污染物在生物体内的生物转运和生物转化
环境生物学-2污染物的生物转运与生物转化
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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
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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
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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
第3章 化学毒物在体内的生物转运与生物转化 ppt课件
Dp≤100m
可吸入颗粒物
Dp≤10m
细粒子
Dp≤2.5m
超细粒子
0.1-0.3m
包括液体、固体或者液体和固体结合
存在的，并悬浮在空气介质中的颗粒
inhalabal particulates, IP
能进入人体呼吸道,且能长期漂浮于空气中
particulate matter, PM2.5
物的通透性不同：阴囊>手臂、
后背、腿部、腹部>手掌、足底
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（四）其他途径
毒理学动物实验：腹腔注射、静脉注射、肌内注射、
皮下注射等
临床：皮内注射、肌肉注射
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三、分布 （Distribution）
分布( distribution) : 是指化学毒物吸收后，随血液或淋
巴分散到全身各组织细胞的过程。
✓ 烟和粉尘：
粒子大小:
• 直径> 5 μm者，多因惯性冲击而沉积在鼻咽部：清除、咽下
或溶解吸收入血；
• 直径2.5 μm左右，重力沉降于气管和支气管：咳出或吞咽；
• 直径1 μm以下，吸收入血、清除、或进入淋巴系统长期保存；
• 直径0.1 μm，吸收入血、吞噬系统清除。
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（2）颗粒物
total suspended particulates, TSP
✓ 载体：有机阳离子转运体(organic-cation transporter, oct)
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（二）化学毒物通过生物膜的方式
5. 吞噬和胞饮作用
通过细胞膜的流动将某些液体微粒、固体颗粒或大分子物
质包绕并吞入细胞的过程。
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二、吸收 （Absorption）
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。
环境毒理学考试资料精简
1、环境毒理学：是利用毒理学的方法研究环境，特别是空气、水体、土壤中已经存在或者即将进入的有害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科学。
2、生物浓缩：生物体从环境中蓄积某种污染物，使这种污染物在生物体内的浓度超过在环境中的浓度的现象。
（生物浓缩系数（BCF）=生物体内该种污染物的浓度/环境中该种污染的浓度）3、生物积累：生物个体随着其生长发育的各个阶段从环境中蓄积某种污染物，使其浓缩系数不断增大的现象。
（生物积累系数（BAF）=生长发育前阶段污染物的浓度/生长发育后阶段污染的浓度）4、生物放大：在生态系统的同一食物链上，某种污染物在生物体内的浓度随着营养级数的提高而逐步增大的现象。
（生物放大系数（BMF）=高营养级生物体内污染物的浓度/低营养级生物体内污染物的浓度）5、肝肠循环：由于肠液或细菌的酶催化，增加其脂溶性而被肠道重吸收，重新返回肝脏，形成肝肠循环，使其从肠道排泄的速度显著减慢，生物半减期延长，毒作用持续时间延长6、毒物代谢动力学：用数学方法研究毒物的吸收、分布、生物转化和排泄等随时间而发生的量变动态规律，即研究毒物代谢的量变的经时过程，目的在于了解毒物在体内消长的规律，从而对毒物安全性评价提出科学依据。
7、室：将机体视为一个系统，按动力学的特点分为若干部分，每个部分称为室。
当毒物在体内的运转速率高，体内分布迅速达到平衡时，可将其视为一室模型。
而血流量少，穿透速度慢，不能立即与血液中的毒物达到平衡的器官认为是周边室。
周边室可有一个或多个，故可将机体视为二室或多室模型。
8、生物半减期：（简称T1//2）一种毒物在体内的含量减少一半所需要的时间。
（一般指血浆半减期，即血浆浓度下降一半所需的时间。
亲水性毒物的生物半减期较短，亲脂性毒物的生物半减期较长。
）9、效应：是指一定剂量的外源化学物与机体接触后所引起的生物学变化。
10、反应：是指一定剂量的外源化学物与机体接触后，呈现某种效应并达到一定程度的比率，或产生效应的个体在群体中所占的比例。
环境污染物的生物转运和生物转化生物转运
基底膜
血液
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(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)
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(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
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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。
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
毒理学课件：化学毒物在体内的生物转运和生物转化
2. 特殊转运
外源化学物借助于载体或特殊转运系 统而发生的跨膜运动。
主动转运(active transport) 易化扩散(facilitated diffusion) 吞噬作用（phagocytosis) 和胞饮作用 (pinocytosis)
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（1）主动转运
1)定义
外源化学物在载体的参与下, 逆浓 度梯度通过生物膜的转运过程。
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表 细胞膜对外源化学物主动转运系统
名称 ATP-结合盒（ABC）转运蛋白 多药耐受蛋白（P-糖蛋白）
多耐受药物蛋白 乳腺癌耐受蛋白
以溶质为主转运蛋白（SLC）
缩写
mdr mrp Bcrp
功能
减少胃肠道吸收，血-脑屏障，胆 汁分泌，胎盘屏障 尿排泄，胆汁排泄 将化学毒物代谢后的硫酸结合物 排出细胞
有机阴离子转运多肽 有机阴离子转运蛋白 肽类转运蛋白
oatp 肝摄取 oat 肾摄取 pept 胃肠道吸收
Kir6.1/K-ATP通道：帕金森病神经保护的新靶标，国家自然科 学基金:南京医科大学, 胡刚, 240万, 2010, 批准号：81030060 23
（2）易化扩散
第一节 化学毒物在体内的生物转运
第二节 化学毒物在体内的生物转化
第三节 毒物动力学
5
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 二、吸收 三、分布 四、排泄
6
一、生物膜与生物转运
（一） 生物膜的结构特点
组成
磷脂双分子层 ——脂质
镶嵌蛋白 ——受体、 酶、载
体、离子通道等
特点 功能
膜孔 ——生物膜上水通道
9
1. 被动转运 (1)简单扩散 2)对象
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
2021/2/4
7
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
2021/2/4
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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
2021/2/4
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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)
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《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：***
2016-2017第一学期
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
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。
易化扩散也称促进扩散或载体扩散，是环境污染物与生物膜的载体结合，由生物膜高浓度一侧向低浓度一侧转运。
这种转运不能逆浓度梯度，也不消耗细胞代谢能。
当污染物进入人体之后，接触机体的环境污染物通过多种途径透过生物膜进入血液的过程。
吸收的途径主要经皮肤、肺和胃肠道。
皮肤是人体的一道相当良好的屏障，能将环境污染物隔绝于体外，但也有不少有毒的环境污染物可通过皮肤被吸收，引起全身性中毒。
肺的肺泡上皮细胞层极薄，表面积大，血管丰富，许多气体、挥发性液体和气溶胶，特别是脂溶性的环境污染物能通过简单扩散的方式被肺迅速和完全地吸收。
胃肠道更是环境污染物的主
要吸收途径，其方式也是简单扩散，少数是主动转运。
分子量较小、不易溶于脂质而溶于水的环境污染物可通过小肠上皮细胞上直径为4埃的亲水性孔道被吸收。
小肠是肠、胃道中重要的吸收部位。
在这些部位沉淀下来对人体器官造成极大阻碍。
生物转化：是指外源化学物在机体内经多种酶催化的代谢转化。
生物转化是机体对外源化学物处置的重要的环节，是机体维持稳态的主要机制。
生物转化与生物转运往往相互协同，却比生物转运更好理解，通俗来讲就是把生物转运来的东西进一步加工处理，转化为另一种对人体无害或者更有害的物质。
其中主要发生的一些化学反应和酶解作用，如脱硫作用，脱卤作用，相1，相2反应。
过程深究起来较为复杂，本论文主要提一些概念是的内容。
不得不提到的还有一项人们广为关注的内容：PM2.5
Pm2.5指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5 微米的颗粒物。
它能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严重。
虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。
与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质（例如，重金属、微生物等），且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。
在疾病的感染中，通过消化道的食物较为容易的能被人们控制，而皮肤病普遍较少，因此，呼吸道疾病的罪魁祸首
pm2.5成为人们的焦点，所谓放患于未然，就是防的这种看不见的隐形杀手。
如今，pm2.5成为人们衡量一个城市环境质量的一个很重要的标准。
参考文献
百度百科
孔樊翔.环境生物学.北京:高等教育出版社，2000.7。