本章重點(diǎn)污染物的生物富集、放大和積累耗氧和有毒有機(jī)物的微生物降解元素的微生物轉(zhuǎn)化微生物對(duì)污染物的轉(zhuǎn)化速率毒物的毒性、聯(lián)合作用、致突變、致癌及抑制酶活性第一頁第二頁，共61頁。

第一節(jié)

物質(zhì)通過生物膜的方式

一、生物膜的結(jié)構(gòu)

生物膜主要是由磷脂雙分子層和蛋白質(zhì)鑲嵌組成的、厚度為75-100?的流動(dòng)變動(dòng)復(fù)雜體。在磷脂雙分子層中，親水的極性基因排列于內(nèi)外兩面，疏水的烷鏈端伸向內(nèi)側(cè)，所以，在雙分子層中央存在一個(gè)疏水區(qū)，生物膜是類脂層屏障。膜上鑲嵌的蛋白質(zhì)，有附著在磷脂雙分子層表面的表在蛋白，有深埋或貫穿磷脂雙分子層的內(nèi)在蛋白，但他們親水端也都露在雙分子層的外表面。第二頁第三頁，共61頁。二、物質(zhì)通過生物膜的方式1、膜孔濾過2、被動(dòng)擴(kuò)散（濃度擴(kuò)散）費(fèi)克定律：擴(kuò)散系數(shù)取決于通過物質(zhì)和膜的性質(zhì)3、被動(dòng)易化擴(kuò)散4、主體轉(zhuǎn)運(yùn)5、胞吞和胞飲第三頁第四頁，共61頁。第二節(jié)污染物質(zhì)在機(jī)體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)污染物質(zhì)在機(jī)體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)過程包括吸收、分布、排泄和生物轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)運(yùn)包括：吸收分布。消除包括：排泄和生物轉(zhuǎn)化。一、吸收吸收是污染物質(zhì)從機(jī)體外，通過各種途徑通透體膜進(jìn)入血液的過程消化管是吸收污染物質(zhì)最主要的途徑；

呼吸管是吸收大氣污染物的主要途徑；

皮膚吸收是不少污染物質(zhì)進(jìn)入機(jī)體的途徑；第四頁第五頁，共61頁。二、分布分布是指污染物質(zhì)被吸收后或其代謝轉(zhuǎn)化物質(zhì)形成后，由血液轉(zhuǎn)送至機(jī)體各組織；與組織成分結(jié)合；從組織返回血液；以及再反復(fù)等過程。1、脂溶性污染物質(zhì)易于通過生物膜；2、污染物質(zhì)常與血液中的血漿蛋白結(jié)合；3、有些污染物質(zhì)可與血液的紅細(xì)胞或血管外組織蛋白向結(jié)合；第五頁第六頁，共61頁。三、排泄排泄是污染物質(zhì)及其代謝物質(zhì)相機(jī)體外的轉(zhuǎn)運(yùn)過程。排泄器官有腎、肝膽、腸、肺、外分泌等，而以腎和肝膽為主。1、腎排泄2、肝膽系統(tǒng)的膽汁排泄3、腸道排泄第六頁第七頁，共61頁。四、蓄積機(jī)體長期接觸某污染物質(zhì)，若吸收超過排泄及其代謝轉(zhuǎn)化，則會(huì)出現(xiàn)該污染物質(zhì)在體內(nèi)逐增的現(xiàn)象，稱為生物蓄積。如職業(yè)病等現(xiàn)象是典型的生物蓄積和生物富集現(xiàn)象。機(jī)體的主要蓄積部位：血漿蛋白、脂肪組織和骨骼。蓄積部位中的污染物質(zhì)，常同血漿中游離型污染物質(zhì)保持相對(duì)穩(wěn)定的平衡第七頁第八頁，共61頁。第三節(jié)污染物質(zhì)的生物富集、放大和積累

一、生物富集生物富集：生物通過非吞食方式，從走為環(huán)境蓄積某種元素或難降解的物質(zhì)，使其在機(jī)體內(nèi)濃度超過周圍環(huán)境中濃度的現(xiàn)象生物濃縮系數(shù)：影響生物濃縮系數(shù)的有關(guān)因素：1、在物質(zhì)性質(zhì)方面2、在生物特征方面3、在環(huán)境條件方面第八頁第九頁，共61頁。水生生物富集速率方程為：生物濃縮系數(shù)：第九頁第十頁，共61頁。二、生物放大生物放大：同一食物鏈上的高營養(yǎng)級(jí)生物，通過吞食低營養(yǎng)級(jí)生物富集某種元素或難降解物質(zhì)，使其在機(jī)體內(nèi)的濃度隨營養(yǎng)級(jí)數(shù)提高而增大的現(xiàn)象。生物放大并不是在所有條件下都能發(fā)生第十頁第十一頁，共61頁。三、生物積累生物積累：生物從周圍環(huán)境和食物鏈蓄積某種元素或難降解物質(zhì)，使其在機(jī)體中的濃度超過周圍環(huán)境中濃度的現(xiàn)象。水生生物的積累微分速率方程：當(dāng)dci/dt=0時(shí)，有：ci=cwi+cφi第十一頁第十二頁，共61頁。第四節(jié)污染物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化本節(jié)主要介紹生物轉(zhuǎn)化中的酶學(xué)和氫傳遞過程的基礎(chǔ)內(nèi)容，以便于了解污染物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化。其次，論及：耗氧和有毒有機(jī)污染物質(zhì)的微生物降解；若干重金屬和非金屬元素的微生物轉(zhuǎn)化第十二頁第十三頁，共61頁。一、生物轉(zhuǎn)化中的酶酶是一類由細(xì)胞制造和分泌的、以蛋白質(zhì)為主要成分的、具有催化活性的生物催化劑。酶催化作用的特點(diǎn)：1、催化專一性高2、酶催化效率高3、酶催化需要溫和的外界條件第十三頁第十四頁，共61頁。二、若干重要輔酶的功能1、FMN和FAD2、NAD+和NADP+3、輔酶Q4、細(xì)胞色素酶系的輔酶5、輔酶A第十四頁第十五頁，共61頁。第十五頁第十六頁，共61頁。第十六頁第十七頁，共61頁。第十七頁第十八頁，共61頁。其作用是在酶促反應(yīng)中擔(dān)任遞氫任務(wù),其作用見下圖第十八頁第十九頁，共61頁。細(xì)胞色素酶系的輔酶主要有細(xì)胞色素b、c1、c、a和a3等幾種在反應(yīng)中擔(dān)當(dāng)傳遞電子作用，見下圖第十九頁第二十頁，共61頁。輔酶A是一種轉(zhuǎn)移酶的輔酶，在酶促反應(yīng)中起著傳遞酰基的作用第二十頁第二十一頁，共61頁。三、生物氧化中的氫傳遞過程生物氧化是指有機(jī)物質(zhì)在機(jī)體細(xì)胞內(nèi)的氧化，并伴隨有能量的釋放。放出的能量主要通過二磷酸腺苷與正磷酸合成三磷酸腺苷而被暫時(shí)存放。反應(yīng)見下圖第二十一頁第二十二頁，共61頁。腺苷部分的結(jié)構(gòu)間下圖第二十二頁第二十三頁，共61頁。氫傳遞過程的幾種分類1、有氧氧化中以分子氧為直接受氫體的遞氫過程；2、有氧氧化中以分子氧為間接受氫體的遞氫過程；3、無氧氧化中有機(jī)底物轉(zhuǎn)化中間產(chǎn)物作受氫體的遞氫過程；4、無氧氧化中某些無機(jī)含氧化合物作受氫體的遞氫過程第二十三頁第二十四頁，共61頁。1、有氧氧化中以分子氧為直接受氫體的遞氫過程第二十四頁第二十五頁，共61頁。2、有氧氧化中以分子氧為間接受氫體的遞氫過程第二十五頁第二十六頁，共61頁。3、無氧氧化中有機(jī)底物轉(zhuǎn)化中間產(chǎn)物作受氫體的遞氫過程第二十六頁第二十七頁，共61頁。4、無氧氧化中某些無機(jī)含氧化合物作受氫體的遞氫過程第二十七頁第二十八頁，共61頁。四、耗氧有機(jī)污染物質(zhì)的微生物降解耗氧有機(jī)污染物質(zhì)是生物殘?bào)w、排放廢水和廢棄物中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)等較易生物降解的有機(jī)物質(zhì)。1、糖類的微生物降解降解途徑：1）多糖水解成單糖2）單糖酵解成丙酮酸3）丙酮酸的轉(zhuǎn)化第二十八頁第二十九頁，共61頁。2、脂肪的微生物降解降解途徑：1）脂肪水解成脂肪酸和甘油；2）甘油的轉(zhuǎn)化；3）脂肪酸的轉(zhuǎn)化；第二十九頁第三十頁，共61頁。1）脂肪水解成脂肪酸和甘油第三十頁第三十一頁，共61頁。2）甘油的轉(zhuǎn)化第三十一頁第三十二頁，共61頁。3）脂肪酸的轉(zhuǎn)化第三十二頁第三十三頁，共61頁。3、蛋白質(zhì)的微生物降解基本途徑1）蛋白質(zhì)水解成氨基酸2）氨基酸脫氨成脂肪酸4、甲烷發(fā)酵

第三十三頁第三十四頁，共61頁。五、有毒有機(jī)污染物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化類型有毒有機(jī)物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化的主要反映類型如下：1、耗氧反應(yīng)類型1）混合功能氧化酶加氧氧化2）脫氫酶脫氫氧化3）氧化酶氧化第三十四頁第三十五頁，共61頁。1）混合功能氧化酶加氧氧化第三十五頁第三十六頁，共61頁。2）脫氫酶脫氫氧化醇氧化成醛醇氧化成酮醛氧化成羧基第三十六頁第三十七頁，共61頁。3）氧化酶氧化氧化酶是伴隨有氫原子或電子轉(zhuǎn)移，以分子氧為直接受氫體的酶類。例如：第三十七頁第三十八頁，共61頁。2、還原反應(yīng)類型1）可逆脫氫酶加氫還原；2）消極還原酶還原；

3）偶氮還原酶還原；

第三十八頁第三十九頁，共61頁。4）還原脫氯酶還原第三十九頁第四十頁，共61頁。3、水解反應(yīng)類型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第四十頁第四十一頁，共61頁。4）酰胺酶使酰胺水解第四十一頁第四十二頁，共61頁。4、若干重要結(jié)合反應(yīng)類型1）葡萄糖醛酸結(jié)合2）硫酸結(jié)合3）谷胱甘肽結(jié)合第四十二頁第四十三頁，共61頁。六、有毒有機(jī)污染物質(zhì)的微生物降解下面介紹幾種有機(jī)毒物微生物降解的途徑1、烴類1）正烷烴的講解2）烯烴的微生物降解途徑主要是烯的飽和末端氧化，再經(jīng)與正烷烴相同的途徑成為不飽和脂肪酸3）苯的微生物降解途徑4）苯系化合物的講解第四十三頁第四十四頁，共61頁。2、農(nóng)藥的降解1）苯氧乙酸的降解2）有機(jī)磷殺蟲劑對(duì)硫磷的可能降解途徑3）DDT降解第四十四頁第四十五頁，共61頁。1）苯氧乙酸的降解第四十五頁第四十六頁，共61頁。2）有機(jī)磷殺蟲劑對(duì)硫磷的可能降解途徑第四十六頁第四十七頁，共61頁。3）DDT降解第四十七頁第四十八頁，共61頁。DDT的主要降解途徑是：在微生物還原脫氯酶作用下，脫氯和脫氯化氫第四十八頁第四十九頁，共61頁。七、氨及硫的微生物轉(zhuǎn)化

1、氮的微生物轉(zhuǎn)化1）氮的主要形態(tài)：

（1）分子氮（2）生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)、核酸等有機(jī)氮化物，以及生物殘?bào)w變成的各種有機(jī)氮化合物（3）氮形態(tài)的生物轉(zhuǎn)化：同化、氨化、消化、反硝化和固氮。2）反硝化（1）硝酸鹽還原成亞硝酸（2）硝酸鹽還原成氮?dú)猓?）硝酸鹽還原成亞硝酸鹽和氨第四十九頁第五十頁，共61頁。2、硫的微生物轉(zhuǎn)化1）硫化氫、單質(zhì)硫等在微生物作用下氧化生成硫酸（硫化）2）硫酸鹽、亞硫酸鹽在微生物作用下還原生成硫化氫（反硫化）3）海水中硫酸鹽還原生成硫化氫第五十頁第五十一頁，共61頁。八、重金屬元素的微生物轉(zhuǎn)化1、汞汞的生物甲基化生物作用還原轉(zhuǎn)化汞2、砷砷的微生物甲基化微生物使砷去甲基化第五十一頁第五十二頁，共61頁。九、污染物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化速率1、酶促反應(yīng)的速率1）米氏方程：

2）影響酶促反應(yīng)速率的因數(shù)（1）pH的影響（2）溫度的影響（3）抑制劑的影響第五十二頁第五十三頁，共61頁。2、微生物反應(yīng)的速率1）微生物反應(yīng)速率方程：L=L0e-kt2）影響微生物反應(yīng)速率的因素

鏈長規(guī)律鏈分子規(guī)律取代規(guī)律

環(huán)境條件：pH、溫度、營養(yǎng)物質(zhì)、溶解氧、共存物質(zhì)第五十三頁第五十四頁，共61頁。第五節(jié)污染物質(zhì)的毒性一、毒物的聯(lián)合作用1、協(xié)同作用2、相加作用3、獨(dú)立作用4、拮抗作用二、毒作用的過程1、進(jìn)入體液2、毒物與受體進(jìn)行原發(fā)反應(yīng)3、印發(fā)一系列的病理生理的繼發(fā)反應(yīng)第五十四頁第五十五頁，共61頁。三、毒作用的生物化學(xué)機(jī)制1、酶活性的抑制

1）有些有機(jī)化合物與酶的共價(jià)結(jié)合2）有些金屬離子與含巰基的酶搶劫結(jié)合3）某些金屬取代金屬酶中的不同金屬2、致突變作用：基因突變、轉(zhuǎn)換、顛換、插入和缺少。常見的具有致突變的環(huán)境污染物質(zhì)有：亞硝酸類、苯并（a）比、甲醛、苯、砷、鉛、烷基汞化合物、甲基對(duì)硫磷、敵敵畏、白草枯、黃曲霉毒素B1等第五十五頁第五十六頁，共61頁。3、致癌作用化學(xué)致癌物質(zhì)化學(xué)致癌物質(zhì)作用機(jī)理非遺傳毒物致癌物質(zhì)4、致畸作用第五十六頁第五十七頁，共61頁。習(xí)題1、在試驗(yàn)水中某魚體從水中吸收有機(jī)污染物質(zhì)A的速率常熟為18.76h-1，魚體消除A的速率常熟為2.38*10-2h-1；設(shè)A在魚體內(nèi)起始濃度