环境污染物的生物转运和生物转化生物转化
第三章 环境污染物在体内的生物转运和生物转化
2、分布 、
环境污染物被吸收进入血液后，随着血液的运输， 环境污染物被吸收进入血液后，随着血液的运输，分散到全身各 组织器官的过程。 组织器官的过程。 一般地说，在提内组织器官的起始分布取决于血流量 血流量， 一般地说，在提内组织器官的起始分布取决于血流量，血液供应 丰富的器官，分布的污染物愈多，如肝脏。 丰富的器官，分布的污染物愈多，如肝脏。而最终分布取决于污染物 与组织器官的亲和力 亲和力。 与组织器官的亲和力。 例如Pb开始时主要分布肝脏中 最终大部分（ 开始时主要分布肝脏中， 例如 开始时主要分布肝脏中，最终大部分（90%）分布在骨骼 ） 中。
上呼吸道： 上呼吸道：鼻、咽、支气管 下呼吸道： 下呼吸道：肺
C、经皮肤的吸收污染物的通透性较弱。 较少（如局部毒性），因皮肤对环境污染物的通透性较弱。 ），因皮肤对环境污染物的通透性较弱
D、其他 、
主要是人为地染毒途径，如采用静脉、皮下、肌肉注射进行染毒。 主要是人为地染毒途径，如采用静脉、皮下、肌肉注射进行染毒。
4、排泄 、
指环境污染物及其代谢物由体内向体外转运的过程。 指环境污染物及其代谢物由体内向体外转运的过程。
经肾随尿液排出（最主要）：大多数(分子量小于 随尿液排出（最主要）：大多数 分子量小于60,000的分子 ) ）：大多数 的分子 经肝随胆汁排出：与血红蛋白结合、分子量大于300的强极性的化合物 经肝随胆汁排出：与血红蛋白结合、分子量大于 的强极性的化合物 经呼吸道排出：气体污染物、 经呼吸道排出：气体污染物、挥发性强的化合物
第三章 环境污染物在体内的 生物转运和生物转化
一、生物转运 二、生物转化
一、生物转运
环境污染物与机体接触、吸收、分布、代谢和排泄的过程， 环境污染物与机体接触、吸收、分布、代谢和排泄的过程， 与机体接触 称为环境污染物的生物转运， 环境污染物在体内发生的位移。 称为环境污染物的生物转运，即环境污染物在体内发生的位移。
食品毒理学 第三章 外源化学物生物转化和生物转运
第三章外源化学物生物转化和生物转运外源化学物对机体的毒性作用，一般取决于两个因素：①外源化学物的固有毒性和接触量；②外源化学物或其活性代谢物到达作用部位的效率。
一、外源化学物的体内动态过程吸收→分布→生物转化（代谢）→排泄Absorption → Distribution → Metabolism → Excretion二、生物转运1. 生物膜的化学组成脂质双分子层基架，分子数超过蛋白质分子数100倍以上。
(稳定性和流动性)蛋白质镶嵌或贯穿于脂质双分子层中，各种功能的物质基础。
糖类多为短糖链，与膜脂质或蛋白质结合，形成糖脂或糖蛋白。
有的可作为膜受体的识别部分，特异性地和激素或递质分子相结合；有的则作为抗原物质，表达某种免疫信息液态/流动镶嵌模型（fluid mosaic model）以液态的脂质双分子层为基架,其中镶嵌着具有不同分子结构和不同生理功能的球形蛋白质。
3.意义生物膜这种液态/流动镶嵌结构与外源性化学物转运密切相关。
膜的流动性1. 使膜可以承受较大的张力和外形变化而不致破裂，即使发生较小的断裂，也可以自动融合修复；2. 使细胞具有变形能力生物膜与细胞物质、能量和信息的转换息息相关。
4.生物膜的功能5.生物膜的生物转运方式6.影响生物转运的因素外源化学物本身的结构、分子量的大小、脂/水分配系数的大小、带电性、与内源性物质的相似性等。
影响简单扩散的主要因素生物膜的浓度梯度、厚度、面积、脂/水分配系数、解离度等。
脂/水分配系数 (lipid/water partition coefficient)：化学物在含有脂和水的体系中，在分配达到平衡时在脂相和水相的溶解度比值。
第二节吸收吸收外源化学物从接触部位通过生物膜屏障进入血液循环的过程。
吸收部位消化道、呼吸道、皮肤；注射（皮下注射、肌肉注射和静脉注射）；染毒首过效应除口腔和直肠外，从胃和肠吸收到局部血管的物质都要汇入肝门静脉到达肝脏之后再进入体循环，未到体循环就被肝脏代谢和排泄的现象首过效应积极的保护作用（肝脏非靶器官）在吸收部位发生代谢后再进入体循环的现象都称为首过效应一、经消化道吸收消化道是水和食物中外源物的主要吸收部位，从口腔到直肠的各个部位都可吸收外源化学物，经消化道吸收主要在小肠内进行小肠是消化道中最长的部分1.吸收机制：简单扩散膜孔过滤载体中介吞噬或胞饮等脂溶性的非解离型的有机化学物分子以被动扩散方式通过消化道粘膜上皮层到达粘膜的血液外源化学物经膜孔(直径为0.4nm)滤过主要是较小(分子量小于200)的水溶性分子一些金属类可以经特异的转运载体机制吸收，如铬和锰可以通过铁转运机制吸收，铅可以利用钙转运机制吸收等一些颗粒物质如偶氮染料和聚苯乙烯乳胶可通过吞噬或胞饮作用进入小肠上皮细胞2. 影响胃肠道吸收的因素（1）外源化学物的性质固体物质且在胃肠中溶解度较低者，吸收差；脂溶性物质较水溶性物质易被吸收；同一种固体物质，分散度越大，与胃肠道上皮细胞接触面积越大，吸收越容易；解离状态的物质不能借助简单扩散透过胃肠粘膜而被吸收或吸收速度极慢。
环境毒理学课后习题答案
环境毒理学第一章绪论1、什么是环境毒理学？它是怎样产生的？环境毒理学（environmental toxicology）是利用毒理学方法研究环境，特别是空气、水和土壤中已存在或即将进入的有毒化学物质及其在环境中的转化产物，对人体健康的有害影响及其作用规律的一门学科。
是环境科学（environmental sciences）和生态毒理学（ecotoxicology）的重要组成部分。
环境毒理学的产生过程：早在远古时代，人们对一些动植物的有毒作用就已有认识，并已有文献记载。
18世纪西班牙化学家和生理学家Bonaventura Orfila:现代毒理学的奠基人。
毒理学在第二次世界大战后得到快速发展。
2、环境毒理学的研究对象、主要任务和内容是什么？环境毒理学的研究对象主要是对各种生物特别是对人体产生危害的各种环境污染物（environmental pollutant）。
环境污染物主要是人类的生产和生活活动所产生的化学性污染物。
环境毒理学的主要任务是研究环境污染物对人体的损害作用及其机理，探索环境污染物对人体健康的损害的早期检测指标和生物标志物，从而为制定环境卫生标准和有效防治环境污染对人体健康的危害提供理论依据；此外，根据环境污染物对其他生物（包括动物、植物、微生物等）个体、种群及生态系统的危害，甚至在特定环境中对整个生物社会的危害，研究其损害作用及其机理、早期损害指标及防治理论和措施。
环境毒理学的最终任务是保护包括人类在内的各种生物的生存和持续健康的发展。
环境毒理学的主要内容是研究环境污染物及其在环境中降解和转化产物对机体相互作用的一般规律，包括毒物在体内的吸收、分布和排泄等生物转运过程和代谢转化等生物转化过程，剂量与作用的关系，毒物化学结构和毒性以及影响毒作用的各种有关因素。
3、阐述环境毒理学的主要研究方法。
体外试验（in vitro test）：器官水平（包括器官灌流和组织培养，基本保持器官完整性，常用于毒物代谢的研究）；细胞水平（应用的细胞包括已建株的细胞系（株）和原代细胞（可用不同的器官进行制备），可用于外来化合物的毒性和致癌性的各种过筛试验，也可用来研究化合物的代谢和中毒机理的探讨）；亚细胞水平（研究中毒机理、毒物引起损伤的亚细胞定位以及化合物代谢）；分子水平（如研究毒物对生物体内酶的影响）。
环境污染的生物净化原理
环境污染的生物净化原理环境污染是指由于人类活动引起的大气、水体、土壤等环境中的物质或能量的增加而导致的生态系统的紊乱和破坏。
随着工业化和城市化的快速发展，环境污染已成为一个严重的问题。
为了解决环境污染问题，人们利用生物净化技术来植物、微生物等生物体来清除或降解污染物质，达到净化环境的目的。
生物净化的原理主要包括吸附、降解、转化和蓄积等作用。
首先，生物净化的原理之一是吸附作用。
植物通过根系吸附土壤中的污染物质，并通过细胞膜的选择性吸收机制将污染物质转运至植物体内。
植物的根系具有丰富的根毛和根突，增加了其表面积，有利于污染物质的吸附和根际活性。
其次，生物净化的原理之二是降解作用。
微生物是环境中最重要的降解有机污染物的组成部分之一。
某种微生物可通过自身的代谢产生酶来分解有机污染物，将这些有机污染物转化为无害物质或较低毒性的物质。
例如，一些细菌可将有机污染物如石油烃类降解成水和二氧化碳。
微生物通过降解作用将污染物质转化为无机物或较低毒性的物质，从而净化环境。
生物转化也是生物净化的原理之一。
一些微生物可以利用污染物质作为能源和碳源，通过酶的作用将其转化为其他有用的物质。
例如，一些细菌可以利用亚硝酸盐还原亚硝酸并进一步还原为氮气，从而消除水体中的氨氮污染。
此外，生物净化还具有积累作用。
当一些重金属和有机污染物质进入生物体内，生物可以通过积累这些污染物质来净化环境。
例如，一些植物的根系具有超富集作用，可以将土壤中的重金属吸收、富集到植物体内，从而达到净化土壤的效果。
总的来说，生物净化的原理主要包括吸附、降解、转化和蓄积等作用。
利用植物和微生物等生物体的这些作用，可以有效地净化环境中的污染物质，使得环境恢复到良好的状态。
生物净化技术不仅具有高效的净化效果，而且具有环保性和经济性优势，因此在环境净化和生态修复领域具有广阔的应用前景。
污染物在生物体内的生物转运和生物转化
《环境生物学》第二次研讨课程论文污染物在生物体内的生物转运和生物转化院系：生命科学学院班级：2015级生物科学1班组号：5组员: 葛鹏冲高海霞高文慧联系电话：教师：陈福龙2016-2017第一学期1 / 5污染物在生物体内的生物转运和生物转化摘要：生物转运，环境污染物经各种途径和方式同机体接触而被吸收、分布和排泄等过程的总称这些过程都有类似的机理，即环境污染物在被机体吸收、分布和排泄的每一过程都需要通过细胞的膜结构细胞膜包括细胞外层的细胞膜（质膜）、细胞内的内质网膜、线粒体膜和核膜等，这些膜也称为生物膜。
这些膜也就成为了生物转运的必经之路，也是生物转运转化的研究对象。
关键字：生物转运生物转化细胞膜载体蛋白正文：污染物到达生物体之后，通过生物体内的生物转运和生物转化发生作用。
其中进入生物体的方式主要是通过呼吸系统，消化管的吸收以及少部分的皮肤吸收，进去人体首先生物转运就发挥作用。
生物转运：接触机体的环境污染物透过生物膜的生物转运过程，主要分为被动转运和特殊转运两种形式。
①被动2 / 5转运。
其特点是生物膜不起主动作用，不消耗细胞的代谢能量。
这种转运形式包括简单扩散和滤过两种方式。
简单扩散过程是环境污染物由生物膜的高浓度一侧，透过生物膜向低浓度一侧转运，这是脂溶性有机化合物的主要转运方式。
滤过过程是环境污染物通过生物膜上的亲水性孔道的转运过程，亲水性孔道由生物膜中蛋白质分子的亲水性氨基酸组成，直径小的约为4埃(如肠道上皮细胞),直径大的为40埃（如肾小球和毛细血管上皮细胞）。
滤过是分子直径小于生物膜亲水性孔道直径的水溶性化合物的主要转运方式。
②特殊转运。
其特点是具有特定结构的环境污染物和生物膜中的蛋白质构成的载体形成可逆性复合物进行转运，生物膜有主动选择性。
这种转运形式包括主动转运和易化扩散两种形式。
主动转运是环境污染物由生物膜低浓度一侧逆浓度梯度向高浓度一侧转运，这种转运需要消耗细胞代谢能量，是水溶性大分子化合物的主要转运形式。
环境污染物的生物转运和生物转化生物转运
基底膜
血液
28
(二) 皮肤吸收
影响皮肤吸收的因素
1. 分子量 2. 脂/水分配系数 接近1.0的容易被表皮途径吸收 3. 种属差异 大鼠和兔通透性好，豚鼠、猪和猴的
皮肤通透性与人接近 4. 环境、皮肤温度和湿度 5. 角质层厚度和完整性、血液流量 6. 汞等一些金属及化合物，可以经过毛囊、皮脂腺
和汗腺直接进入血液
400 **
300
** P<0.05 *** P<0.01
***
ufCB
200
100
0
CB
10 30
50
70 90
110 130
-100
Particle dose (µg/ml)
25
(二) 呼吸道吸收 影响肺泡对气态物质的吸收的因素
（1）分压差和血/气分配系数。 （2）血液中溶解度和相对分子质量。 （3）肺的通气量和血流量，特别是 与两者的比值有关。
影响因素：
浓度梯度，脂/水分配系数、解离度和体液pH、蛋白质亲和力
简单扩散的特点 1.不消耗脂能溶性量物质 2.不需要载体 3.无饱和限速 4.无竞争性抑制 5.符合一级速率过程
R K A(C1 C2 ) D
R：转运速率 A：膜面积 C: 膜两侧浓度
K：为扩散系数 D：膜厚度
11
被动转运
滤过(Filtration) 毒物通过生物膜上的亲水孔道(如毛细 血管、肾小球膜孔和细胞膜上由蛋白质的亲 水性氨基酸构成）的过程。
污染物在体内的生物转运和生物转化
化
环
境 污吸 染收
血 液
分 布 组 织 脏
学
改 变
结 构 和
性
质
环境污染物的生物转运和生物转化生物转化
C6H5R
RC6H4OH
（3）环氧化反应
多环芳烃形成的环氧化物可与生物大分子共价结合，
诱发突变或癌变
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1.微粒体混合功能氧化酶系催化的氧化反应
（4）N-脱烷基反应
胺类化合物氨基N上的烷基被氧化脱去一个烷基， 形成醛类或酮类
CH3 R N [O]
CH3
CH3
RN CH2OH
CH3
RN
氧化反应
微粒体混合功能氧化酶 黄素单加氧酶
非微粒体混合功能氧化酶
脂 肪 族 羟 化
芳 香 族 羟 化
环 氧 化 反 应
N-
脱 烷 基 反 应
O-
脱 烷 基 反 应
S-
脱 烷 基 反 应
N-
羟 化 反 应
金 属 脱 烷 基 反 应
S-
氧 化 反 应
脱 硫 反 应
氧 化 脱 卤 反 应
醇醛胺 脱脱氧 氢氢化 酶酶酶
（1）醇脱氢酶
NAD R C H 2O H
醇类
RCHO + NADH + H+
醛类
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2.非微粒体酶催化的氧化反应
（2）醛脱氢酶
RCHO NAD
醛类
RCOOH
酸类
（3）胺氧化酶 RCH2NH2 + H2O [O] RCHO + NH3 + H2O
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3.前列腺素生物合成过程中的共氧化作用
在机体内花生四烯酸经氧化作用形成前列腺素。 在此过程中，某些外源化学物可同时被氧化，即共 氧化作用。
花生四烯酸 环加氧酶
前列腺素G2 (PGG2)
3章-环境化学物的生物转运与生物转化
环境化学物的生物转运 与生物转化
第一节 生物转运
一、生物转运过程的基本原理
（一）生物膜的结构与功能
生 物 膜 质膜：包围在细胞外的膜 细胞核及各种细胞器外面包围的膜
功能： （1）保持细胞和细胞器内部理化性质的稳定; （2）选择性地允许或不允许某些物质透过，以便吸 收和排出一些物质；
（3）传递信息;
（7）N-羟化反应
R N H [
2
N
H 2
苯胺
O ] R N H O H
N H O H
→
N-羟基苯胺
（8）烷基金属脱烷基反应 Pb(C2H5)4 （9）S-氧化反应 [O] R-S-R′
硫醚
Pb(C2H5)3
R-SO-R′
亚砜
R-SO2-R′
砜
（10）脱硫反应
RO RO
C
2
P
H
5
S OR' ( S R')
（四）结合反应
ห้องสมุดไป่ตู้
结合反应是进入体内的外源化学物在代谢过程 中与某些其他内源性化学物或基团发生的生物合成 反应，形成的产物称结合物。 外源化学物可直接发生结合反应，也可经第一
相反应后再发生结合反应（第二相反应）。大多数 外源化学物及其代谢产物均需经过结合反应，再排 出体外。
根据与外源化学物结合的结合剂不同，可将 结合反应分为以下几种类型：
一、生物转化的反应类型
氧化 生 物 转 化 还原 水解 结合 第二相反应 排出体外 第一相反应 外源化学物
（一）氧化
氧化反应
微粒体混合功能氧化酶
金 属 脱 烷 基 反 应
非微粒体混合功能氧化酶
脂 肪 族 羟 化
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C 2 H5 O C 2 H5 O
P
O O NO 2
对硫磷
对氧磷
（11）氧化脱卤反应 X [O ] RC HO H R C H 2X
RC HO + HX
2.非微粒体酶催化的氧化反应
主要催化具有醇、醛、酮功能基团的外源化学物的氧 化反应。主要包括醇脱氢酶、醛脱氢酶及胺氧化酶类。 主要存在于肝细胞线粒体和胞液中存在，也存在于消化
ROH + HCHO RSH + HCHO
（6）脱氨基反应 [O] R－CH2－NH2
RCHO + NH3
1.微粒体混合功能氧化酶系催化的氧化反应 （7）N-羟化反应
R N H2
NH2
[O ]
R NH OH
NHOH
苯胺
N-羟基苯胺
1.微粒体混合功能氧化酶系催化的氧化反应
（8）烷基金属脱烷基反应 Pb(C2H5)4 Pb(C2H5)3
非微粒体混合功能氧化酶系
肝细胞线粒体和胞浆中，肝、肾肠和神经的单胺氧化酶 醇、醛、酮的脱氢氧化和单胺类氧化脱氢
(一) 氧化反应
氧化反应
微粒体混合功能氧化酶 黄素单加氧酶
N- O- S脱 烷 基 反 应 脱 烷 基 反 应 脱 烷 基 反 应 金 属 脱 烷 基 反 应
非微粒体混合功能氧化酶
脂 肪 族 羟 化
6
1.微粒体混合功能氧化酶系催化的氧化反应
(2）芳香族羟化 芳香环上的氢被氧化形成-OH。
C6H5R
（3）环氧化反应
RC6H4OH
多环芳烃形成的环氧化物可与生物大分子共价结合， 诱发突变或癌变
1.微粒体混合功能氧化酶系催化的氧化反应 （4）N-脱烷基反应
胺类化合物氨基N上的烷基被氧化脱去一个烷生四烯酸
前列腺素G2 (PGG2)
前列腺素H2
（二）还原反应
发生还原反应的条件：
① 还原性化学物或代谢物在组织细胞内积聚,形
成局部还原环境。 ② 在细胞色素P450单加氧酶系催化的氧化反应 中，也有电子的转移，一些外源化学物可接受电子 被还原。
③ 氧化还原反应中的可逆反应。
道,肺、肾。
（1）醇脱氢酶
RCH2OH
NAD
RCHO + NADH + H
+
醇类
醛类
2.非微粒体酶催化的氧化反应
（2）醛脱氢酶
RCHO
醛类
NAD
RCOOH
酸类
（3）胺氧化酶 [O] RCHO + NH3 + H2O RCH2NH2 + H2O
3.前列腺素生物合成过程中的共氧化作用
在机体内花生四烯酸经氧化作用形成前列腺素。 在此过程中，某些外源化学物可同时被氧化，即共 氧化作用。
生物转化的主要器官和细胞
转化能力 强 中等 器官 肝脏 肺脏 肾脏 细胞 实质细胞 Clara细胞、Ⅱ型上皮细胞 近曲小管细胞
小肠
皮肤 弱 睾丸
粘膜层细胞
上皮细胞 输精管和支持细胞
肝 外 代 谢 过 程
3.4.1 生物转化的反应类型
氧化 生 物 转 化 还原 水解 结合 第Ⅱ相反应 第Ⅰ相反应
外源化学物
肠道厌氧环境,发生还原反应的可能性较大
（二）还原反应 还原反应类型
含 氮 基 团 还 原 反 应 含 硫 基 团 还 原 反 应 含 卤 素 基 团 还 原 反 应
羰 基 还 原 反 应
无 机 化 合 物 还 原
（二）还原反应
1.羰基还原反应
醛类和酮类可分别还原成伯醇和仲醇。
RCHO
醛
RCH2OH 伯醇
（9）S-氧化反应
R－S－R′
硫醚
[O]
R－SO－R′
亚砜
[O]
R－SO2－R′
砜
1.微粒体混合功能氧化酶系催化的氧化反应 （10）脱硫反应
RO RO P S O R' ( 或S R') [O ] RO P RO
[O]
O O R' (或 S R')
C 2 H5 O C 2 H5 O
P
S O NO 2
RC O R' 酮
C H 3C H 2O H
乙醇
RC HO HR' 仲醇
醇脱氢酶
C H 3C H O
乙醛
（二）还原反应
2.含氮基团还原反应
（1）硝基还原反应
NO2 NO NHOH NH2
硝基苯
亚硝基苯
苯羟胺
苯胺
（2）偶氮还原反应 磺胺类药物,偶氮色素 （3）N–氧化物还原
（二）还原反应
3.含硫基团还原反应
二硫化物、亚砜化合物等可在体内被还原。杀虫剂三 硫磷可被氧化形成三硫磷亚砜，在一定条件下可被还原成 三硫磷。
C 2 H5 O C 2 H5 O P S S CH2 O S C 2 H5 O C 2 H5 O P S S CH2 S
三硫磷亚砜
Cl
三硫磷
Cl
（二）还原反应
4.含卤素基团还原反应
CCl4 + NADPH
R N CH3 [O] CH3 CH3 R N CH2OH R N H CH3 + HCHO
[O]
胺
酮
二甲基亚硝胺在N-脱烷基后可形成自由基CH3+ ·,使细胞 核内核酸分子上的鸟嘌呤甲基化，诱发癌变或突变
1.微粒体混合功能氧化酶系催化的氧化反应
（5）O-脱烷基和S-脱烷基反应
R－O－CH3 R－S－CH3 [O] [O] [R－O－CH2OH] [R－S－CH2OH]
排出体外
(一) 氧化反应
参与氧化反应的主要酶系 微粒体混合功能氧化酶系(P-450)
细胞色素P-450酶系
1.血红蛋白类
细胞色素P-450 和细胞色素b5
肝细胞内质网
2.黄素蛋白类
NADPH-细胞色素P-450 还原酶和细胞色素b5还原酶
3.磷脂类
黄素单加氧酶
肝、肾、肺等组织细胞的微粒体
氧化化合物结构中N,S,P等亲核原子
芳 香 族 羟 化
环 氧 化 反 应
N羟 化 反 应
S-
脱 氧 硫 化 反 反 应 应
氧 化 脱 卤 反 应
醇 脱 氢 酶
醛 脱 氢 酶
胺 氧 化 酶
1.微粒体混合功能氧化酶系催化的氧化反应
微粒体混合功能氧化酶系 (microsomal mixed function oxidase system,MFOS) 特异性低 主要存在与肝脏内质网中
NADPH细胞色 素P450还原酶
[CCl3] + NADP + HCl
5.无机化合物还原
如五价砷化合物可在体内还原为毒性作用更 强的三价砷化合物。
RH +NADPH + H+ + O2 底物 还原型辅酶Ⅱ
MFOS
ROH +H2O+NADP+
氧化产物
1.微粒体混合功能氧化酶系催化的氧化反应
（1）脂肪族羟化 脂肪族化合物侧链（R）末端倒数第一个或第二个碳 原子发生氧化，形成羟基。
RCH3
[O]
RCH2OH
有机磷杀虫剂八甲磷经此反应生成羟甲基八甲磷， 毒性增强