第五章生物体内污染物质的运动过程及毒性2

• 2、还原反应类型 1）可逆脱氢酶加氢还原；
2）硝基还原酶还原；
3）偶氮还原酶还原；
• 4）还原脱氯酶还原
• 3、水解反应类型 1）羧酸酯酶使脂肪簇脂水解
RCOOR '+ H 2 O → RCOOH + R ' OH
2）芳香酯酶使芳香簇脂水解
3）磷脂酶使磷酸酯水解
4）酰胺酶使酰胺水解
• 醇氧化成酮
R1CHOHR2 R1CHOR2 + 2 H →
• 醛氧化成羧基
R1CHO + H 2O RCOOH + 2 H →
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：
RCH 2 NH 2 + H 2O RCHO + NH 3 + 2 H →
dci = kaicw + ai,i−1 ⋅ wi,i−1ci−1 − (kei + kgi )ci dt
• 当dci /dt=0时，有： ci=cwi+cφi
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
甲烷发酵
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
1）混合功能氧化酶加氧氧化
碳羟基化
2）脱氢酶脱氢氧化
• 醇氧化成醛
RCH 2OH RCHO + 2 H →
2
+ + 3
H 3 AsO4 2 e H 3 AsO3 CH 3 → CH 3 AsO (OH ) 2 2 e CH 3 As (OH ) 2 CH 3 → → →
+
(CH 3 )2 AsO (OH ) 2e (CH 3 )2 As (OH ) CH →(CH 3 )3 AsO 2e (CH 3 )3 As → →
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
• 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 入和缺少。
• 2、致突变作用：基因突变、转换、颠换、插 • 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
• 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
第五章：生物体内污染物质的运动过程及毒性
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。
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） ∆c dQ = − DA 费克定律： dt ∆x 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；
• 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
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
八、重金属元素的微生物转化
• 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
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 DDT降解
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。
• 1、汞 • 汞的生物甲基化 • 生物作用还原转化汞
CH 3 HgCl + 2 H → Hg + CH 4 + HCl (CH 3 ) 2 Hg + 2 H → Hg + 2 CH 4
• 2、砷 HgCl + 2 H → Hg + 2 HCl • 砷的微生物甲基化 • 微生物使砷去甲基化
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
二、若干重要辅酶的功能
• • • • • 1、FMN和FAD 2、NAD+和NADP + 3、辅酶Q 4、细胞色素酶系的辅酶 5、辅酶A
• 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
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
• 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；
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
• 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
蛋白质水解成氨基酸
蛋白质水解成氨基酸
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；
三、排泄
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： BCF = cb / ce • 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
腺苷部分的结构间下图
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
1、有氧氧化中以分子氧为直接受氢体的 递氢过程
• 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
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：
• 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
葡萄糖醛酸结合
硫酸结合
谷胱甘肽结合
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）正烷烃的降解
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）苯系化合物的降解
• 水生生物富集速率方程为：
cf = cf = kacw 1 − exp( − k g − k e ) t ke + kg kacw [1 − exp( − k e ) t ] ke
[
]
• 生物浓缩系数：
BCF BCF = = cf cw cf cw ka = ke + kg ka = ke
二、生物放大
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、无氧氧化中某些无含氧化合物作受 氢体的递氢过程
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