污染物对生物的影响课件.ppt
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1、第二章第二章 污染物对生物的影响污染物对生物的影响本章将讨论以下内容:本章将讨论以下内容: 污染物在生物化学和分子水平上的影响污染物在生物化学和分子水平上的影响 污染物在细胞和器官水平上的影响污染物在细胞和器官水平上的影响 污染物在个体水平上的影响污染物在个体水平上的影响 污染物在种群和群落水平上的影响污染物在种群和群落水平上的影响 化学污染物对生物的联合作用化学污染物对生物的联合作用第一节第一节 污染物在生物化污染物在生物化学和分子水平上的影响学和分子水平上的影响生物系统的各级生物学水平:生物系统的各级生物学水平:生物分子生物分子 细胞器细胞器 细胞细胞 组织组织 器官器官 器官系统器官系统
2、 个体个体 种群种群 群落群落 生态系统生态系统 生化反应:结构改变,形成新化合物,不可生化反应:结构改变,形成新化合物,不可逆。逆。分子作用:结合,改变功能,多数可逆。分子作用:结合,改变功能,多数可逆。防护性反应:免疫(过敏反应)、应激(急)防护性反应:免疫(过敏反应)、应激(急)反应反应非防护性反应:不能自我调节;过量的情况非防护性反应:不能自我调节;过量的情况(p69)一、对生物机体酶的影响一、对生物机体酶的影响1 1、什么是酶(、什么是酶( enzyme enzyme )?)? 酶是一种特殊的蛋白质,在生物体内对代谢活动起催酶是一种特殊的蛋白质,在生物体内对代谢活动起催化作用,本身不
3、发生变化。受酶作用的物质称为化作用,本身不发生变化。受酶作用的物质称为基质基质(底物),(底物),在酶作用下的反应称为在酶作用下的反应称为酶促反应酶促反应。2 2、酶和污染物的相互作用、酶和污染物的相互作用污染物进入机体后,一方面在酶的催化下,进行代污染物进入机体后,一方面在酶的催化下,进行代谢转化,另一方面也导致体内酶活性改变,影响酶谢转化,另一方面也导致体内酶活性改变,影响酶的数量和活性。的数量和活性。3 3、污染物对酶辅助因子的影响、污染物对酶辅助因子的影响一些污染物能与酶的辅助因子一些污染物能与酶的辅助因子金属离子金属离子作用,从而使辅助因子失活,影响到酶的活作用,从而使辅助因子失活,
4、影响到酶的活性。性。例如:氰化物等能与细胞色素酶中的铁离子结合,例如:氰化物等能与细胞色素酶中的铁离子结合,形成稳定络合物,而抑制细胞色素的酶活性,使其形成稳定络合物,而抑制细胞色素的酶活性,使其不能传递电子,则细胞内的氧化代谢过程中断,使不能传递电子,则细胞内的氧化代谢过程中断,使机体不能利用氧,出现内窒息性缺氧。机体不能利用氧,出现内窒息性缺氧。4 4、对酶活性中心的影响、对酶活性中心的影响污染物还能和酶的其它活性基团结合污染物还能和酶的其它活性基团结合如汞和砷与某些酶的活性基团结合就很牢固,从而使如汞和砷与某些酶的活性基团结合就很牢固,从而使酶失去活性。酶失去活性。5 5、破坏酶的结构、
5、破坏酶的结构有些污染物能够取代酶分子中的某些成分,从有些污染物能够取代酶分子中的某些成分,从而使酶失去活性。而使酶失去活性。如铍的毒作用机理就是能取代某些酶分子中的镁和锰,如铍的毒作用机理就是能取代某些酶分子中的镁和锰,破坏了酶的正常结构,使酶失去活性。破坏了酶的正常结构,使酶失去活性。 6 6、与酶激活剂作用、与酶激活剂作用有些酶需要激活剂才能表现活性。酶激活剂有些酶需要激活剂才能表现活性。酶激活剂往往是金属离子,凡是能与激活剂作用的污往往是金属离子,凡是能与激活剂作用的污染物都能抑制酶的活性。染物都能抑制酶的活性。 7 7、污染物与基质竞争同种酶而抑制酶的、污染物与基质竞争同种酶而抑制酶的
6、作用作用污染物与底物有相似的结构,也能与酶形成污染物与底物有相似的结构,也能与酶形成复合物,从而竞相和酶发生作用。复合物,从而竞相和酶发生作用。8 8、酶的诱导、酶的诱导 许多环境污染物能诱导生物机体内一些酶活性许多环境污染物能诱导生物机体内一些酶活性和含量增加,在这些污染物中,大多属于有毒、和含量增加,在这些污染物中,大多属于有毒、有害的有机化合物,如:多氯联苯(有害的有机化合物,如:多氯联苯(PCBs)、)、多环芳烃(多环芳烃(PAHs)、表面活性剂等。)、表面活性剂等。酶诱导的三基因假说:结构(转录酶诱导的三基因假说:结构(转录mRNA)、)、操纵(去阻遏,控制转录速度)、调节(形成阻操
7、纵(去阻遏,控制转录速度)、调节(形成阻遏蛋白,中止转录)遏蛋白,中止转录) 外源物与阻遏蛋白形成复合物,不能中止转外源物与阻遏蛋白形成复合物,不能中止转录过程,使酶蛋白合成增加。录过程,使酶蛋白合成增加。a、混合功能氧化酶(、混合功能氧化酶(MFO) 是污染物在生物体内进行生物转化相是污染物在生物体内进行生物转化相过程的关键酶系。过程的关键酶系。 水平水平 命名法命名法 marker DNA DNA CYPCYP1A11A1 mRNA CYP1A1 DNA mRNA CYP1A1 DNA探针探针 Pr P-4501A1 Pr P-4501A1 抗体(抗体(ELISAELISA) 酶活性酶活性
8、 EROD/AHH EROD/AHH 催化检验催化检验 b、抗氧化防御系统酶、抗氧化防御系统酶 活性氧:带有活性氧:带有23个电子的分子氧还原产物,个电子的分子氧还原产物, 主要有:主要有:OH、 O2 和和H2O2 自由基:带有奇数电子的原子或基团(自由基:带有奇数电子的原子或基团(free radical)。)。 脂质过氧化:多不饱和脂肪酸与自由基反应,形成脂质脂质过氧化:多不饱和脂肪酸与自由基反应,形成脂质自由基。自由基。 自由基的损害机制:改变膜结构,膜蛋白变性,攻击自由基的损害机制:改变膜结构,膜蛋白变性,攻击DNA (1) 超氧化物歧化酶(超氧化物歧化酶(SOD) 是一类高诱导酶,
9、催化是一类高诱导酶,催化O2生成生成H2O2 ,消除活,消除活 性氧。性氧。 (2) 谷胱甘肽过氧化酶(谷胱甘肽过氧化酶(GPx) 以以H2O2为底物,催化形成为底物,催化形成H2O ,消除消除H2O2 (3) 过氧化氢酶(过氧化氢酶(Ct) 只能分解只能分解H2O2 c、谷胱甘肽转移酶(谷胱甘肽转移酶(GSTs) 是污染物在体内生物转化相是污染物在体内生物转化相过程中的重要酶,过程中的重要酶, 具有许多同工酶。生理作用是与不同的亲电性化合具有许多同工酶。生理作用是与不同的亲电性化合 物或一些相物或一些相代谢产物结合产生水溶性化合物,易代谢产物结合产生水溶性化合物,易 于排出体外,因此起到解毒
10、作用。于排出体外,因此起到解毒作用。9、酶的抑制作用、酶的抑制作用与酶的诱导作用相反,一些环境污染物可抑制酶的活性。与酶的诱导作用相反,一些环境污染物可抑制酶的活性。普通的情况是:低剂量的环境污染物起诱导作用,高剂量的环境普通的情况是:低剂量的环境污染物起诱导作用,高剂量的环境污染物起抑制作用。污染物起抑制作用。酶的抑制作用分为:酶的抑制作用分为: 不可逆抑制:与酶蛋白的活性中心功能基团不可逆不可逆抑制:与酶蛋白的活性中心功能基团不可逆结合。结合。可逆抑制:污染物与酶蛋白的结合是可逆的。可逆抑制:污染物与酶蛋白的结合是可逆的。非竞争性抑制:增加底物浓度,不能使抑制作用减弱。非竞争性抑制:增加底
11、物浓度,不能使抑制作用减弱。竞争性抑制:增加底物浓度,抑制作用减弱。竞争性抑制:增加底物浓度,抑制作用减弱。腺三磷酶腺三磷酶乙酰胆碱酯酶乙酰胆碱酯酶-氨基乙酰丙酸脱氢酶氨基乙酰丙酸脱氢酶蛋白磷酸酶蛋白磷酸酶二、对生物大分子的影响二、对生物大分子的影响1、与受体结合、与受体结合 污染物及其活性代谢产物可直接与生物的膜受体或污染物及其活性代谢产物可直接与生物的膜受体或细胞质受体共价结合,如与糖蛋白、磷脂蛋白或其他细胞质受体共价结合,如与糖蛋白、磷脂蛋白或其他特殊蛋白结合,导致化学性损伤,从而影响受体功能,特殊蛋白结合,导致化学性损伤,从而影响受体功能,引起一系列生物学反应。引起一系列生物学反应。受
12、体(受体(receptor):能正确识别固有的外界信息,):能正确识别固有的外界信息,并用适当方式将外界信息转换成生物信息的感受器。并用适当方式将外界信息转换成生物信息的感受器。原义:生物体感受外界物理、化学刺激,并转变成神原义:生物体感受外界物理、化学刺激,并转变成神经冲动的感受器。经冲动的感受器。2、与蛋白质(酶)结合、与蛋白质(酶)结合 蛋白质中许多氨基酸带有的活性基团与污染蛋白质中许多氨基酸带有的活性基团与污染物结合,导致蛋白质化学损伤。此外,还可以诱物结合,导致蛋白质化学损伤。此外,还可以诱导一些功能蛋白的产生,如产生应激蛋白和金属导一些功能蛋白的产生,如产生应激蛋白和金属硫蛋白。这
13、些蛋白可以保护生物机体抵抗污染物硫蛋白。这些蛋白可以保护生物机体抵抗污染物的损害,是防护性生化反应。的损害,是防护性生化反应。 金属硫(巯)蛋白:位于胞液内的低分子蛋白,半胱金属硫(巯)蛋白:位于胞液内的低分子蛋白,半胱氨酸(巯基)含量极高,对热稳定,金属含量高。可氨酸(巯基)含量极高,对热稳定,金属含量高。可被被Cd, Cu, Zn, Hg, Co, Ni, Bi, Ag所诱导。所诱导。 3、对脱氧核糖核酸(、对脱氧核糖核酸(DNA)的影响)的影响 外源化合物与外源化合物与DNA相互作用及产生突变相互作用及产生突变的过程(四个阶段):的过程(四个阶段): 修复(改变)修复(改变) 破坏被固定
14、破坏被固定 DNA加合物加合物 DNA突变突变4、脂质过氧化、脂质过氧化 脂质过氧化是细胞损伤的一种特殊方式脂质过氧化是细胞损伤的一种特殊方式,是由于是由于产生了自由基而引起的产生了自由基而引起的,正常情况下正常情况下,生物体内生物体内氧化、还原和酶促反应过程中,均可产生少量氧化、还原和酶促反应过程中,均可产生少量自由基,一般可被体内存在的抗氧化物质(如自由基,一般可被体内存在的抗氧化物质(如维生素维生素C、维生素、维生素E)所对抗,对生物危害不大。)所对抗,对生物危害不大。当大量污染物(自由基)进入机体,造成机体当大量污染物(自由基)进入机体,造成机体抗氧化作用失衡,即可发生脂质过氧化,对生
15、抗氧化作用失衡,即可发生脂质过氧化,对生物体造成危害。物体造成危害。第二节第二节 污染物在细胞和器官水平上的影响污染物在细胞和器官水平上的影响一、对细胞的影响一、对细胞的影响表现为对细胞结构和功能的改变表现为对细胞结构和功能的改变1、对细胞膜的影响、对细胞膜的影响污染物引起的脂质过氧化作用导致的损伤污染物引起的脂质过氧化作用导致的损伤污染物可影响膜的离子通透性污染物可影响膜的离子通透性污染物与膜上的受体结合,干扰正常的生理功能污染物与膜上的受体结合,干扰正常的生理功能2、对细胞器的影响、对细胞器的影响a、线粒体:膜系统损伤,嵴减少、变小、线粒体:膜系统损伤,嵴减少、变小b、光面内质网和糙面内质
16、网:破坏膜结构,核糖、光面内质网和糙面内质网:破坏膜结构,核糖体脱落体脱落3、坏死(、坏死(necrosis):疾病或损伤引起的细胞死亡。:疾病或损伤引起的细胞死亡。(个体死亡称为身体死亡(个体死亡称为身体死亡somatic death二、对组织器官的影响二、对组织器官的影响1、靶器官、靶器官 污染物进入机体后,只对部分器官产生毒作污染物进入机体后,只对部分器官产生毒作用,这些器官称为靶器官。用,这些器官称为靶器官。 * 经积累最先达到效应阈值的器官。经积累最先达到效应阈值的器官。2、对组织器官的影响、对组织器官的影响 a、表现效应的器官:可以是多器官,含受、表现效应的器官:可以是多器官,含受
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