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1、第八十二课,第五章 生物体内污染物质的运动过程及毒性,内容提要 掌握污染物质的生物富集、放大和积累； 了解耗氧和有毒有机污染物质的微生物降解； 了解若干元素的微生物转化； 了解微生物对污染物质的转化速率； 掌握毒物的毒性、联合作用和致突变、致癌及抑制酶活性等作用。,第一节 物质通过生物膜的方式,一、生物膜的结构,二、物质通过生物膜的方式 重点、难点,1.膜孔滤过：直径小于膜孔的水溶性物质，可借助膜两侧静水压及渗透压经膜孔滤过。 2.被动扩散：式中： 物质膜扩散速率；x 膜厚度； c膜两侧物质的浓度梯度；A扩散面积； D扩散系数。,二、物质通过生物膜的方式,3.被动易化扩散：有些物质可在高浓度侧
2、与膜上特异性蛋白质载体结合，通过生物膜，至低浓度侧解离出原物质，这一转运称为被动易化扩散。 4.主动运输：在需消耗一定的代谢能量下，一些物质可在低浓度侧与膜上高浓度特异性蛋白质载体结合，通过生物膜，至高浓度侧解离出原物质叫主动运输。 5.胞吞和胞饮：少数物质与膜上某种蛋白质又特殊亲和力，当其与膜接触后，可改变这部分膜的表面张力，引起膜的外包或内陷而被包围进入膜内，固体物质的这一转运称为胞吞，而液体物质的这一转运称为胞饮。,第八十三课,第二节 污染物质在机体内的转运,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。吸收、分布称为转运， 排泄、生物转化称为消除。一、吸收吸收是污染物质从机体
3、外，通过各种途径通透体膜进入血液的过程。吸收途径主要是机体的消化管、呼吸道和皮肤。消化管是吸收污染物质最主要的途径。消化管的主要吸收部位在小肠，其次是胃。,一、吸收,呼吸管是吸收大气污染物的主要途径。 其主要吸收部位是肺泡。吸收的气态和液态气溶胶污染物质，可以被动扩散和滤过方式，分别迅速通过肺泡和毛细血管膜进入血液。固态气溶胶和粉尘污染物质吸进呼吸道后，可在气管、支气管及肺泡表面沉积。皮肤吸收是不少污染物质进入机体的途径。,二、分布,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。在污染物质的分布过程中，污染物质的转运以被
4、动扩散为主。脂溶性污染物质易于通过生物膜，组织血流速度是分布的限速因素。,三、排泄,排泄是污染物质及其代谢物质向机体外的转运过程。排泄器官有肾、肝胆、肠、肺、外分泌腺等，而以肾和肝胆为主。肾排泄是污染物质通过肾随尿而排出的过程。肾排泄是污染物质的一个主要排泄途径。污染物质的另一个重要排泄途径，是肝胆系统的胆汁排泄。胆汁排泄是指主要由消化管及其他途径吸收的污染物质，经血液到达肝脏后，以原物或其代谢物和胆汁一起分泌至十二指肠，经小肠至大肠内，再排出体外的过程。,四、蓄积,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。蓄积量是吸收、分布、代谢转
5、化和排泄各量的代数和。机体的主要蓄积部位是血浆蛋白、脂肪组织和骨酪。污染物质常与血浆蛋白结合而蓄积。蓄积部位中的污染物质，常同血浆中游离型污染物质保持相对稳定的平衡。,第八十四课,第三节、污染物质的生物富集、放大和积累 重点、难点,一、生物富集生物富集是指生物通过非吞食方式，从周围环境(水、土壤、大气)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。生物富集用生物浓缩系数表示，即： BCF = Cb/Ce式中：BCF:生物浓缩系数Cb:某种元素或难降解物质在机体中的浓度;Ce:某种元素或难降解物质在机体周围环境中的浓度。,一、生物富集,从动力学观点来看， 水生生物对水中难
6、降解物的富集速率：式中： ka、ke、kg水生生物吸收、消除、生长的速率常数；cw、cf水及生物体内的瞬时物质浓度。Ra ka cw 吸收速率Re ke cf 消除速率Rg kg cf 稀释速率,一、生物富集,如果富集过程中生物质量增长不明显，则kg可忽略不计：当cw视为恒定，设t0时，cf(0)0，水生生物富集速率方程为：,一、生物富集,当t 时，生物浓缩系数依次为：水生生物对较高脂溶性和较低水溶性的、以被动扩散通过生物膜的难降解有机物质，可简化为分配作用：a、b与有机物、水生生物种类及水体条件有关。,第八十五课,二、生物放大,生物放大是指在同一食物链上的高营养级生物，通过吞食低营养级生物蓄
7、积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。生物放大的程度也用生物浓缩系数（BCF）表示。,三、生物积累,生物积累是生物从周围环境(水、土壤、大气)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。生物积累也用生物浓缩系数（ BCF）表示。以水生生物对某物质的生物积累而论，其微分速率方程可以表示为：,三、生物积累,式中： cw生物生存水中某物质浓度； ci食物链i级生物中该物质浓度； ci1食物链i1级生物中该物质浓度； Wi,iIi级生物对i1级生物的摄食量； i,i-1 i级生物对i1级生物中该物质的同化率； Kai i级生物对该物质的
8、吸收速率常数； Kei i级生物体中该物质消除速率常数； Kgi i级生物的生长速率常数。,三、生物积累,当生物积累达到平衡时， dci/dt=0时：右端依次以cwi和ci 表示：另外，可知ci与cwi的关系为：通常Wi,iI Kgi ，因而对于同种生物来说， Kei越小和i,i-1越大的物质，生物放大也越显著。,第四节、污染物质的生物转化 重点、难点,生物转化：物质在生物作用下经受的化学变化，称为生物转化或代谢(转化)。 生物转化、化学转化和光化学转化构成了污染物质在环境中的三大主要转化类型。 一、生物转化中的酶绝大多数的生物转化是在机体的酶参与和控制下进行的。酶是一类由细胞制造和分泌的、以
9、蛋白质为主要成分的、具有催化活性的生物催化剂。在酶催化下发生转化的物质称为底物或基质；底物所发生的转化称为酶促反应。,一、生物转化中的酶,酶催化的特点： （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。 酶的种类：有2103多种。根据催化作用的场所， 酶分为胞外酶和胞内酶两大类。根据催化反应类型:氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂解酶、异构酶、合成酶。按照成分分为:单成分酶和双成分酶两大类,第八十六课,二、若干重要辅酶的功能,1.FMN和FAD,图5-1 FMN和FAD的结构式,二、若干重要辅酶的功能,FMN或FAD是一些氧化还原酶的辅酶，在酶促反应中具有传递氢原子的功
10、能，见下式：,二、若干重要辅酶的功能,2.NAD+和NADP+,图5-2 NAD+和NADP+的结构式,2.NAD+和NADP+,二、若干重要辅酶的功能 重点、难点,3.辅酶Q：又叫泛醌，简写CoQ，是某些氧化还原的辅酶。在酶促反应中担任递氢的任务：,二、若干重要辅酶的功能,4.细胞色素酶系的辅酶cytnFe 3+ cytnFe 2+式中：cyt细胞色素酶系；nb、c1、c、a和a3,二、若干重要辅酶的功能,5.辅酶A泛酸的一个衍生物，简写为CoASH。辅酶A是一种转移酶的辅酶，所含的疏基与酰基形成硫酯，而在酶促反应中起着传递酰基的功能，其传递乙酰基的反应为：CoASHCH3CO CH3COS
11、CoAH,第八十七课,三、生物氧化中的氢传递过程,生物氧化：指有机物质在机体细胞内的氧化，并伴随有能量释放。 ADPH3PO4能量 ATPO O 腺苷OPOPOH 能量 OH OHO O O 腺苷OPOPOOPOH H2O OH OH OH,三、生物氧化中的氢传递过程 重点、难点,1.有氧氧化中以分子氧为直接受氢体的递氢过程,图5-3 分子氧为直接受氢体的递氢过程举例,三、生物氧化中的氢传递过程,2.有氧氧化中以分子氧为间接受氢体的递氢过程,图5-4 分子氧作为间接受氢体的氢传递一般过程,三、生物氧化中的氢传递过程,以下为辅酶顺序传递氢的反应： SH2+NAD+ S+NADH+H+ NADH+
12、H+FMN NAD+ +FMNH2 FMNH2+CoQ FMN+ CoQH2 CoQH2+2cytbFe 3+ CoQ+2cytbFe2+2H+ 2cytnFe 2+ 2cytnFe 3+ 2cytnFe 3+ + 2cytnFe2+ （n依次是b、c1、c、a;n依次是c1、c、a、a3） 2cyta3Fe 2+ +1/2H2O 2cyta3Fe 3+ +O2,三、生物氧化中的氢传递过程,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,三、生物氧化中的氢传递过程,4.无氧氧化中某些有机含氧化合物作受氢体的递氢过程最常见受氢体有：硝酸根、硫酸根和二氧化碳。10H+2NO3-+2H+ N2
13、+6H2O24H+3H2SO4 3H2S+12H2O8H+CO2 CH4+2H2O,四.耗氧有机污染物质的微生物降解 重点、难点,彻底降解：有机质降解成二氧化碳、水等简单无机化合物，则为彻底降解；否则，为不彻底降解。耗氧有机物有：糖类、脂肪和蛋白质。1.糖类的微生物降解糖类通式为Cx(H2O)y，分为单糖、二糖和多糖。微生物降解糖类的基本途径是： （1）多糖水解成单糖,第八十八课,1.糖类的微生物降解,图5-6 糖类的水解,1.糖类的微生物降解,（2）单糖酵解成丙酮酸在有氧或无氧条件下均可进行，称为单糖酵解。葡萄糖酵解的总反应式：C6H12O6+2NAD+ 2CH3COCOOH+2NADH+2H+（3）丙酮酸的转化在有氧的条件下，三羧酸循环,总反应为：CH3COCOOH+5/2O2 3CO2+2H2O,1.糖类的微生物降解,（3）丙酮酸的转化CH3COCOOH+ NAD+ +CoAS CH3COSCoA+NADH+H+CO2O CH2COOH CH3COSCoA + CCOOH + H2O HOCCOOH + CoASH CH2COOH CH2COOH,（3）丙酮酸的转化 重点,
