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1、生物体内污染物质的运动过程及毒性,第五章,本章重点,污染物的生物富集、放大和积累 耗氧和有毒有机物的微生物降解 元素的微生物转化 微生物对污染物的转化速率 毒物的毒性、联合作用,第一节 物质通过生物膜的方式 一、生物膜的结构 (Constitution of Biological Membrane),生物膜主要是由磷脂双分子层和蛋白质镶嵌组成的,在双分子层中央存在一个疏水区，生物膜是类脂层屏障。,膜上镶嵌的蛋白质的亲水端也都露在双分子层的外表面。,二、物质通过生物膜的方式,1、膜孔滤过,2、被动扩散费克定律：,3、被动易化扩散,4、主动转运,5、胞吞和胞饮,第二节 污染物质在机体内的转运(Tr
2、ansport of Pollutant in Bodies),污染物质在机体内的运动过程包括吸收、分布、排泄和生物转化。,转运包括：吸收和分布。 消除包括：排泄和生物转化。,吸收是污染物质从机体外，通过各种途径通透体膜进入血液的过程。,一、吸收 (Adsorption),消化管是吸收污染物质最主要的途径； 呼吸管是吸收大气污染物的主要途径； 皮肤吸收是不少污染物质进入机体的途径；,二、分布 (Distribution),分布是指污染物质被吸收后或其代谢转化物质形成后，由血液转送至机体各组织；与组织成分结合；从组织返回血液；以及再反复等过程。,三、排泄(Excretion),排泄是污染物质及其
3、代谢物质向机体外的转运过程。排泄器官以肾和肝胆为主。,1、肾排泄(Renal Excretion),2、肝胆系统的胆汁排泄(Biliary Excretion),3、肠道排泄(Enterohepatic Excretion),四、蓄积 (Accumulation),机体长期接触某污染物质，若吸收超过排泄及其代谢转化，则会出现该污染物质在体内逐增的现象，称为生物蓄积。,第三节 污染物质的生物富集、放大和积累,生物富集(Biological Concentration)：生物通过非吞食方式，从周围环境蓄积某种元素或难降解的物质，使其在机体内浓度超过周围环境中浓度的现象。,生物浓缩系数(Biocon
4、centration Factor) ：,BCF=cb/ce,影响生物浓缩系数的有关因素：,1、在物质性质方面,2、在生物特征方面,3、在环境条件方面,水生生物富集速率方程为：,生物浓缩系数：,二、生物放大(Biomagnification),生物放大：同一食物链上的高营养级生物，通过吞食低营养级生物富集某种元素或难降解物质，使其在机体内的浓度随营养级数提高而增大的现象。,生物放大并不是在所有条件下都能发生,三、生物积累 (Bioaccumulation Process),生物积累：生物从周围环境和食物链蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体中的浓度超过周围环境中浓度的现象。,水生生物的积累微分
5、速率方程：,当dci /dt=0时，有：ci=cwi+ci,第四节 污染物质的生物转化 (Biotransformation of Polluted Matter),1、生物转化中的酶学和氢传递过程；,2、耗氧和有毒有机污染物质的微生物降解；,3、若干重金属和非金属元素的微生物转化,本节重点：,一、生物转化中的酶 (Enzyme in Biotransformation),酶(Enzyme )：一类由细胞制造和分泌的、以蛋白质为主要成分的、具有催化活性的生物 催化剂。,酶催化作用的特点：,1、催化专一性高,2、酶催化效率高,3、酶催化需要温和的外界条件,二、若干重要辅酶的功能 (Effect
6、of Some Important Coenzyme),1、FMN和FAD 2、NAD+和NADP + 3、辅酶Q 4、细胞色素酶系的辅酶 5、辅酶A,其作用是在酶促反应中担任递氢任务, 其作用见下图,细胞色素酶系的辅酶主要有细胞色素b、c1、c、a和a3等几种在反应中担当传递电子作用，见下图,+e cytnFe3+ cytnFe2+ -e,辅酶A是一种转移酶的辅酶，在酶促反应中起着传递酰基的作用,CoASH + CH3CO+ CH3COSCoA + H+,三、生物氧化中的氢传递过程 (Hydrogen Transfor Process in Biological Oxidation),生物氧
7、化(Biological Oxidation ):指有机物质在机体细胞内的氧化，并伴随有能量的释放。放出的能量主要通过二磷酸腺苷与正磷酸合成三磷酸腺苷而被暂时存放。,O O O 腺苷OPOPOH + HOPOH +能量OH OH OHO O O腺苷OPOPOPOH + H2OOH OH OH,腺苷部分的结构间下图,氢传递过程的几种分类 (Classification of Hydrogen Transfor Process),1、有氧氧化中以分子氧为直接受氢体的递氢过程；,2、有氧氧化中以分子氧为间接受氢体的递氢过程；,3、无氧氧化中有机底物转化中间产物作受氢体的递氢过程；,4、无氧氧化中某些
8、无机含氧化合物作受氢体的递氢过程,1、有氧氧化中以分子氧为直接受氢体的递氢过程,2、有氧氧化中以分子氧为间接受氢体的递氢过程,3、无氧氧化中有机底物转化中间产物作受氢体的递氢过程,4、无氧氧化中某些无机含氧化合物作受氢体的递氢过程,四、耗氧有机污染物质的微生物降解 (Microbial Degradation of Oxygen-Consuming Organic Pollutant),耗氧有机污染物质(Oxygen-Consuming Organic Pollutant ):是生物残体、排放废水和废弃物中的糖类、脂肪和蛋白质等较易生物降解的有机物质。,生物降解(Biodegradation)
9、：有机物质通过生物氧化以及其他的生物转化，可以变成更小、更简单的分子过程。,1、糖类的微生物降解 (Microbial Degradation of Carbohydrate),1）多糖水解成单糖,2）单糖酵解成丙酮酸,葡萄糖酵解总反应式：,3）丙酮酸的转化,a.有氧氧化,O CH2COOH -H2O CHCOOH +H2O CH(OH)COOH -2H CH2COOH C-COOH C(OH)COOH C-COOH CHCOOH CHCOOH CH2COOH CH2COOH CH2COOH CH2COOH C=OCOOH 草酰乙酸 柠檬酸 顺乌头酸 异柠檬酸 草酰琥珀酸-2H -CO2COO
10、H+2 H2O -2H -2H、- CO2 CH2 CH(OH)COOH CHCOOH CH2COOH CH2 CH2COOH CHCOOH CH2COOH + H2O C=OCOOH苹果酸 延胡索酸 琥珀酸 -酮戊二酸,三羧酸循环,总反应为： CH3COCOOH + 2.5 O2 3CO2 + 2H2O,丙酮酸受到完全氧化,b)无氧氧化,厌氧乳酸菌 CH3COCOOH+2H CH3CH(OH)COOH,CH3COCOOH CO2 + CH3CHOCH3CHO + 2H CH3CH2OH兼性厌氧 CH3COCOOH+2H CO2 + CH3CH2OH 酵母菌,2、脂肪的微生物降解 (Micro
11、bial Degradation of Fat),降解途径：,1）脂肪水解成脂肪酸和甘油,2）甘油的转化,3）脂肪酸的转化 (Transformation of Fatty Acid),在有氧氧化条件下，饱和脂肪酸通常经过酶促 氧化途径变成脂酰辅酶A和乙酰辅酶A。,饱和脂肪酸 氧化途径简要图示,CoASH H2O RCH2CH2COOH RCH2CH2COSCoAFAD FADH2RCH=CHCOSCoA H2ORCH(OH)CH2COSCoANAD+ NADH+H+RC(O)CH2COSCoACoASHCH3COSCoA + RCOSCoA,CH3(CH2)16COOH + 26O2 18C
12、O2 + 18H2O,无氧氧化条件下，脂肪酸通过酶促反应，往往以其转化的中间产物作受氢体而被不完全氧化，形成低级的有机酸、醇和二氧化碳等。,3、蛋白质的微生物降解(Microbial Degradation of Protein),蛋白质的一级结构,蛋白质的二级结构,蛋白质的三级结构,蛋白质的四级结构,肌红蛋白的三级结构,血红蛋白的四级结构,基本途径：,1）蛋白质水解成氨基酸,2）氨基酸脱氨成脂肪酸,有氧氧化 (Aerobic Oxidation),无氧氧化 (Anaerobic Oxidation),4、甲烷发酵,糖类葡萄糖丙酮酸乙酰辅酶A 蛋白质 低级 醇 CO2 有机酸草酰乙酸 柠檬酸 氨基酸脂肪酸 延胡索酸 三羧酸循环 异柠檬酸 NH3 脂肪 琥珀酸-酮戊二酸,五、有毒有机污染物质生物转化类型(Types of Biotransformation of Toxic Organic Pollutant),
