5生物体内污染物运动过程及毒性-PowerPointP (2)

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第五章 生物体内污染物质的运动过程及毒性,(Biological Environmental Chemistry,),教学内容,第一节物质通过生物膜的方式,第二节污染物质在机体内的转运,第三节 污染物质的生物富集、放大和积累,第四节污染物质的生物转化,第五节 污染物质的毒性,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,教学要求,掌握污染物质的生物富集、发大和积累；,耗氧和有毒有机污染物质的微生物降解；,若干元素的微生物转化；,毒物的毒性、联合作用和致突变、致癌及抑制酶活性等作用；,了解有关重要辅酶的功能，有毒有机污染物质生物转化的类型。,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、厚度为75-100的流动变动复杂体。,蛋白质的生理功能：载体作用，转运膜内外物质,催化作用，如酶,能量转换作用,膜孔：带极性，含水的微小孔道,第一节 物质通过生物膜的方式,第一节 物质通过生物膜的方式,二、物质通过生物膜的方式,1、膜孔滤过,2、被动扩散,3、被动易化扩散,4、主动转运,5、胞吞和胞饮,第一节 物质通过生物膜的方式,小结：,物质以何种方式通过生物膜，主要决定于机体各组织生物膜的特性和物质的结构、理化性质。,（1）理化性质包括物质的脂溶性、水溶性、解离度、分子,大小等。,（2）营养物质和代谢物质主要以被动易化扩散和主动转运,进入生物膜。,（3）大多数物质以被动扩散方式通过生物膜。,第二节 污染物质在机体内的转运,(Transport 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。,第二节 污染物质在机体内的转运,一、吸收,(Adsorption),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。,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；,第一节 物质通过生物膜的方式,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。,第一节 物质通过生物膜的方式,三、排泄,(Excretion),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),第一节 物质通过生物膜的方式,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,。,机体的主要蓄积部位是,血浆蛋白,、,脂肪组织,和,骨骼,。,第三节 污染物质的生物富集、放大和积累,一、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,(Bioconcentration Factor),：,BCF=cb/ce,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。,第三节 污染物质的生物富集、放大和积累,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,富集速率的计算：,BCF=Cf/Cw=Ka/Ke,说明在一定条件下生物浓缩系数有一阈值，此时水生生物富集达到动态平衡。,第三节 污染物质的生物富集、放大和积累,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。,第三节 污染物质的生物富集、放大和积累,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。,与生物富集的区别多了食物链这一获取污染物的渠道,表达：BCF,积累速率：Ci=Cwi+Ci,即：积累浓度=水中摄取浓度+食物链传递的浓度,反映的是在生物积累达到平衡时，生物富集和生物放大在生物积累达到平衡时的贡献大小。,第四节 污染物质的生物转化,(Biotransformation of Polluted Matter),污染物质在环境中的三大转化途径：,化学转化、光化学转化、生物转化,生物转化（或代谢）：,物质在生物作用下经受的化学变化。,第四节 污染物质的生物转化,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。,底物（或基质）：在酶催化下发生转化的物质。,酶促反应：底物所发生的转化。,第四节 污染物质的生物转化,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,酶的分类,根据催化作用的场所：胞外酶和胞内酶,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,根据成分：单成分酶和双成分酶,第四节 污染物质的生物转化,二、若干种重要辅酶的功能,1、FMN和FAD 黄素单核苷酸和黄素腺嘌呤二核苷酸,在酶促反应中担任,传递氢,任务,2、NAD+和NADP+辅酶I和辅酶,3、辅酶Q（泛醌）：简写CoQ,4、细胞色素酶系的辅酶,在反应中担当,传递电子,作用,5、辅酶A：简写CoASH,在酶促反应中起着,传递酰基,的作用,第四节 污染物质的生物转化,三、生物氧化中的氢传递过程,(Hydrogen Transfor Process in Biological),生物氧化,(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。,生物氧化主要是去氢氧化。,第四节 污染物质的生物转化,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、无氧氧化中某些无机含氧化合物作受氢体的递氢过程,第四节 污染物质的生物转化,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),：,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。,第四节 污染物质的生物转化,1、糖类的微生物降解,(Microbial Degradation,of Carbohydrate),降解过程：,TCA循环，生成二氧化碳和水 （有氧）,多糖 单糖 丙酮酸,有机酸、二氧化碳、醇 （无氧）,第四节 污染物质的生物转化,2、脂肪的微生物降解,(Microbial Degradation,of,Fat),（1）脂肪水解成脂肪酸和甘油,（2）甘油转化成丙酮酸,（3）脂肪酸的转化：,有氧条件下，经-氧化，最后进入TCA循环,无氧条件下，转化成为有机酸、醇、二氧化碳,第四节 污染物质的生物转化,3、蛋白质的微生物降解,(Microbial Degradation,of,Protein),基本途径：,（1）蛋白质水解成氨基酸,（2）氨基酸脱氨成脂肪酸,总而言之，蛋白质通过微生物作用，,有氧条件二氧化碳、水、氨；（降解彻底）,无氧条件简单有机酸、醇、二氧化碳。（降解不彻底）,第四节 污染物质的生物转化,五、有毒有机污染物质生物转化类型,(Types of Biotransformation of Toxic Organic),1、氧化反应,（1）混合功能氧化酶加氧氧化 C=C 环氧化,C羟基化,氧脱烃,硫脱烃、硫氧化及脱硫,N脱烃、氮氧化及脱氮,（2）脱氢酶脱氢氧化 醇氧化成醛,醇氧化成酮,醛氧化成羧酸,（3）氧化酶氧化,第四节 污染物质的生物转化,2、还原反应,（1）可逆脱氢酶加氢还原,（2）硝基还原酶还原,（3）偶氮还原酶还原,（4）还原脱氯酶还原,第四节 污染物质的生物转化,3、水解反应,（1）羧酸酯酶使脂肪族酯水解,（2）芳香酯酶使芳香族酯水解,（3）磷酯酶使磷酸酯水解,4、若干重要结合反应类型,第四节 污染物质的生物转化,六、有毒有机污染物质的微生物降解,(Microbial Degradation of Toxic Organic),1、烃类,以有氧氧化占绝对优势,（1）正烷烃,C数1：主要是末端氧化（即羟基化），次末端和双端,氧化是次要的。,正烷烃 醇 醛 脂肪酸 TCA CO2+H2O,甲烷：CH4 CH3OH HCHO HCOOH CO2+H2O,第四节 污染物质的生物转化,（2）稀烃,a 饱和末端氧化：经与正烷烃（C1）相同途径，形成不饱和脂肪酸,b 不饱和端：双键环氧化，开环 二醇 脂肪酸,（3）苯及其衍生物,第一步：双醇中间产物儿茶酚,第二步：形成有机酸,第三步：进入TCA 循环形成二氧化碳和水,第四节 污染物质的生物转化,小结,：,烃类降解的难易顺序（从易到难）,a 稀烃 烷烃 芳烃 多环芳烃 脂环烃,b 正构烷烃 异构烷烃,c 直链烷烃 支链烷烃,d 烷基苯 多环化合物 苯,第四节 污染物质的生物转化,2、农药,（1）除草剂：苯氧乙酸类 以 2，4-D 乙脂为例,（2）杀虫剂 对硫磷,DDT,第五节 污染物质的毒性,(Toxicity of Pollutant),一、毒物 (Toxicant),毒物是进入生物机体后能使体液和组织发生生物化学的变化，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。,毒物与非毒物之间并不存在绝对的界限。,第五节 污染物质的毒性,二、毒物的毒性(,Toxicity of Toxicant),影响毒物毒性的因素：,毒物的化学结构及理化性质,毒物所处的基体因素,机体暴露于毒物的状况,生物因素,生物所处的环境,第五节 污染物质的毒性,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：,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,。,第五节 污染物质的毒性,毒作用的分类,(Classification of Toxic action),：,急性,(Acute),慢性,(Chronic),亚急（或亚慢）,(Sub-acute),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，medi