1、第四章第四章 污染物的生态毒理污染物的生态毒理(Ecotoxicology of Pollutants)内容内容第一节第一节 毒理学与生态毒理学毒理学与生态毒理学第二节第二节 吸收、分布、代谢、排泄吸收、分布、代谢、排泄第三节第三节 生物富集、放大与积累生物富集、放大与积累第四节第四节 污染物生物转化污染物生物转化第五节第五节 毒物、毒性毒物、毒性 内容内容第一节第一节 毒理学与生态毒理学毒理学与生态毒理学一、毒理学一、毒理学(Toxicology)二、二、生态毒理学生态毒理学 (Ecotoxicology)一、毒理学一、毒理学ToxicologyToxicology(from the Gre
2、ek words toxicos and logos)is the study of the adverse effects of chemicals on living organisms 1.It is the study of symptoms,mechanisms,treatments and detection of poisoning,especially the poisoning of people.Toxicology studies the relationship between dose and its effects on the living organism.Th
3、e chief criterion regarding the toxicity of a chemical is the dose,i.e.the amount of exposure to the substance.Almost all substances are toxic under the right conditions.Relationship Between Dose and Toxicity 一、毒理学一、毒理学Toxicity of MetabolitesMany substances regarded as poisons are toxic only indirec
4、tly.An example is wood alcohol,or methanol,is chemically converted to formaldehyde and formic acid in the liver.It is the formaldehyde and formic acid that cause the toxic effects of methanol exposure.Many drug molecules are made toxic in the liver,a good example being acetaminophen(paracetamol),esp
5、ecially in the presence of alcohol.二、生态毒理学二、生态毒理学EcotoxicologyThe term ecotoxicology was coined by Truhaut in 1969,who defined it as the branch of toxicology concerned with the study of toxic effects,caused by natural or synthetic pollutants,to the constituents of ecosystems,animal(including human),
6、vegetable and microbial,in an integral context”(Truhaut,1977).Ecotoxicology is alleged to be the integration of toxicology and ecology or,as Chapman(2002)suggested“ecology in the presence of toxicants”.It aims to predict the effects upon natural populations,communities,or ecosystems-the ecosystem-of
7、 stressors,be they anthropogenic in origin or otherwise.内容内容第二节第二节 吸收、分布、代谢、排泄吸收、分布、代谢、排泄一、物质通过生物膜的方式一、物质通过生物膜的方式二、二、污染物质在生物体内的转运污染物质在生物体内的转运 一、一、物质通过生物膜的方式物质通过生物膜的方式ADMEADME is an acronym in pharmacokinetics and pharmacology for absorption,distribution,metabolism,and excretion,and describes the dis
8、position of a pharmaceutical compound within an organism.1.生物膜的结构生物膜的结构70年代年代(Singer and Nicholson,1972)提出的液态镶嵌模型：提出的液态镶嵌模型：磷脂双分子层构成细胞膜的骨架磷脂双分子层构成细胞膜的骨架(75-100)，亲水基团排亲水基团排列于内外两面；蛋白质分子覆盖、镶嵌、贯穿列于内外两面；蛋白质分子覆盖、镶嵌、贯穿(物质转运物质转运的载体，酶；膜孔的载体，酶；膜孔)。一、一、物质通过生物膜的方式物质通过生物膜的方式生物膜脂质双分子层结构生物膜脂质双分子层结构 一、一、物质通过生物膜的方式物
9、质通过生物膜的方式(1)膜孔过滤膜孔过滤扩散系数；扩散面积；膜两侧物质浓度梯度；膜厚度；DACxxCDAdtdQ2.物质通过生物膜的方式物质通过生物膜的方式脂溶性物质从高浓脂溶性物质从高浓度向低浓度侧扩散。扩度向低浓度侧扩散。扩散速率服从费克定律。散速率服从费克定律。直径小于膜孔的水溶性物质，可借助膜两侧的静水压直径小于膜孔的水溶性物质，可借助膜两侧的静水压及渗透压经膜孔滤过。及渗透压经膜孔滤过。(2)被动扩散被动扩散在高浓度侧与膜上特性性蛋白质结合，通过生物膜，至低在高浓度侧与膜上特性性蛋白质结合，通过生物膜，至低浓度侧解离出原物质。浓度侧解离出原物质。它受到膜特异性载体及其数量的制约，因此
10、有特异性选择，它受到膜特异性载体及其数量的制约，因此有特异性选择，竞争性抑制和饱和现象。竞争性抑制和饱和现象。(3)被动易化扩散被动易化扩散脂脂/水分配系数越大，分子越小，不容易离解的分子，扩水分配系数越大，分子越小，不容易离解的分子，扩散系数越大。被动扩散不需要耗能，不需要载体参与，没有散系数越大。被动扩散不需要耗能，不需要载体参与，没有特异性选择、竞争性抑制及饱和现象。特异性选择、竞争性抑制及饱和现象。一、一、物质通过生物膜的方式物质通过生物膜的方式 一、一、物质通过生物膜的方式物质通过生物膜的方式在需要消耗一定的代谢能量下，一些物质可在低浓度在需要消耗一定的代谢能量下，一些物质可在低浓度
11、侧与膜上高浓度特异性蛋白载体结合，通过生物膜，至高侧与膜上高浓度特异性蛋白载体结合，通过生物膜，至高浓度侧解离出蛋白质和原物质。浓度侧解离出蛋白质和原物质。所需要的能量来自于所需要的能量来自于ATP。这种转运具有特异性选择、这种转运具有特异性选择、竞争性抑制和饱和现象。例如钾离子的主动转运。竞争性抑制和饱和现象。例如钾离子的主动转运。(4)主动转运主动转运(Active Transport;Passive Transport)：一、一、物质通过生物膜的方式物质通过生物膜的方式少数物质与膜上某种蛋白质具有特殊的亲和力，当其少数物质与膜上某种蛋白质具有特殊的亲和力，当其与膜接触后，可改变这部分膜的
12、表面张力，引起膜的外包与膜接触后，可改变这部分膜的表面张力，引起膜的外包或内陷而被包围进入膜内，固体物质的这一转运称为胞吞，或内陷而被包围进入膜内，固体物质的这一转运称为胞吞，液体物质的这一转运称为胞饮。液体物质的这一转运称为胞饮。总之，物质通过生物膜的方式取决于膜内外环境、膜总之，物质通过生物膜的方式取决于膜内外环境、膜的性质和物质的结构。的性质和物质的结构。(5)胞吞和胞饮胞吞和胞饮 二、二、污染物质在生物体内的转运污染物质在生物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污染物质在生物污染物质在生物体内的运动过程体内的运动过程转运转运消除消除吸收是污染物质从机体外通过各种途径通透体
13、膜进入血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。吸收途径主要是液的过程。吸收途径主要是消化道消化道、呼吸道呼吸道和和皮肤皮肤。1.吸收吸收 二、二、污染物质在生物体内的转运污染物质在生物体内的转运口腔口腔食管食管胃胃肠肠消化道消化道被动扩散被动扩散被动扩散被动扩散污染物质的脂溶性污染物质的脂溶性血液流速血液流速pH与酸碱性与酸碱性呼吸道是吸收大气呼吸道是吸收大气污染物的主要途径污染物的主要途径被动扩散被动扩散滤过滤过吞噬吞噬皮肤：一般分子量低于皮肤：一般分子量低于300，液态或溶解态脂溶性强的物质。，液态或溶解态脂溶性强的物质。二、二、污染物质在生物体内的转运污染物质在生物体
14、内的转运污染物质被吸收后或其代谢转化物质形成后，由血液运污染物质被吸收后或其代谢转化物质形成后，由血液运送至机体各组织；或与组织成分结合；以及在再反复等过程。送至机体各组织；或与组织成分结合；以及在再反复等过程。在污染物质的转运过程中，以被动扩散为主。在污染物质的转运过程中，以被动扩散为主。血脑屏障血脑屏障胎盘屏障胎盘屏障与血浆蛋白结合与血浆蛋白结合金属硫蛋白结合金属硫蛋白结合2.分布分布关键：脂溶性大小关键：脂溶性大小 二、二、污染物质在生物体内的转运污染物质在生物体内的转运3.排泄排泄 机体长期接触某些污染物质，若吸收超过其排泄和代谢转机体长期接触某些污染物质，若吸收超过其排泄和代谢转化，
15、则会出现该污染物质在体内逐渐增多的现象，称为化，则会出现该污染物质在体内逐渐增多的现象，称为生物蓄生物蓄积积。蓄积时，污染物质的体内分布，主要是相对集中分布于机。蓄积时，污染物质的体内分布，主要是相对集中分布于机体的某些部位。体的某些部位。机体的主要蓄积部位是血浆蛋白、脂肪组织和骨骼。机体的主要蓄积部位是血浆蛋白、脂肪组织和骨骼。有些物质的蓄积部位与毒性作用部位不同。有些物质的蓄积部位与毒性作用部位不同。蓄积部位的污染物质，常同血浆中游离型的污染物质保持蓄积部位的污染物质，常同血浆中游离型的污染物质保持相对稳定的平衡。相对稳定的平衡。4.蓄积蓄积肾、肝脏肾、肝脏(胆汁胆汁)、肺、肺、胃肠胃肠其
16、它：其它：汗液和唾液、毛发和指甲、随同乳汁汗液和唾液、毛发和指甲、随同乳汁 内容内容第三节第三节 生物富集、放大与积累生物富集、放大与积累一、生物富集一、生物富集二、二、生物放大生物放大三、生物积累三、生物积累 一、一、生物富集生物富集生物富集生物富集是指生物通过非吞食方式，从周围环境中蓄积是指生物通过非吞食方式，从周围环境中蓄积某种某种元素元素或或难降解性物质难降解性物质，使其在机体内的浓度超过周围环，使其在机体内的浓度超过周围环境中的浓度的现象。生物富集常用生物富集系数境中的浓度的现象。生物富集常用生物富集系数(生物浓缩系生物浓缩系数、生物富集因子数、生物富集因子)表示：表示：Biocon
17、centration factors(BCF)beCBCFC=BCF生物富集系数（因子）；生物富集系数（因子）；Cb平衡平衡时，某种污染物质在生物体内的浓度；时，某种污染物质在生物体内的浓度；Ce平衡平衡时，某种污染物质在机体周围环境中的浓度时，某种污染物质在机体周围环境中的浓度Bioconcentration污染物质因素：脂溶性、可降解性、（结构）污染物质因素：脂溶性、可降解性、（结构）生物因素：生物种类、大小、性别、器官、发育阶段生物因素：生物种类、大小、性别、器官、发育阶段环境因素：温度、盐度、硬度、环境因素：温度、盐度、硬度、pH、氧含量、光照氧含量、光照水生生物对水中难降解性物质的富
18、集是生物对其水生生物对水中难降解性物质的富集是生物对其吸收速吸收速率率、消除速率消除速率以及由于生物体的生长所造成的以及由于生物体的生长所造成的稀释速率稀释速率的总的总和。和。影响生物富集因子的因素：影响生物富集因子的因素：动力学：动力学：一、一、生物富集生物富集 一、一、生物富集生物富集吸收速率吸收速率：消除速率消除速率：稀释速率稀释速率：fggfeeWaaCkRCkRCkRka,ke,kg-水生生物吸收、消除、生长速率常数；水生生物吸收、消除、生长速率常数；Cf-水生生物体内污染物的瞬时状态浓度；水生生物体内污染物的瞬时状态浓度；CW-水中污染物的瞬时状态浓度；水中污染物的瞬时状态浓度；一
19、、一、生物富集生物富集通常水体足够大，水中浓度通常水体足够大，水中浓度 CW可视为恒定。又可视为恒定。又t=0 时，时，Cf=0，在此条件下求解上面二式，分别得到：在此条件下求解上面二式，分别得到：fgfeWafCkCkCkdtdCfeWafCkCkdtdC)exp(1)exp(1 eeWafgegeWaftkkCkCtkkkkCkC如果富集过程中生物量增长不明显，则如果富集过程中生物量增长不明显，则kg 可以忽略不计，得可以忽略不计，得 一、一、生物富集生物富集eaWfgeaWfkkCCBCFkkkCCBCF随时间的增长而增大，随时间的增长而增大，WfCCt当当 时，生物富集因子为：时，生物
20、富集因子为：二、二、生物放大生物放大同一食物链上的同一食物链上的高营养级高营养级的生物，通过的生物，通过吞食低营养级生物吞食低营养级生物而蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体内浓度随营养级数而蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体内浓度随营养级数升高而增大的现象。升高而增大的现象。生物放大的程度也用生物浓缩系数表示。生物放大的程度也用生物浓缩系数表示。Biomagnification,also known as bioamplification,or biological magnification is the increase in concentration of a substance,
21、such as the pesticide DDT,that occurs in a food chain as a consequence of:Food chain energetics；Low(or nonexistent)rate of excretion/degradation of the substance.三、三、生物积累生物积累生物放大生物放大或或生物富集生物富集是属于是属于生物积累生物积累的一种情况。所谓的一种情况。所谓生物积累，就是生物从生物积累，就是生物从周围环境和食物链蓄积周围环境和食物链蓄积某种元素或难某种元素或难降解性物质，使其在机体中浓度超过周围环境中浓度的现象
22、。降解性物质，使其在机体中浓度超过周围环境中浓度的现象。生物积累也用生物浓缩系数表示。生物积累也用生物浓缩系数表示。Bioaccumulation is the general term describing a process by which chemicals are taken up by a plant or animal either directly from exposure to a contaminated medium(soil,sediment,water)or by eating food containing the chemical.水生生物对某物质的水生生物对某
23、物质的积累速率积累速率等于从等于从水中的吸收速率水中的吸收速率，从，从食食物链上的吸收速率物链上的吸收速率及其本身及其本身消除、稀释速率消除、稀释速率的代数和。的代数和。igieiiiiiiwaiiCkkCWCkdtdC)(11,1,Cw生物生存的水环境中某物质浓度；生物生存的水环境中某物质浓度；Ci食物链食物链i级生物中某物质的浓度；级生物中某物质的浓度；Ci-1食物链食物链i-1级生物中该物质的浓度；级生物中该物质的浓度；Wij-1i级生物对级生物对i-1级生物的摄食率；级生物的摄食率；i,i-1 i级生物对级生物对i-1级生物中该物质的同化率；级生物中该物质的同化率；Kaii级生物对该物
24、质的吸收速率常数；级生物对该物质的吸收速率常数；Keii级生物体中该物质的消除速率常数级生物体中该物质的消除速率常数;Kgii级生物的生长速率常数级生物的生长速率常数。三、三、生物积累生物积累igieiiiiiiwaiiCkkCWCkdtdC)(11,1,三、三、生物积累生物积累0dtdCi当当t 时，时，11,1,W)()(igieiiiiigieiaiiCkkWCkkkCiwiiCCCgieiiiiiiikkWCC1,1,1通常通常Wi,i-1 kgi，对于同种生物，对于同种生物，kei越小，越小，i,i-1越大的越大的物质，生物放大越显著。物质，生物放大越显著。Cw：生物生存的水环境中某
25、物质浓度；生物生存的水环境中某物质浓度；Ci：食物链食物链i级生物中某物质的浓度；级生物中某物质的浓度；Ci-1：食物链食物链i-1级生物中该物质的浓度；级生物中该物质的浓度；Wij-1：i级生物对级生物对i-1级生物的摄食率；级生物的摄食率；i,i-1：i级生物对级生物对i-1级生物中该物质的同级生物中该物质的同化率；化率；Kai：i级生物对该物质的吸收速率常数；级生物对该物质的吸收速率常数；Kei：i级生物体中该物质的消除速率常级生物体中该物质的消除速率常数数;Kgi：i级生物的生长速率常数级生物的生长速率常数。内容内容第四节第四节 污染物生物转化污染物生物转化一、生物转化中的酶一、生物转
26、化中的酶二、二、若干重要辅酶的功能若干重要辅酶的功能三、生物氧化过程的氢传递过程三、生物氧化过程的氢传递过程四、有毒有机污染物生物转化四、有毒有机污染物生物转化五、有毒有机污染物的微生物降解五、有毒有机污染物的微生物降解六、部分污染物的微生物转化六、部分污染物的微生物转化 一、一、生物转化中的酶生物转化中的酶物质在生物的作用下所经受的化学变化，称为生物转化物质在生物的作用下所经受的化学变化，称为生物转化或代谢或代谢(转化转化)。在生物转化过程中，微生物发挥了重要作用。在生物转化过程中，微生物发挥了重要作用。通过生物转化，污染物质的毒性发生了转变。通过生物转化，污染物质的毒性发生了转变。污染物质
27、在环境中的三大转化类型污染物质在环境中的三大转化类型生物转化生物转化化学转化化学转化光化学转化光化学转化生物转化生物转化Biotransformation is the chemical modification(or modifications)made by an organism.If this modification ends in mineral compounds like CO2,NH3+or H2O,the biotransformation is called mineralisation.一、一、生物转化中的酶生物转化中的酶酶是又生物细胞制造和分泌的、以蛋白质为主要成分的
28、、具酶是又生物细胞制造和分泌的、以蛋白质为主要成分的、具有催化活性的生物催化剂。有催化活性的生物催化剂。根据催化作根据催化作用的场所用的场所胞外酶胞外酶胞内酶胞内酶生物转化中的酶生物转化中的酶 催化专一性高；催化专一性高；催化效率高；催化效率高；温和的外部条件；温和的外部条件；种类多；种类多；特点特点 一、一、生物转化中的酶生物转化中的酶单成分酶单成分酶双成分酶双成分酶根据催化根据催化反应类型反应类型 辅基或辅酶的作辅基或辅酶的作用是：传递电子、原子用是：传递电子、原子或某些基团。酶蛋白的或某些基团。酶蛋白的作用是决定催化专一性作用是决定催化专一性和催化效率。和催化效率。辅酶的成分是金辅酶的成
29、分是金属离子、含金属的有机属离子、含金属的有机化合物或小分子的复杂化合物或小分子的复杂有机化合物。辅酶约有有机化合物。辅酶约有30种。种。氧化还原酶；氧化还原酶；转移酶；转移酶；水解酶；水解酶；裂解酶；裂解酶；异构酶；异构酶；合成酶；合成酶；按酶的按酶的成分成分酶蛋白酶蛋白辅基或辅酶辅基或辅酶 二、二、若干重要辅酶的功能若干重要辅酶的功能黄素单核苷酸黄素单核苷酸(FMN)核酸核酸核苷酸核苷酸磷酸磷酸核苷核苷戊糖戊糖碱基碱基1.FMN和和FADNNHNCH2CHCHCHOHOHOHCH2OPOOHOHOOCH3CH3FMN或或FAD是一些氧化还原酶的辅酶，在酶促反应中具有是一些氧化还原酶的辅酶，
30、在酶促反应中具有传递氢原子的功能。传递氢原子的功能。NNNHNH3CH3CROO+2H+-2H+NHNNHHNH3CH3CROO黄素腺嘌呤二核苷酸黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)NNNHNCH2CHCHCHOHOHOHCH2OPOHOOCH3CH3OPOOHOCH2CH2CHCHOHOHCHONNNH2NHNO 二、二、若干重要辅酶的功能若干重要辅酶的功能腺嘌呤腺嘌呤NADP+(烟酰胺烟酰胺腺嘌呤二核苷酸腺嘌呤二核苷酸磷根磷根)2.NAD+和和NADP+NAD+(烟酰胺烟酰胺腺嘌呤二核苷酸腺嘌呤二核苷酸)HOCCCOOHCOHOHONH2OPHHHHHCCOHHOPOOCCCOHHHHHHCCOH
31、ONNNNNH2NOPOOHHOCCCOOHCOHONH2OPHHHHHCCOHHOPOOCCCOHHHHHHCCOHHONNNNNH2NO 二、二、若干重要辅酶的功能若干重要辅酶的功能辅酶辅酶Q又又称为泛醌，简写为称为泛醌，简写为CoQ，是某些氧化还原反应的辅是某些氧化还原反应的辅酶。在酶促反应起到传递氢的作用。酶。在酶促反应起到传递氢的作用。3.辅酶辅酶Q 二、二、若干重要辅酶的功能若干重要辅酶的功能细胞色素酶系是催化底物细胞色素酶系是催化底物氧化的一类酶系，主要有氧化的一类酶系，主要有细胞色素细胞色素b,c1,c,a,a3等几种。等几种。辅酶都是铁卟啉环。辅酶都是铁卟啉环。cytnFe3
32、+cytnFe2+e-e4.细胞色素酶系的辅酶细胞色素酶系的辅酶细胞色素细胞色素(Cytochromes)细胞色素类是含铁的电子传细胞色素类是含铁的电子传递体。递体。铁原子处于卟啉的结构中心，铁原子处于卟啉的结构中心，构成血红素构成血红素(heme)。细胞色素类都以血红素作为细胞色素类都以血红素作为辅基辅基.二、二、若干重要辅酶的功能若干重要辅酶的功能 二、二、若干重要辅酶的功能若干重要辅酶的功能辅酶辅酶A是泛酸的一个衍生物，简写为是泛酸的一个衍生物，简写为CoASH，结构是：结构是：CoASH+CH3CO+CH3CO-SCoA+H+5.辅酶辅酶A腺核苷腺核苷3-磷酸磷酸焦磷酸焦磷酸泛酸泛酸氨
33、基乙硫醇氨基乙硫醇 二、二、若干重要辅酶的功能若干重要辅酶的功能在生物氧化中有机物质的氧化多为去氢氧化。脱落的氢在生物氧化中有机物质的氧化多为去氢氧化。脱落的氢(H+e)由相应的氧化还原酶按一定顺序传递至受体。这一氢原子由相应的氧化还原酶按一定顺序传递至受体。这一氢原子或电子的传递过程称为氢传递或电子传递过程，其受体为受或电子的传递过程称为氢传递或电子传递过程，其受体为受氢体或电子受体。受氢体如果为细胞内的分子氧，就是氢体或电子受体。受氢体如果为细胞内的分子氧，就是有氧有氧氧化氧化，若为非分子氧，则为，若为非分子氧，则为无氧氧化无氧氧化。有氧氧化与无氧氧化有氧氧化与无氧氧化 三、三、生物氧化过
34、程的氢传递过程生物氧化过程的氢传递过程只有一种酶作用于有机底物，脱落底物的氢只有一种酶作用于有机底物，脱落底物的氢(H+e)，其中电其中电子由该酶的辅酶直接传递给分子氧，形成激活态子由该酶的辅酶直接传递给分子氧，形成激活态O2-，与，与H+化化合形成水。合形成水。SH2有机底物 S被氧化的有机底物氧化酶1/2 O2O2-H2O2e2Cu2+2Cu+2H+1.有氧氧化中以分子氧为直接受氢体的传递氢过程有氧氧化中以分子氧为直接受氢体的传递氢过程 三、三、生物氧化过程的氢传递过程生物氧化过程的氢传递过程NAD+FMNFMNH2CoQCoQH2 SH2有机底物 S被氧化的有机底物NADH+H+脱氢酶2
35、H+2H2H脱氢酶细胞色素酶系2Fe3+2Fe2+1/2 O2O2-2eH2O2e几种酶共同发挥作用：第一种酶从有机底物脱落氢，由其余几种酶共同发挥作用：第一种酶从有机底物脱落氢，由其余的酶顺序传递，最后把其中的电子传递给分子氧形成激活态的酶顺序传递，最后把其中的电子传递给分子氧形成激活态O2-，并与脱落氢中的质子结合成水。并与脱落氢中的质子结合成水。2.有氧氧化中分子氧为间接受氢体的递氢过程有氧氧化中分子氧为间接受氢体的递氢过程 三、三、生物氧化过程的氢传递过程生物氧化过程的氢传递过程有一种或一种以上酶参与，最后由脱氢酶辅酶有一种或一种以上酶参与，最后由脱氢酶辅酶 NADH+H+将所含来源于
36、有机底物的氢，传给该底物生物转化的相应将所含来源于有机底物的氢，传给该底物生物转化的相应中间产物。中间产物。兼性厌氧的酵母菌在无分子氧存在下以葡萄糖为生长底兼性厌氧的酵母菌在无分子氧存在下以葡萄糖为生长底物时，用葡萄糖转化中间产物乙醛作为受氢体，乙醛被还原物时，用葡萄糖转化中间产物乙醛作为受氢体，乙醛被还原成乙醇。成乙醇。葡萄糖系列酶促反应CH3CHOCH3CH2OHNADH+H+NAD+乙醇脱氢酶2H3.无氧氧化中有机底物转化中间产物作受氢体的递氢过程无氧氧化中有机底物转化中间产物作受氢体的递氢过程 三、三、生物氧化过程的氢传递过程生物氧化过程的氢传递过程在这类氢传递过程中，最常见的受氢体是
37、硝酸根、硫酸根和在这类氢传递过程中，最常见的受氢体是硝酸根、硫酸根和二氧化碳。它们接受来源于有机底物由酶传递来的氢，而被二氧化碳。它们接受来源于有机底物由酶传递来的氢，而被分别还原为分子氮分别还原为分子氮(或一氧化二氮或一氧化二氮)、硫化氢和甲烷。例如：、硫化氢和甲烷。例如：10H+2NO3-+2H+N2 +6 H2O兼性厌氧反硝化菌4.无氧氧化中某些无机含氧化合物作受氢体的递氢过程无氧氧化中某些无机含氧化合物作受氢体的递氢过程 三、三、生物氧化过程的氢传递过程生物氧化过程的氢传递过程 四、四、有毒有机污染物生物转化有毒有机污染物生物转化有机毒物在生物体内的转化途径多种多样，但就其反应类型有机
38、毒物在生物体内的转化途径多种多样，但就其反应类型来讲，主要有来讲，主要有氧化、还原、水解和结合氧化、还原、水解和结合反应四种。反应四种。通常将氧化、还原、水解四种反应称为通常将氧化、还原、水解四种反应称为I相反应或第一阶段相反应或第一阶段反应反应；将结合反应称为；将结合反应称为II相反应或第二阶段反应相反应或第二阶段反应。通过通过I相反应，将活泼的极性基团加到疏水的有机分子之上，相反应，将活泼的极性基团加到疏水的有机分子之上，通过通过II相反应，形成水溶性更高的化合物，容易排除体外。相反应，形成水溶性更高的化合物，容易排除体外。1.有毒有机污染物生物转化类型有毒有机污染物生物转化类型 四、四、
39、有毒有机污染物生物转化有毒有机污染物生物转化是机体内代谢外来化合物的关键酶系。主要存在于高等是机体内代谢外来化合物的关键酶系。主要存在于高等生物体内。对于人及动物，在肝细胞内质网膜上含量最高。生物体内。对于人及动物，在肝细胞内质网膜上含量最高。功能：利用细胞内分子氧，将其中的一个氧原子与有机功能：利用细胞内分子氧，将其中的一个氧原子与有机底物结合，使之氧化，而使另一个氧原子与氢原子结合成水。底物结合，使之氧化，而使另一个氧原子与氢原子结合成水。在这一催化过程中，混合功能氧化酶的成分之一，细胞色素在这一催化过程中，混合功能氧化酶的成分之一，细胞色素P450起着关键作用。起着关键作用。P450的的
40、活性部位是铁卟啉的铁原子。活性部位是铁卟啉的铁原子。2.氧化反应类型氧化反应类型(1)微粒体混合功能氧化酶微粒体混合功能氧化酶(MFO)四、四、有毒有机污染物生物转化有毒有机污染物生物转化P450对底物催化氧化对底物催化氧化 SOS(底物底物)P450P450P450P450P450(Fe 2+)(Fe 2+)O2O2SSS2H+H2O(Fe 3+)(Fe 3+)(Fe 3+)OeesNADPH+H+（氧化型底物）（氧化型底物）四、四、有毒有机污染物生物转化有毒有机污染物生物转化 碳双键环氧化碳双键环氧化R1CHCHR2R1CHCHR2O+OOOH重排重排 四、四、有毒有机污染物生物转化有毒有
41、机污染物生物转化 碳羟基化碳羟基化CH3(CH2)nCH3+OCH3(CH2)nCH2OHCH2(CH2)nCH3CH2(CH2)nCH2OH+OClCl+OOH 四、四、有毒有机污染物生物转化有毒有机污染物生物转化 氧脱烃氧脱烃ROCH3 +OROH+HCHOOCH2R+OOH+RCHO 硫脱烃、硫硫脱烃、硫-氧化及脱硫氧化及脱硫RSC H3 +ORS H +H C H ONNNNSC H3+ONNNNS H+H C H O(6-甲 巯 基 嘌 呤)(6-巯 基 嘌 呤)四、四、有毒有机污染物生物转化有毒有机污染物生物转化PSC2H5OC2H5OONO2 +OPOC2H5OC2H5OONO2
42、对硫磷对氧磷R2SR2 +OR1SR2OOR1SR2OO 氮脱烃、氮氮脱烃、氮-氧化及脱氮氧化及脱氮RNHCH3 +ORNH2 +HCHO 四、四、有毒有机污染物生物转化有毒有机污染物生物转化CHHHNCCH3 +OOCHHNCCH3OOHNR2 +OR1N+R2R1O-NR1R2CH2R3 +ONHR1R2+R3CHO 四、四、有毒有机污染物生物转化有毒有机污染物生物转化CHNH2 +2OR1R2CNOH +H2OR1R2CHNH2 +OR1R2CO+NH3R1R2RCH2NH2+ORCHO+NH3HNNR+OROH 四、四、有毒有机污染物生物转化有毒有机污染物生物转化脱氢酶是伴随有氢原子或
43、电子转移，以非分子氧为受体脱氢酶是伴随有氢原子或电子转移，以非分子氧为受体的酶。醇氧化成醛；醇氧化成酮；醛氧化成羧酸；的酶。醇氧化成醛；醇氧化成酮；醛氧化成羧酸；氧化酶是伴随氢或电子转移，以分子氧为直接受氢体的氧化酶是伴随氢或电子转移，以分子氧为直接受氢体的酶类。酶类。RCH2NH2+H2ORCHO+NH3+2H(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 四、四、有毒有机污染物生物转化有毒有机污染物生物转化(1)可逆脱氢酶加氢还原可逆脱氢酶加氢还原CO +2HR1R2CHOHR1R2(2)硝基还原酶还原硝基还原酶还原NO2NOHNOHNH22H-H2O2H2H(3)偶氮还原
44、酶还原偶氮还原酶还原NN2HNNHH2HNH2+NH23.还原反应类型还原反应类型 四、四、有毒有机污染物生物转化有毒有机污染物生物转化还原脱氯酶能使含氯化合物脱氯，或脱还原脱氯酶能使含氯化合物脱氯，或脱HCl而被还原。而被还原。CHCClClClClClCHCClHClClClCCClClClCl(4)还原脱氯酶还原还原脱氯酶还原 四、四、有毒有机污染物生物转化有毒有机污染物生物转化4.水解反应类型水解反应类型(1)羧酸脂酶使脂肪脂水解羧酸脂酶使脂肪脂水解RCOOR +H2ORCOOH+ROH(2)芳香脂酶使芳香族脂水解芳香脂酶使芳香族脂水解NH2COO CH2CH2N(C2H5)2+H2O
45、NH2COOH+HOCH2CH2N(C2H5)2 四、四、有毒有机污染物生物转化有毒有机污染物生物转化(3)磷酸酯酶使磷酸酯水解磷酸酯酶使磷酸酯水解POC2H5OC2H5OONO2 +H2OPOC2H5OC2H5OOHOHNO2+(4)酰胺酶使酰胺水解酰胺酶使酰胺水解HNOC2H5CCH3O+H2ONH2OC2H5+CH3COOH 四、四、有毒有机污染物生物转化有毒有机污染物生物转化(1)葡萄糖醛酸结合葡萄糖醛酸结合在葡萄糖醛酸转移在葡萄糖醛酸转移酶作用下，生物体酶作用下，生物体内内尿嘧啶核苷二磷尿嘧啶核苷二磷酸葡萄糖醛酸酸葡萄糖醛酸中，中，葡萄糖醛酸基可转葡萄糖醛酸基可转移至含羟基的化合移至
46、含羟基的化合物上，形成物上，形成O-葡萄葡萄糖苷酸糖苷酸结合物。结合物。5.若干重要结合反应类型若干重要结合反应类型 四、四、有毒有机污染物生物转化有毒有机污染物生物转化(2)硫酸结合硫酸结合在硫酸基转移酶在硫酸基转移酶的催化下，可将的催化下，可将 3-磷酸磷酸-5-磷硫酸磷硫酸酰苷中硫酸基转酰苷中硫酸基转移到酚或醇的羟移到酚或醇的羟基上，形成基上，形成硫酸硫酸酯结合物酯结合物。OO HSOOO HPOOOC H2OO HPO HO HONNHONNN H2N O2对 硝 基 苯 基 硫 酸 酯PA P 3C 磷 酸 5 磷 酸 腺 苷+PAPS3 磷酸磷酸5磷硫酸腺苷磷硫酸腺苷POHOHSO
47、OOOOOCH2OOHPOHONNNNNH2HOHONO2 四、四、有毒有机污染物生物转化有毒有机污染物生物转化在相应的转移酶催化下，谷胱甘肽中的在相应的转移酶催化下，谷胱甘肽中的半胱氨酸半胱氨酸及及乙酰乙酰辅酶辅酶A的乙酰基的乙酰基，将以，将以 N-乙酰半胱氨酸基乙酰半胱氨酸基形式加到形式加到有机卤有机卤(氟除外氟除外)化合物化合物、环氧化物、强酸酯、芳香烃、烯等亲电化环氧化物、强酸酯、芳香烃、烯等亲电化合物的碳原子合物的碳原子上，形成巯基尿酸结合物。上，形成巯基尿酸结合物。亲电化合物如果与细胞蛋白或核酸上的亲核基团结合，亲电化合物如果与细胞蛋白或核酸上的亲核基团结合，常引起细胞坏死、肿瘤、
48、血液功能紊乱和过敏现象，谷胱甘常引起细胞坏死、肿瘤、血液功能紊乱和过敏现象，谷胱甘肽的结合，有力地解除了对机体有害的亲电化合物的毒性。肽的结合，有力地解除了对机体有害的亲电化合物的毒性。(3)谷胱甘肽结合谷胱甘肽结合 四、四、有毒有机污染物生物转化有毒有机污染物生物转化谷胱甘肽结合反应谷胱甘肽结合反应 五、五、有毒有机污染物的微生物降解有毒有机污染物的微生物降解生成醇、醛及脂生成醇、醛及脂肪酸，最终降解肪酸，最终降解成二氧化碳和水。成二氧化碳和水。1.烃类烃类碳原子数大于碳原子数大于1的正烷烃的正烷烃烷烃烷烃末端末端氧化氧化次末次末端氧端氧化化双端双端氧化氧化最常最常见见烯的饱和烯的饱和末端氧
49、化末端氧化烯的不饱和末烯的不饱和末端双键环氧化端双键环氧化环氧化合物环氧化合物二醇二醇饱和脂肪酸饱和脂肪酸开环开环 五、五、有毒有机污染物的微生物降解有毒有机污染物的微生物降解烷烃末端氧化降解过程烷烃末端氧化降解过程 五、五、有毒有机污染物的微生物降解有毒有机污染物的微生物降解烯烃微生物降解途径烯烃微生物降解途径加氧酶加氧酶加氧酶加氧酶 五、五、有毒有机污染物的微生物降解有毒有机污染物的微生物降解第一，降解前期，带侧链芳香烃往往先从侧链开始分解，第一，降解前期，带侧链芳香烃往往先从侧链开始分解，并在但加氧酶的作用下使芳环羟化形成双醇中间产物。并在但加氧酶的作用下使芳环羟化形成双醇中间产物。第二
50、，形成的双酚化合物在高度专一性的双加氧酶作用下，第二，形成的双酚化合物在高度专一性的双加氧酶作用下，环的二个碳原子各加一个氧原子，使环键在邻酚位或间酚环的二个碳原子各加一个氧原子，使环键在邻酚位或间酚位分裂，形成相应的有机酸。位分裂，形成相应的有机酸。第三，得到的有机酸逐步转化为乙酰辅酶第三，得到的有机酸逐步转化为乙酰辅酶A，琥珀酸等，琥珀酸等，从而进入三羧酸循环，最后降解成从而进入三羧酸循环，最后降解成CO2,H2O。苯及其衍生物的微生物降解过程苯及其衍生物的微生物降解过程 五、五、有毒有机污染物的微生物降解有毒有机污染物的微生物降解苯的微生物降解途径苯的微生物降解途径 五、五、有毒有机污染
