生物體內(nèi)污染物運(yùn)動(dòng)過(guò)程及毒性oweroin

第五章生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程及毒性(BiologicalEnvironmentalChemistry)教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)物質(zhì)通過(guò)生物膜的方式第二節(jié)污染物質(zhì)在機(jī)體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)第三節(jié)污染物質(zhì)的生物富集、放大和積累第四節(jié)污染物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化第五節(jié)污染物質(zhì)的毒性本章重點(diǎn)

污染物的生物富集、放大和積累耗氧和有毒有機(jī)物的微生物降解元素的微生物轉(zhuǎn)化微生物對(duì)污染物的轉(zhuǎn)化速率毒物的毒性、聯(lián)合作用

教學(xué)要求

掌握污染物質(zhì)的生物富集、發(fā)大和積累；耗氧和有毒有機(jī)污染物質(zhì)的微生物降解；若干元素的微生物轉(zhuǎn)化；毒物的毒性、聯(lián)合作用和致突變、致癌及抑制酶活性等作用；了解有關(guān)重要輔酶的功能，有毒有機(jī)污染物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化的類型。第一節(jié)物質(zhì)通過(guò)生物膜的方式

一、生物膜的結(jié)構(gòu)(ConstitutionofBiologicalMembrane)生物膜主要是由磷脂雙分子層和蛋白質(zhì)鑲嵌組成的、厚度為75-100?的流動(dòng)變動(dòng)復(fù)雜體。蛋白質(zhì)的生理功能：載體作用，轉(zhuǎn)運(yùn)膜內(nèi)外物質(zhì)催化作用，如酶能量轉(zhuǎn)換作用膜孔：帶極性，含水的微小孔道第一節(jié)物質(zhì)通過(guò)生物膜的方式第一節(jié)物質(zhì)通過(guò)生物膜的方式二、物質(zhì)通過(guò)生物膜的方式

1、膜孔濾過(guò)

2、被動(dòng)擴(kuò)散

3、被動(dòng)易化擴(kuò)散4、主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)5、胞吞和胞飲第一節(jié)物質(zhì)通過(guò)生物膜的方式小結(jié)：物質(zhì)以何種方式通過(guò)生物膜，主要決定于機(jī)體各組織生物膜的特性和物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)。（1）理化性質(zhì)包括物質(zhì)的脂溶性、水溶性、解離度、分子大小等。（2）營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝物質(zhì)主要以被動(dòng)易化擴(kuò)散和主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入生物膜。（3）大多數(shù)物質(zhì)以被動(dòng)擴(kuò)散方式通過(guò)生物膜。第二節(jié)污染物質(zhì)在機(jī)體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)

(TransportofPollutantinBodies)污染物質(zhì)在機(jī)體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程包括吸收、分布、排泄和生物轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)運(yùn)包括：吸收和分布。

消除包括：排泄和生物轉(zhuǎn)化。第二節(jié)污染物質(zhì)在機(jī)體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)一、吸收(Adsorption)

吸收是污染物質(zhì)從機(jī)體外，通過(guò)各種途徑通透體膜進(jìn)入血液的過(guò)程。

消化管是吸收污染物質(zhì)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(zhì)進(jìn)入機(jī)體的途徑；第一一節(jié)節(jié)物物質(zhì)質(zhì)通通過(guò)過(guò)生生物物膜膜的的方方式式二、、分分布布(Distribution)分布布是是指指污污染染物物質(zhì)質(zhì)被被吸吸收收后后或或其其代代謝謝轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化物物質(zhì)質(zhì)形形成成后后，，由由血血液液轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)送送至至機(jī)機(jī)體體各各組組織織；；與與組組織織成成分分結(jié)結(jié)合合；；從從組組織織返返回回血血液液；；以以及及再再反反復(fù)復(fù)等等過(guò)過(guò)程程。。第一一節(jié)節(jié)物物質(zhì)質(zhì)通通過(guò)過(guò)生生物物膜膜的的方方式式三、、排排泄泄(Excretion)排泄泄是是污污染染物物質(zhì)質(zhì)及及其其代代謝謝物物質(zhì)質(zhì)向向機(jī)機(jī)體體外外的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)過(guò)過(guò)程程。。排排泄泄器器官官以以腎腎和和肝肝膽膽為為主主。。1、、腎腎排排泄泄(RenalExcretion)2、、肝肝膽膽系系統(tǒng)統(tǒng)的的膽膽汁汁排排泄泄(BiliaryExcretion)3、、腸腸道道排排泄泄(EnterohepaticExcretion)第一一節(jié)節(jié)物物質(zhì)質(zhì)通通過(guò)過(guò)生生物物膜膜的的方方式式四、、蓄蓄積積(Accumulation)機(jī)體體長(zhǎng)長(zhǎng)期期接接觸觸某某污污染染物物質(zhì)質(zhì)，，若若吸吸收收超超過(guò)過(guò)排排泄泄及及其其代代謝謝轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化，，則則會(huì)會(huì)出出現(xiàn)現(xiàn)該該污污染染物物質(zhì)質(zhì)在在體體內(nèi)內(nèi)逐逐增增的的現(xiàn)現(xiàn)象象，，稱稱為為生物物蓄蓄積積。機(jī)體體的的主主要要蓄蓄積積部部位位是是血漿漿蛋蛋白白、脂肪肪組組織織和骨骼骼。第三三節(jié)節(jié)污污染染物物質(zhì)質(zhì)的的生生物物富富集集、、放放大大和和積積累累一、、生生物物富富集集(BiologicalConcentration)：生物物通通過(guò)過(guò)非非吞吞食食方方式式，，從從周周圍圍環(huán)環(huán)境境蓄蓄積積某某種種元元素素或或難難降降解解的的物物質(zhì)質(zhì)，，使使其其在在機(jī)機(jī)體體內(nèi)內(nèi)濃濃度度超超過(guò)過(guò)周周圍圍環(huán)環(huán)境境中中濃濃度度的的現(xiàn)現(xiàn)象象。。生物物濃濃縮縮系系數(shù)數(shù)(BioconcentrationFactor)：BCF=cb/ceCb——某某種種元元素素或或難難降降解解物物質(zhì)質(zhì)在在機(jī)機(jī)體體中中的的濃濃度度;Ce—某種元元素或難降解解物質(zhì)在機(jī)體體周圍環(huán)境中中的濃度。第三節(jié)污污染物質(zhì)質(zhì)的生物富集集、放大和積積累影響生物濃縮縮系數(shù)的有關(guān)關(guān)因素：1、在物質(zhì)性性質(zhì)方面2、在生物特特征方面3、在環(huán)境條條件方面富集速率的計(jì)計(jì)算：BCF=Cf/Cw=Ka/Ke說(shuō)明在一定條條件下生物濃濃縮系數(shù)有一一閾值，此時(shí)時(shí)水生生物富富集達(dá)到動(dòng)態(tài)態(tài)平衡。第三節(jié)污污染物質(zhì)質(zhì)的生物富集集、放大和積積累二、生物放大大(Biomagnification)生物放大：同一食物鏈上上的高營(yíng)養(yǎng)級(jí)級(jí)生物，通過(guò)過(guò)吞食低營(yíng)養(yǎng)養(yǎng)級(jí)生物富集集某種元素或或難降解物質(zhì)質(zhì)，使其在機(jī)機(jī)體內(nèi)的濃度度隨營(yíng)養(yǎng)級(jí)數(shù)數(shù)提高而增大大的現(xiàn)象。生物放大并不不是在所有條條件下都能發(fā)發(fā)生。第三節(jié)污污染物質(zhì)質(zhì)的生物富集集、放大和積積累三、生物積累累(BioaccumulationProcess)生物積累：生物從周圍環(huán)環(huán)境和食物鏈鏈蓄積某種元元素或難降解解物質(zhì)，使其其在機(jī)體中的的濃度超過(guò)周周圍環(huán)境中濃濃度的現(xiàn)象。。與生物富集的的區(qū)別——多多了食物鏈這這一獲取污染染物的渠道表達(dá)：BCF積累速率：Ci=Cwi+Cφi即：積累濃度度=水中中攝取濃度+食物鏈鏈傳遞的濃度度反映的是在生生物積累達(dá)到到平衡時(shí)，生生物富集和生生物放大在生生物積累達(dá)到到平衡時(shí)的貢貢獻(xiàn)大小。第四節(jié)污污染物質(zhì)質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化化(BiotransformationofPollutedMatter)污染物質(zhì)在環(huán)環(huán)境中的三大大轉(zhuǎn)化途徑：：化學(xué)轉(zhuǎn)化、光光化學(xué)轉(zhuǎn)化、、生物轉(zhuǎn)化生物轉(zhuǎn)化（或或代謝）：物質(zhì)在生物作作用下經(jīng)受的的化學(xué)變化。。第四節(jié)污污染物質(zhì)質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化化一、生物轉(zhuǎn)化化中的酶(EnzymeinBiotransformation)酶(Enzyme)：：一類由細(xì)胞制制造和分泌的的、以蛋白質(zhì)質(zhì)為主要成分分的、具有催催化活性的生生物催化劑劑。底物（或基質(zhì)質(zhì)）：在酶催催化下發(fā)生轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化的物質(zhì)。。酶促反應(yīng)：底底物所發(fā)生的的轉(zhuǎn)化。第四節(jié)污污染物質(zhì)質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化化酶催化作用的的特點(diǎn)：1、催化專一一性高2、酶催化效效率高3、酶催化需需要溫和的外外界條件酶的分類根據(jù)催化作用用的場(chǎng)所：胞胞外酶和胞內(nèi)內(nèi)酶根據(jù)催化反應(yīng)應(yīng)類型：氧化化還原酶、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移酶、水解解酶、裂解酶酶、異構(gòu)酶、合成成酶根據(jù)成分：?jiǎn)螁纬煞置负碗p雙成分酶第四節(jié)污污染物質(zhì)質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化化二、若干種重重要輔酶的功功能1、FMN和和FAD黃黃素單單核苷酸和黃黃素腺嘌呤二二核苷酸在酶促反應(yīng)中中擔(dān)任傳遞氫任務(wù)2、NAD+和NADP+輔輔酶I和輔酶酶Ⅱ3、輔酶Q（（泛醌）：簡(jiǎn)簡(jiǎn)寫CoQ4、細(xì)胞色素素酶系的輔酶酶在反應(yīng)中擔(dān)當(dāng)當(dāng)傳遞電子作用5、輔酶A：：簡(jiǎn)寫CoASH在酶促反應(yīng)中中起著傳遞酰基的作用第四節(jié)污污染物質(zhì)質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化化三、生物氧化化中的氫傳遞遞過(guò)程(HydrogenTransforProcessinBiological)生物氧化(BiologicalOxidation):指有機(jī)物質(zhì)在在機(jī)體細(xì)胞內(nèi)內(nèi)的氧化，并并伴隨有能量量的釋放。生物氧化主要要是去氫氧化化。第四節(jié)污污染物質(zhì)質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化化氫傳遞過(guò)程的的幾種分類(ClassificationofHydrogenTransforProcess)1、有氧氧化化中以分子氧氧為直接受氫氫體的遞氫過(guò)過(guò)程；2、有氧氧化化中以分子氧氧為間接受氫氫體的遞氫過(guò)過(guò)程；3、無(wú)氧氧化化中有機(jī)底物物轉(zhuǎn)化中間產(chǎn)產(chǎn)物作受氫體體的遞氫過(guò)程程；4、無(wú)氧氧化化中某些無(wú)機(jī)機(jī)含氧化合物物作受氫體的的遞氫過(guò)程第四節(jié)污污染物質(zhì)質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化化四、耗氧有機(jī)機(jī)污染物質(zhì)的的微生物降解解(MicrobialDegradationofOxygen-ConsumingOrganicPollutant)耗氧有機(jī)污染染物質(zhì)(Oxygen-ConsumingOrganicPollutant):是生物殘?bào)w、、排放廢水和和廢棄物中的的糖類、脂肪肪和蛋白質(zhì)等等較易生物降降解的有機(jī)物物質(zhì)。生物降解(Biodegradation)：有機(jī)物質(zhì)通過(guò)過(guò)生物氧化以以及其他的生生物轉(zhuǎn)化，可可以變成更小小、更簡(jiǎn)單的的分子過(guò)程。。第四節(jié)污污染物質(zhì)質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化化1、糖類的微微生物降解(MicrobialDegradationofCarbohydrate)降解過(guò)程：TCA循環(huán)，，生成二氧化化碳和水（（有氧氧）多糖單單糖丙丙酮酸有機(jī)酸、二氧氧化碳、醇（（無(wú)氧）第四節(jié)污污染物質(zhì)質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化化2、脂肪的微微生物降解(MicrobialDegradationofFat)（1）脂肪水水解成脂肪酸酸和甘油（2）甘油轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化成丙酮酸酸（3）脂肪酸酸的轉(zhuǎn)化：有氧條件下，，經(jīng)?-氧化化，最后進(jìn)入入TCA循環(huán)環(huán)無(wú)氧條件下，，轉(zhuǎn)化成為有有機(jī)酸、醇、、二氧化碳第四節(jié)污污染物質(zhì)質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化化3、蛋白質(zhì)的的微生物降解解(MicrobialDegradationofProtein)基本途徑：（1）蛋白質(zhì)質(zhì)水解成氨基基酸（2）氨基酸酸脫氨成脂肪肪酸總而言之，蛋蛋白質(zhì)通過(guò)微微生物作用，，有氧條件———二氧化碳、、水、氨；（（降解徹底））無(wú)氧條件———簡(jiǎn)單有機(jī)酸酸、醇、二氧氧化碳。（降降解不徹底））第四節(jié)污污染物質(zhì)質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化化五、有毒有機(jī)機(jī)污染物質(zhì)生生物轉(zhuǎn)化類型型(TypesofBiotransformationofToxicOrganic)1、氧化反應(yīng)應(yīng)（1）混合功功能氧化酶加加氧氧化C=C環(huán)氧化化C羥基化氧脫烴硫脫烴、硫——氧化及脫硫硫N脫烴、氮——氧化及脫氮氮（2）脫氫酶酶脫氫氧化醇醇氧化成醛醇氧化成酮醛氧化成羧酸酸（3）氧化酶酶氧化第四節(jié)污污染物質(zhì)質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化化2、還原反應(yīng)應(yīng)（1）可逆脫脫氫酶加氫還還原（2）硝基還還原酶還原（3）偶氮還還原酶還原（4）還原脫脫氯酶還原第四節(jié)污污染物質(zhì)質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化化3、水解反應(yīng)應(yīng)（1）羧酸酯酯酶使脂肪族族酯水解（2）芳香酯酯酶使芳香族族酯水解（3）磷酯酶酶使磷酸酯水水解4、若干重要要結(jié)合反應(yīng)類類型第四節(jié)污污染物質(zhì)質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化化六、有毒有機(jī)機(jī)污染物質(zhì)的的微生物降解解(MicrobialDegradationofToxicOrganic)1、烴類以有氧氧化占占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)（1）正烷烴烴C數(shù)>1：主主要是末端氧氧化（即羥基基化），次末末端和雙端氧化是次要的的。正烷烴醇醇醛醛脂脂肪肪酸TCACO2+H2O甲烷：CH4CH3OHHCHOHCOOHCO2+H2O第四節(jié)污污染物質(zhì)質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化化（2）稀烴a飽和末端端氧化：經(jīng)與與正烷烴（C>1）相同同途徑，形成成不飽和脂肪肪酸b不飽和端端：雙鍵環(huán)氧氧化，開(kāi)環(huán)二二醇脂脂肪酸（3）苯及其其衍生物第一步：雙醇醇中間產(chǎn)物兒兒茶酚第二步：形成成有機(jī)酸第三步：進(jìn)入入TCA循循環(huán)形成二氧氧化碳和水第四節(jié)污污染物質(zhì)質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化化小結(jié)：烴類降解的難難易順序（從從易到難）a稀烴>烷烴>芳烴>多環(huán)芳烴烴>脂環(huán)環(huán)烴b正構(gòu)烷烴烴>異構(gòu)構(gòu)烷烴c直鏈烷烴烴>支鏈鏈烷烴d烷基苯>多環(huán)化化合物>苯苯第四節(jié)污污染物質(zhì)質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化化2、農(nóng)藥（1）除草劑劑：苯氧乙酸酸類以以2，，4-D乙乙脂為例（2）殺蟲(chóng)劑劑對(duì)對(duì)硫磷DDT第五節(jié)污污染物質(zhì)的的毒性(ToxicityofPollutant)一、毒物(Toxicant)毒物是進(jìn)入生生物機(jī)體后能能使體液和組組織發(fā)生生物物化學(xué)的變化化，干擾或破破壞機(jī)體的正正常生理功能能，并引起暫暫時(shí)性或持久久性的病理?yè)p損害，甚至危危及生命的物物質(zhì)。毒物與非毒物物之間并不存存在絕對(duì)的界界限。第五節(jié)污污染物質(zhì)的的毒性二、毒物的毒毒性(ToxicityofToxicant)影響毒物毒性性的因素：毒物的化學(xué)結(jié)結(jié)構(gòu)及理化性性質(zhì)毒物所處的基基體因素機(jī)體暴露于毒毒物的狀況生物因素生物所處的環(huán)環(huán)境第五節(jié)污污染物質(zhì)的的毒性效應(yīng)：毒理學(xué)把毒物物劑量（濃度度）與引起個(gè)個(gè)體生理學(xué)的的變化，如腦腦電、心電、、血象、免疫疫功能、酶活活性等的變化化稱為效應(yīng)。反應(yīng)：把引起群體的的變化，如腫腫瘤或其他損損害的發(fā)生率率、死亡率等等變化稱為反應(yīng)。第五節(jié)污污染物質(zhì)的的毒性毒作用的分類類(ClassificationofToxicaction)：急性(Acute)慢性(Chronic)亞急（或亞慢慢）(Sub-acute)半數(shù)有效劑量量（ED50，medianeffectivedose）半數(shù)有效濃度度（EC50，medianeffectiveconcentration)半數(shù)致死劑量量（LD50，medianlethaldose)半數(shù)致死濃度度（LC50，medianlethalconcentration)第五節(jié)污污染物質(zhì)的的毒性閾劑量（濃度度）(ThresholdDose)：是指在長(zhǎng)期暴暴露毒物下，，會(huì)引起機(jī)體體受損害的最最低劑量（濃濃度）。最高允許劑量量（濃度）(MaximumPermissibleDose)：是指長(zhǎng)期暴露露在毒物下，，不引起機(jī)體體受損害的最最高劑量（濃濃度）。第五節(jié)污污染物質(zhì)的的毒性三、毒物的聯(lián)聯(lián)合作用(Complex-ActionofToxicant)兩種或兩種以以上的毒物，，同時(shí)作用于于機(jī)體所產(chǎn)生生的綜合毒性性稱為毒物的的聯(lián)合作用。。協(xié)同作用(Synergism)M>M1+M2相加作用(AdditiveEffect)M=M1+M2獨(dú)立作用(IndependentEffect)M=M1+M2(1-M1)拮抗作用(Antagonism)M<M1+M2第五節(jié)污污染物質(zhì)的的毒性四、毒作用的的過(guò)程(ProcessofToxicAction)1、進(jìn)入體液液2、毒物與受受體進(jìn)行原發(fā)發(fā)反應(yīng)3、引發(fā)一系系列的病理生生理的繼發(fā)反反應(yīng)第五節(jié)污污染物質(zhì)的的毒性五、毒作用的的生物化學(xué)機(jī)機(jī)制(BiochemicalMechanismofToxicAction)1、酶活性的的抑制有些有機(jī)化合合物與酶的共共價(jià)結(jié)合有些金屬離子子與含巰基的的酶強(qiáng)烈結(jié)合合某些金屬取代代金屬酶中的的不同金屬第五節(jié)污污染物質(zhì)的的毒性2、致突變作作用(Mutagensis)致突變作用是是指生物細(xì)胞胞內(nèi)DNA改改變，引起的的遺傳特性突突變的作用。?；蛲蛔儯簤A堿基對(duì)的轉(zhuǎn)換