环境污染物的生物转运和生物转化生物转运
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。
第三,四章 毒物的生物转运与转化
（二）毒物动力学参数及其概念： 5、清除率（CL）： 每单位时间多少升血中毒物量被清除。 6、生物利用度（F）： 生物有效度，是指毒物被机体吸收利用的程度。 7、吸收速率常数（Ka）、峰浓度（Cm）、峰时间 （Tm）： 8、房室概念：
（三）毒物消除动力学：
一级消除动力学：速率与毒物的浓度成比例。
简单扩散(simple diffusion) 被动转运
(passive transport)
滤过(filtration)
生 物 转 运
主动转运(active transport)
特殊转运
(special
transport)
膜动转运 (cytosis)
易化扩散(facilitated diffusion) 吞噬(phagocytosis) 入胞作用 (endocytosis) 胞饮(pinocytosis) 出胞作用(exocytosis)
（一）时量曲线（concentration-time curve）：
在染毒后不同时间采血样，测定血毒物浓度，以
血毒物浓度为纵坐标，时间为横坐标作图即为毒物
浓度时间曲线，简称时量曲线，通过曲线可定量地 分析毒物在体内动态变化。
（二）毒物动力学参数及其概念：
1、消除半减期（t1/2）： 体内血毒物浓度下降一半所需的 时间。 2、曲线下面积（AUC）： 指时量曲线下覆盖的总面积。 3、表观分布容积（Vd）： 在体内达到动态平衡时，根据与体内毒物量血毒物浓度 的比值，表示毒物以血毒物浓度计算应占有的体液容积。 4、消除速率常数（Ke）： 表示体内消除毒物的快慢，可以单位时间内体内毒物被 消除的百分率表示。
一、被动转运（passive transport）
（一）简单扩散
环境生物学复习资料
《环境生物学》课程期末试卷 (A)一．名词解释（每词 2 分，共 20 分）1. 生物转运：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。
2. 生物浓缩系数：指生物体内某种元素或难分解的化合物的浓度同它所生存的环境中该物质的浓度比值，可用以表示生物浓缩的程度。
3. MFO: 即混合功能氧化酶，是污染物在体内进行生物转化相Ⅰ过程中的关键酶系。
存在与大多数组织的细胞内质网上，但肝脏的活性较其他组织中活性要高得多。
组成包括：细胞色素 P450 、 NADPH 细胞色素 P450 还原酶和磷脂。
其作用是代谢非极性的亲脂性有机化合物。
许多外源性化合物进入生物体内，经混合功能氧化酶作用后发生各种变化，经代谢排出体外。
4. 敏感种：指对环境条件变化反应敏感的物种。
这类生物对环境因素的适应范围比较狭窄，环境条件稍有变化即不能忍受而死亡。
5. 环境激素（环境内分泌干扰物）：指环境中存在一些天然物质和人工合成的环境污染物具有动物和人体激素的活性，这些物质能干扰和破坏野生动物和人内分泌功能，导致野生动物繁殖障碍，甚至能诱发人类重大疾病，如肿瘤。
又称为环境激素，外源性激素。
主要包括天然雌激素和合成雌激素，植物雌激素，具有雌激素活性的环境化学物。
6. LC 50 ：半数致死浓度，能引起一群动物的 50% 死亡的最低剂量。
7. 蓄积系数：分次给受试物后引起 50% 受试动物后出现某种毒效应的总剂量，与一次给受试物后引起 50% 受试动物出现同一毒效应的剂量的比值，比值愈小，蓄积作用愈强。
蓄积系数K= ∑LD 50(n)/ LD 50(1)8. 致突变效应：某些物质引起生物体的遗传物质发生基因结构的变化的作用，分为基因突变和染色体畸变。
9. 生物修复：利用生物（主要是微生物和植物）将土壤、地表水及地下水或海洋中的危险性污染物现场去除或降解的工程技术。
10. 基因工程：在体外将外源 DNA 分子（往往是某一特定的基因）酶切，与载体连接后导入到受体细胞中，使该外源基因在受体细胞中表达的过程。
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
环境毒理学资料总结
环境毒理学资料总结环境毒理学第一章：绪论1. 环境毒理学:研究环境污染物，特别是化学污染物对生物有机体，尤其是对人体的损害作用及其机理的科学。
2. 环境毒理学研究的三个层次：对个体的损害作用及其机理；对种群的损害作用及防治措施；对生态系统的影响与防护3. .环境毒理学的任务和内容答：任务：阐述环境污染物对人体的损害及其机理；探索环境污染物对生物健康损害的早期监测指标和生物标记物，以便及早发现并控制污染；定量评价环境污染物对生物体的影响，确定剂量-效应关系，为相关环境卫生标准的制定以及保护生物健康提供依据；最终任务：保护包括人类在内的各种生物的生存和持续健康发展。
内容：环境污染物在环境介质中的迁移转化；污染物在人体内的吸收、转运、代谢转化、排泄规律，毒性作用机制；污染物的结构、毒性及其机理及影响毒性的因素；环境污染物的毒性评价；对人体损害的早期诊断与预警理论、方法、措施；4.环境毒理学的研究方法：体外实验、体内实验、模拟生态系统实验（P6-P9）5临床观察和现场调查：（P8）6.现代毒理学的特点：（P13）7. 环境毒理学的发展趋势：1、从高度综合到高度分化；2、从整体试验到替代试验；3、从阈剂量到基准剂量；4、从结构-活性关系到定量结构-活性关系；5、从危险度评价到危险度管理；8. 替代原则,及3R, 即,优化、减少、取代、9.环境毒理学的研究方法？答：体外实验1）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）；2）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）、可用于外来化合物毒性的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）；3）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）；4）分子水平（如研究毒物对生物体内酶的影响）。
体外试验的优点：简快速、经济、条件易于控制。
缺点：缺乏神经—体液调节因素等的控制，不能全面反映整体状况下的生物效应。
污染物在生物体内的生物转运和生物转化
污染物在生物体内的生物转运和生物转化work Information Technology Company.2020YEAR《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2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。
3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。
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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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
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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。
8
研究范例W. Hu et al. / Comparative Biochemistry
and Physiology Part C 135 (2003) 77–88
Interactive effects of E2 and PFOS or E2 and TCDD on MVLN cell luciferase activity
影响因素： 分子量(<100~200) 膜内外流体静压或渗透压差
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特殊转运(specialized transport)
主动转运(Active transport)
化学物质伴随能量消耗，从细胞膜的低浓度 侧向高浓度侧扩散过程。
脂溶性低的化学物
特点： 1.逆浓度梯度转运 2.载体 3.能量代谢 4.选择性 5.饱和性 6.竞争性
9
3.1.2 化学物质通过生物膜的方式
➢被动转运(passive transport)
简单扩散、滤过
➢特殊转运(specialized transport)
易化扩散、主动转运、吞噬和胞饮 作用
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被动转运
简单扩散(Passive transport)
毒物从细胞膜的高浓度一侧向低浓度侧扩散，直到两边的 浓度达到平衡。
•Exposure to PFOS significantly increased membrane fluidity of fish leukocytes
PFOS exposed
6
研究范例W. Hu et al. / Comparative Biochemistry
and Physiology Part C 135 (2003) 77–88
研究的意义 了解吸收过程、分布特征、蓄积性、代谢产物的性质、
排泄速度和途径,为阐明毒作用及其作用机理提供科学依 据
2
3.1 生物转运 3.1.1 生物膜的结构和功能
糖分子
7-10nm
磷脂分子
蛋白分子
脂质双分子层
3
3.1.1 生物膜的结构和功能
细胞膜的生理学功能—蛋白质 维持细胞完整性和细胞器内部理化性质
and Physiology Part C 135 (2003) 77–88
Alterations in cell membrane properties
caused by perfluorinated compounds
Negative control
Positive control
Effects of PFOS on memebrane fluidity in fish leucocytes
the PFOS concentration.
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研究范例W. Hu et al. / Comparative Biochemistry
and Physiology Part C 135 ■PFOS
Interactive effects of PFOS and TCDD on H4IIEluc cell EROD activity
It is possible that binding of PFOS to proteins could significantly ameliorate the membrane-related effects observed here if the affinity for
protein is greater than that for membranes.
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
代 谢排 产泄 物
物
器
贮
存
1
生物转运和生物转化
生物转运(Biotrnsport) 污染物通过机体的吸收、分布和排泄过程, 体内的
空间位置的改变 生物转化(Biotransformation)
污染物在体内受代谢酶的作用，污染物的化学结构 和性质发生改变，形成新的代谢产物的过程
污染物在接触部位通过生物膜，进入血液的过程。
消化道吸收 呼吸道吸收 吸收途径 皮肤吸收 其他：
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主动转运(Active transport)
易化扩散 (Facilitated diffusion) 脂溶性低的化学物质,利用载体由高浓 度处向低浓度处转运过程。
水溶性分子
葡萄糖等
特点： 1.不需要能量 2.通过载体转运 3.具有一定的选择性和主动性
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主动转运(Active transport)
Alterations in cell membrane properties caused by perfluorinated compounds
Effect of PFOS on mitochondrial electron potential.
Mitochondrial membrane potential was inversely related to
的稳定
选择性地通过物质，影响物质吸收和排 出
细胞识别和信息传递 能量转换 酶类的催化作用
4
3.1.1 生物膜的结构和功能
很多化学物质的毒性与生物膜有关 氰化钾 线粒体内膜细胞色素C氧化酶 有机磷化合物 半嵌入质膜的乙酰胆碱酯酶 蛋白质 受体 靶器官靶细胞
5
研究范例W. Hu et al. / Comparative Biochemistry
吞噬作用(Phagocytosis)胞饮作用(Pinocytosis)
固态颗粒物或液滴与细胞膜上的某些蛋白质具有特殊亲和力。颗粒物与
该蛋白质接触后，通过结合部位细胞膜的变形和收缩，把颗粒物包入细胞内
的过程。
较大的固体颗粒物质
液体或极小的颗粒物质
吞噬作用
胞饮作用
15
3.1.3 环境污染物的吸收(Absorption)