，肾毒物，神经毒物 （三）按毒性级别分类 按毒物生物学效应 剧毒、高毒、低毒 三致
是在人类生活的外界环境中
存在，可能与机体接触并进 入机体，在体内呈现一定的 生物学作用的一些化学物质， 又称为 "外源生物活性物质"
10. 生物转运（BIOTRANSPORT）
指外源化学物主要依据物理学规 律，本身不发生化学结构改变， 从接触部位吸收，转运进入血液、 再转运至组织与脏器、最终转运 到排泄器官离开机体的过程。
一般以毒物引进机体产生的生物学效应或反应
来描述毒作用。表达和描述接触一定剂量的毒 物后所发生的生物学作用的强度和发生率的情 况。
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效应（effect)：表示一定剂量外源化学物与机体接
触后所引起的生物学变化 （计量资料）。
反应（RESPONSE)：指接触一定化学物后，表
现某种效应并达到一定强度的个体在群体中所占的比例。 一般以百分率或比值表示 （计数资料）。
11. 生物转化
（biotransformation）：指外
源化学物的代谢变化过程，即外 源化学物在代谢器官由一系列酶 介入，发生化学结构的改变的过 程。
12. 剂量-反应（效应）曲线
剂量为横坐标，反应或效应为纵坐标。 直线型：随着剂量的增加，反应的强 度也随着增强，并成正比例关系 抛物线型： S型曲线 –对称型和非对称型，低剂 量范围内，随着剂量增加，反应强度 增高较为缓慢，剂量较高时，反应强 度也随之急速增加，但当剂量继续增 加时，反应强度增高又趋于缓慢
脂水分配系数=脂相中浓度/水相中浓度
电离或离解状态和体液中的pH 生物膜两侧体液的蛋白质浓度和与蛋白质
结合的亲合力
酸性物 (Acidic drug): HA H+ + A
碱性物 (Basic drug): BH+ H+ + B (分子型) 离子障（ion trapping） 分子型极性低，亲脂，可通过膜；离子型相反
作用剂量也不能通过试验获得。只能确定未观
察到损害作用的剂量（no-observed adverse effect level，NOAEL）