生物体内污染物质的运动过程及毒性课件

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1、第五章 生物体内污染物质的运动过程及毒性生物体内污染物质的运动过程及毒性 1 1、物质通过生物膜的方式、物质通过生物膜的方式一、生物膜的结构第五章 生物体内污染物质的运动过程及毒性 1)由磷脂双分子层和蛋白质镶嵌组成 。2）亲水的极性基因排列于内外两面，疏水的烷链端伸向内侧。生物膜是类脂层屏障。生物体内污染物质的运动过程及毒性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 脂溶性物质从高浓度侧向低浓度侧、即顺浓度梯度扩散通过有类脂层屏障的生物膜。二、物质通过生物膜的方式生物体内污染物质的运动过程及毒性 扩散速率服从费克定律：扩散速率服从费克定律：生物体内

2、污染物质的运动过程及毒性3被动易化扩散 有些物质可在高浓度侧与膜上特异性蛋白质载体结合，有些物质可在高浓度侧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。易化扩散。4. 主动转运 在消耗一定的代谢能量条件下，一些物质可在低浓度侧在消耗一定的代谢能量条件下，一些物质可在低浓度侧与膜上高度特异性蛋白载体结合，通过生物膜，至高浓度侧与膜上高度特异性蛋白载体结合，通过生物膜，至高浓度侧解离出原物质。这一转运称为主动转运。解离出原物质。这一转运称为主动转运。生物体内污染物质的运动过程及毒性生物体内污染物质的运

3、动过程及毒性5. 5. 胞吞和胞饮胞吞和胞饮 少数物质与膜上某种蛋白质有特殊亲和力，当其与膜接触后，可改少数物质与膜上某种蛋白质有特殊亲和力，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，而液态物质的这一转运称为胞饮。体物质的这一转运称为胞吞，而液态物质的这一转运称为胞饮。 生物体内污染物质的运动过程及毒性三、 污染物质在机体内的转运污染物质在机体内的运动过程：吸收 分布 排泄 生物转化一、吸收 吸收是污染物质从机体外，通过各种途径通过体膜进入血液的过程： 消化管-是吸收污染

4、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；生物体内污染物质的运动过程及毒性二、分布 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。1、脂溶性污染物质易于通过生物膜；2、污染物质常与血液中的血浆蛋白结合；3、有些污染物质可与血液的红细胞或血管外组织蛋白向结合；生物体内污染物质的运动过程及毒性三、排泄 排泄是污染物质及其代谢物质相机体外的转运过程。排泄器官有肾、肝胆、肠、肺、外分泌等，而以肾和肝胆为主。1、肾排泄2、肝胆系统的胆汁排泄3、肠道排泄生物体内污染物质的运动过程及毒性四、蓄积生物蓄积-有机体长期接触某

5、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。如职业病等现象是典型的生物蓄积和生物富集现象。机体的主要蓄积部位：血浆蛋白、脂肪组织和骨骼。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生物体内污染物质的运动过程及毒性生物体内污染物质的运动过程及毒性2 污染物质的生物富集、放大和积累一、生物富集生物富集：生物通过非吞食方式，从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：影响生物浓缩系数的有关因素： 1、在物质性质方面-降解性 脂溶性 水溶性 2、在生物特征方面-生物种类 大小 器官等 3、在环境条件方面-温

6、度 盐度 pH 等生物体内污染物质的运动过程及毒性水生生物富集速率方程为：生物浓缩系数：t吸收速率 Ra=kaCw消除速率 Re=-keCf稀释速率Rg=-kgCf生物体内污染物质的运动过程及毒性二、生物放大生物放大：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生物体内污染物质的运动过程及毒性三、生物积累生物积累：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速率方程：Ci-1 :食物链i-1级生物中该物质浓度Wi,i-1

7、:i级生物对i-1级的摄食率i,i-1:i级生物对i-1级生物中该物质的同化率Kai-i级生物对该物质的吸收速率常数Keii级生物中该物质的消除速率常数Kgii级生物的生长速率常数生物体内污染物质的运动过程及毒性当dci /dt=0时，有：cwiciCi=Cwi+Ci生物体内污染物质的运动过程及毒性3 污染物质的生物转化物质在生物作用下经受的化学转化，称为生物转化或代谢生物体内污染物质的运动过程及毒性一、微生物一、微生物微生物微生物是指所有形体微小，用肉眼无法看到，须借助于显微镜才能看见的，单细胞或个体结构简单的多细胞，或无细胞结构的低等生物的统称。微生物的特点：（1）个体小；（2）分布广、种

8、类繁多；（3）繁殖快；（4）易变异1、微生物的分类原核细胞型微生物：主要是细菌，仅有原始核，核膜与核仁未分化，缺乏细胞器真核细胞型微生物：藻类、原生动物和真菌等，细胞内有完整的细胞器非细胞型微生物：如病毒，不具有细胞结构生物体内污染物质的运动过程及毒性。1）细菌-原核生物，单细胞基本形态有三种：球状球状：直径0.5m4m杆状杆状: 长度0.520m螺旋状：螺旋状：长度大于10m，宽度约0.5m所说菌体大小是指单细胞，实际上细胞甚至可能以几百万个细胞的群合体形态存在生物体内污染物质的运动过程及毒性2）真菌真核细胞：细胞核发育完善，有定形的细胞核（核仁、染色体等），有明显的核膜，有特异的细胞器，进

9、行有丝分裂。在环境中，真菌最重要的功能是分解木材及其它植物的纤维素。生物体内污染物质的运动过程及毒性3）藻类：真核生物（除蓝藻外），单细胞或多细胞或群体，大小和结构差异很大。 通过无机养料和光合作用，把二氧化碳转化为有机物质。藻类菌类光照藻体氧气CO2 、N 、P等有机物菌体生物体内污染物质的运动过程及毒性2）自养生物和异养生物：自养细菌：利用二氧化碳或含碳酸根的物质为碳源。如披毛菌可在NH4Cl、磷酸盐、CO2、和固体FeS中生长。由下面反应获得能量：异养细菌：有机物为细菌提供能量并作为碳源。异养细菌普遍存在，可分解和降解有机物。3）需氧和厌氧细菌：需氧细菌：氧作为电子受体：厌氧细菌：硫酸根

10、、硝酸根、CO2等作为电子受体：兼性细菌：生物体内污染物质的运动过程及毒性2、细菌增殖动力学生长曲线的各个时期:停滞期-少量细菌刚接入一定量的新鲜液体培养基中，需要有一个适应过程（产生适应酶）。对数期（指数期）-细菌数以几何级数增加，在生长曲线上呈直线关系。静止期-细菌总数达到最大，新生数与死亡数大致相等，保持动态平衡。衰老期-营养物质被耗尽，细菌进入内源呼吸阶段。对数期细菌增殖动力学方程：生物体内污染物质的运动过程及毒性3、污染物生物降解的动力学通过研究基质与降解速率之间的关系，提出两类常用经验模式：幂指数定律不考虑微生物的生长双曲线定律考虑微生物的生长1）幂指数定律生物体内污染物质的运动过

11、程及毒性2）双曲线定律：Monod方程: 基质浓度较低时，微生物的比增长速率随基质浓度线性增加；基质浓度较高时，比增长速率接近最大值，并与基质浓度无关。 Ks代表微生物与支持有机营养物的亲和力，数值越小，细菌对该分子的亲和力越大。生物体内污染物质的运动过程及毒性微生物生长与底物利用速度微生物生长与底物利用速度微生物的增长速度与底物的降解速度有一个比例关系：微生物的增长速度与底物的降解速度有一个比例关系：YY微生物产率系数微生物产率系数, ,qq比底物利用速度比底物利用速度; ;q qmaxmax为最大比底物利用速度为最大比底物利用速度生物体内污染物质的运动过程及毒性BOD曲线可用以表征水中细菌

12、的需氧动力学过程。-CBOD：碳化需 氧量-NBOD：硝化需氧量；-BODu or BOD20:最终生化需 氧量生物体内污染物质的运动过程及毒性例：有一个水样含200mg/L硝基丙烷（C3H7NO2)。计算该水样的BOD、CBOD和NBOD。解:水中硝基丙烷按以下三个步骤发生生物氧化：1.总BOD：3+1.5+0.5=5mol(O2)/mol(C3H7NO2)相当于5X32=160g(O2)/mol(C3H7NO2)第一步反应二、三步生物体内污染物质的运动过程及毒性4 酶一、生物转化中的酶 酶是一类由细胞制造和分泌的、以蛋白质为主要成分的、酶是一类由细胞制造和分泌的、以蛋白质为主要成分的、具有

13、催化活性的生物催化剂。具有催化活性的生物催化剂。 酶催化作用的特点在于：酶催化作用的特点在于： 第一，催化专一性高。第一，催化专一性高。 一种酶只能对一种底物或一类底物起催化作用，而促进一定的反应，一种酶只能对一种底物或一类底物起催化作用，而促进一定的反应，生成一定的代谢产物。如脲酶仅能催化尿素水解：生成一定的代谢产物。如脲酶仅能催化尿素水解：生物体内污染物质的运动过程及毒性第二，酶催化效率高。第二，酶催化效率高。 例如，蔗糖酶催化蔗糖水解的速率较强酸催化速率高例如，蔗糖酶催化蔗糖水解的速率较强酸催化速率高2102101212倍。倍。00时过氧化氢酶催化过氧化氢分解的速率高时过氧化氢酶催化过氧

14、化氢分解的速率高于铁离子催化速率于铁离子催化速率1101101010倍。一般，酶催化反应的速率比倍。一般，酶催化反应的速率比化学催化剂高化学催化剂高10107 7一一10101313倍。倍。第三，酶催化需要温和的外界条件。第三，酶催化需要温和的外界条件。 酶催化作用一般要求温和的外界条件，如常酶催化作用一般要求温和的外界条件，如常温、常压、接近中性的酸碱度等。温、常压、接近中性的酸碱度等。生物体内污染物质的运动过程及毒性酶的类型催化反应的性质举例1 1氧化还原酶类脱氢酶、氧化酶、过氧化物酶、加氧酶2 2转移酶类谷丙转氨酶、已糖激酶3 3水解酶类酯酶、蛋白酶、淀粉酶AR+BA+BRAH2+BA+

15、BH2AB+H2OAOH+BH4 4裂解酶类醛缩酶、水合酶、脱氨酶、脱羧酶5 5异构酶类差向异构酶、顺反异构酶、酮醛异构酶6 6合成酶类(连接酶类)氨酰-tRNA合成酶ABXYA BXYAAABABATPADPPi酶的种类很多，已知的酶有酶的种类很多，已知的酶有2103多种。多种。生物体内污染物质的运动过程及毒性酶按照成分：酶按照成分： 单成分酶：单成分酶：只含有蛋白质，如脲酶、蛋白酶。 双成分酶：双成分酶：除含蛋白质外，还含有非蛋白质部分，前 者 称酶蛋白，后者称辅基或辅酶。 在双成分酶催化反应时，一般是在双成分酶催化反应时，一般是辅酶辅酶起着传递电起着传递电子、原子或某些化学基团的功能，子

16、、原子或某些化学基团的功能，酶蛋白酶蛋白起着决定催化专一性起着决定催化专一性和催化高效率的功能。因此，只有双成分酶的整体才具有酶的和催化高效率的功能。因此，只有双成分酶的整体才具有酶的催化活性，而当酶蛋白与辅酶经分离后各自单独存在时则均失催化活性，而当酶蛋白与辅酶经分离后各自单独存在时则均失去相应作用。去相应作用。生物体内污染物质的运动过程及毒性二、酶反应机理(反应动力学)中间产物学说Michaelis & Menten提出的中间反应学说：K1K2K3米氏公式：由上述中间反应，根据质量作用定律，导出酶促反应速度方程式：（米-门公式）： 生物体内污染物质的运动过程及毒性米氏常数Km的含义：（1）

17、当V=Vmax/2时，Km=S，故它是反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度；（2）Km=(k2+k3)/k1，表示酶与底物的反应完全程度，Km越小，表明酶与底物的反应越趋于完全，Km越大，表明酶与底物的反应越不完全。生物体内污染物质的运动过程及毒性二、若干重要辅酶的功能二、若干重要辅酶的功能 1 1FMNFMN和和FADFAD 辅酶辅酶FMNFMN和和FADFAD分别是黄素单核苷酸和黄素腺嘌呤二核苷分别是黄素单核苷酸和黄素腺嘌呤二核苷酸的缩写酸的缩写F：黄素flavinM：单monolN：核苷酸nucleotideA：膘嘌呤 adenine D：二(核苷酸) di生物体内污染物质的运动过程及

18、毒性1 1FMNFMN和和FADFAD 生物体内污染物质的运动过程及毒性2 2NADNAD+ +和和NADPNADP+ + 辅酶辅酶NADNAD+ +和和DADPDADP+ +又分别称为辅酶又分别称为辅酶I I和辅酶和辅酶，依次是，依次是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸的缩烟酰胺腺嘌呤二核苷酸和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸的缩写。写。生物体内污染物质的运动过程及毒性二、若干重要辅酶的功能二、若干重要辅酶的功能2 2NADNAD+ +和和NADPNADP+ +生物体内污染物质的运动过程及毒性二、若干重要辅酶的功能二、若干重要辅酶的功能3 3辅酶辅酶Q Q 辅酶辅酶Q Q又称泛醌，简写又

19、称泛醌，简写CoQCoQ，是某些氧化还原，是某些氧化还原酶的辅酶，在酶促反应中担任递氢任务。酶的辅酶，在酶促反应中担任递氢任务。生物体内污染物质的运动过程及毒性二、若干重要辅酶的功能二、若干重要辅酶的功能4 4细胞色素酶系的辅酶细胞色素酶系的辅酶 细胞色素酶系是催化底物氧化的一类酶系，细胞色素酶系是催化底物氧化的一类酶系，主要有细胞色素主要有细胞色素b b、c c1 1、c c、a a和和a a3 3等几种。它们的酶蛋白部等几种。它们的酶蛋白部分各不相同，但是辅酶都是铁卟啉。分各不相同，但是辅酶都是铁卟啉。生物体内污染物质的运动过程及毒性二、若干重要辅酶的功能二、若干重要辅酶的功能 5 5辅酶

20、辅酶A A 辅酶辅酶A A是泛酸的一个衍生物，简写为是泛酸的一个衍生物，简写为CoASHCoASH，结构式如下：，结构式如下： 生物体内污染物质的运动过程及毒性二、若干重要辅酶的功能二、若干重要辅酶的功能 5 5辅酶辅酶A A 传递酰基的功能传递酰基的功能生物体内污染物质的运动过程及毒性三、生物氧化中的氢传递过程三、生物氧化中的氢传递过程 生物氧化生物氧化是指有机物质在机体细胞内的氧化，并伴随有是指有机物质在机体细胞内的氧化，并伴随有能量释放。放出的能量主要通过二磷酸腺苷与正磷酸合成能量释放。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。三磷酸腺苷而被暂时存放。生物体内污染物

21、质的运动过程及毒性三、生物氧化中的氢传递过程三、生物氧化中的氢传递过程1 1有氧氧化中以分子氧为直接受氢体的递氢过程有氧氧化中以分子氧为直接受氢体的递氢过程 这类氢传递过程中这类氢传递过程中只有一种酶只有一种酶作用于有机底作用于有机底物，脱落底物的氢物，脱落底物的氢(H(H+ +e)+e)，其中的电子由该酶辅酶直接传，其中的电子由该酶辅酶直接传递给分子氧，形成激活态递给分子氧，形成激活态0 02-2-，与脱落氢剩下的，与脱落氢剩下的H H+ +化合成水。化合成水。生物体内污染物质的运动过程及毒性三、生物氧化中的氢传递过程三、生物氧化中的氢传递过程 2 2有氧氧化中分子氧为间接受氢体的递氢过程有

22、氧氧化中分子氧为间接受氢体的递氢过程 这类氢传递过程中有几种酶共同发挥作用，第一种酶从有机底物这类氢传递过程中有几种酶共同发挥作用，第一种酶从有机底物脱落氢脱落氢(H(H+ +e)+e)，由其余的酶顺序传递，最后把其中的电子传给分子氧，由其余的酶顺序传递，最后把其中的电子传给分子氧形成激活态形成激活态0 02-2-，并与脱落氢中剩下的，并与脱落氢中剩下的H H+ +结合为水。结合为水。线粒体呼吸链线粒体呼吸链线粒体呼吸链线粒体呼吸链生物体内污染物质的运动过程及毒性生物体内污染物质的运动过程及毒性三、生物氧化中的氢传递过程三、生物氧化中的氢传递过程 3 3无氧氧化中有机底物转化中间产物作受氢体无

23、氧氧化中有机底物转化中间产物作受氢体的递氢过程的递氢过程生物体内污染物质的运动过程及毒性三、生物氧化中的氢传递过程三、生物氧化中的氢传递过程4 4无氧氧化中某些无机含氧化合物作受氢体的无氧氧化中某些无机含氧化合物作受氢体的 递氢过程递氢过程生物体内污染物质的运动过程及毒性 3 耗氧有机污染物质的微生物降解一、代谢方式1、生物氧化的三种方式1）.有氧呼吸：分子氧作为未端电子受体 C6H12O6+6O2+38ADP+38Pi-6CO2+6H2O+38ATP 2. 无氧呼吸：无机氧化物为未端电子受体： C6H12O6+12NO3-6CO2+6H2O+12NO2+429000卡3.发酵：有机物为未端电

24、子受体 C6H12O6+2ADP+2Pi-2C2H5OH+2CO2+2ATP生物体内污染物质的运动过程及毒性2）有氧呼吸的过程大分子有机物在细胞外被胞外酶分解为结构单元（如碳水化合物淀粉、纤维素分解为葡萄糖）.行呼吸作用的微生物，将吸收的有机物沿中央代谢途径中央代谢途径逐步分解。糖酵解途径（EMP途径）葡萄糖1.6二磷酸果糖3-磷酸甘油醛丙酮酸葡萄糖经过两次磷酸化,并且发生异构化以后,转变成1,6-二磷酸果糖。 在醛缩酶的作用下,很容易分解成为两个磷酸丙糖磷酸二羟丙酮和磷酸甘油醛 生物体内污染物质的运动过程及毒性三羧酸循环（TCA）丙酮酸降解 CH3COCOOH + NAD+ + CoASH

25、CH3COSCoA+ NADH+H+ CO2 O CH2COOH CH3COSCoA + C-COOH + H2O HO-C-COOH + CoASH CH2COOH CH2COOH乙酰辅酶A草酰乙酸柠檬酸生物体内污染物质的运动过程及毒性 O CH2COOH -H2O CHCOOH +H2O CH(OH)COOH -2H CH2COOH C-COOH C(OH)COOH C-COOH CHCOOH CHCOOHCH2COOH CH2COOH CH2COOH CH2COOH C=O COOH草酰乙酸草酰乙酸 柠檬酸柠檬酸 顺乌头酸顺乌头酸 异柠檬酸异柠檬酸 草酰琥珀酸草酰琥珀酸 -2H -CO2

26、 COOH +2 H2O -2H -2H、- CO2 CH2CH(OH)COOH CHCOOH CH2COOH CH2CH2COOH CHCOOH CH2COOH + H2O C=O COOH 苹果酸苹果酸 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 -酮戊二酸酮戊二酸 三羧酸循环（TCA循环）生物体内污染物质的运动过程及毒性丙酮酸经过上述反应后共生成3个CO2，2个H2O生物体内污染物质的运动过程及毒性电子传递系统（呼吸链） 在生物体内NADH和FADH2的彻底氧化可以产生大量的能量，这一过程是通过呼吸链来完成的.在这个过程中，氢离子(H+)和电子(e-)在各个传递体之间进行传递，NADH2+FADNA

27、D+FADH2 FADH2FAD+2H+ +2e- 2细胞色素Fe3+ +2e-2细胞色素Fe2+生物体内污染物质的运动过程及毒性a.糖酵解：b.三羧酸循环：c.氧化磷酸化：总结：生物体内污染物质的运动过程及毒性3)无氧呼吸的过程特点氧不是H+和e的最终受体,并且呼吸底物只是部分地被氧化,所以最终形成的产物有酒精、乳酸等。乳酸发酵:2CH3COCOOH+2NADH22CH3CHOHCOOH+2NAD酒精发酵2CH3COCOOH2CH3CHO+2CO2( 脱羧基）2CH3CHO+2NADH22C2H5OH+2NAD生物体内污染物质的运动过程及毒性4）饱和脂肪酸-氧化氧化 脂肪酸的活化脂酰CoA的

28、生成-氧化包括脱氢、水化、脱氢、硫解4个重复步骤脂肪酸氧化最终的产物为乙酰CoA、NADH和FADH2。生成的乙酰CoA通过TCA循环彻底氧化成二氧化碳和水并释放能量，而NADH和FADH2则通过呼吸链传递电子生成ATP生物体内污染物质的运动过程及毒性二、耗氧有机污染物质的微生物降解1糖类的微生物降解 微生物降解糖类的基本途径是： (1)多糖水解成单糖：多糖在胞外水解酶催化下水解成二糖和单糖，而后才能被微生物摄取进入细胞内。生物体内污染物质的运动过程及毒性(2)单糖酵解成丙酮酸：(3)丙酮酸的转化：在有氧氧化条件下，TCA循环转化成乙酰辅酶A无氧氧化条件下，发酵为乳酸；或以其转化的中间产物作受

29、氢体，发生不完全氧化生成低级的有机酸、醇及二氧化碳等。生物体内污染物质的运动过程及毒性2、脂肪的微生物降解1）脂肪水解成脂肪酸和甘油CH2OOCR1 CH2OH R1COOH CHOOCR2 + 3H2O CHOH + R2COOHCH2OOCR3 CH2OH R3COOH2）甘油的转化CH2OHCHOH CH3COCOOH + 4HCH2OH生物体内污染物质的运动过程及毒性 CoASH H2ORCH2CH2COOH RCH2CH2COSCoA FA FADH2 RCH=CHCOSCoA H2O RCH(OH)CH2COSCoA NAD+ NADH+H+ RC(O)CH2COSCoA CoAS

30、H CH3COSCoA + RCOSCoA 3）脂肪酸的转化 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。CH3(CH2)16COOH + 26O2 18CO2 + 18H2O 脂酰辅酶A-烯脂辅酶A-羟脂酰辅酶A-酮脂酰辅酶A乙酰辅酶A生物体内污染物质的运动过程及毒性 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。脂肪通过微生物作用，在有氧氧化下能被完全氧化成二氧化碳和水，降解彻底；而在无氧氧化下常进行酸性发酵，形成简单有机酸、醇和二氧化碳等，降解不彻底。生物体内污染物质的运动过程及毒性有

31、氧氧化有氧氧化3、蛋白质的微生物降解1）蛋白质水解成氨基酸2）氨基酸脱氨成脂肪酸无氧氧化无氧氧化生物体内污染物质的运动过程及毒性生物体内污染物质的运动过程及毒性4.甲烷发酵u在无氧氧化条件下糖类、脂肪和蛋白质都可借助产酸茵的作用降解成简单的有机酸、醇等化合物；u 在产氢菌和产乙酸苗作用下，转化为乙酸、甲酸、氢气和二氧化碳u 经产甲烷菌作用产生甲烷。 甲烷发酵需要满足产酸菌、产氢菌、产乙酸茵和产甲烷茵等各种菌种所需的生活条件。 产甲烷菌是专一性厌氧菌，因此甲烷发酵必须处于无氧条件下。产甲烷菌生长还要求弱碱性环境，故需控制发酵的适宜PH范围，一般PH为78。生物体内污染物质的运动过程及毒性4、有毒

32、有机污染物质生物降解生物转化的结果，一方面往往使有机毒物水溶性和极性增加易于排出体外；另一方面也会改变有机毒物的毒性，多数是毒性减小，少数毒性反而增大。一、转化类型有毒有机物质生物转化的主要反映类型如下：1、耗氧反应类型 1）混合功能氧化酶加氧氧化 2）脱氢酶脱氢氧化 3）氧化酶氧化生物体内污染物质的运动过程及毒性1）混合功能氧化酶加氧氧化混合功能氧化酶又称单加氧酶，功能是利用细胞内的分子氧，将其中的一个氧原子与有机底物结合，使之氧化，而使另一个氧原子与氢原子结合成水。在该过程中，细胞色素P450 酶起着关键作用。活性部位是铁卟啉的Fe，它在+2 与+3 价态间进行变换。两个电子是由NADPH

33、、H传递来的生物体内污染物质的运动过程及毒性混合功能氧化酶的专一性较差，能催化很多底物A. 碳双键环氧化生物体内污染物质的运动过程及毒性B. 碳羟基化 生物体内污染物质的运动过程及毒性C. 氧脱烃氧脱烃D. 氮脱烃、氮氧化及脱氮氮脱烃、氮氧化及脱氮生物体内污染物质的运动过程及毒性NR1R2NOR1R2+ O R1 R1 CHNH2 + 2O C=NOH + H2OR2 R2R1 R1 CHNH2 + O C=O + NH3R2 R2NHR+ O NROH生物体内污染物质的运动过程及毒性E. 硫脱烃、硫硫脱烃、硫-氧化及脱硫氧化及脱硫生物体内污染物质的运动过程及毒性2）脱氢酶脱氢氧化醇氧化成醛醇

34、氧化成醛醇氧化成酮醇氧化成酮醛氧化成羧基醛氧化成羧基脱氢酶是伴随有氢原子或电子转移，以非分子氧化合物为受体的酶类。脱氢酶能使相应的底物脱氢氧化。生物体内污染物质的运动过程及毒性3）氧化酶氧化）氧化酶氧化 氧化酶是伴随有氢原子或电子转移，以分子氧为直接受氢体的酶类。氧化酶能使相应的底物氧化。生物体内污染物质的运动过程及毒性 2、还原反应类型、还原反应类型 1）可逆脱氢酶加氢还原可逆脱氢酶加氢还原：可逆脱氢酶是指起逆相作用的脱氢酶类，能使相应的底物加氢还原。R1 R1 C=O +2H CHOHR2 R2 2）硝基还原酶还原：硝基还原酶能使硝基化合物还原，生成相应的胺。生物体内污染物质的运动过程及毒

35、性3）偶氮还原酶还原）偶氮还原酶还原偶氮还原酶能使偶氮化合物还原，生成相应的胺。（增毒反应）4）还原脱氯酶还原生物体内污染物质的运动过程及毒性3、水解反应类型1）羧酸酯酶使脂肪簇脂水解2）磷酯酶使磷酸酯水解3）酰胺酶使酰胺水解生物体内污染物质的运动过程及毒性4、若干重要结合反应类型 1）葡萄糖醛酸结合 2）硫酸结合 3）谷胱甘肽结合生物体内污染物质的运动过程及毒性A、葡萄糖醛酸结合：在葡萄糖醛酸转移酶的作用下，在生物体内尿嘧啶核苷二磷酸葡萄糖醛酸中，葡萄糖醛酸基可转移至含羟基的化合物上，形成O葡萄糖苷酸结合物。该结合反应在生物中很常见，也很重要。由于葡萄糖醛酸具有羟基（pKa=3.2）及多个羟

36、基，所以结合物呈现高度的水溶性，而有利于自体内排出。葡萄糖苷酸结合物的生成，可避免许多有机毒物对RNA、DNA等生物大分子的损伤，而起到解毒作用。但也有少数结合物的毒性比原有机物质更强。如与2巯基噻唑相比，其葡萄糖苷酸结合物的致癌性更强。生物体内污染物质的运动过程及毒性UDPGA尿嘧啶核苷二磷酸葡萄糖醛酸Uridine nucleotide diphosphate glucuronic acid对氯苯酚葡萄糖苷酸UDP尿嘧啶核苷二磷酸生物体内污染物质的运动过程及毒性N羟基乙酸氨基芴N羟基乙酸氨基芴葡萄糖苷酸 此外，伯胺、酰胺、磺胺等中的氮原子和大部分含巯基化合物中硫原子，也都能与葡萄糖醛酸分别

37、形成N和S葡萄糖苷酸结合物，如下所示：苯胺葡萄糖苷酸2巯基噻唑S葡萄糖苷酸生物体内污染物质的运动过程及毒性B、硫酸结合在硫酸基转移酶的催化下，可将磷酸磷硫酸腺苷中硫酸基转移到酚或醇的羟基上，形成硫酸酯结合物。也可结合到氮原子上。大多数极性增加，有利于排出体外，但是一些硫酸的加合产物具有致癌性。生物体内污染物质的运动过程及毒性PAPS3磷酸5磷硫酸腺苷对硝基苯基硫酸脂PAP3磷酸5磷酸腺苷生物体内污染物质的运动过程及毒性 C、谷胱甘肽结合谷胱甘肽结合在相应转移酶催化下谷胱甘肽中的半胱氨酸及乙酰辅酶A的乙酰基，将以N乙酰半胱氨酸基形成加到有机卤化物（氟除外）、环氧化合物、强酸酯、芳香烃、烯等亲电化

38、合物的碳原子上，形成巯基尿酸结合物。 亲电子化合物如果与细胞蛋白或核酸上亲核基团结合，常可引起细胞坏死、肿瘤、血液功能紊乱和过敏现象。谷胱甘肽的结合，有力地解除了对机体有害亲电化合物地毒性。生物体内污染物质的运动过程及毒性谷胱甘肽结合反应C4H9Br + HOOC-CH-CH2-CH2-C-NH-CH-C-NH-CH2-COOH NH2 O HS-CH2 OHBr谷胱甘肽S转移酶GSH谷胱甘肽 HOOC-CH-CH2-CH2-C-NH-CH-C-NH-CH2-COOH NH2 O CH2 O S-C4H9酶H2OHOOC-(CH2)2-CHCOOH NH2谷氨酸NH2-CH-C-NH-CH2-

39、COOH CH2 O S-C4H9H2ONH2-CH2COOH甘氨酸C4H9-S-CH2-CH-COOH NH2CH3COSCoACoASHC4H9-S-CH2-CH-COOH NHCOCH3S(丁基)巯基脲酸生物体内污染物质的运动过程及毒性 加氧酶加氧酶CH3(CH2)nCH2CH3 CH3(CH2)nCH2CH2 OH 脱氢酶脱氢酶 CH3(CH2)nCH2CHO 水化酶水化酶 CH3(CH2)nCH2CH(OH)2 脱氢酶脱氢酶 CH3(CH2)nCH2COOH 脂肪酸脂肪酸-氧化氧化TCA循环循环 CO2 + H2O 烷烃末端氧化降解过程烷烃末端氧化降解过程二、 有毒有机污染物质的微生

40、物降解1、烃类1）正烷烃的降解 C原子数大于1的正烷烃，其降解途径以烷烃末端氧化最为常见。生物体内污染物质的运动过程及毒性 主要是烯的饱和末端氧化，再经与正烷烃（碳数 ）相同的途径成为不饱和脂肪酸；或者是烯的不饱和末端双键环氧化成为环氧化合物，再经开环所成的二醇至饱和脂肪酸，然后通过-氧化进入三羧酸循环，降解成二氧化碳和水。 或者是烯的不饱和末端双键环氧化成为环氧化合物，再经开环形成二醇致饱和脂肪酸。然后，脂肪酸通过-氧化进入TCA循环，降解成二氧化碳及水2）烯烃的微生物降解途径生物体内污染物质的运动过程及毒性加氧酶加氧酶 HOCH2(CH2)nCH=CH2CH3(CH2)nCH=CH2 加氧

41、酶加氧酶 CH3(CH2)nCHCH2 O系列酶促反应系列酶促反应 HOOC(CH2)nCH=CH2水化酶水化酶 CH3(CH2)nCHCH2 CH3(CH2)nCH2 COOH OH OH 脂肪酸脂肪酸-氧化氧化TCA循环循环 CO2 + H2O烯烃微生物降解途径烯烃微生物降解途径生物体内污染物质的运动过程及毒性3）苯的微生物降解途径）苯的微生物降解途径 生物体内污染物质的运动过程及毒性三、氮及硫的微生物转化同化、氨化、硝化、反硝化及固氮1）硝化：氨在有氧条件下通过微生物作用，氧化成硝酸盐的过程。1、氮的微生物转化硝化意义：植物摄取氮的最为普遍形态是硝酸盐。水稻等植物可利用氨态氮，然而这一氮

42、形态对其它植物是有毒的。当肥料以铵盐或氨形态施入土壤时，上述微生物将他们转变成一般植物可利用的硝态氮。生物体内污染物质的运动过程及毒性硝酸盐在通气不良条件下，通过微生物作用而还原的过程。HNO3 + 2H HNO2 + H2O（1）包括真菌和放线菌在内的多种微生物，能将硝酸盐还原为亚硝酸2）反硝化（2）兼性厌氧假单胞菌属、色杆菌属等能使硝酸盐还原成氮气或一氧化二氮生物体内污染物质的运动过程及毒性（3）梭状芽孢杆菌等常将硝酸盐还原成亚硝酸盐和氨，被菌体进而合成自身的氨基酸等含氮物质，直接发生同化作用。 2H 2H 2HHNO3 HNO2 HNO NH(OH)2 NH2OH -H2O -H2O H

43、2O -H2O 2H -H2O NH3反硝化意义：过程中形成的氮气、一氧化二氮等气态无机氮的情况是造成土壤氮素损失、土肥力下降的重要原因之一。但在污水处理工程中却常增设反硝化装置，使气态无机氮逸出，以防止出水硝酸盐含量高而在排入水体后引起水体富营养化。生物体内污染物质的运动过程及毒性（4）固氮：通过微生物的作用把分子氮转化为氨的过程。此时，氮不释放到环境中，而是继续在机体内进行转化，合成氨基酸，组成自身蛋白质等。固氮必须在固氮酶催化下进行3 CH2O + 2N2 + 3H2O + 4H+ 3CO2 + 4NH4+根瘤菌厌气的梭状芽孢杆菌属蓝细菌生物体内污染物质的运动过程及毒性 好氧细菌HS-C

44、H2-CH-COOH CH3-C-COOH + H2SO4 + NH4+ NH2 O 厌氧细菌HS-CH2-CH-COOH CH3-C-COOH + H2S + NH3 NH2 O微生物降解半胱氨酸2、硫的微生物转化（1）有机硫在好氧条件下转化为SO42；在厌氧条件下转化为H2S，CH3SH。生物体内污染物质的运动过程及毒性（2 2）硫化）硫化：硫化氢、单质硫等在微生物作用下氧化硫化氢、单质硫等在微生物作用下氧化 生成硫生成硫酸。酸。2H2S + O2 2H2O + 2S2S + 3O2 + 2H2O 2H2SO4Na2S2O3 + 2O2 + H2O Na2SO4 + H2SO4生物体内污染

45、物质的运动过程及毒性（3）反硫化:硫酸盐、亚硫酸盐等在微生物作用下还原生成硫化氢。生物体内污染物质的运动过程及毒性1.烃类的生物降解顺序为：直链烃支链烃芳烃环烷烃2.链长规律：是指脂肪酸、脂族碳氢化合物和烷基苯等有机物质，在一定范围内碳链越长，降解也越快的现象，以及有机聚合物降解速率随分子的增大呈现减小趋势的现象。C10C24(C10)硫氮6.聚合物和复合物的分子能抵抗生物降解，主要因为微生物所必需的酶不能靠近并破坏化合物分子内部敏感的反应键。生物体内污染物质的运动过程及毒性生物体内污染物质的运动过程及毒性5 污染物质的毒性污染物质的毒性一、毒物一、毒物 毒物是进入生物机体后能使体液和组织发生

46、生物化学的变化，干扰或破坏机体的正常生理功能，并引起暂时性或持久性的病理损害，甚至危及生命的物质。二、毒物的毒性 影响毒物毒性的因素：影响毒物毒性的因素： 毒物的化学结构及理化性质毒物的化学结构及理化性质 毒物所处的基体因素毒物所处的基体因素 机体暴露于毒物的状况机体暴露于毒物的状况 生物因素生物因素 生物所处的环境生物所处的环境生物体内污染物质的运动过程及毒性效应：效应：毒理学把毒物剂量（浓度）与引起个体生理学的变化，如脑电、心电、血象、免疫功能、酶活性等的变化称为效应。反应：反应：把引起群体的变化，如肿瘤或其他损害的发生率、死亡率等变化称为反应。100 50 剂剂量量反反（效效）应应强强度

47、度（ % ）剂量反（效）应曲线生物体内污染物质的运动过程及毒性毒作用的分类：急性 慢性 亚急（或亚慢）半数有效剂量（ED50，median effective dose）半数有效浓度（EC50，median effective concentration半数致死剂量（LD50，median lethal dose)半数致死浓度（ LC50 ，median lethal concentration)阈剂量（浓度：长期暴露毒物下，会引起机体受损害的最低剂量（浓度）。最高允许剂量（浓度）：长期暴露在毒物下，不引起机体受损害的最高剂量（浓度）。生物体内污染物质的运动过程及毒性三、毒物的联合作用 两种或

48、两种以上的毒物，同时作用于机体所产生两种或两种以上的毒物，同时作用于机体所产生 的综合毒性称为的综合毒性称为毒物的联合作用。毒物的联合作用。协同作用：联合作用的毒性，大于其中各个毒物成分单独作用毒性的总和。M M1+M2相加作用：联合作用的毒性，等于其中各毒物成分单独作用毒性的总和。M=M1+M2独立作用：各毒物对机体的侵入途径、作用部位、作用机理等均不相同，因而在其联合作用中各毒物生物学效应彼此无关、互不影响。拮抗作用：联合作用的毒性，小于其中各毒物成分单独作用毒性的总和。M M1+M2生物体内污染物质的运动过程及毒性四、毒作用的生物化学机制1、酶活性的抑制有些有机化合物与酶的共价结合有些金

49、属离子与含巯基的酶强烈结合某些金属取代金属酶中的不同金属2、致突变作用：生物细胞内DNA改变，引起的遗传特性突变的作用。 分为基因突变和染色体突变3、致癌作用：4、致畸作用：人或动物在胚胎发育过程中由于各种原因所形成的形态结构异常，称为先天性畸形或畸胎。生物体内污染物质的运动过程及毒性环境和生物体中的部分“三致”毒物致癌物致癌物：艾氏剂、苯并a芘、双（2-氯乙基）醚、氯乙烯、氯仿、四氯化碳、狄氏剂和异狄氏剂、二噁英、亚硝酸盐、石棉、镉酸盐、砷化物、放射性核素、霉素、病毒等。致畸物：致畸物： 2,4,5-T、二噁英、有机汞、苯二甲酸酯、砷酸钠、硫酸镉、醋酸苯汞等。致突变物：致突变物：DDT、2,4-D、2,4,5-T、二噁英、苯、臭氧、砷酸钠、硫酸镉、亚硝酸盐、铅盐等。生物体内污染物质的运动过程及毒性