上海大學考研環(huán)境化學第五章

1、環(huán)境化學 第五章：生物體內污染物質的運動過程及毒性本章重點 污染物的生物富集、放大和積累 耗氧和有毒有機物的微生物降解 元素的微生物轉化 微生物對污染物的轉化速率 毒物的毒性、聯(lián)合作用、致突變、致癌及抑制酶活性 第一節(jié) 物質通過生物膜的方式一、生物膜的結構 生物膜主要是由磷脂雙分子層和蛋白質鑲嵌組成的、厚度為75-100的流動變動復雜體。 在磷脂雙分子層中，親水的極性基因排列于內外兩面，疏水的烷鏈端伸向內側，所以，在雙分子層中央存在一個疏水區(qū)，生物膜是類脂層屏障。 膜上鑲嵌的蛋白質，有附著在磷脂雙分子層表面的表在蛋白，有深埋或貫穿磷脂雙分子層的內在蛋白，但他們親水端也都露在雙分子層的外表面。二

2、、物質通過生物膜的方式 1、膜孔濾過 2、被動擴散（濃度擴散） 費克定律： 擴散系數(shù)取決于通過物質和膜的性質 3、被動易化擴散 4、主體轉運 5、胞吞和胞飲xcDAdtdQ第二節(jié) 污染物質在機體內的轉運 污染物質在機體內的運動過程包括吸收、分布、排泄和生物轉化，轉運包括：吸收和分布。消除包括：排泄和生物轉化。 一、吸收 吸收是污染物質從機體外，通過各種途徑通透體膜進入血液的過程 消化管是吸收污染物質最主要的途徑； 呼吸管是吸收大氣污染物的主要途徑； 皮膚吸收是不少污染物質進入機體的途徑；二、分布 分布是指污染物質被吸收后或其代謝轉化物質形成后，由血液轉送至機體各組織；與組織成分結合；從組織返回

3、血液；以及再反復等過程。 1、脂溶性污染物質易于通過生物膜； 2、污染物質常與血液中的血漿蛋白結合； 3、有些污染物質可與血液的紅細胞或血管外組織蛋白向結合；三、排泄 排泄是污染物質及其代謝物質相機體外的轉運過程。排泄器官有腎、肝膽、腸、肺、外分泌等，而以腎和肝膽為主。 1、腎排泄 2、肝膽系統(tǒng)的膽汁排泄 3、腸道排泄四、蓄積 機體長期接觸某污染物質，若吸收超過排泄及其代謝轉化，則會出現(xiàn)該污染物質在體內逐增的現(xiàn)象，稱為生物蓄積。 如職業(yè)病等現(xiàn)象是典型的生物蓄積和生物富集現(xiàn)象。 機體的主要蓄積部位：血漿蛋白、脂肪組織和骨骼。 蓄積部位中的污染物質，常同血漿中游離型污染物質保持相對穩(wěn)定的平衡第三節(jié)

4、 污染物質的生物富集、放大和積累一、生物富集 生物富集：生物通過非吞食方式，從周圍環(huán)境蓄積某種元素或難降解的物質，使其在機體內濃度超過周圍環(huán)境中濃度的現(xiàn)象 生物濃縮系數(shù)： 影響生物濃縮系數(shù)的有關因素： 1、在物質性質方面 2、在生物特征方面 3、在環(huán)境條件方面ebccBCF/ 水生生物富集速率方程為： 生物濃縮系數(shù)：tkkckctkkkkckceewafeggewaf)exp(1)exp(1eawfgeawfkkccBCFkkkccBCF二、生物放大 生物放大：同一食物鏈上的高營養(yǎng)級生物，通過吞食低營養(yǎng)級生物富集某種元素或難降解物質，使其在機體內的濃度隨營養(yǎng)級數(shù)提高而增大的現(xiàn)象。 生物放大并不

5、是在所有條件下都能發(fā)生三、生物積累 生物積累：生物從周圍環(huán)境和食物鏈蓄積某種元素或難降解物質，使其在機體中的濃度超過周圍環(huán)境中濃度的現(xiàn)象。 水生生物的積累微分速率方程： 當dci /dt=0時，有： ci=cwi+ciigieiiiiiiwaiickkcwackdtdc)(11,1,第四節(jié) 污染物質的生物轉化 本節(jié)主要介紹生物轉化中的酶學和氫傳遞過程的基礎內容，以便于了解污染物質的生物轉化。其次，論及：耗氧和有毒有機污染物質的微生物降解；若干重金屬和非金屬元素的微生物轉化一、生物轉化中的酶 酶是一類由細胞制造和分泌的、以蛋白質為主要成分的、具有催化活性的生物 催化劑。 酶 催化作用的特點： 1

6、、催化專一性高 2、酶催化效率高 3、酶催化需要溫和的外界條件酶的分類:催化作用的場所- 胞內酶和胞外酶;(2) 催化反應的類型-氧化還原酶,轉移酶, 水解酶, 裂合酶, 異構酶,合成酶.(1) (3) 成分-單成分酶和雙成分酶.二、若干重要輔酶的功能 1、FMN和FAD 2、NAD+和NADP + 3、輔酶Q 4、細胞色素酶系的輔酶 5、輔酶A其作用是在酶促反應中擔任遞氫任務,其作用見下圖 細胞色素酶系的輔酶主要有細胞色素b、c1、c、a和a3等幾種在反應中擔當傳遞電子作用，見下圖 輔酶A是一種轉移酶的輔酶，在酶促反應中起著傳遞?；淖饔萌?、生物氧化中的氫傳遞過程 生物氧化是指有機物質在機體

7、細胞內的氧化，并伴隨有能量的釋放。放出的能量主要通過二磷酸腺苷與正磷酸合成三磷酸腺苷而被暫時存放。反應見下圖腺苷部分的結構間下圖氫傳遞過程的幾種分類 1、有氧氧化中以分子氧為直接受氫體的遞氫過程； 2、有氧氧化中以分子氧為間接受氫體的遞氫過程； 3、無氧氧化中有機底物轉化中間產物作受氫體的遞氫過程； 4、無氧氧化中某些無機含氧化合物作受氫體的遞氫過程1、有氧氧化中以分子氧為直接受氫體的遞氫過程2、有氧氧化中以分子氧為間接受氫體的遞氫過程3、無氧氧化中有機底物轉化中間產物作受氫體的遞氫過程4、無氧氧化中某些無機含氧化合物作受氫體的遞氫過程四、耗氧有機污染物質的微生物降解 耗氧有機污染物質是生物殘

8、體、排放廢水和廢棄物中的糖類、脂肪和蛋白質等較易生物降解的有機物質。 1、糖類的微生物降解 降解途徑： 1）多糖水解成單糖 2）單糖酵解成丙酮酸 3）丙酮酸的轉化 2、脂肪的微生物降解 降解途徑： 1）脂肪水解成脂肪酸和甘油； 2）甘油的轉化； 3）脂肪酸的轉化；1）脂肪水解成脂肪酸和甘油2）甘油的轉化3）脂肪酸的轉化 3、蛋白質的微生物降解 基本途徑 1）蛋白質水解成氨基酸 2）氨基酸脫氨成脂肪酸 4、甲烷發(fā)酵 五、有毒有機污染物質生物轉化類型 有毒有機物質生物轉化的主要反映類型如下： 1、耗氧反應類型 1）混合功能氧化酶加氧氧化 2）脫氫酶脫氫氧化 3）氧化酶氧化1）混合功能氧化酶加氧氧化

9、2）脫氫酶脫氫氧化 醇氧化成醛 醇氧化成酮 醛氧化成羧基HRCHOOHRCH22HCHORRCHOHRR22121HRCOOHOHCHOR2213）氧化酶氧化 氧化酶是伴隨有氫原子或電子轉移，以分子氧為直接受氫體的酶類。例如：HNHRCHOOHNHRCH23222 2、還原反應類型 1）可逆脫氫酶加氫還原； 2）硝基還原酶還原； 3）偶氮還原酶還原； 4）還原脫氯酶還原 3、水解反應類型 1）羧酸酯酶使脂肪簇脂水解 2）芳香酯酶使芳香簇脂水解 3）磷脂酶使磷酸酯水解OHRRCOOHOHRCOOR2 4）酰胺酶使酰胺水解 4、若干重要結合反應類型 1）葡萄糖醛酸結合 2）硫酸結合 3）谷胱甘肽結

10、合 六、有毒有機污染物質的微生物降解 下面介紹幾種有機毒物微生物降解的途徑 1、烴類 1）正烷烴的降解 2）烯烴的微生物降解途徑主要是烯的飽和末端氧化，再經與正烷烴相同的途徑成為不飽和脂肪酸 3）苯的微生物降解途徑 4）苯系化合物的降解 2、農藥的降解 1）苯氧乙酸的降解 2）有機磷殺蟲劑對硫磷的可能降解途徑 3）DDT降解1）苯氧乙酸的降解2）有機磷殺蟲劑對硫磷的可能降解途徑3）DDT降解DDT的主要降解途徑是：在微生物還原脫氯酶作用下，脫氯和脫氯化氫七、氨及硫的微生物轉化1、氮的微生物轉化 1）氮的主要形態(tài)： （1）分子氮 （2）生物體內的蛋白質、核酸等有機氮化物，以及生物殘體變成的各種有

11、機氮化合物 （3）氮形態(tài)的生物轉化：同化、氨化、消化、反硝化和固氮。 2）反硝化 （1）硝酸鹽還原成亞硝酸 （2）硝酸鹽還原成氮氣 （3）硝酸鹽還原成亞硝酸鹽和氨2、硫的微生物轉化 1）硫化氫、單質硫等在微生物作用下氧化生成硫酸（硫化） 2）硫酸鹽、亞硫酸鹽在微生物作用下還原生成硫化氫（反硫化） 3）海水中硫酸鹽還原生成硫化氫八、重金屬元素的微生物轉化 1、汞 汞的生物甲基化 生物作用還原轉化汞 2、砷 砷的微生物甲基化 微生物使砷去甲基化HClHgHHgClCHHgHHgCHHClCHHgHHgClCH2222)(2242343AsCHAsOCHOHAsCHOHAsOCHOHAsCHOHAs

12、OCHAsOHAsOHeCHeCHeCHe33233232232322333243333)()()()( 九、污染物質的生物轉化速率 1、酶促反應的速率 1）米氏方程： 2）影響酶促反應速率的因數(shù) （1）pH的影響 （2）溫度的影響 （3）抑制劑的影響 2、微生物反應的速率 1）微生物反應速率方程：L=L0e-kt 2）影響微生物反應速率的因素 鏈長規(guī)律 鏈分子規(guī)律 取代規(guī)律 環(huán)境條件：pH、溫度、營養(yǎng)物質、溶解氧、共存物質第五節(jié) 污染物質的毒性 一、毒物的聯(lián)合作用 1、協(xié)同作用 2、相加作用 3、獨立作用 4、拮抗作用 二、毒作用的過程 1、進入體液 2、毒物與受體進行原發(fā)反應 3、印發(fā)一系

13、列的病理生理的繼發(fā)反應 三、毒作用的生物化學機制 1、酶活性的抑制 1）有些有機化合物與酶的共價結合 2）有些金屬離子與含巰基的酶搶劫結合 3）某些金屬取代金屬酶中的不同金屬 2、致突變作用：基因突變、轉換、顛換、插入和缺少。 常見的具有致突變的環(huán)境污染物質有：亞硝酸類、苯并（a）比、甲醛、苯、砷、鉛、烷基汞化合物、甲基對硫磷、敵敵畏、白草枯、黃曲霉毒素B1等 3、致癌作用 化學致癌物質 化學致癌物質作用機理 非遺傳毒物致癌物質 4、致畸作用習題 1、在試驗水中某魚體從水中吸收有機污染物質A的速率常數(shù)為18.76h-1，魚體消除A的速率常數(shù)為2.38*10-2h-1；設A在魚體內起始濃度為零，在水中的濃度可視為不變。計算A在該魚