第五章生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)過程及毒性.doc

第五章 生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)過程及毒性本章重點(diǎn)：1、 污染物的生物富集、放大和積累2、 耗氧和有毒有機(jī)物的微生物降解3、 元素的微生物轉(zhuǎn)化4、 微生物對(duì)污染物的轉(zhuǎn)化速率5、 毒物的毒性、聯(lián)合作用、致突變、致癌及抑制酶活性等作用第一節(jié) 物質(zhì)通過生物膜的方式一、生物膜的結(jié)構(gòu)：1、生物膜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。2、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3、膜孔：帶極性，含水的微小孔道二、物質(zhì)通過生物膜的方式（共5種）：1、膜孔濾過 動(dòng)力：膜兩側(cè)靜水壓及滲透壓限制條件：直徑小于膜孔的水溶性物質(zhì)2、被動(dòng)擴(kuò)散 脂溶性物質(zhì)順濃度梯度（高 低）擴(kuò)散通過生物膜。3、被動(dòng)易化擴(kuò)散：有些物質(zhì)可在高濃度側(cè)與膜上特異性蛋白質(zhì)載體結(jié)合，通過生物膜，至低濃度側(cè)解離出原物質(zhì)。該過程受載體及其數(shù)量制約，呈現(xiàn)特異性選擇4、主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)：與被動(dòng)易化擴(kuò)散相反特征：消耗代謝能量，具有特異性選擇5、胞吞和胞飲：物質(zhì)與膜上特定蛋白質(zhì)有特殊親和力，當(dāng)其與膜接觸后，膜的表面張力改變，引起膜外包或內(nèi)陷進(jìn)入膜內(nèi)。固體 胞吞 液體 胞飲小結(jié)：物質(zhì)以何種方式通過生物膜，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)散方式通過生物膜第二節(jié) 污染物質(zhì)在機(jī)體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn) 吸收 轉(zhuǎn)污染物質(zhì)在機(jī)體內(nèi) 分布 運(yùn)的運(yùn)動(dòng)過程 排泄 消生物轉(zhuǎn)化 除小結(jié)：毒物吸收、分布、排泄、蓄積圖解 呼 吸 攝 吸皮膚胃和腸道肺和肺泡 出 入 入 收 肝膽汁血液和淋巴系統(tǒng)骨 脂肪毒物儲(chǔ)存腎和膀胱 尿第三節(jié) 污染物質(zhì)的生物富集、放大和積累一、 生物富集生物富集：生物通過非吞食方式從周圍環(huán)境蓄積某種元素或難降解的物質(zhì)，使其在機(jī)體內(nèi)濃度超過周圍環(huán)境中的濃度。生物濃縮系數(shù) BCF= Cb/Ce影響B(tài)CF的因素：物質(zhì)性質(zhì)、生物特性、環(huán)境因素富集速率的計(jì)算： BCF = Cf/Cw=Ka/Ke說明在一定條件下生物濃縮系數(shù)有一閾值，此時(shí)水生生物富集達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。二、生物放大生物放大：在同一食物鏈上的高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物，通過吞食低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物蓄積某種元素或難降解物質(zhì)，使其在機(jī)體內(nèi)的濃度隨營(yíng)養(yǎng)級(jí)數(shù)提高而增大。生物放大并不是在所有條件下都能發(fā)生。三、生物積累生物積累：生物從周圍環(huán)境蓄積某種元素或難降解的物質(zhì)，使其在機(jī)體內(nèi)濃度超過周圍環(huán)境中的濃度。注意與生物富集的區(qū)別多了食物鏈這一獲取污染物的渠道表達(dá)：BCF積累速率： Ci = Cwi + Ci 即：積累濃度 = 水中攝取濃度 + 食物鏈傳遞的濃度反映的是在生物積累達(dá)到平衡時(shí)，生物富集和生物放大在生物積累達(dá)到平衡時(shí)的貢獻(xiàn)大小。第四節(jié) 污染物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化污染物質(zhì)在環(huán)境中的三大轉(zhuǎn)化途徑：化學(xué)轉(zhuǎn)化、光化學(xué)轉(zhuǎn)化、生物轉(zhuǎn)化生物轉(zhuǎn)化（或代謝）：物質(zhì)在生物作用下經(jīng)受的化學(xué)變化。一、生物轉(zhuǎn)化中的酶1、酶：是一類由細(xì)胞制造和分泌的、以蛋白質(zhì)為主要成分的、具有催化活性的生物催化劑。底物（或基質(zhì)）：在酶催化下發(fā)生轉(zhuǎn)化的物質(zhì)。酶促反應(yīng)：底物所發(fā)生的轉(zhuǎn)化。2、酶催化的特點(diǎn)：專一性高 效率高 外界條件溫和3、酶的分類根據(jù)催化作用的場(chǎng)所：胞外酶和胞內(nèi)酶氧化還原酶轉(zhuǎn)移酶根據(jù)催化反應(yīng)類型 水解酶裂解酶異構(gòu)酶合成酶根據(jù)成分：?jiǎn)纬煞置负碗p成分酶二、若干種重要輔酶1、FMN和FAD 黃素單核苷酸和黃素腺嘌呤二核苷酸2、NAD+和NADP+ 輔酶I和輔酶3、輔酶Q（泛醌）：簡(jiǎn)寫CoQ4、細(xì)胞色素酶系的輔酶5、輔酶A：簡(jiǎn)寫CoASH， 三、生物氧化中的氫傳遞過程生物氧化主要是去氫氧化1、有氧氧化中以分子氧為直接受氫體的遞氫過程2、有氧氧化中分子氧為間接受氫體的遞氫過程3、無氧氧化中有機(jī)底物轉(zhuǎn)化中間產(chǎn)物作氫受體的遞氫過程4、無氧氧化中某些無機(jī)含氧化合物作受氫體的遞氫過程四、耗氧有機(jī)污染物質(zhì)的微生物降解生物降解：有機(jī)物質(zhì)通過生物氧化及其他的生物轉(zhuǎn)化，變成更小更簡(jiǎn)單的分子。如果有機(jī)物質(zhì)降解成二氧化碳、水等簡(jiǎn)單無機(jī)化合物，為徹底降解；否則，為不徹底降解。耗氧有機(jī)污染物：是生物殘?bào)w、排放廢水和廢棄物中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)等較易生物降解的有機(jī)物質(zhì)。1、糖類的微生物降解降解過程： TCA循環(huán)，生成二氧化碳和水 （有氧）多糖 單糖 丙酮酸 有機(jī)酸、二氧化碳、醇 （無氧）2、脂肪的微生物降解 （1）脂肪水解成脂肪酸和甘油 （2）甘油轉(zhuǎn)化成丙酮酸 （3）脂肪酸的轉(zhuǎn)化： 有氧條件下，經(jīng)-氧化，最后進(jìn)入TCA循環(huán)無氧條件下，轉(zhuǎn)化成為有機(jī)酸、醇、二氧化碳3、蛋白質(zhì)的微生物降解蛋白質(zhì) 氨基酸 脂肪酸4、甲烷發(fā)酵五、有毒有機(jī)污染物生物轉(zhuǎn)化類型1、氧化反應(yīng) （1）混合功能氧化酶加氧氧化C=C 環(huán)氧化C羥基化氧脫烴硫脫烴、硫氧化及脫硫N脫烴、氮氧化及脫氮 （2）脫氫酶脫氫氧化醇氧化成醛醇氧化成酮醛氧化成羧酸 （3）氧化酶氧化 2、還原反應(yīng) （1）可逆脫氫酶加氫還原（2）硝基還原酶還原（3）偶氮還原酶還原（4）還原脫氯酶還原3、水解反應(yīng) （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、若干重要結(jié)合反應(yīng)類型六、有毒有機(jī)污染物質(zhì)的微生物降解1、烴類以有氧氧化占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)（1）正烷烴C原子數(shù)1：主要是末端氧化（即羥基化），次末端和雙端氧化是次要的。正烷烴 醇 醛 脂肪酸 TCA CO2 + H2O甲烷：CH4 CH3OH HCHO HCOOH CO2 + H2O （2）稀烴a 飽和末端氧化，經(jīng)與正烷烴（C1）相同途徑，形成不飽和脂肪酸b 不飽和端 雙鍵環(huán)氧化，開環(huán) 二醇 脂肪酸（3）苯及其衍生物第一步：雙醇中間產(chǎn)物兒茶酚第二步：形成有機(jī)酸第三步：進(jìn)入TCA 循環(huán)形成二氧化碳和水。小結(jié)：烴類降解的難易順序（從易到難）a 稀烴 烷烴 芳烴 多環(huán)芳烴 脂環(huán)烴b 正構(gòu)烷烴 異構(gòu)烷烴c 直鏈烷烴 支鏈烷烴d 烷基苯 多環(huán)化合物 苯2、農(nóng)藥（1）除草劑：苯氧乙酸類 以 2，4-D 乙脂為例 （2）殺蟲劑 對(duì)硫磷DDT七、氮及硫的微生物轉(zhuǎn)化、氮的微生物轉(zhuǎn)化氮的主要形態(tài)：（1）分子氮 （2）有機(jī)氮化合物 （3）銨鹽、硝酸鹽等無機(jī)氮化合物相互轉(zhuǎn)化作用種類：同化：綠色植物和微生物吸收硝態(tài)氮和銨態(tài)氮，組成機(jī)體中蛋白質(zhì)、核酸等含氮有機(jī)物質(zhì)的過程。氨化：生物殘?bào)w中的有機(jī)氮化合物，經(jīng)微生物分解成氨態(tài)氮的過程。硝化：氨在有氧條件下通過微生物作用,氧化成硝酸鹽的過程。反硝化：硝酸鹽在通氣不良條件下，通過微生物作用而還原的過程。固氮：通過微生物的作用把分子氮轉(zhuǎn)化為氨的過程。、硫的微生物轉(zhuǎn)化硫在環(huán)境中的形態(tài)：?jiǎn)钨|(zhì)硫、無機(jī)硫、有機(jī)硫（）有機(jī)硫的微生物降解（）硫化：硫化氫、單質(zhì)硫等在微生物作用下氧化生成硫酸。（）反硫化：硫酸鹽、亞硫酸鹽等在微生物作用下還原生成硫化氫。八、重金屬元素的微生物轉(zhuǎn)化、Hg（1）在環(huán)境中的形態(tài)：金屬汞、無機(jī)汞化合物、有機(jī)汞化合物（2）毒性：有機(jī)汞 金屬汞 無機(jī)汞（3）汞的生物甲基化：在好氧或厭氧條件下,水體底質(zhì)中某些微生物能使二價(jià)無機(jī)汞鹽轉(zhuǎn)變?yōu)榧谆投谆倪^程。涉及的輔酶: 甲基鈷氨素(甲基維生素B12)甲基化途徑的圖解（4）還原作用 (生物去甲基化)2、As （1）存在形態(tài)：無機(jī)砷、有機(jī)砷（2）毒性：As2O3CH3AsO(OH)2 (CH3)2AsO(OH)(CH3)AsO (CH3)3As+CH2COO-（高毒） （毒） （毒） （無毒） （無毒） （3）砷的微生物甲基化 （4）去甲基作用 （5）三價(jià)與五價(jià)之間的轉(zhuǎn)化九、污染物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化速率1、酶促反應(yīng)的速率（1）米氏方程：v=vmaxS/(Km+S)（2）影響酶促反應(yīng)速率的因素pH 最適pH：酶反應(yīng)速率最大時(shí)的pH值。溫度 最適溫度抑制劑：可逆抑制劑和不可逆抑制劑2、微生物反應(yīng)的速率（1）微生物反應(yīng)的速率方程：-dc/dt=kcn c污染物質(zhì)濃度 k微生物反應(yīng)速率常數(shù) n反應(yīng)級(jí)數(shù) 通常，1 n 0（2）影響反映速率的因素 鏈長(zhǎng)規(guī)律化學(xué)結(jié)構(gòu) 鏈分支規(guī)律 取代規(guī)律微生物體內(nèi)的酶共代謝環(huán)境條件溫度酸度養(yǎng)分溶解氧第五節(jié) 污染物質(zhì)的毒性一、毒物1、毒物：是進(jìn)入生物機(jī)體后使體液和組織發(fā)生生物化學(xué)的變化，干擾或破壞機(jī)體的正常生理功能，并引起暫時(shí)性或持久性的病理損害，甚至危及生命的物質(zhì)。2、毒物的相對(duì)性：毒物與非毒物之間并不存在絕對(duì)的界限。3、毒物的分類二、毒物的毒性1、影響毒性的因素2、毒物的劑量毒作用的分類：急性、亞急（或亞慢）、慢性半數(shù)有效劑量（ED50，median effective dose） 毒物引起一群受試生物的半數(shù)半數(shù)有效濃度（EC50，median effective concentration） 產(chǎn)生同一毒作用所需的劑量和濃度半數(shù)致死劑量（LD50，median lethal dose） 以死亡率作為半數(shù)致死濃度（ LC50 ，median lethal concentration） 觀察指標(biāo)閾劑量（濃度）：是指在長(zhǎng)期暴露毒物下，會(huì)引起機(jī)體受損害的最低劑量（濃度）。最高允許劑量（濃度）：是指長(zhǎng)期暴露在毒物下，不引起機(jī)體受損害的最高劑量（濃度）。三、毒物的聯(lián)合作用 兩種或兩種以上的毒物，同時(shí)作用于機(jī)體所產(chǎn)生的綜合毒性稱為毒物的聯(lián)合作用。協(xié)同作用 M M1+M2相加作用 M=M1+M2獨(dú)立作用 M=M1+M2(1-M1)拮抗作用 M M1+M2四、毒作用的過程1、吸收 分布 代謝轉(zhuǎn)化 排泄2、原發(fā)反應(yīng)，使受體改性，引起生化效應(yīng)3、病理生理的繼發(fā)反應(yīng)，出現(xiàn)致毒癥狀五、毒作用的生物化學(xué)機(jī)制1、酶活性的抑制有機(jī)化合物與酶共價(jià)結(jié)合重金屬離子與含巰基的酶結(jié)合某些金屬取代金屬酶中的不同金屬2、