环境化学-5章污染物质的毒性讲解课件.ppt

1、第五章：生物体内污染物质第五章：生物体内污染物质的运动过程及毒性的运动过程及毒性1【教学内容】【教学内容】 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 第二节污染物质在机体内的转运第二节污染物质在机体内的转运 第三节第三节 污染物质的生物富集、放大和积累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四节污染物质的生物转化 第五节第五节 污染物质的毒性污染物质的毒性 第六节第六节 有机物的定量结构与活性关系有机物的定量结构与活性关系2【教学要求】【教学要求】 u 掌握污染物质的生物富集、放大和积累；掌握污染物质的生物富集、放大和积累；u 掌握耗氧和有毒有机污染物质的微生物降

2、解；掌握耗氧和有毒有机污染物质的微生物降解；u 掌握若干元素的微生物转化；毒物的毒性、联合掌握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；作用和致突变、致癌及抑制酶活性等作用；u 了解有关重要辅酶的功能，有毒有机污染物质生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。物转化的类型。3【教学重难点教学重难点 】【教学重点】【教学重点】u 污染物的生物富集、放大和积累；污染物的生物富集、放大和积累； u 耗氧和有毒有机物的微生物降解；耗氧和有毒有机物的微生物降解； u 元素的微生物转化；元素的微生物转化； u 微生物对污染物的转化速率；微生物对污染物的转化

3、速率；u 毒物的毒性、联合作用。毒物的毒性、联合作用。【教学难点】【教学难点】 耗氧和有毒有机污染物质的微生物降解。耗氧和有毒有机污染物质的微生物降解。4第一节第一节 物质通过生物膜的方式物质通过生物膜的方式 一、生物膜的结构一、生物膜的结构 生物膜主要是由生物膜主要是由磷脂双分子层磷脂双分子层和和蛋白质蛋白质镶嵌组成的、镶嵌组成的、厚度为厚度为75-100的流动变动复杂体。的流动变动复杂体。 蛋白质的生理功能：蛋白质的生理功能：载体作用载体作用，转运膜内外物质，转运膜内外物质 催化作用催化作用，如酶，如酶 能量转换作用能量转换作用 膜孔膜孔：带极性，含水的微小孔道：带极性，含水的微小孔道 5

4、 （1 1）磷脂双分子层）磷脂双分子层 磷脂双分子层既有疏水基团，又有亲水基团。磷脂双分子层既有疏水基团，又有亲水基团。 亲水的头部处于水相，疏水的尾部朝向中央。亲水的头部处于水相，疏水的尾部朝向中央。 （2 2）蛋白质）蛋白质u 根据它们与膜脂相互作用的方式及其在膜中的排列根据它们与膜脂相互作用的方式及其在膜中的排列部位，可以大体分为两类：部位，可以大体分为两类：表在蛋白表在蛋白与与内在蛋白内在蛋白。u 不同生物膜所具有的不同生物学功能主要是由于所不同生物膜所具有的不同生物学功能主要是由于所含膜蛋白的含膜蛋白的种类和数量不种类和数量不同同67 第一节第一节 物质通过生物膜的方式物质通过生物膜

5、的方式 二、物质通过生物膜的方式二、物质通过生物膜的方式u 1、膜孔滤过、膜孔滤过 u 2、被动扩散（高浓度向低浓度）、被动扩散（高浓度向低浓度） 费克定律：费克定律： 扩散系数扩散系数D取决于通过物质和膜的性质，不需耗取决于通过物质和膜的性质，不需耗能、不需载体参与。能、不需载体参与。u 3、被动易化扩散、被动易化扩散 u 4、主动转运（钾离子、钠离子）、主动转运（钾离子、钠离子）u 5、胞吞和胞饮、胞吞和胞饮xcDAdtdQ891. 1. 膜孔滤过膜孔滤过 102.2.被动扩散被动扩散 被动扩散被动扩散脂溶性物质从脂溶性物质从高浓度高浓度侧向侧向低浓度低浓度侧，侧，即顺浓度梯度扩散，通过有

6、类脂层屏障的生物膜。即顺浓度梯度扩散，通过有类脂层屏障的生物膜。扩散速度服从扩散速度服从费克定律：费克定律： dQ/dt = - DA C/x被动扩散的特点：被动扩散的特点：扩散系数扩散系数D取决于通过物质取决于通过物质和膜的性质。和膜的性质。11 被动扩散特点：被动扩散特点：u 物质从高浓度的一侧，通过膜转运到低浓度的物质从高浓度的一侧，通过膜转运到低浓度的另一侧。另一侧。u 通过被转运物质本身的通过被转运物质本身的扩散作用扩散作用进行的，是一进行的，是一个个不需要外加能量不需要外加能量的自发过程。的自发过程。u 许多物质的被动转运过程许多物质的被动转运过程不需要特殊的蛋白载不需要特殊的蛋白

7、载体帮体帮助。助。123.3.被动易化扩散被动易化扩散被动易化扩散被动易化扩散就是物质在就是物质在高浓度高浓度侧与膜上侧与膜上特异性蛋特异性蛋白白载体载体 结合，通过生物膜，至结合，通过生物膜，至低浓度低浓度侧解离出原物质。侧解离出原物质。u 主动转运是在外加能量驱动下进行的物质跨膜转运过程。主动转运是在外加能量驱动下进行的物质跨膜转运过程。u 主动转运的物质，可以是离子、小分子化合物，也可以是复主动转运的物质，可以是离子、小分子化合物，也可以是复杂的大分子物质，如某些蛋白质或酶等。杂的大分子物质，如某些蛋白质或酶等。u 这一过程一般都与这一过程一般都与ATP的释能反应相偶联。的释能反应相偶联

8、。13 K+ + P KP (膜外膜外) KP + ATP PP + ADP + K+ （膜内）（膜内）4.4.主动转运主动转运转运过程：转运过程：145. 胞吞和胞饮胞吞和胞饮 第一节第一节 物质通过生物膜的方式物质通过生物膜的方式 物质以何种方式通过生物膜，主要决定于物质以何种方式通过生物膜，主要决定于机体机体各组织生物膜的特性和物质的结构、理化性质。各组织生物膜的特性和物质的结构、理化性质。（1 1）理化性质包括物质的脂溶性、水溶性、解离）理化性质包括物质的脂溶性、水溶性、解离度、分子大小等。度、分子大小等。（2 2）营养物质和代谢物质主要以）营养物质和代谢物质主要以被动易化扩散和被动易

9、化扩散和主动转运进入生物膜主动转运进入生物膜。（3 3）大多数物质以）大多数物质以被动扩散方式通被动扩散方式通过生物膜。过生物膜。15u 污染物质在机体内的运动过程包括污染物质在机体内的运动过程包括吸收吸收、分布分布、排泄排泄和和生物转化生物转化。 16第二节第二节 污染物质在机体内的转运污染物质在机体内的转运 吸收吸收 分布分布 排泄排泄生物转化生物转化 转运转运消除消除 第二节第二节 污染物质在机体内的转运污染物质在机体内的转运 一、吸收一、吸收 (Adsorption) 吸收吸收是污染物从机体外通过机体的是污染物从机体外通过机体的消化管、呼吸道、皮消化管、呼吸道、皮肤肤进入血液的过程。进

10、入血液的过程。 （1）消化道（管）：）消化道（管）：u 消化道消化道是吸收污染物质最主要的途径。是吸收污染物质最主要的途径。u 一般通过其摄取食物和饮水进入体内。一般通过其摄取食物和饮水进入体内。u 消化道的主要吸收部位在小肠，其次是胃。消化道的主要吸收部位在小肠，其次是胃。u 胃吸收：弱酸性物质胃吸收：弱酸性物质 弱碱性物质。弱碱性物质。 肠吸收：弱碱性物质肠吸收：弱碱性物质 弱酸性物质弱酸性物质.u 影响因素：脂溶性影响因素：脂溶性/水溶性、血液速度、解离度。水溶性、血液速度、解离度。 17 （2）呼吸道（管）呼吸道（管）u 呼吸道呼吸道是吸收大气污染物的主要途径。是吸收大气污染物的主要途

11、径。u其中的大颗粒部分停留在鼻腔、咽喉等部位，通过喷嚏、进食、其中的大颗粒部分停留在鼻腔、咽喉等部位，通过喷嚏、进食、吐痰等排出。吐痰等排出。u 细颗粒部分可以进入肺部不易复出，其主要吸收部位是肺泡。细颗粒部分可以进入肺部不易复出，其主要吸收部位是肺泡。u 气态污染物不仅危害上呼吸道，也可以在肺泡上积累，并进入气态污染物不仅危害上呼吸道，也可以在肺泡上积累，并进入血液中。血液中。18 一、吸收一、吸收 (Adsorption) 第二节第二节 污染物质在机体内的转运污染物质在机体内的转运第二节第二节 污染物质在机体内的转运污染物质在机体内的转运 （3 3）皮肤）皮肤u 由于皮肤角质层的阻隔，皮肤

12、吸收污染物的能力较差，只是由于皮肤角质层的阻隔，皮肤吸收污染物的能力较差，只是一些污染物质进入机体的途径。一些污染物质进入机体的途径。u 一般脂溶性强、分子量低的污染物（如酚、苯胺）才可以通一般脂溶性强、分子量低的污染物（如酚、苯胺）才可以通过皮肤吸收。过皮肤吸收。u 但是当皮肤毛孔张开时，一些大分子污染物也可以通过毛孔但是当皮肤毛孔张开时，一些大分子污染物也可以通过毛孔进入人体。进入人体。19 一、吸收一、吸收 (Adsorption) 人体内毒物被吸收、分布和排泄的主要途径人体内毒物被吸收、分布和排泄的主要途径 呼呼 吸吸 摄摄 吸吸 出出 入入 入入 收收 肺和肺泡肺和肺泡 胃肠道胃肠道

13、 皮肤皮肤 胆汁胆汁 肝肝 排泄物排泄物 （粪）（粪） 血液和淋巴系统血液和淋巴系统 骨骨 肾、膀胱肾、膀胱 脂肪脂肪 毒物贮存毒物贮存 尿尿 对植物而言：对植物而言：主要是叶片吸附、叶孔吸收、主要是叶片吸附、叶孔吸收、根部吸收三个途径。根部吸收三个途径。 （1 1）叶片吸附）叶片吸附u 可吸附一些可吸附一些颗粒态污染物颗粒态污染物，植物叶片越粗糙，比表，植物叶片越粗糙，比表面积越大，越能吸附大量污染物。面积越大，越能吸附大量污染物。u 一些植物叶片分泌一些油脂性物质，增加了对颗粒一些植物叶片分泌一些油脂性物质，增加了对颗粒态污染物的吸附作用。如云杉、油松、马尾松能分泌油态污染物的吸附作用。如

14、云杉、油松、马尾松能分泌油脂性物质，杨梅、草莓等叶片粗糙，比表面积大。脂性物质，杨梅、草莓等叶片粗糙，比表面积大。21 （2 2）叶孔吸收）叶孔吸收u 植物呼吸主要通过植物呼吸主要通过叶片气孔进行叶片气孔进行，大量污染物由此进入植，大量污染物由此进入植物体内，例如二氧化硫通过气孔进入叶片，被叶肉组织吸物体内，例如二氧化硫通过气孔进入叶片，被叶肉组织吸收，高浓度的二氧化硫能导致气孔的开闭功能瘫痪。收，高浓度的二氧化硫能导致气孔的开闭功能瘫痪。u 氟化物、臭氧、光化学烟雾有害成分、一些农药等都能通氟化物、臭氧、光化学烟雾有害成分、一些农药等都能通过气孔进入植物体内。过气孔进入植物体内。 （3 3）

15、根部吸收）根部吸收u 大部分通过植物根部大部分通过植物根部细胞膜的被动扩散吸收细胞膜的被动扩散吸收，即当外部污，即当外部污染物浓度大时，可以扩散进入根部细胞，然后通过染物浓度大时，可以扩散进入根部细胞，然后通过蒸腾作蒸腾作用用进入植物全身。进入植物全身。u 但是一般在植物根部但是一般在植物根部累积累积的污染物浓度最大。的污染物浓度最大。2223分布包括如下几个过程：分布包括如下几个过程： 吸收吸收返回返回 污染物污染物代谢产物代谢产物血液血液机体组织机体组织二、分布二、分布 (Distribution) 分布分布是指污染物质被吸收后或其代谢转化物质是指污染物质被吸收后或其代谢转化物质形成后，由

16、血液转送至机体各组织；与组织成分结形成后，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。合；从组织返回血液；以及再反复等过程。24影响分布的因素及在各器官的分布情况：影响分布的因素及在各器官的分布情况： （1）血流速度和污染物性质）血流速度和污染物性质 （2）血液与污染物的亲和性）血液与污染物的亲和性 u污染物质常与血液中的血浆蛋白质结合。污染物质常与血液中的血浆蛋白质结合。这种结合呈这种结合呈可逆性可逆性，结合与解离处于动态平衡。结合与解离处于动态平衡。u 血脑屏障：高脂溶性低解离度的污染物质血脑屏障：高脂溶性低解离度的污染物质，容易通过血脑屏，容易通过血脑屏障，

17、由血液进入脑部，如甲基汞化合物。障，由血液进入脑部，如甲基汞化合物。u 污染物质由母体转运到胎儿体内，必须通过由数层生物膜组污染物质由母体转运到胎儿体内，必须通过由数层生物膜组成的胎盘，称为成的胎盘，称为胎盘屏障胎盘屏障。u 有些污染物质可与有些污染物质可与血液的红细胞血液的红细胞或或血管外组织蛋白相结合血管外组织蛋白相结合，也会明显影响它们在体内的分布。也会明显影响它们在体内的分布。第二节第二节 污染物质在机体内的转运污染物质在机体内的转运 三、排泄三、排泄(Excretion) u 排泄排泄是污染物质及其代谢物质向机体外的转运过程。排泄器官是污染物质及其代谢物质向机体外的转运过程。排泄器官

18、有肾、肝胆、肠、肺、外分泌等，而以肾和肝胆为主。有肾、肝胆、肠、肺、外分泌等，而以肾和肝胆为主。 1、肾排泄、肾排泄(Renal Excretion) u 一般来说，一般来说，肾排泄是污染物质的一个主要排泄途径。肾排泄是污染物质的一个主要排泄途径。u 主要途径：肾小球滤过、近曲小管主动分泌和远曲主要途径：肾小球滤过、近曲小管主动分泌和远曲小管的重吸收。小管的重吸收。 25三、排泄三、排泄(Excretion) 2、肝胆系统的胆汁排泄、肝胆系统的胆汁排泄(Biliary Excretion )u 肝胆是污染物质的另一个重要排泄途径，肝胆是污染物质的另一个重要排泄途径，是是胆汁排泄胆汁排泄。u 胆

19、汁排泄是指主要由消化道（管）及其他途径吸收的污染物质，胆汁排泄是指主要由消化道（管）及其他途径吸收的污染物质，经血液达到肝脏后，与胆汁一起分泌经血液达到肝脏后，与胆汁一起分泌 26四、蓄积四、蓄积 (Accumulation) u 机体长期接触某污染物质，若机体长期接触某污染物质，若吸收超过排泄及其代吸收超过排泄及其代谢转化谢转化，则会出现该污染物质在体内逐增的现象，称为，则会出现该污染物质在体内逐增的现象，称为生物蓄积生物蓄积。u 机体的主要蓄积部位是机体的主要蓄积部位是血浆蛋白血浆蛋白、脂肪组织脂肪组织和和骨骼骨骼。u 污染物的污染物的蓄积部位与毒性部位不一定相同蓄积部位与毒性部位不一定相

20、同。u 蓄积部位中的污染物质，常同血浆中游离型污染物蓄积部位中的污染物质，常同血浆中游离型污染物质保持质保持相对稳定的平衡。相对稳定的平衡。27第二节第二节 污染物质在机体内的转运污染物质在机体内的转运铅污染铅污染u环境铅污染物进入人体的途径有两种：环境铅污染物进入人体的途径有两种：“吸入吸入”和和“食入食入”。u环境中的铅能以粉尘或烟尘的形式经呼吸道作用于人体，其吸环境中的铅能以粉尘或烟尘的形式经呼吸道作用于人体，其吸收量与粒径大小有关。收量与粒径大小有关。u在水体和土壤中的铅主要通过饮水和食物经消化道被人体吸收。在水体和土壤中的铅主要通过饮水和食物经消化道被人体吸收。进入消化道的铅，仅进入

21、消化道的铅，仅5-10%被吸收后经内静脉到达肝脏，一部被吸收后经内静脉到达肝脏，一部分由胆汁排到肠道，随粪排出，一部分进入血液循环。分由胆汁排到肠道，随粪排出，一部分进入血液循环。u吸收入人体的铅主要随尿排出，血循环中的铅进入毛发，吸收入人体的铅主要随尿排出，血循环中的铅进入毛发，测定测定发铅量可以估计体内铅负荷水平发铅量可以估计体内铅负荷水平。u铅集中于骨骼，而毒性部位在造血系统、神经系统及胃肠道等。铅集中于骨骼，而毒性部位在造血系统、神经系统及胃肠道等。28 一、生物富集一、生物富集(Biological Concentration)u 生物富集：生物富集：生物通过生物通过非吞食方式非吞食

22、方式，从周围环境蓄积某，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。境中浓度的现象。u 生物浓缩系数生物浓缩系数(Bioconcentration Factor) ： BCF = cb / ce Cb某种元素或难降解物质某种元素或难降解物质在机体中的浓度在机体中的浓度; Ce某种元素或难降解物质在机体某种元素或难降解物质在机体周围环境中周围环境中的浓度。的浓度。29一、生物富集一、生物富集(Biological Concentration) 影响生物缩系数的有关因素：影响生物缩系数的有关因素： 1、在物质性质方

23、面、在物质性质方面 主要影响因素是主要影响因素是降解性、脂溶性和水溶性降解性、脂溶性和水溶性。 一般，降解性小、脂溶性高、水溶性低的物质，生物浓缩系数高。一般，降解性小、脂溶性高、水溶性低的物质，生物浓缩系数高。 2、在生物特征方面、在生物特征方面 影响因素有影响因素有生物种类、大小、性别、器官、生物发育阶段生物种类、大小、性别、器官、生物发育阶段等。等。 3、在环境条件方面、在环境条件方面 影响因素包括影响因素包括温度、盐度、水硬度、温度、盐度、水硬度、pH、氧含量和光照状况、氧含量和光照状况等。等。 30 从动力学观点来看，从动力学观点来看，水生生物对水中难降解物质的水生生物对水中难降解物

24、质的富集速率富集速率，是生物对其，是生物对其吸收速率吸收速率Ra、消除速率消除速率Re及由及由生物机体质量增长引起的生物机体质量增长引起的物质稀释速率物质稀释速率Rg的代数和。的代数和。u 吸收速率常数吸收速率常数Ka越大，越容易富集，吸收速率越大，越容易富集，吸收速率Ra越越大，大，Ra = ka . cwu 消除速率常数消除速率常数Ke越大，越不易富集，消除速率越大，越不易富集，消除速率Re越越大，大，Re = -ke . cfu 稀释速率常数稀释速率常数Kg越大，富集浓度越小，稀释速率越大，富集浓度越小，稀释速率Rg越大，越大，Rg = -kg . cf31 于是于是水生生物富集速率微分

25、方程为：水生生物富集速率微分方程为： dcf /dt = ka . cw ke . cf kg . cg 若富集过程中生物质量增长不明显，则若富集过程中生物质量增长不明显，则Kg可忽略不可忽略不计，上式可简化为：计，上式可简化为： dcf /dt = ka . cw ke . cf 假定假定Cw恒定，恒定，t = 0时，时，Cf（0）= 0 u 水生生物富集速率方程为：水生生物富集速率方程为： cf = ka . cw/(ke + kg) 1 exp(-kg ke)t cf = (ka . cw/ke ) 1 exp (-ket)32u 水生生物富集速率方程为：水生生物富集速率方程为： cf

26、= ka . cw/(ke + kg) 1 exp(-kg ke)t cf = (ka . cw/ke ) 1 exp (-ket)u 生物浓缩系数生物浓缩系数 (t： BCF = cf /cw = ka / (ke + kg) BCF = cf /cw = ka / ke 平衡法测定平衡法测定cf 和和cw或或动力学法测定动力学法测定ka 、 ke kg计算出计算出BCF：33 对于有较高脂溶性和较低水溶性的、以被动对于有较高脂溶性和较低水溶性的、以被动扩散通过生物膜的难降解有机物质，发现有扩散通过生物膜的难降解有机物质，发现有机物在机物在辛醇辛醇-水两相分配系数水两相分配系数的对数值的对数

27、值（lgKow）与其在生物体中浓缩系数的对数值）与其在生物体中浓缩系数的对数值（lgBCF）间有良好的）间有良好的线性关系线性关系。 通式为：通式为：lgBCF = a lgKow + b34二、生物放大二、生物放大(Biomagnification) u 生物放大：生物放大：同一食物链上的高营养级生物，通过吞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。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。生物放大并不是在所有条件下都能发生。 如汞和

28、银都被脂首鱼积累，但脂首鱼对汞有生物放大如汞和银都被脂首鱼积累，但脂首鱼对汞有生物放大作用，而对银没有。作用，而对银没有。 35三、生物积累三、生物积累 (Bioaccumulation Process)u 生物积累：生物积累：生物从周围环境和生物从周围环境和食物链食物链蓄积某种元素或难降解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。物质，使其在机体中的浓度超过周围环境中浓度的现象。u 水生生物的积累微分速率方程：水生生物的积累微分速率方程： dci / dt = kai . cw + ai, i-1 . wi, i-1ci-1 (kei + kgi)ci 当当dci

29、 / dt = 0时，有：时，有： ci = cwi + c iu 与生物富集的区别与生物富集的区别多了多了食物链食物链这一获取污染物的渠道。这一获取污染物的渠道。 即：积累浓度即：积累浓度 = 水中摄取浓度水中摄取浓度 + 食物链传递的浓度食物链传递的浓度u 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。物积累达到平衡时的贡献大小。36复习复习u 物质通过生物膜的方式有哪几种？物质通过生物膜的方式有哪几种？u 物质在生物体内的转运方式有哪些？物质在生物体内的转运方式有哪些？u 影响生物浓缩系数的因素有哪些？

30、如何计影响生物浓缩系数的因素有哪些？如何计算和测定生物浓缩系数？算和测定生物浓缩系数？37第四节第四节 污染物质的生物转化污染物质的生物转化 (Biotransformation of Polluted Matter) 内容提要：内容提要： 了解：生物转化中酶学和氢传递过程的基础了解：生物转化中酶学和氢传递过程的基础内容。内容。 掌握：耗氧和有毒有机污染物的微生物降解；掌握：耗氧和有毒有机污染物的微生物降解；若干重金属和非金属元素的微生物转化；微生若干重金属和非金属元素的微生物转化；微生物转化速率影响因素。物转化速率影响因素。38第四节第四节 污染物质的生物转化污染物质的生物转化 一、生物转化

31、中的酶一、生物转化中的酶 (Enzyme in Biotransformation) 什么是酶什么是酶(Enzyme )？u 酶酶是是一类由细胞制造和分泌的、以蛋白质为主要成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。分的、具有催化活性的生物催化剂。u 酶的发现酶的发现u 1773年，意大利科学家斯帕兰扎尼设计了一个巧妙年，意大利科学家斯帕兰扎尼设计了一个巧妙的实验：将肉块放入小巧的金属笼中，然后让鹰吞下的实验：将肉块放入小巧的金属笼中，然后让鹰吞下去。过一段时间他将小笼取出，发现肉块消失了。去。过一段时间他将小笼取出，发现肉块消失了。 39 于是，他推断胃液中一定

32、含有消化肉块的物质。但是于是，他推断胃液中一定含有消化肉块的物质。但是什么，他不清楚。什么，他不清楚。 1836年，德国科学家施旺从胃液中提取出了消化蛋白年，德国科学家施旺从胃液中提取出了消化蛋白质的物质。解开胃的消化之谜。质的物质。解开胃的消化之谜。 20世纪世纪30年代，科学家们相继提取出多种酶的蛋白质年代，科学家们相继提取出多种酶的蛋白质结晶，并指出酶是一类具有生物催化作用的蛋白质。结晶，并指出酶是一类具有生物催化作用的蛋白质。 20世纪世纪80年代，美国科学家切赫和奥特曼发现少数年代，美国科学家切赫和奥特曼发现少数RNA也具有生物催化作用。也具有生物催化作用。40u 什么是酶促反应？什

33、么是酶促反应？ 酶催化的生物化学反应，称为酶促反应。酶催化的生物化学反应，称为酶促反应。 在酶的催化下发生化学变化的物质，称为在酶的催化下发生化学变化的物质，称为底物底物。 酶催化作用的实质：降低化学反应活化能。酶催化作用的实质：降低化学反应活化能。u 活化能：活化能：将将1mol反应底物中所有分子由基态转化为过渡态反应底物中所有分子由基态转化为过渡态所需要的能量。所需要的能量。u 活性部分活性部分：酶的活性部位通常位于蛋白质的：酶的活性部位通常位于蛋白质的结构域结构域或亚基或亚基之间的裂隙或是蛋白质表面的凹陷。通常都是由在三维空间之间的裂隙或是蛋白质表面的凹陷。通常都是由在三维空间上靠得很近

34、的一些上靠得很近的一些氨基的残基氨基的残基组成。组成。u 酶的催化特性：酶的催化特性： 专一性、高效性、温和性专一性、高效性、温和性41酶的专一性酶的专一性 又称特异又称特异性，是指性，是指酶在催化酶在催化生化反应生化反应时对底物时对底物的选择性的选择性42酶的高效性酶的高效性 酶的催化作用可使反应速度提高酶的催化作用可使反应速度提高106-1012倍。倍。 例如：例如： 过氧化氢分解过氧化氢分解 2H2O2 用用Fe2+催化，效率为催化，效率为610-4mol/mol.S，而用过氧化氢酶催化，而用过氧化氢酶催化，效率为效率为6106mol/mol.S。 用用-淀粉酶催化淀粉水解，淀粉酶催化淀

35、粉水解，1克结晶酶在克结晶酶在65条件下可催化条件下可催化2吨吨淀粉水解。淀粉水解。 酶的反应温和性酶的反应温和性 酶促反应一般在酶促反应一般在pH 5-8 水溶液中进行，反应温度范围为水溶液中进行，反应温度范围为20-40。 高温或其他苛刻的物理或化学条件，将引起酶的失活。高温或其他苛刻的物理或化学条件，将引起酶的失活。43酶的分类酶的分类 根据催化反应性质分为：根据催化反应性质分为：u 氧化还原酶：如细胞色素氧化酶氧化还原酶：如细胞色素氧化酶u 转移酶：如胃蛋白酶、淀粉酶转移酶：如胃蛋白酶、淀粉酶u 水解酶：如转氨酶水解酶：如转氨酶u 裂解酶：如碳酸酐酶裂解酶：如碳酸酐酶u 异构酶：如磷酸

36、葡萄糖异构酶异构酶：如磷酸葡萄糖异构酶u 合成酶：如谷氨酰胺合成酶合成酶：如谷氨酰胺合成酶44酶的分类酶的分类 按成分来分类：按成分来分类： 单成分酶、双成分酶（辅酶和辅基）。单成分酶、双成分酶（辅酶和辅基）。u 单成分酶：分子中只有氨基酸残基组成的肽链。单成分酶：分子中只有氨基酸残基组成的肽链。u 双成分酶：分子中则除了多肽链组成的蛋白质，双成分酶：分子中则除了多肽链组成的蛋白质，还有非蛋白成分，如金属离子、铁卟啉或含还有非蛋白成分，如金属离子、铁卟啉或含B B族维族维生素的小分子有机物。生素的小分子有机物。45酶的分类酶的分类u 辅基：辅基：非蛋白质部分若与酶蛋白以共价键相连的非蛋白质部分

37、若与酶蛋白以共价键相连的称为辅基，用透析或超滤等方法不能使它们与酶称为辅基，用透析或超滤等方法不能使它们与酶蛋白分开；蛋白分开；u 辅酶：辅酶：两者以非共价键相连的称为辅酶，可用上两者以非共价键相连的称为辅酶，可用上述方法把两者分开。述方法把两者分开。u 辅酶与辅基在催化反应中作为氢（辅酶与辅基在催化反应中作为氢（H+和和e）或某些）或某些化学基团的载体，起传递氢或化学基团的作用。化学基团的载体，起传递氢或化学基团的作用。46 第四节第四节 污染物质的生物转化污染物质的生物转化二、若干种重要辅酶的功能二、若干种重要辅酶的功能1、FMN和和FAD 黄素单核苷酸和黄素腺嘌呤二核苷酸黄素单核苷酸和黄

38、素腺嘌呤二核苷酸 在酶促反应中担任在酶促反应中担任传递氢传递氢任务任务 2、NAD+和和NADP+ 辅酶辅酶I和辅酶和辅酶 （传递氢）（传递氢）3、辅酶、辅酶Q（泛醌）：简写（泛醌）：简写CoQ （传递氢）（传递氢）4、细胞色素酶系的辅酶（细胞色素、细胞色素酶系的辅酶（细胞色素b、c1、c、a和和a3) 在反应中担当在反应中担当传递电子传递电子作用作用 5、辅酶、辅酶A：简写：简写CoASH 在酶促反应中起着在酶促反应中起着传递酰基传递酰基的作用的作用 47第四节第四节 污染物质的生物转化污染物质的生物转化三、生物氧化中的氢传递过程三、生物氧化中的氢传递过程 u 生物氧化生物氧化(Biolog

39、ical Oxidation )的概念：的概念：有机物质有机物质在生物体细胞内氧化分解产生二氧化碳、水，并释放在生物体细胞内氧化分解产生二氧化碳、水，并释放出大量能量的过程称为出大量能量的过程称为生物氧化生物氧化。u 生物氧化的特点：氧化过程在细胞体内温和的条件生物氧化的特点：氧化过程在细胞体内温和的条件下进行；释放出的能量主要通过二磷酸腺苷（下进行；释放出的能量主要通过二磷酸腺苷（ADP）与正磷酸合成三磷酸腺苷与正磷酸合成三磷酸腺苷(ATP)而被暂时存放。而被暂时存放。 48第四节第四节 污染物质的生物转化污染物质的生物转化氢传递过程的几种分类氢传递过程的几种分类 1、有氧氧化中以分子氧为、

40、有氧氧化中以分子氧为直接受氢体直接受氢体的递氢过程；的递氢过程；2、有氧氧化中以分子氧为、有氧氧化中以分子氧为间接受氢体间接受氢体的递氢过程；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、无氧氧化中有机底物转化中间产物作受氢体的递氢过程；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、无氧氧化中某些无机含氧化合物作受氢体的递氢过程。氢过程。49 1 1、有氧氧化中以分子氧为直接受氢体、有氧氧化中以分子氧为直接受氢体的递氢过程的递氢过程502 2、有氧氧化中以分子氧为间接受氢体、有氧氧化中以分子氧为间接受氢体的递氢过程的递氢过程513、无氧氧化中有机底物转化中间产物作受氢、无

41、氧氧化中有机底物转化中间产物作受氢体的递氢过程体的递氢过程524、无氧氧化中某些无机含氧化合物作受氢体的、无氧氧化中某些无机含氧化合物作受氢体的递氢过程递氢过程53第四节第四节 污染物质的生物转化污染物质的生物转化 四、耗氧有机污染物质的微生物降解四、耗氧有机污染物质的微生物降解 (Microbial Degradation of Oxygen-Consuming Organic Pollutant) 有氧氧化有氧氧化 生物降解生物降解 无氧氧化无氧氧化 耗氧有机污染物质耗氧有机污染物质 有机污染物质有机污染物质 有毒有机污染物质有毒有机污染物质 生物降解生物降解 ：有机物质通过有机物质通过生

42、物氧化生物氧化以及其他的以及其他的生物转化生物转化，可以变成更小、更简单的分子过程。可以变成更小、更简单的分子过程。 54u 耗氧有机污染物质耗氧有机污染物质：生物残体、排放废水和废弃物中：生物残体、排放废水和废弃物中的的糖类糖类、脂肪脂肪和和蛋白质蛋白质等较易生物降解的有机物质。等较易生物降解的有机物质。u 1. 糖类的微生物降解途径糖类的微生物降解途径 1）多糖水解成单糖）多糖水解成单糖 2）单糖酵解成丙酮酸）单糖酵解成丙酮酸 C6H12O6 + 2NAD+ 55四、耗氧有机污染物质的微生物降解四、耗氧有机污染物质的微生物降解 2、脂肪的微生物降解、脂肪的微生物降解 降解途径：降解途径：

43、1 1）脂肪水解成脂肪酸和甘油；）脂肪水解成脂肪酸和甘油； 2 2）甘油的转化；）甘油的转化； 3 3）脂肪酸的转化。）脂肪酸的转化。56四、耗氧有机污染物质的微生物降解四、耗氧有机污染物质的微生物降解 1 1）脂肪水解成脂肪酸和甘油）脂肪水解成脂肪酸和甘油57CHOOCR2CH2OOCR3CH2OOCR1+ 3 H2O水解CH2OHCH2OHCHOH R2COOH R3COOH R1COOH+四、耗氧有机污染物质的微生物降解四、耗氧有机污染物质的微生物降解 2 2）甘油的转化）甘油的转化丙酮酸形成以后，在有氧条件下变成二氧化碳和水；丙酮酸形成以后，在有氧条件下变成二氧化碳和水；而在无氧氧化条

44、件下转变成有机酸、醇和二氧化碳。而在无氧氧化条件下转变成有机酸、醇和二氧化碳。58CH2OHCH2OHCHOHCH3COCOOH + 4H丙酮酸四、耗氧有机污染物质的微生物降解四、耗氧有机污染物质的微生物降解 3 3）脂肪酸的转化）脂肪酸的转化59 四、耗氧有机污染物质的微生物降解四、耗氧有机污染物质的微生物降解3、蛋白质的微生物降解、蛋白质的微生物降解 (Microbial Degradation of Protein)603、蛋白质的微生物降解、蛋白质的微生物降解 基本途径：基本途径：（1）蛋白质水解成氨基酸）蛋白质水解成氨基酸 （2）氨基酸脱氨成脂肪酸）氨基酸脱氨成脂肪酸 总而言之，蛋白

45、质通过微生物作用，总而言之，蛋白质通过微生物作用，有氧条件有氧条件二氧化碳、水、氨。（降解彻底）二氧化碳、水、氨。（降解彻底）无氧条件无氧条件简单有机酸、醇、二氧化碳。（降解不简单有机酸、醇、二氧化碳。（降解不彻底）彻底）61 水解反应及有氧氧化（水解反应及有氧氧化（Aerobic Oxidation)62CNH2HRCOOH+H2OCOHHRCOOH + NH3CNH2HRCOOH+O RCOOH + NH3 + CO23、蛋白质的微生物降解、蛋白质的微生物降解 3、蛋白质的微生物降解、蛋白质的微生物降解 无氧氧化（无氧氧化（Anaerobic Oxidation)63CNH2HRCOOH+

46、 RCH2COOH + NH3CNH2HRCOOHRCH=CHCOOH + NH3四、耗氧有机污染物质的微生物降解四、耗氧有机污染物质的微生物降解 4 4、甲烷发酵、甲烷发酵 CH3COOH 64 第四节第四节 污染物质的生物转化污染物质的生物转化 五、有毒有机污染物质生物转化类型五、有毒有机污染物质生物转化类型 u 有毒有机物质生物转化的主要反应类型如下：氧化、有毒有机物质生物转化的主要反应类型如下：氧化、还原、水解、结合。还原、水解、结合。u 1、氧化反应类型、氧化反应类型 1）混合功能氧化酶加氧氧化）混合功能氧化酶加氧氧化 2）脱氢酶脱氢氧化）脱氢酶脱氢氧化 3）氧化酶氧化）氧化酶氧化

47、65 1）混合功能氧化酶加氧氧化）混合功能氧化酶加氧氧化 66 2）脱氢酶脱氢氧化）脱氢酶脱氢氧化 u 醇氧化成醛醇氧化成醛 RCH2OH u 醇氧化成酮醇氧化成酮 R1CH2OHR2 u 醛氧化成羧酸醛氧化成羧酸 R1CHO + H2O 67 3 3）氧化酶氧化）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：受氢体的酶类。例如： R1CH2NH2 + H2O 68五、有毒有机污染物质生物转化类型五、有毒有机污染物质生物转化类型 2、还原反应类型、还原反应类型 1）可逆脱氢酶加氢还原）可逆脱氢酶加氢还原 2）硝基还原

48、酶还原）硝基还原酶还原69COR1R2+ 2 HCHOHR1R2NO22HH2ONO2HNHOHNH22H-H2O3）偶氮还原酶还原）偶氮还原酶还原4）还原脱氯酶还原）还原脱氯酶还原70NN2HHNHN2HNH22ClHCCClClClCl(DDT)+H-Cl-HClClHCCClClHClClCCClClCl(DDD)(DDE) 五、有毒有机污染物质生物转化类型五、有毒有机污染物质生物转化类型 3、水解反应、水解反应 1）羧酸酯酶使脂肪族酯水解）羧酸酯酶使脂肪族酯水解 RCOOR + H2O 2）芳香酯酶使芳香族酯水解）芳香酯酶使芳香族酯水解 71H2NCOOCH2CH2N(C2H5)2+

49、H2ONH2COOH+ HOCH2CH2N(C2H5)2 3）磷酯酶使磷酸酯水解）磷酯酶使磷酸酯水解 4) ) 酰胺酶使酰胺水解酰胺酶使酰胺水解 72POC2H5OOC2H5ONO2+ H2OPOC2H5OOC2H5OHOHNO2+NHCOCH3OC2H5+ H2ONH2OC2H5+ CH3COOH 4 4、若干重要结合反应类型、若干重要结合反应类型 1 1）葡萄糖醛酸结合）葡萄糖醛酸结合 2 2）硫酸结合）硫酸结合 3 3）谷胱甘肽结合）谷胱甘肽结合73 第四节第四节 污染物质的生物转化污染物质的生物转化六、有毒有机污染物质的微生物降解六、有毒有机污染物质的微生物降解 1、烃类（、烃类（以有

50、氧氧化占绝对优势以有氧氧化占绝对优势）（1）正烷烃的降解）正烷烃的降解 C原子数大于原子数大于1的正烷烃，其降解途径以烷烃末端的正烷烃，其降解途径以烷烃末端氧化最为常见。氧化最为常见。74第四节第四节 污染物质的生物转化污染物质的生物转化（2）稀烃）稀烃a 饱和末端氧化：经与正烷烃（饱和末端氧化：经与正烷烃（C1）相同途径，形成不饱）相同途径，形成不饱和脂肪酸和脂肪酸b 不饱和端：双键环氧化，开环不饱和端：双键环氧化，开环 二醇二醇 脂肪酸脂肪酸（3）苯及其衍生物）苯及其衍生物 第一步：双醇中间产物儿茶酚第一步：双醇中间产物儿茶酚 第二步：形成有机酸第二步：形成有机酸 第三步：进入第三步：进入