环境化学-生物体内污染物质的.ppt

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1、第五章：生物体内污染物质的第五章：生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及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、致突变、致癌及抑制酶活性污染物与生物肌体之间的相互作用,机体对污染物质的吸收、分布、转化和排泄等过程。第一节 物质通过生物膜的方式一、生物膜的结构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。在磷脂双分子层中，亲水的极性基因排列于内外两面，疏水的烷链端伸向内侧，所以，在双分子层中央存在一个疏水区，生物膜是类脂层屏障。膜上镶嵌的蛋白质，有附着在磷脂双分子层表

2、面的表在蛋白，有深埋或贯穿磷脂双分子层的内在蛋白，但他们亲水端也都露在双分子层的外表面。二、物质通过生物膜的方式1、膜孔滤过2、被动扩散（浓度扩散）（P304)费克定律:扩散系数取决于通过物质和膜的性质3、被动易化扩散4、主动转运5、胞吞和胞饮第二节污染物质在机体内的转运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：吸收分布。消除包括：排泄和生物转化。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；二、分布分布是指污染物质被吸收后或其代谢转化物质形成

3、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。脂溶性污染物质易于通过生物膜,在血流丰富的组织（肺、肝、肾等）远比血流少的组织（皮肤、肌肉、脂肪）中分布迅速。污染物质常与血液中的血浆蛋白结合；可逆的动态平衡，未结合的才能分布。血脑屏障胎盘屏障三、排泄排泄是污染物质及其代谢物质向机体外的转运过程。排泄器官有肾、肝胆、肠、肺、外分泌等，而以肾和肝胆为主。1、肾排泄：污染物质随尿排出；近曲小管主动分泌和远曲小管被动重吸收的综合结果。2、肝胆系统的胆汁排泄：是污染物质代谢物的主要排出途径。3、肠道排泄、肝肠循环四、蓄积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

4、会出现该污染物质在体内逐增的现象，称为生物蓄积。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。有机污染物质的蓄积部位与毒性作用部位不一定一致。第三节污染物质的生物富集、放大和积累水生生物富集速率方程为：生物浓缩系数：BCF有阈值。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。如水鸟体中DDT浓度比当地湖水高105倍左右。生物放大并不是在所有条件下都能发生三、生物积累1、生物积累：生物从周围环

5、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。第四节污染物质的生物转化一、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、具有催化活性的生物催化剂。酶催化作用的特点：1、催化专一性高2、酶催化效率高：如蔗糖酶催化蔗糖水解的速率比强酸催化效率高2*1012倍；3、酶催化需要温和的外界条件二、若干重要辅酶的功能1、FMN和FAD2、NAD+和NADP+3、辅酶Q4、细胞色素酶系的辅酶5、辅酶A三、生物氧化中的氢传递过程生物氧化是指有机物质在机体细胞内的氧化，并伴随有能量的释放。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。反应见下

6、图腺苷部分的结构见下图当同学们参加长跑、球赛等剧烈运动后，常会感到小腿、大腿及臂部等处肌肉酸痛。平时很少参加体育锻炼的同学，如果突然参加一次较强的运动，也常常会感到局部肌肉酸痛。这是怎么回事呢？运动的力量来自肌肉收缩。肌肉收缩要发生非常复杂的化学变化。肌肉收缩的直接能源物质是三磷酸腺苷，三磷酸腺苷分解为二磷酸腺苷，并释放能量供肌肉收缩，其它的化学反应都是保证肌肉收缩时三磷酸腺苷的含量不变。肌肉收缩时的化学反应分有氧和无氧两种情况。首先无论是有氧还是无氧，糖分解为丙酮酸。在无氧条件下，丙酮酸进一步转化为乳酸；在有氧情况下，丙酮酸被彻底氧化分解成二氧化碳和水，并释放出比无氧阶段高十几倍的能量供肌肉

7、使用。但是在剧烈运动时，肌肉收缩急需大量能量供应，因而需氧量也大量增加，机体氧的供应一时又不能满足肌肉收缩的能量需求，因而为了适应能量的需要，无氧过程被大大加强，从而产生大量乳酸。乳酸在肌肉中积累过多，会刺激肌肉中的化学感受器或由于积累量太多，使肌肉膨胀，这都会使肌肉产生酸痛感。肌肉酸痛并没有多大的害处，过几天就会消失。当肌肉休息后，氧的供应充足，约1/5的乳酸可被进一步彻底分解为二氧化碳和水，并放出其中的能量。另外4/5的乳酸再合成为糖元，供肌肉收缩的能源物质。如果肌肉酸痛厉害，可以用热毛巾敷于痛处，并按摩痛处，也可擦些松节油等药物揉擦。条件许可的话，可以洗洗热水澡，促进血液循环，使乳酸转化

8、加快，酸痛可减轻或消除。处于青春期的同学们，应加强体育锻炼。在体育锻炼时，肌肉的活动量加大，肌肉中的毛细血管开放，其开放的数量可以生物氧化中有机物质的氧化多为去氢氧化。氢传递过程的几种分类：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健身房健美训练主要是重量训练，重量训练是短时间、高强度健身房健美训练主要是重量训练，重量训练是短时间、高强度的肌肉运动，属于典型的无氧训练。无氧训练会使肌肉酸痛，的肌肉运动，属于典型的无氧训练。无氧训练会使肌肉酸痛

9、，这是无氧代谢的副产品这是无氧代谢的副产品-乳酸堆积在肌肉里造成的。乳酸堆积在肌肉里造成的。弄清这些问题先了解以下弄清这些问题先了解以下3个概念：个概念：供能供能ATP（三磷酸腺苷）是肌肉活动唯一的直接能量来源。在酶的（三磷酸腺苷）是肌肉活动唯一的直接能量来源。在酶的催化作用下，催化作用下，ATP迅速分解并释放能量，以供肌肉收缩之需。迅速分解并释放能量，以供肌肉收缩之需。肌肉中肌肉中ATP储量很少，必须边分解边合成，才能供给肌肉持续储量很少，必须边分解边合成，才能供给肌肉持续活动的需要。供活动的需要。供ATP分解后再合成的能源有三个途径，一是糖分解后再合成的能源有三个途径，一是糖与脂肪的有氧氧

10、化，二是与脂肪的有氧氧化，二是CP（磷酸肌酸）的分解，三是糖元（磷酸肌酸）的分解，三是糖元的无氧分解。的无氧分解。2.无氧代谢无氧代谢无氧代谢是人体能量代谢的组成部分。当肌肉进行短时间、高无氧代谢是人体能量代谢的组成部分。当肌肉进行短时间、高负荷运动时，氧的供应量不足以进行糖的有氧氧化，肌肉即利负荷运动时，氧的供应量不足以进行糖的有氧氧化，肌肉即利用用CP和糖的无氧分解所释放的能量再合成和糖的无氧分解所释放的能量再合成ATP,以供肌肉运动以供肌肉运动之需。之需。3.糖的无氧分解糖的无氧分解糖的无氧分解是在氧供应不足的情况下，糖原或葡萄糖分解为糖的无氧分解是在氧供应不足的情况下，糖原或葡萄糖分解

11、为乳酸，同时快速释放能量合成乳酸，同时快速释放能量合成ATP，以供肌肉收缩所需。因为，以供肌肉收缩所需。因为CP在肌肉中储量也很少，所以糖的无氧分解是无氧代谢的主在肌肉中储量也很少，所以糖的无氧分解是无氧代谢的主要供能方式。要供能方式。糖无氧分解的代谢产物是乳酸，肌肉酸痛的感觉就是乳酸糖无氧分解的代谢产物是乳酸，肌肉酸痛的感觉就是乳酸大量堆积造成的。肌肉中无氧代谢产生的乳酸不能在肌肉大量堆积造成的。肌肉中无氧代谢产生的乳酸不能在肌肉内逆转为糖，而是少部分被氧化，大部分由血液输送到肝内逆转为糖，而是少部分被氧化，大部分由血液输送到肝脏，转变为肝糖原。脏，转变为肝糖原。由上可知，重量训练后的肌肉酸

12、痛是必然的，只有乳酸由上可知，重量训练后的肌肉酸痛是必然的，只有乳酸不断地通过血液循环进入肝脏转变为糖原，肌肉酸痛才会不断地通过血液循环进入肝脏转变为糖原，肌肉酸痛才会逐渐消失。而这一过程是训练后恢复过程的一部分。逐渐消失。而这一过程是训练后恢复过程的一部分。那么，肌肉酸痛的时候能否坚持训练呢？那么，肌肉酸痛的时候能否坚持训练呢？乳酸是一种强酸，它在体内积聚过多会使体内酸碱度乳酸是一种强酸，它在体内积聚过多会使体内酸碱度的稳定受到破坏，从而使机体工作能力降低。许多健美运的稳定受到破坏，从而使机体工作能力降低。许多健美运动员的经验证明，肌肉酸痛时坚持训练，肌肉感觉不刺激，动员的经验证明，肌肉酸痛

13、时坚持训练，肌肉感觉不刺激，很难练涨。而且肌肉酸痛会使肌肉的本能反应趋向排斥肌很难练涨。而且肌肉酸痛会使肌肉的本能反应趋向排斥肌肉运动，所以很难集中意念进行训练，更不用说建立肉运动，所以很难集中意念进行训练，更不用说建立“肌肌肉肉-意志意志”联系了。因此最好是等到肌肉酸痛现象消失联系了。因此最好是等到肌肉酸痛现象消失后再训练。尽管你的训练热情很高，训练欲望很强烈，但后再训练。尽管你的训练热情很高，训练欲望很强烈，但你要明白：没有充分的恢复，肌肉就不可能充分生长。你要明白：没有充分的恢复，肌肉就不可能充分生长。五、有毒有机污染物质生物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

14、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1）混合功能氧化酶加氧氧化2）脱氢酶脱氢氧化醇氧化成醛醇氧化成酮醛氧化成羧基3）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。例如：2、还原反应类型1）可逆脱氢酶加氢还原；2）消极还原酶还原；3）偶氮还原酶还原；4）还原脱氯酶还原3、水解反应类型1）羧酸酯酶使脂肪簇脂水解2）芳香酯酶使芳香簇脂水解3）磷脂酶使磷酸酯水解4）酰胺酶使酰胺水解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）谷胱甘肽结合六、有毒有机污染物质的微生物降解下面介绍几种有机毒物微生物降解的途径1、烃类1）正烷烃的降解2）烯烃的微生

15、物降解途径主要是烯的饱和末端氧化，再经与正烷烃相同的途径成为不饱和脂肪酸3）苯的微生物降解途径4）苯系化合物的降解1、烃类碳原子数1的正烷烃：通过烷烃的末端氧化，或次末端氧化，或双端氧化，逐步生成醇、醛及脂肪酸，而后经-氧化进入TCA循环，最终降解成二氧化碳和水。水化酶脱氢酶H2OCH3(CH2)nCH2CH(OH)2NADH+H+NAD+CH3(CH2)nCH2COOH脂肪酸氧化TCA循环CH3(CH2)nCH2CH3CH3(CH2)nCH2CH2OHO2H2ONADH+H+NAD+加氧酶NADH+H+NAD+脱氢酶CH3(CH2)nCH2CHOCO2+H2O甲烷：甲烷：CH4 CH3OH

16、HCHO HCOOH CO2+H2O 烷烃末端氧化降解过程 烯烃：烯的饱和末端氧化、再经与正烷烃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。水化酶O加氧酶CH3(CH2)nCH=CH2HOCH2(CH2)nCH=CH2CH3(CH2)nCH-CH OO加氧酶H2OCH3(CH2)nCH-CH2 OH OH4HCH3(CH2)nCH2COOH系列酶促反应H2OHOOC(CH2)nCH=CH2脂肪酸氧化TCA循环CO2+H2O烯烃微生物降解途径苯的微生物降解O单加氧酶OHH2HH2

17、OOHOHO2双加氧酶COOHCOOHCOOHO-C=OCOOHC=OOH2O-氧化CoASHCOOHCOOHO儿茶酚顺顺粘康酸粘康酸内脂 酮己二酸烯醇内酯 酮己二酸CH3COSCoA+HOOC(CH2)2COOHTCA循环CO2+H2O乙酰辅酶A琥珀酸多环芳烃的微生物降解与上类似降解顺序：烯烃烷烃苯环多环芳烃2、农药的降解1）苯氧乙酸的降解2）有机磷杀虫剂对硫磷的可能降解途径3）DDT降解1）苯氧乙酸的降解苯氧乙酸是一大类除草剂。2）有机磷杀虫剂对硫磷的可能降解途径3）DDT降解DDT的主要降解途径是：在微生物还原脱氯酶作用下，脱氯和脱氯化氢七、氮和硫的微生物转化七、氮和硫的微生物转化1、氮

18、的微生物转化氮的形态，元素、有机(生物体内的蛋白质、核酸等有机氮化物，以及生物残体变成的各种有机氮化合物)、无机转化过程：同化、氨化、硝化、反硝化及固氮同化同化氨化氨化硝化硝化反硝化反硝化固氮固氮固氮：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。同化：绿色植物和微生物吸收硝态氮和氨态氮，组成机体中蛋白质、核酸等含氮有机物质的过程。氨化：生物残体中的有机氮化物，经微生物分解成氨态氮的过程。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。反硝化:硝酸盐在通气不良条件下，通过微生物作用而还原的过程。（1）硝酸盐还原成

19、亚硝酸（2）硝酸盐还原成氮气（3）硝酸盐还原成亚硝酸盐和氨2、硫的微生物转化1）硫化氢、单质硫等在微生物作用下氧化生成硫酸（硫化）2）硫酸盐、亚硫酸盐在微生物作用下还原生成硫化氢（反硫化）3）海水中硫酸盐还原生成硫化氢八、重金属元素的微生物转化1、汞汞的生物甲基化生物作用还原转化汞2、砷砷的微生物甲基化微生物使砷去甲基化水水沉积物沉积物空气空气CH3Hg+鱼鱼(CH3)2HgHgCH4C2H6CH3Hg+HgHg2+HgHg22+(CH3)2Hg细菌细菌细菌细菌细菌细菌细菌细菌汞的迁移转化循环九、污染物质的生物转化速率1、酶促反应的速率1）米氏方程：2）影响酶促反应速率的因数（1）pH的影响（

20、2）温度的影响（3）抑制剂的影响2、微生物反应的速率1）微生物反应速率方程：L=L0e-kt2）影响微生物反应速率的因素链长规律链分子规律取代规律环境条件：pH、温度、营养物质、溶解氧、共存物质第五节污染物质的毒性一、毒物的联合作用1、协同作用2、相加作用3、独立作用4、拮抗作用二、毒作用的过程1、进入体液2、毒物与受体进行原发反应3、印发一系列的病理生理的继发反应三、毒作用的生物化学机制1、酶活性的抑制1）有些有机化合物与酶的共价结合2）有些金属离子与含巯基的酶抢劫结合3）某些金属取代金属酶中的不同金属2、致突变作用：基因突变、转换、颠换、插入和缺少。常见的具有致突变的环境污染物质有：亚硝酸类、苯并（a）比、甲醛、苯、砷、铅、烷基汞化合物、甲基对硫磷、敌敌畏、白草枯、黄曲霉毒素B1等3、致癌作用化学致癌物质化学致癌物质作用机理非遗传毒物致癌物质4、致畸作用