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关于污染物对生物的影响第一页，本课件共有87页2 第一节第一节 污染物在生化和分子水平上的影响污染物在生化和分子水平上的影响一、对蛋白酶的影响一、对蛋白酶的影响 有蛋白酶的诱导合成和对酶活性的调节两方面。有蛋白酶的诱导合成和对酶活性的调节两方面。（一）（一）酶的诱导合成酶的诱导合成 研究表明，一些有机亲脂性化合物，如一些杀虫剂和多环芳烃，研究表明，一些有机亲脂性化合物，如一些杀虫剂和多环芳烃，能增加酶的合成速度能增加酶的合成速度,此外，还可降低酶蛋白的分解，而增加酶蛋此外，还可降低酶蛋白的分解，而增加酶蛋白的数量。白的数量。污染物可影响生物有机体蛋白酶的数量，可在污染物可影响生物有机体蛋白酶的数量，可在DNA转录转录和和mRNA的翻译水平的翻译水平上起作用。对酶合成的诱导和阻遏而影响上起作用。对酶合成的诱导和阻遏而影响酶的数量。酶的数量。第二页，本课件共有87页3依据：依据：（1）在污染物诱导过程中，细胞内质网增生，微粒体蛋白）在污染物诱导过程中，细胞内质网增生，微粒体蛋白含量增加，含量增加，RNA和磷脂含量增加。和磷脂含量增加。（2）加入放线菌素）加入放线菌素D（蛋白质合成抑制剂）污染物对蛋白合（蛋白质合成抑制剂）污染物对蛋白合成的诱导作用消失。成的诱导作用消失。（3）施喂）施喂C14-Aa，微粒体蛋白质合成速度增加。，微粒体蛋白质合成速度增加。第三页，本课件共有87页4例例1：促进逆境蛋白（：促进逆境蛋白（Stress protein）的合成）的合成 在病原菌、化学物质，以及干旱、低温等不良条件作用在病原菌、化学物质，以及干旱、低温等不良条件作用下，生物有机体可诱导产生一系列新的蛋白质，称下，生物有机体可诱导产生一系列新的蛋白质，称逆境或应逆境或应激蛋白激蛋白。如病原相关蛋白、热休克蛋白、干旱逆境蛋白等。如病原相关蛋白、热休克蛋白、干旱逆境蛋白等。研究表明，亚砷酸、百草枯等农药可诱导相关的应激蛋白，起研究表明，亚砷酸、百草枯等农药可诱导相关的应激蛋白，起保护作用。保护作用。第四页，本课件共有87页5 例例2：促进金属硫蛋白（促进金属硫蛋白（Metallothionein）的合成）的合成 金属硫蛋白是一种位于细胞质内的低分子蛋白，约含金属硫蛋白是一种位于细胞质内的低分子蛋白，约含30%的半胱氨酸，的半胱氨酸，Mr为为67千，对热稳定，金属含量高。这种蛋千，对热稳定，金属含量高。这种蛋白广泛存在于原生动物、真菌、动植物中。白广泛存在于原生动物、真菌、动植物中。金属硫蛋白对二价金属离子有极高的亲和力，在细胞内起贮藏金属硫蛋白对二价金属离子有极高的亲和力，在细胞内起贮藏必需的微量金属如必需的微量金属如Zn和和Cu，还可结合有毒的，还可结合有毒的Cd和和Hg，保护细胞，保护细胞免受重金属的毒害。免受重金属的毒害。第五页，本课件共有87页6（二）酶活性的调节（二）酶活性的调节 有激活作用和对酶活性的抑制作用有激活作用和对酶活性的抑制作用2个方面。个方面。1、促进的酶活性、促进的酶活性 研究表明，参与研究表明，参与相相I和相和相II反应酶的活性受许多污染物的诱反应酶的活性受许多污染物的诱导。此外，混合功能氧化酶系统、谷胱甘肽转移酶、尿二磷酸导。此外，混合功能氧化酶系统、谷胱甘肽转移酶、尿二磷酸葡萄糖苷转移酶和抗氧化防御系统酶系如葡萄糖苷转移酶和抗氧化防御系统酶系如SOD、CAT和和POD等等酶的活性，也受污染物的促进。酶的活性，也受污染物的促进。第六页，本课件共有87页7（1）混合功能氧化酶系统（）混合功能氧化酶系统（MFO）调节）调节 1）组成和定位）组成和定位 定位：定位：MFO存在于细胞内质网上，肝脏活性较高。存在于细胞内质网上，肝脏活性较高。组成：组成：CytP450，NADPH-CytP450还原酶（或还原酶（或NADH-Cytb5还原还原酶）和磷脂。其中：酶）和磷脂。其中：CytP450由多基因编码，各物种不同，决定酶的形式，如由多基因编码，各物种不同，决定酶的形式，如P450E型，型，P450LM4型等，其与催化底物直接相连。型等，其与催化底物直接相连。NADPH-CytP450还原酶（或还原酶（或NADH-Cytb5还原酶）具催化功能，还原酶）具催化功能，但不同物种有不同酶形式，如但不同物种有不同酶形式，如7-乙氧基异吩噁唑乙氧基异吩噁唑-O-脱乙基酶脱乙基酶（ECOD）、芳烃羟化酶（）、芳烃羟化酶（AHH）等。）等。第七页，本课件共有87页8 2）混合功能氧化酶系统生理作用）混合功能氧化酶系统生理作用 其可参与体内的胆固醇、胆汁酸、激素、维生素其可参与体内的胆固醇、胆汁酸、激素、维生素D的生物的生物合成和代谢。合成和代谢。许多外源性化合物，许多外源性化合物，如多环芳烃和药物，都可经该酶系统代谢，如多环芳烃和药物，都可经该酶系统代谢，形成极性大的产物而易从体内排出。形成极性大的产物而易从体内排出。但注意有些污染物经此酶系统代谢后，会形成高毒的致癌物。但注意有些污染物经此酶系统代谢后，会形成高毒的致癌物。第八页，本课件共有87页93）混合功能氧化酶系统活性诱导）混合功能氧化酶系统活性诱导 3类污染物：类污染物：1）药物诱导剂，主要是苯巴比妥型，包括许多）药物诱导剂，主要是苯巴比妥型，包括许多药物、杀虫子剂等。药物、杀虫子剂等。2）致癌物诱导剂，包括苯并芘等多种多环）致癌物诱导剂，包括苯并芘等多种多环芳烃类。芳烃类。3）甾族诱导剂，如螺王内酯等。都可诱导混合功能氧）甾族诱导剂，如螺王内酯等。都可诱导混合功能氧化酶系统的活性。化酶系统的活性。这些污染物质还可在这些污染物质还可在DNA转录水平、转录水平、mRNA 翻译水平促进混翻译水平促进混合功能氧化酶的合成，增加数量。合功能氧化酶的合成，增加数量。第九页，本课件共有87页10（2）抗氧化防御系统酶抗氧化防御系统酶 活性氧活性氧（active oxygen）:指化学性质活泼，氧化能力很强的含氧指化学性质活泼，氧化能力很强的含氧物质的总称。生物体内活性氧主要有超氧自由基（物质的总称。生物体内活性氧主要有超氧自由基（O2.-）、单线态）、单线态氧（氧（1O2）、羟自由基（）、羟自由基（.OH）和）和H2O2等。等。自由基又称游离基自由基又称游离基（Free Radical）：是指带有未配对电子的原子、）：是指带有未配对电子的原子、离子、分子、基团和化合物等。它们的共同特点是带有不成对的电离子、分子、基团和化合物等。它们的共同特点是带有不成对的电子。生物体自身代谢产生的一类自由基就称为子。生物体自身代谢产生的一类自由基就称为生物自由基生物自由基。第十页，本课件共有87页11 正常情况下，正常情况下，ROS的产生和清除在动态平衡之中，的产生和清除在动态平衡之中，ROS的积累，的积累，对正常的生理代谢有破坏作用。对正常的生理代谢有破坏作用。在长期进化中，生物有机体完善在长期进化中，生物有机体完善了防御过氧化损伤的系统。了防御过氧化损伤的系统。非酶系统非酶系统：GSH、VtC、VtE和和-胡萝卜素等胡萝卜素等.酶学系统酶学系统：超氧物岐化酶（：超氧物岐化酶（SOD）、过氧化物酶（）、过氧化物酶（POD）、）、过氧化氢酶（过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）、谷胱甘肽）、谷胱甘肽还原酶（还原酶（GR）以及抗坏血酸过氧化物酶（）以及抗坏血酸过氧化物酶（APX）等。）等。第十一页，本课件共有87页12谷胱甘肽（谷胱甘肽（GSH，三肽）分子结构，三肽）分子结构第十二页，本课件共有87页131）超氧物岐化酶（）超氧物岐化酶（SOD）反应机理是：与酶相连的金属反应机理是：与酶相连的金属Cu2+交替地氧化或还原，催化快交替地氧化或还原，催化快速的岐化反应，迅速地将有毒的速的岐化反应，迅速地将有毒的O2.-转化为分子氧。转化为分子氧。第十三页，本课件共有87页14SOD种类种类 SOD广泛分布于生命有机体中。无论从低等到高等生物，从广泛分布于生命有机体中。无论从低等到高等生物，从细菌到真菌，从藻类到高等植物，仍至人类都有细菌到真菌，从藻类到高等植物，仍至人类都有SOD的存在。的存在。三种类型的三种类型的SOD：I）Cu/Zn SOD:主要存在于真核细胞的细胞主要存在于真核细胞的细胞质中，如高等植物、动物、人细胞质中质中，如高等植物、动物、人细胞质中。II）Mn-SOD：存在于：存在于真核细胞的线粒体、细菌中。真核细胞的线粒体、细菌中。III）Fe-SOD：只存在于原核细胞中，：只存在于原核细胞中，如海藻中的螺旋藻。如海藻中的螺旋藻。第十四页，本课件共有87页15 SOD活性的诱导活性的诱导:许多化学污染物能诱导许多化学污染物能诱导SOD的活性的活性 I）大气污染物如）大气污染物如O3。II）H2O2和有机超氧化物等直接作用氧化物。和有机超氧化物等直接作用氧化物。III）多环芳烃等氧化还原循环化合物。如在酸性条件下或在）多环芳烃等氧化还原循环化合物。如在酸性条件下或在Al胁迫下，植物菌根的胁迫下，植物菌根的SOD活性会增加。活性会增加。（2）CAT和和POD第十五页，本课件共有87页162）CAT和和POD催化反应催化反应 在在SOD作用下，作用下，O2.-岐化而形成岐化而形成H2O2，在生物体内，在，在生物体内，在有有Fe2+等过渡金属离子存在下，等过渡金属离子存在下，H2O2可与可与O2.-通过通过Harber-Weiss反应生成氧化能力更强的反应生成氧化能力更强的.OH，.OH会直接攻击细胞膜脂的不饱和会直接攻击细胞膜脂的不饱和脂肪酸，引起过氧化作用。脂肪酸，引起过氧化作用。过氧化氢酶过氧化氢酶:能有效地清除生物体内的能有效地清除生物体内的H2O2对细胞氧化作用，对细胞氧化作用，可保护细胞免受可保护细胞免受.OH毒害作用毒害作用。第十六页，本课件共有87页17 过氧化物酶过氧化物酶:也能清除植物体内的也能清除植物体内的H2O2。POD通过催化通过催化H2O2氧化其它底物而消耗氧化其它底物而消耗H2O2。细胞内有多种形式的过氧化物。细胞内有多种形式的过氧化物酶如：酶如：IAA过氧化物酶、抗坏血酸过氧化物酶和过氧化物酶、抗坏血酸过氧化物酶和GSH过氧化过氧化物酶等。活性诱导物酶等。活性诱导:在植物暴露于百草枯的细胞组织中，在植物暴露于百草枯的细胞组织中，CAT活性也明显升高；活性也明显升高；当暴露于当暴露于SO2、O3和和NO2等大气污染物下时，植物体内的等大气污染物下时，植物体内的GSH过过氧化物酶活性显著增加。氧化物酶活性显著增加。第十七页，本课件共有87页183）抗坏血酸过氧化物酶）抗坏血酸过氧化物酶(APX，Ascorbate peroxidase)APX存在于细胞质、叶绿体的类囊体中。存在于细胞质、叶绿体的类囊体中。APX对对H2O2的的Km值较低，对值较低，对H2O2的亲和力高。的亲和力高。其与脱氢抗坏血酸还原酶（其与脱氢抗坏血酸还原酶（DHAR）和谷胱甘肽还原酶）和谷胱甘肽还原酶（GR）一起进行叶绿体内的）一起进行叶绿体内的ASA-GSH循环，清除循环，清除H2O2。第十八页，本课件共有87页192、抑制酶活性、抑制酶活性（1）酶活性抑制机理）酶活性抑制机理 1）不可逆性抑制）不可逆性抑制:污染物与酶蛋白活性中心功能基团不可逆污染物与酶蛋白活性中心功能基团不可逆的结合而引起。有机磷抑制胆碱酯酶活性的机理的结合而引起。有机磷抑制胆碱酯酶活性的机理:有机磷农药分子中的带负电的磷原子易与胆碱酯酶活性中心的有机磷农药分子中的带负电的磷原子易与胆碱酯酶活性中心的Ser残基的羧基结合，形成磷酰化胆碱酯酶，结合相当稳定；另外，残基的羧基结合，形成磷酰化胆碱酯酶，结合相当稳定；另外，有机磷农药分子中带正电荷的部分可与胆碱酯酶的带负电部分有机磷农药分子中带正电荷的部分可与胆碱酯酶的带负电部分-氨氨基酸残基侧链羧基结合，因而使酶失去分解乙酰胆碱的作用。基酸残基侧链羧基结合，因而使酶失去分解乙酰胆碱的作用。第十九页，本课件共有87页20 乙酰胆碱酯酶（乙酰胆碱酯酶（acetylcholinesterase）作用）作用：乙酰胆碱酯酶主要存在于乙酰胆碱酯酶主要存在于神经末梢突触间隙神经末梢突触间隙，也存在于，也存在于神经元内和红细胞中。神经元内和红细胞中。乙酰胆碱是一种神经介质。当神经末梢受刺激时，释放乙酰胆碱是一种神经介质。当神经末梢受刺激时，释放乙酰胆碱，与胆碱受体结合，发挥神经乙酰胆碱，与胆碱受体结合，发挥神经-肌肉的兴奋传递作肌肉的兴奋传递作用。随后，乙酰胆碱即被胆碱酯酶水解而失去作用。用。随后，乙酰胆碱即被胆碱酯酶水解而失去作用。如果胆碱酯酶的作用被抑制，就会发生乙酰胆碱过剩而集聚如果胆碱酯酶的作用被抑制，就会发生乙酰胆碱过剩而集聚现象，引起胆碱能现象，引起胆碱能神经过度兴奋神经过度兴奋、类似有机磷中毒的表现。、类似有机磷中毒的表现。第二十页，本课件共有87页212）竞争性抑制）竞争性抑制 若污染物与酶作用底物有相似的分子结构，和酶活性中心若污染物与酶作用底物有相似的分子结构，和酶活性中心的结合部位相同，则会产生竞争性抑制。的结合部位相同，则会产生竞争性抑制。作用特点：底物浓度增加可减弱污染物对酶活性的抑制作用。作用特点：底物浓度增加可减弱污染物对酶活性的抑制作用。如：氨基喋呤是合成氨基酸的竞争性抑制剂，而如：氨基喋呤是合成氨基酸的竞争性抑制剂，而5-氟尿氟尿嘧啶和嘧啶和6-巯基嘌呤是合成嘧啶和嘌呤的竞争性抑制剂。巯基嘌呤是合成嘧啶和嘌呤的竞争性抑制剂。第二十一页，本课件共有87页223）非竞争性抑制）非竞争性抑制 污染物与酶分子的结合位置与底物的结合位置不同，因而增加底污染物与酶分子的结合位置与底物的结合位置不同，因而增加底物浓度不能逆转污染物对酶活性的抑制作用。物浓度不能逆转污染物对酶活性的抑制作用。最常见的非竞争性抑制是某些污染物与酶分子中的半胱氨酸最常见的非竞争性抑制是某些污染物与酶分子中的半胱氨酸残基的巯基的可逆性结合，引起酶构象的改变。残基的巯基的可逆性结合，引起酶构象的改变。此外，此外，CO、氰化物、叠氮化钠与、氰化物、叠氮化钠与Cytaa3氧化酶分子中的铁氧化酶分子中的铁结合，而阻止呼吸电子传递，也是一种非竞争性抑制。结合，而阻止呼吸电子传递，也是一种非竞争性抑制。第二十二页，本课件共有87页23 4）经降低或减少辅酶或辅基的合成，抑制酶活性）经降低或减少辅酶或辅基的合成，抑制酶活性 许多酶的活性依赖许多酶的活性依赖 辅酶或辅基的合成。如丙酮酸脱氢酶、辅酶或辅基的合成。如丙酮酸脱氢酶、-酮戊酮戊二酸脱氢酶、乙醇脱氢酶、乳酸脱氢酶需二酸脱氢酶、乙醇脱氢酶、乳酸脱氢酶需NAD+；葡萄糖；葡萄糖-6-磷酸脱磷酸脱氢酶，氢酶，6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶需磷酸葡萄糖酸脱氢酶需NADP+；琥珀酸脱氢酶需；琥珀酸脱氢酶需FAD。研究证实，研究证实，Pb可减少体内可减少体内NAD和和NADP合成；砷和有机锡合成；砷和有机锡可与硫辛酸结合，使可与硫辛酸结合，使-酮戊二酸氧化脱羧反应受阻。酮戊二酸氧化脱羧反应受阻。第二十三页，本课件共有87页245）一些金属离子是许多酶的辅基或激活剂）一些金属离子是许多酶的辅基或激活剂，污染物与这些，污染物与这些金属离子结合，从而抑制酶的活性。金属离子结合，从而抑制酶的活性。RUBPCase、烯醇化酶活性需、烯醇化酶活性需Mg2+激活；激活；Ca2+可激活丙酮酸脱可激活丙酮酸脱氢酶活性；氢酶活性；PEP羧激酶需羧激酶需Mn2+和和Mg2+；IAA氧化酶分子中有氧化酶分子中有Mn2+。氟化物能与氟化物能与Mg2+形成复合物，使受形成复合物，使受Mg2+激活的烯醇化酶受激活的烯醇化酶受抑制；再例抑制；再例CS2代谢生代谢生 成二乙基二硫代氨甲酸，能结合成二乙基二硫代氨甲酸，能结合Cu离离子，而抑制多巴胺子，而抑制多巴胺-羟化酶活性，干扰肾上腺素的合成。羟化酶活性，干扰肾上腺素的合成。第二十四页，本课件共有87页25 肾上腺素肾上腺素 肾上腺素的一般使心脏收缩力上升，心脏、肝、和筋骨的血肾上腺素的一般使心脏收缩力上升，心脏、肝、和筋骨的血管扩张，皮肤、粘膜的血管收缩，是拯救濒死的人或动物的必管扩张，皮肤、粘膜的血管收缩，是拯救濒死的人或动物的必备品。备品。由人体肾上腺释放。当人经历某些刺激（例如兴奋，恐惧，紧由人体肾上腺释放。当人经历某些刺激（例如兴奋，恐惧，紧张等）分泌出这种化学物质，能让人呼吸加快，心跳与血液流动张等）分泌出这种化学物质，能让人呼吸加快，心跳与血液流动加速，瞳孔放大，为身体活动提供更多能量，使反应更加快速。加速，瞳孔放大，为身体活动提供更多能量，使反应更加快速。第二十五页，本课件共有87页26（2）常见抑制蛋白酶活性的污染物）常见抑制蛋白酶活性的污染物 1）抑制）抑制ATPase活性物质活性物质 生物有机体有多种生物有机体有多种ATPase，如，如H+-ATPase，K+-ATPase、Ca2+-ATPase 和和Na+-ATPase 等。等。发现水生生物、鸟类、哺乳类的多种组织的发现水生生物、鸟类、哺乳类的多种组织的ATPase活性受活性受污染物如有机氯农药污染物如有机氯农药DDT、多氯联苯、增塑剂、炼油废水等的、多氯联苯、增塑剂、炼油废水等的抑制。抑制。ATPase已成为评价污染的指标。已成为评价污染的指标。第二十六页，本课件共有87页272）抑制乙酰胆碱酯酶（）抑制乙酰胆碱酯酶（AchE）物质）物质 有机磷农药和氨基甲酸酯农药对高等和低等动物的有机磷农药和氨基甲酸酯农药对高等和低等动物的AchE都有明显的抑制作用，而导致神经功能的破坏。都有明显的抑制作用，而导致神经功能的破坏。AchE活性的抑制可改变水生生物的呼吸、游泳能力、活性的抑制可改变水生生物的呼吸、游泳能力、摄食能力和社会关系，改变鸟类的行为、内分泌功能和繁摄食能力和社会关系，改变鸟类的行为、内分泌功能和繁殖等，导致无脊椎动物的死亡和种群的变化。殖等，导致无脊椎动物的死亡和种群的变化。第二十七页，本课件共有87页283）抑制蛋白磷酸化酶物质）抑制蛋白磷酸化酶物质 蛋白磷酸化酶催化蛋白酶的脱磷酸化作用，而蛋白蛋白磷酸化酶催化蛋白酶的脱磷酸化作用，而蛋白酶的磷酸化受蛋白激酶的催化。已知蛋白质的磷酸化和酶的磷酸化受蛋白激酶的催化。已知蛋白质的磷酸化和去磷酸起信号传递作用，控制着动、植物的生长发育。去磷酸起信号传递作用，控制着动、植物的生长发育。多种化学物质可抑制蛋白磷酸化酶的活性。如微囊多种化学物质可抑制蛋白磷酸化酶的活性。如微囊藻毒素、豆蔻酸乙酸大戟二萜酯藻毒素、豆蔻酸乙酸大戟二萜酯（TPA，促癌物）都可，促癌物）都可抑制蛋白磷酸化酶的活性，而激活蛋白酶抑制蛋白磷酸化酶的活性，而激活蛋白酶C和抑制蛋白和抑制蛋白磷酸化酶的活性可促进肿瘤的形成。磷酸化酶的活性可促进肿瘤的形成。第二十八页，本课件共有87页29二、对生物大分子结构的影响二、对生物大分子结构的影响（一）蛋白质结构的化学损伤（一）蛋白质结构的化学损伤 蛋白质中有许多氨基酸带有活性基团，如蛋白质中有许多氨基酸带有活性基团，如-OH、-NH2、胍基、巯基等，是维持蛋白质构型和酶催化活性、胍基、巯基等，是维持蛋白质构型和酶催化活性所必需的。所必需的。许多污染物及其代谢产物易与这些基团反应，而许多污染物及其代谢产物易与这些基团反应，而破坏蛋白质的结构，造成组织和器官功能的丧失。破坏蛋白质的结构，造成组织和器官功能的丧失。第二十九页，本课件共有87页30常见有：常见有：1）细胞膜结构及通透性发生改变；）细胞膜结构及通透性发生改变；2）亚细胞结构亚细胞结构和功能损伤；和功能损伤；3）影响）影响酶的催化功能酶的催化功能，进而引起代谢异常和障碍；，进而引起代谢异常和障碍；4）引起机体特殊的免疫反应；）引起机体特殊的免疫反应；5）导致遗传毒性和引起机体繁殖功能障碍等。）导致遗传毒性和引起机体繁殖功能障碍等。第三十页，本课件共有87页31第三十一页，本课件共有87页32（二）（二）DNA结构的化学损伤结构的化学损伤 由于由于DNA分子中的碱基、糖和磷酸易受化合物的攻击，形成共分子中的碱基、糖和磷酸易受化合物的攻击，形成共价结合加合物，因而造成结构的化学损伤，基因功能的改变。价结合加合物，因而造成结构的化学损伤，基因功能的改变。DNA结构的改变主要包括碱基置换、碱基丢失、链断裂结构的改变主要包括碱基置换、碱基丢失、链断裂等。等。研究表明，污染严重的水体沉积物可导致底栖鱼类研究表明，污染严重的水体沉积物可导致底栖鱼类DNA加合物的形成，而且，加合物的形成，而且，DNA加合物的形成与鱼类肿瘤的形加合物的形成与鱼类肿瘤的形成有很好的相关性。成有很好的相关性。第三十二页，本课件共有87页33 化学物质性质不同可引起化学物质性质不同可引起DNA结构不同的变化：结构不同的变化：亲电性化合物亲电性化合物（带正电荷）主要攻击鸟嘌呤的（带正电荷）主要攻击鸟嘌呤的N7和和C8、胞、胞嘧啶的嘧啶的N3和腺嘌呤的和腺嘌呤的-NH2基；基；亲核性化合物亲核性化合物（带负电荷）主要攻击胞嘧啶、胸腺嘧啶的（带负电荷）主要攻击胞嘧啶、胸腺嘧啶的C5位；位；自由基自由基主要攻击腺嘌呤和鸟嘌呤的主要攻击腺嘌呤和鸟嘌呤的C8位和嘧啶碱基的位和嘧啶碱基的5，6位双位双链。链。第三十三页，本课件共有87页34 化学物质导致化学物质导致DNA的损伤的损伤：1)反映了作用于反映了作用于DNA的多种化合物的综合效应。的多种化合物的综合效应。2)反映了化反映了化学物质在体内的代谢、组织中的分布、生物可利用性和解毒作学物质在体内的代谢、组织中的分布、生物可利用性和解毒作用等。用等。3)还反映了有机体对还反映了有机体对DNA损伤的修复能力。损伤的修复能力。损伤的损伤的DNA可以被有机体自身修复，有多种途径修复可以被有机体自身修复，有多种途径修复DNA。在哺乳动物细胞中，发现有较为完善的在哺乳动物细胞中，发现有较为完善的DNA修复路径，分别是核修复路径，分别是核苷酸切除修复、碱基的直接插入、重组修复等。苷酸切除修复、碱基的直接插入、重组修复等。第三十四页，本课件共有87页35（1）核苷酸切除修复）核苷酸切除修复 细胞内有多种特异的细胞内有多种特异的“核酸内切酶核酸内切酶”，可识别，可识别DNA的损伤部位，的损伤部位，在其附近将在其附近将DNA单链切开，再由单链切开，再由“外切酶外切酶”将损伤链切除，由将损伤链切除，由“聚聚合酶合酶”以完整链为模板进行修复合成，最后有以完整链为模板进行修复合成，最后有“连接酶连接酶”封口。封口。若一部分若一部分DNA单链断裂，还可仅由单链断裂，还可仅由“DNA连接酶连接酶”（ligase）参与而）参与而完全修复。完全修复。第三十五页，本课件共有87页36（2）碱基的直接插入）碱基的直接插入 若若DNA链上嘌呤的脱落造成无嘌呤位点，能被链上嘌呤的脱落造成无嘌呤位点，能被“DNA嘌呤插入酶（嘌呤插入酶（insertase）”识别结合，在识别结合，在K+存在的条件下，存在的条件下，催化游离催化游离“嘌呤或脱氧嘌呤核苷嘌呤或脱氧嘌呤核苷”插入到嘌呤的脱落位点插入到嘌呤的脱落位点生成糖苷键。生成糖苷键。催化插入的碱基有高度专一性、与另一条链上的碱基严格催化插入的碱基有高度专一性、与另一条链上的碱基严格配对，使配对，使DNA完全恢复。完全恢复。第三十六页，本课件共有87页37（3）重组修复或复制后修复）重组修复或复制后修复 对于双链断裂损伤的对于双链断裂损伤的DNA，细胞必须利用双链断裂修复，细胞必须利用双链断裂修复，即重组修复。通过与姐妹染色单体正常拷贝的同源重组来恢复即重组修复。通过与姐妹染色单体正常拷贝的同源重组来恢复正确的遗传信息正确的遗传信息。人类有人类有23对染色体，其中对染色体，其中22对是常染色体，对是常染色体，1对性染色体。同对性染色体。同源染色体是指分别来自父本和母本大小、形状都相似的染色体。源染色体是指分别来自父本和母本大小、形状都相似的染色体。第三十七页，本课件共有87页38第三十八页，本课件共有87页39第三十九页，本课件共有87页40（三）脂质结构变化（三）脂质结构变化 1、脂类的结构、脂类的结构 （1）脂肪（甘油三酯）脂肪（甘油三酯）（2）磷脂）磷脂 第四十页，本课件共有87页41（3）固醇类（胆固醇、豆固醇等）固醇类（胆固醇、豆固醇等）胆固醇：是胆固醇：是环戊烷多氢菲衍生物环戊烷多氢菲衍生物。在神经组织、肝、肾、。在神经组织、肝、肾、脾和表皮组织含量高。人体的各种组织都能合成胆固醇，其中以脾和表皮组织含量高。人体的各种组织都能合成胆固醇，其中以肝和小肠作用最强。肝和小肠作用最强。第四十一页，本课件共有87页42 胆固醇胆固醇是动物组织细胞所不可缺少的重要物质，它不仅参是动物组织细胞所不可缺少的重要物质，它不仅参与形成细胞膜，而且是合成胆汁酸、维生素与形成细胞膜，而且是合成胆汁酸、维生素D以及甾体激素以及甾体激素（雄激素（雄激素-睾丸酮，雌激素）的原料。睾丸酮，雌激素）的原料。1）胆固醇经代谢形成胆酸，再与甘氨酸和牛磺酸结合，）胆固醇经代谢形成胆酸，再与甘氨酸和牛磺酸结合，转化为转化为胆汁酸胆汁酸，胆汁酸主要存在于肠、肝循环系统，在，胆汁酸主要存在于肠、肝循环系统，在脂脂肪代谢肪代谢中起着重要作用。中起着重要作用。2）胆固醇可经一系列转化形成胆固醇可经一系列转化形成肾上腺皮质激素、雌二醇、雌肾上腺皮质激素、雌二醇、雌三醇、雌酮等雌性激素和睾酮和雄酮三醇、雌酮等雌性激素和睾酮和雄酮等雄性激素。等雄性激素。第四十二页，本课件共有87页43 3）胆固醇在肠粘膜细胞中在脱氢酶作用下，形成胆固醇在肠粘膜细胞中在脱氢酶作用下，形成7-脱氢脱氢胆固醇，经紫外线照射就会转变为胆固醇，经紫外线照射就会转变为维生素维生素D3。维生素。维生素D缺乏会缺乏会导致少儿佝偻病和成年人的软骨病。症状包括骨头和关节疼痛，导致少儿佝偻病和成年人的软骨病。症状包括骨头和关节疼痛，肌肉萎缩，失眠，紧张以及痢疾腹泻。肌肉萎缩，失眠，紧张以及痢疾腹泻。（4）鞘脂类）鞘脂类 由脂肪酸和鞘氨醇或其衍生物组成，如神经酰胺、鞘磷脂等，不由脂肪酸和鞘氨醇或其衍生物组成，如神经酰胺、鞘磷脂等，不含甘油，但具极性头部和非极性的尾，是动植物细胞膜重要组分。含甘油，但具极性头部和非极性的尾，是动植物细胞膜重要组分。第四十三页，本课件共有87页442、污染物对脂质影响、污染物对脂质影响 多种污染物如大气污染物多种污染物如大气污染物O3、NO2，水体污染物，水体污染物CCl4、Cd等进入有机体后，细胞和亚细胞膜系统的磷脂能发生等进入有机体后，细胞和亚细胞膜系统的磷脂能发生脂质过氧脂质过氧化作用化作用，结果导致亚细胞结构的破坏、膜通透性的增加，以及，结果导致亚细胞结构的破坏、膜通透性的增加，以及功能的丧失，如线粒体崩溃，溶酶体破裂等。功能的丧失，如线粒体崩溃，溶酶体破裂等。第四十四页，本课件共有87页45影响机制影响机制 许多污染物如卤代烃、多环芳烃在细胞内代谢会形成许多污染物如卤代烃、多环芳烃在细胞内代谢会形成自由基，如氧自由基（自由基，如氧自由基（OH、H2O2）,组成膜的磷脂含丰富组成膜的磷脂含丰富的多烯脂肪酸侧链，易受氧自由基的攻击，而发生脂质过氧化的多烯脂肪酸侧链，易受氧自由基的攻击，而发生脂质过氧化作用，是一个链式反应。作用，是一个链式反应。1）自由基攻击多烯脂肪酸侧链的亚甲基（）自由基攻击多烯脂肪酸侧链的亚甲基（-CH2-），），形成形成 脂质自脂质自由基（由基（L）。）。第四十五页，本课件共有87页46 2）脂质自由基（）脂质自由基（L）直接或经共振后与分子）直接或经共振后与分子O2反应，反应，形成脂质过氧自由基（形成脂质过氧自由基（LOO）。）。3）脂质过氧自由基与相邻饱和脂肪酸的亚甲基上的）脂质过氧自由基与相邻饱和脂肪酸的亚甲基上的H作用，生成脂质过氧化氢（作用，生成脂质过氧化氢（LOOH）和一个新的脂质过氧）和一个新的脂质过氧自由基（自由基（LOO）。）。4）脂质过氧化氢经分子内环化和酯解生成丙二酯、其）脂质过氧化氢经分子内环化和酯解生成丙二酯、其他酯类和酮类，导致多烯脂肪酸的迅速降解。他酯类和酮类，导致多烯脂肪酸的迅速降解。第四十六页，本课件共有87页47 第二节第二节 污染物在细胞、器官和个体水平上的影响污染物在细胞、器官和个体水平上的影响一、对细胞结构和功能的影响一、对细胞结构和功能的影响 1、细胞膜的影响、细胞膜的影响 污染物引起膜脂过氧化作用导致膜结构的损伤，而影污染物引起膜脂过氧化作用导致膜结构的损伤，而影响膜的功能。响膜的功能。如拟除虫菊酯和如拟除虫菊酯和DDT可作用于细胞膜的可作用于细胞膜的Na+-通道，干扰通道，干扰Na+-通过细胞膜，影响神经传导。通过细胞膜，影响神经传导。第四十七页，本课件共有87页482、线粒体的影响、线粒体的影响 可引起线粒体膜和嵴形态结构的改变，可引起线粒体膜和嵴形态结构的改变，从而影响电子传从而影响电子传递和氧化磷酸化功能。递和氧化磷酸化功能。如杀虫双可导致家蚕丝腺细胞线粒体的嵴减少，体积如杀虫双可导致家蚕丝腺细胞线粒体的嵴减少，体积变小。变小。甲基汞处理大鼠子宫，线粒体结构蛋白下降，呼吸功能甲基汞处理大鼠子宫，线粒体结构蛋白下降，呼吸功能和标志酶活性被抑制。和标志酶活性被抑制。第四十八页，本课件共有87页49第四十九页，本课件共有87页50 3、对内质网和微体的影响、对内质网和微体的影响 污染物经代谢产生自由基，可导致内质网结构和微体膜的一污染物经代谢产生自由基，可导致内质网结构和微体膜的一些重要组分被破坏。些重要组分被破坏。如黄曲霉毒素、芳香胺和如黄曲霉毒素、芳香胺和PAH等能引起核糖体从粗糙内质网等能引起核糖体从粗糙内质网上脱落，而影响对蛋白质合成的控制。上脱落，而影响对蛋白质合成的控制。第五十页，本课件共有87页514、对微管、微丝等细胞器的影响、对微管、微丝等细胞器的影响 污染物对微管、微丝、高尔基体、溶酶体等其它细胞器也污染物对微管、微丝、高尔基体、溶酶体等其它细胞器也有影响。如污染物可解体溶酶体有影响。如污染物可解体溶酶体,导致细胞自溶。导致细胞自溶。微管主要成分是微管蛋白，起细胞骨架的作用。在纤毛、微管主要成分是微管蛋白，起细胞骨架的作用。在纤毛、鞭毛中的微管与运动有关；而神经细胞中的微管可能与支持鞭毛中的微管与运动有关；而神经细胞中的微管可能与支持和神经递质的运输有关。和神经递质的运输有关。微丝的成分是肌动蛋白和肌球蛋白，是肌纤维的运动蛋白。与微丝的成分是肌动蛋白和肌球蛋白，是肌纤维的运动蛋白。与细胞质的流动、变形运动有关。细胞质的流动、变形运动有关。第五十一页，本课件共有87页52第五十二页，本课件共有87页53二、对组织器官的影响二、对组织器官的影响 1、对植物器官的影响、对植物器官的影响 植物吸收大气污染物，如植物吸收大气污染物，如SO2、O3、氟化氢、乙烯等、氟化氢、乙烯等后，导致组织坏死，表现为叶面出现枯斑，造成花、果实、后，导致组织坏死，表现为叶面出现枯斑，造成花、果实、蕾和叶片的脱落。蕾和叶片的脱落。农药污染也能影响植物组织和器官的生长。出现黄化农药污染也能影响植物组织和器官的生长。出现黄化失绿、卷叶、枯斑、落叶、落花、落果、畸形、根短粗失绿、卷叶、枯斑、落叶、落花、落果、畸形、根短粗肥大、缺少根毛等症状。肥大、缺少根毛等症状。第五十三页，本课件共有87页54第五十四页，本课件共有87页552、对动物组织器官的影响、对动物组织器官的影响 污染物对动物器官的损伤，常以肝、肾、神经、血液、呼污染物对动物器官的损伤，常以肝、肾、神经、血液、呼吸器官、消化器官和繁殖器官等作为研究对象。但影响相当吸器官、消化器官和繁殖器官等作为研究对象。但影响相当复杂。已知：复杂。已知：Cd：主要影响动物的肝脏和肾脏，引起骨痛病。：主要影响动物的肝脏和肾脏，引起骨痛病。Hg：主要影响动物的神经系统，引起水俣病。：主要影响动物的神经系统，引起水俣病。Pb：可损伤动物的造血骨髓，干扰血红素的合成而引起贫血；：可损伤动物的造血骨髓，干扰血红素的合成而引起贫血；还可损伤神经系统，而引起末梢神经炎，出现运动和感觉障碍。还可损伤神经系统，而引起末梢神经炎，出现运动和感觉障碍。第五十五页，本课件共有87页563、不同器官对毒物的作用、不同器官对毒物的作用 1）对器官产生直接的毒作用）对器官产生直接的毒作用：靶器官：靶器官 污染物进入有机体后，对各器官并不产生同样的毒作用，污染物进入有机体后，对各器官并不产生同样的毒作用，而只对部分器官产生直接毒作用，此器官称靶器官（而只对部分器官产生直接毒作用，此器官称靶器官（Target Organ）.DDT的靶器官为中枢神经系统和肝脏。的靶器官为中枢神经系统和肝脏。2）蓄积污染毒物）蓄积污染毒物：蓄积器官：蓄积器官 蓄积器官是污染毒物在动物体内的蓄积部位，其特点是浓蓄积器官是污染毒物在动物体内的蓄积部位，其特点是浓度显著高于其它器官。度显著高于其它器官。如如DDT为有机氯农药，主要蓄积在脂肪组织中，因而脂肪组为有机氯农药，主要蓄积在脂肪组织中，因而脂肪组织就为织就为DDT的蓄积器官。的蓄积器官。第五十六页，本课件共有87页573）表现毒作用）表现毒作用：效应器官：效应器官 污染物作用于靶器官污染物作用于靶器官,不一定由靶器官表现出症状。污染物进不一定由靶器官表现出症状。污染物进入有机体后，能表现毒作用的器官为效应器官（入有机体后，能表现毒作用的器官为效应器官（effective Organ）。）。若其毒作用由靶器官表现出来，则此靶器官还为效应器官。若其毒作用由靶器官表现出来，则此靶器官还为效应器官。如有机磷农药的靶器官为神经系统，抑制胆碱酯酶活性，如有机磷农药的靶器官为神经系统，抑制胆碱酯酶活性，表现为瞳孔缩小、流涎、肌肉颤动，则效应器官为瞳孔、表现为瞳孔缩小、流涎、肌肉颤动，则效应器官为瞳孔、唾液腺和横纹肌。唾液腺和横纹肌。第五十七页，本课件共有87页58三、在个体水平上的影响三、在个体水平上的影响 污染物对植物个体的影响表现为生长发育受阻、失绿黄化、早污染物对植物个体的影响表现为生长发育受阻、失绿黄化、早衰等。而对动物个体的影响表现为生长和发育受阻、行为异常、衰等。而对动物个体的影响表现为生长和发育受阻、行为异常、繁殖能力下降和死亡等。繁殖能力下降和死亡等。（一）对动物生长发育的影响（一）对动物生长发育的影响 污染物会阻止生长发育或导致死亡。可用生长指示器污染物会阻止生长发育或导致死亡。可用生长指示器（SFG，Scope for Growth）表示：）表示：P=A-(R+U)。生物要生物要正常生长发育和繁殖，正常生长发育和繁殖，P一定要大于为一定要大于为0。P:SFR;A:从食从食物中获得的总能量物中获得的总能量;R:呼吸对能量的消耗呼吸对能量的消耗;U:排泄过程消排泄过程消耗的能量。耗的能量。第五十八页，本课件共有87页591、污染物通过影响生物有机体食物的摄取、污染物通过影响生物有机体食物的摄取 当生物有机体从食物获得的能量超过有机体维持正常生理当生物有机体从食物获得的能量超过有机体维持正常生理代谢所需的能量时，生物有机体将利用能量进行生长发育和代谢所需的能量时，生物有机体将利用能量进行生长发育和繁殖，反之，不能生长发育或导致死亡。繁殖，反之，不能生长发育或导致死亡。2、能量消耗过多、能量消耗过多：但有些污染物虽然不影响生物有机体对食：但有些污染物虽然不影响生物有机体对食物的摄取和生理代谢物的摄取和生理代谢,而由于机体对污染物的解毒而由于机体对污染物的解毒,需消耗大量需消耗大量的能量的能量,仍能导致生长和发育的受阻。仍能导致生长和发育的受阻。例：例：0.9 mg/L的的 Zn能明显抑制淡水端足目钩虾的能明显抑制淡水端足目钩虾的SFG,导致后导致后代体重下降。代体重下降。第五十九页，本课件共有87页60（二）对行为产生影响：行为毒性（二）对行为产生影响：行为毒性 水环境污染可影响水生生物的行为，表现出对污染物的水环境污染可影响水生生物的行为，表现出对污染物的回避和捕食、警惕、学习、社会行为的改