环境生物学第二章

（二）对细胞器的影响
1 线粒体
污染物不仅可以引起细胞线粒体膜和嵴的形态结构地改变 , 而且可以影响线粒体的氧化磷酸化和电子传递功能。
2光面内质网和糙面内质网
某些污染物经代谢活化产生自由基,可导致光面内质网结构 和微粒体膜的一些重要组分如混合功能氧化酶的破坏。
多种化学致癌物如黄曲霉毒素等 , 能引起糙面内质网上附 着核糖体脱落, 导致蛋白质合成控制的改变。 3污染物还可影响微管、微丝、高尔基体、溶酶体等其他细 胞器。
二、对组织器官的影响
（一）靶器官
1概念：污染物进入机体后 , 对各器官并不产生同样的毒作用，而 只对部分器官产生直接毒作用，这些器官称为靶器官 (Target Organ)。 例如 , 放射性碘积累在哺乳动物的甲状腺中, 可能引起 甲状腺癌。 2 靶器官不一定是效应器官
污染物的毒作用不直接由靶器官表现出来，而由另一个效应器 官表现出来。如有机磷农药的靶器官是神经系统,而效应器官则是 瞳孔、唾液腺和横纹肌等。 3 靶器官也不同于蓄积器官
2抗氧化防御系统酶
在长期进化中 , 需氧生物发展防御过氧化损害的系统 (Antioxidant Defense) 其组成包括 : 水溶性组分如谷 胱甘肽 (GSH) 、维生素C；脂溶性组分 , 如维生素E、 胡萝卜素 。 但当体内抗氧化防御系统不能消除活性氧时 , 它们可使 DNA链断裂、脂质过氧化、酶蛋白失活等 , 从而引起机体 氧化应激 (Oxidative Stress) 或氧毒性。 (1）超氧化物歧化酶 (SOD):在抗氧化防御系统中起重要 的作用 。超氧化物歧化酶存在于多种需氧生物中 , 有三 种典型的同工酶 , 并具不同的金属中心 。 （2）谷胱甘肽过氧化酶：是以H2O2为底物，催化形成H20， 消除H2O2。它也能催化有机过氧化氢物还原成相应的醇。 根据植物体谷脱甘肽过氧化酶活性的变化可绘制大气污染 图谱。
2 对DNA影响 DNA受损各种修复酶增加并被活化。如不能被修 复，则产生DNA结构和功能影响，细胞突变。
外源性化合物及其活性代谢产物与DNA作用产生突变的顺序。 1 形成DNA加合物。 2 DNA的二次修饰。如链断裂。
3Hale Waihona Puke 4DNA结构的破坏被固定。细胞功能改变，姊妹染色体交 换。
细胞分裂时，外源性化合物造成的危害可导致DNA突变 及其基因功能改变。
1 对蛋白质影响 （1）蛋白质中的许多活性基团易与污染物及其活性 代谢产物发生反应，导致蛋白质化学损伤，对细胞 膜和亚细胞的损伤作用，最终可导致细胞死亡和组 织坏死。 （2）污染物还可诱导生物机体内一些功能蛋白产生， 如应激蛋白和金属硫蛋白。是防护性生化反应。
如金属硫蛋白对二价金属离子具有极高的亲和力， 与微量金属Zn等结合调节其细胞内浓度，而与有毒 金属如Cd、Hg的作用，可以保护细胞免受金属毒性 影响。并可被重金属诱导。
第二节 污染物在细胞和器官水平上的影响
一、对细胞的影响 ( 一 ) 对细胞膜的影响 1 污染物引起的膜脂过氧化作用导致细胞膜的损伤。 例如 , 大气污染物 S02 经气孔进入叶组织后溶于 浸润细胞壁的水分中, 产生SO32-或HSO3-,后被细 胞氧化成SO42-,这一过程产生了自由基，引起脂膜 的过氧化，伤害了膜系统。 2 污染物可影响细胞膜的离子通透性。 如拟除虫菊酯杀虫剂和DDT均可作用于细胞膜的Na+ 通道，干扰Na+通过细胞膜，影响神经传导。 3 污染物与细胞膜上的受体结合，干扰了受体正常的 生理功能。
3.δ一氨基己酰丙酸脱氢酶 (ALAD)
存在于许多组织的细胞质中 , 其生理作用在合成血红蛋白 中起重要作用。 目前把 ALAD 作为一个敏感的指标 , 应 用于监测和理评价铅污染对生态系统的影响。 4. 蛋白磷酸酶 蛋白磷酸酶 （Protein Phosphatase）广泛存在于细胞中， 对任何一种蛋白质进行脱磷酸化作用。人们研究发现微囊 藻毒素对蛋白磷酸酶的 抑制作用很强，是迄今最强的蛋白 磷酸酶抑制剂。
DNA中碱基最易受到攻击。 亲电性化合物主要攻击鸟嘌呤的N7和C8等。 亲核化合物主要攻击胞嘧啶等。 自由基等主要攻击腺嘌呤等。
DNA的修复途径：
（1）光复活修复： 最简单、最特异性的酶催化修复过程。可见光提供能 量，光复活酶与嘧啶二聚体结合，催化解聚，使DNA恢复 原来状态，酶释放。 （2）切除修复：
(3)过氧化氢酶（Ct）
过氧化氢酶仅能分解H2O2。
鱼类暴露于漂白纸浆废水后，过氧化氢酶升高2 －7倍。水生生物暴露于受多环芳烃(PAH)污染的 底泥后，过氧化氢酶也升高。 3. 谷胱甘肽转移酶 (GSTs)
谷胱甘肽转移酶 (Glutathione Transferases， GST) 是污染物在体内生物转化相Ⅱ过程中的重要 酶 , 具有许多同工酶。该酶的生理作用是与不同 的亲电性化合物或一些相Ⅰ代谢产物结合 , 产生 水溶性化合物 , 易于排出体外 , 因此起到脱毒 作用。肝是脊椎动物中 GSTs的主要场所。
蓄积器官是污染物毒物在体内的蓄积部位。污染物在蓄积器官内的 浓度高于其他器官 , 但对蓄积器官并不一定显示毒作用。如DDT等 有机氯农药的靶器宫虽是中枢神经系统和肝脏 , 但这类农药主要 蓄积在脂肪组织中。
4 靶器官可以是接触、吸收毒物的器官，也可以是远离接触、吸 收部位的器官。如大气污染物中的铅经肺吸收后 , 却主要作用 于神经系统和造血器官。 （二）对组织器官的影响 1氟化氢污染时植物吸收的 F－随蒸腾流转移到叶尖和叶缘, 在 那里积累至一定浓度后就会使组织坏死,出现叶片脱落。 2 对动物组织器官影响复杂。以重金属污染为例 铅 (Pb)可损 害动物造血器官骨髓和神经系统。对造血器官的损害是通过干扰 血红素合成 , 引也贫血。对神经系统制损害是引起末梢神经炎 , 出现运动和感觉障碍。
第三节 污染物在个体水平上的影晌
一、 死亡 1不同污染物可引起同一种动物死亡率各不相 同，同一种污染物也可导致不同动物不同得死 亡率。 2许多因素能影响污染物对动物的致死效应。 污染物的种类及其物理化学性质、生物种类、 污染物作用的时间、水质条件和多种污染物的 综合作用。 3不同生物种类及其生理状态、年龄、发育阶 段等也影响污染物的致病作用。 二、对行为的影响 （一）对水生生物行为的影响
第二章 污染物对生物的影响
第一节
污染物在生物化学和分子水平上
的影响 污染物进入机体后 , 首先将导致机体一 系列的生物化学变化。这些变化广义上 说可分为两种 :一种是用来保护生物体抵 抗污染物的伤害 , 称之为防护性生化反 应 ; 另一种不起保护作用 , 称之为非防护 性生化反应 。
一、对生物机体酶的影响
( 一 ) 酶活性的诱导 至今发现有许多不同化学结构的 化合物 , 能诱导混 合功能氧化酶和其他酶。这些化合物包括药物、杀 虫剂、多环 芳烃和许多其他化合物 , 其中大量是存 在环境中的污染化合物。这些能诱导酶 的化合物 大都属有机亲脂性化合物 , 并且在较长的生物半衰 期。其诱导作用是增加酶的合成速度 , 或可能降低 酶蛋白的分解。 应用 RNA 和 DNA 代谢抑制剂 , 发现诱 导作用发 生在转录水平上 , 并不需要新的 DNA 合成，有人 认为 , 外源性化合物 诱导酶蛋白合成 , 主要是操纵 基因去阻遏作用 (Depression)。外源性化合物与 阻 遏物形成复合物 , 使阻遏作用失效 , 故操纵基因 不受阻遏 , 结构基因指导酶蛋白 合成增加 。

1. 回避行为 目前已知能对污染物产生回避反应的水生动物主要是各种鱼、 虾、蟹 , 此外 , 水生昆虫也 有一定的回避能力 。 不同的水生动物对同 种污染物的回避能力差异很大 。如 杂 色鳟对 DDT 有较强的回避能力 , 阀值为 0.005mg/L; 食蚊鱼 次之 , 阀值为 0.1mg/L; 草虾 完全不回避。 一般来说 , 水生生物对污染物 的回避阀值低于污染物对水生 生物的致死浓度，但有例外。 水生生物的回避能力在实验室和野外也存在差异性 。如在 受铜、 锌污染的 -条加拿大河流中 , 野外现场观测的阀值 为实验室阀值的 18 倍。
( 二 ) 酶的抑制作用
酶活性的抑制可分为不可逆性抑制、非
竞争性抑制和竞争性抑制。 A 不可逆性抑制 是由于污染物与酶蛋白的活性中心功能 基因不可逆性结合而引起的。如铅、汞 等重金属与酶活性中心上的半胱氨酸残 基的巯基结合，抑制酶的活性。
B 非竞争性抑制
是一种可逆性抑制 , 污染物与酶分子的结合位置不是 底物的结合位置 , 因此增加底物浓度 , 不能使抑制 作用逆转。非竞争性抑制剂能与游离的酶结合 , 也可 能与酶一底物复合物结合。最常见的非竞争性抑制是 某些污染物与酶分子中半胱氨酸残基的巯基可逆性结 合 , 引起酶构型改变 , 使酶活性受到可逆性但非竞 争性抑制。 C 竞争性抑制 特点是当底物浓度增加时 , 抑制作用减弱。竞争性抑制 作用的强弱取决于抑制剂的浓度与底物浓度的相对比 例。这是因为竞争性抑制剂与酶的正常底物在化学结 构上相似、 与酶活性中心结合部位相同 , 但竞争性抑 制 不被酶代 谢。 如5－氟尿嘧啶。
D 除上述抑制以外 , 有些污染物是通过生成中间代谢产物抑 制酶活性 , 造成生物化学损害。例如 , 有机氟代烷的毒性 。 E 还有些污染物可消耗辅酶或抑制辅酶的合成 , 导致酶活性 抑制 , 如铅可使体内烟酸量下降 。 F 此外有些金属 离子是酶的辅基或激活剂 , 污染物与这些金 属离子结合 , 抑制相应的酶。 举例说明污染物对酶的抑制作用： 1腺三磷酶（ATPase） 是生物体重要酶，存在于所有的细胞中。在细胞供能活动、 离子平衡等过程中起重要作用 。ATPase 抑制已作为 –项评 价污染应为的指标。 2 乙酰胆碱酯酶 （AchE） 乙酰胆碱酯酶 （AchE）在神经系统的信号传导中起重要作 用。有机磷农药和氨基甲酸酯农药对高等和低等动物的 AchE具有明显的抑制作用。
<2> 分支移动修复 当DNA复制到损伤处时，新合成的子链移动，原已解 螺旋的亲链重新缠绕，以正常子链为模板合成，再解螺旋， 子链移回，继续半保留复制。 3 脂质的过氧化 细胞和亚细胞膜系统磷脂富含多烯脂肪酸侧链，很容 易因污染物在细胞内形成的自由基作用下脂质过氧化。 导致细胞膜通透性变化等。 如O3、NO2、Cd等。