《环境生物学》 第二章

• 胞吞作用：吞噬作用（固体） 胞饮作用（液体）
• 胞吐作用：由内到外的过程
总结CAfs跨膜运输的方式
特点 方式 简单扩散
被动转运 滤过
易化扩散
主动转运 主动转运
浓度梯度 有无载体 是否耗能
其它特点
高浓度低 浓度（顺）
无
高浓度低 浓度（顺）
有
低浓度高 浓度（逆） 有
否
否 耗能
脂溶性有机化合物 的主要转运方式 通过膜上的亲水性 孔道
（三）CAFs在生物体内的分布
• CAFs通过吸收进入体液后，经循环系统、输导 组织或其它途径分散到机体各组织细胞的过程称为 分布。
1、CAFs在植物体内的分布
• 植物不同器官中CAFs的含量有很大差异。一般而言，从根 部吸收的CAFs大部分分布在根内，其次为茎叶部，种子和 果实组织最少。
• 与物质是否参与循环利用有关。如参与循环的物质如氮和 磷，多分布于代谢较为旺盛的幼嫩部位；不参与循环的物 质如钙和铁则器官越老含量越多。
D0为t0(零时间)的D；e为自然对数的底 –两侧取对数，得对数线性回归方程：
lgD=lgD0-kt/2.303或lgc=lgc0-kt/2.303
一、基本概念
• 消除动力学类型 – 毒物消除过程中所表现出的血浆浓度的衰减规律 – dc/dt = -Kcn
K代表消除速度常数，c代表体内毒物浓度
– 一级动力学过程，n=1
（二）动物的吸收
1、呼吸道吸收
主要吸收器官：肺（肺泡数量多（约3亿个），总表面积大(50100m2)，壁薄(1-4μm)， 毛细血管丰富：吸收迅速） 主要吸收方式：简单扩散。 主要吸收：气体、蒸汽、气溶胶和颗粒状物质 影响因素：
①肺泡/血液浓度(分压)差大，吸收快 ②血/气分配系数大，易吸收入血 ③颗粒大小、分散度、溶解度 ④肺通气量与血流量
水溶性大分子化合 物的主要方式
胞吞作用
膜动转运
胞吐作用
耗能 耗能
吞噬作用（固体） 胞饮作用（液体）
由内到外的过程
二、生物对CAFs的吸收
（一）植物的吸收
1、根部的吸收
（1）对OCPs的吸收
可分为主动吸收和被动吸收（主要）两种方式。 根部被动吸收可看作OCPs在土壤固相–土壤水相、土壤 水相–植物水相、植物水相–植物有机相之间的一系列连续 分配过程。
3、皮肤的吸收
一般来说，皮肤对CAFs的通透性较弱，是将机体与外 界环境隔离的良好屏障，但仍有不少CAFs可通过皮肤吸收 引起全身毒性作用。例如：多数有机磷农药，可经完整皮 肤吸收，引起中毒、甚至死亡。 主要吸收途径：主要经表皮，少量经毛囊、汗腺、皮脂腺 主要吸收方式：简单扩散 影响因素： ①脂/水分配系数 ②皮肤完整性 ③环境条件
但也有例外（生物活化或增毒作用） （四）、饱和性
CAFs的转化存在代谢饱和现象
第三节 化学逆境因子的代谢动力学
• 应用数学方法研究生物体内CAFs或其代谢产 物量随时间变化的动态过程，着重研究它们在 体内的吸收、分布、生物转化和排泄等随时间 而发生的量变的动态规律 。
一、基本概念 （一）室的概念
• 存在于所有动物之中，主要分布于肝脏和肾脏的胞液中。
（五）过氧化物酶 1、过氧化氢酶
可专一性催化H2O2分解成H2O和O2，使H2O2不能在机体 内积累而与O2反应生成非常有害的·OH。具有保护生物机体的 作用。
2、谷胱甘肽过氧化物酶
是目前已知的哺乳动物体内唯一的一种含硒酶，该酶能利用 GSH作电子供体，即催化氧化GSH，在此同时使H2O2还原为 H2O，消除体内H2O2，也能使其它有机过氧化物（ROOH）还 原生成醇（ROH），前者在抗氧化防御系统中起重要的作用， 后者在脂质的过氧化过程中起重要的作用，所以对组织细胞有 保护作用。
（三）微生物的吸收
由于大多数的微生物种类都是单细胞生物，没有组
织和器官的分化，一般只能通过细胞表面进行物质交换和 吸收，因此绝大多数微生物属于渗透营养型。
其主要吸收方式：
胞外富集/沉淀
活微生物
细胞表面吸附或络合 死活微生物均可
胞内富集
活微生物
三、CAFs在生物体内的运输和分布
（一）CAFs在植物体内的运输
特点： ①需要有载体参加－－生物膜上的蛋白质； ②逆浓度转运需要消耗一定的能量； ③载体对转运的化学物具有选择性； ④载体有容量限制； ⑤竞争性抑制，如铝利用钙的载体；钴和锰利用铁 的载运系统
（3）膜动转运
• 细胞与环境进行的一些大分子物质(颗粒物)的交换过程，主 要特点是在转运过程中生物膜的结构发生变化。具有特异性， 并要消耗一定的能量。
√相II反应（结合反应）
相I过程产生的一级代谢物在另 外的酶系统催化下通过上述活性 基团与细胞内的某些化合物结合， 生成结合产物（二级代谢物）或 带有某些基团的外源性化合物与 细胞内物质结合反应。
生物转化过程示意图
• 相I反应的主要类型：
–氧化反应：微粒体混合功能氧化酶参与的反应，例如 脂肪族羟化
第二章 化学逆境因子在生物 系统的行为
本章重点内容
第一节 化学逆境因子在生物体内的转运 一、暴露和跨膜运输 （一）暴露
CAFs通过不同途径与动物、植物和微生物相接触 的过程。
（二）CAFs的跨膜运输 1、生物膜的结构
一般生物膜由脂质双分子层和蛋白质组成。脂质分子主要 是磷酯类，分亲水的头部和疏水的尾部两部分。
包括短距离运输（胞内和胞间运输）和长距离运输（器 官间的运输）两种。
木质部导管：向上，根部吸收 韧皮部筛管：向下，叶片吸收 横向运输：木质部和韧皮部之间的短距离运输
（二）CAFs在动物体内的运输
• 运输途径：循环系统（血管+淋巴管） • 器官的差异性：消化管（CAFs在体内运输的主要途
径、呼吸道、口腔、皮肤
三、生物转化的类型
• 主要场所：肝脏，其它有肺、胃、肠、皮肤等 • 类型：氧化、还原、水解和结合。 • 两个阶段：相Ⅰ反应 和相Ⅱ反应 （结合反应）
生物转化的过程
√相I反应
CAFs在有关酶系统的催化下 经由氧化、还原或水解反应改 变其化学结构，形成某些活性 基团如：－OH、-SH、－COOH、 －NH2 或进一步使这些活性基 团暴露。
• 经肝脏随同胆汁排出。 肠肝循环及其意义 意义：①机体需要的物质可被重新利用 ②延长CAFs在体内的停留时间，使其毒性作用增强
（二）动物对CAFs的排出
• 经肺随同呼出气体排出。气态或挥发性物质(CO、SO2、HS、 C6H6)可经肺呼出
• 其他排出途径（1）经乳汁排出 （2）随同汗腺、皮脂腺和 唾液排出。 （3）随同动物体组织的坏死而脱落。如毛发和 指甲等。
2、消化道吸收
主要吸收器官：胃和小肠，尤其小肠（表面积大，肠壁有皱褶， 绒毛可增加吸收面积600倍） 主要吸收方式：扩散方式为主，也可经载体：如CdCa结合 蛋白 主要吸收：水与食物中的有害物质 影响因素：
①消化道中的酶类和菌丛。（高铁血红蛋白血症） ②污染物的溶解度和分散度 ③胃肠道内容物多少、排空时间、蠕动状况
• 室：将机体视作一个系统，按动力学特点（CAFs转 运速率是否近似）分成若干部分，每个部分称为室。 室不代表解剖学的部位或器官或生理学的功能单位， 而是理论的机体容积。
一室模型
毒物在体内的转运速率高，体内分布 可以迅速达到平衡
二室或多室模型
中央室：血流丰富并能迅速与血液 中的毒物达到平衡的部位或器官、 血液
周边室：血流量少，穿透速率慢， 不能立即与血液中的毒物达到平衡 的部位或器官
(二）、CAFs在体内消长的指数曲线
–CAFs在体内消除随时间而变化的曲线，呈指数曲线形式
–消除速度dD/dt =-KD (或dc/dt = -Kc)
K为常数；负号表示消除过程中CAFs减少 –微分方程求解：D=D0e-kt或c=c0e-kt
胞匀浆中形成的碎片。 • 这类氧化酶主要位于肝细胞内质网中。 • 是CAFs在体内进行相Ⅰ反应中的关键酶系。 • 由三部分组成：（1）血红素蛋白类，包括细胞色素P-450
（cyt P450）和细胞色素b5（cyt b5）；（2）黄素蛋白 类，包括NADPH-cyt P450还原酶和NADH-cyt b5还原酶； （3）磷脂类。 • 具有明显的物种差异性和多样性
• 消除速率与毒物瞬间浓度成正比 • 通过简单扩散方式所进行的生物转运过程
– 零级动力学过程，n=0
• 消除速率与毒物的浓度无关 • 在主动转运过程中，当毒物达到一定浓度，相应的转运
载体将完全饱和，转运的速率仅取决于载体的数量，且 以一恒定的速率进行。
四、CAFs的排出
排出（elimination）是CAFs及其代谢产物由机 体向外转运的过程，是机体中物质代谢过程的最后一 个环节。
（一）植物对CAFs的排出
• 通过植物体某些器官脱落和蒸腾作用排出 • 雨水淋洗排出 • 分泌排出 • 再生排出
（二）动物对CAFs的排出
• 经肾脏随同尿液排出。最主要途径。 包括肾小球滤过、肾小管重吸收和肾小管的主动分泌。
简单扩散 滤过
①膜两侧的CAFs浓度梯度 ②CAFs在脂质中的溶解度（脂/水分配系数 ） ③CAFs的解离度和体液的pH值 ④扩散速率 ①分子量大小
易化扩散
不易溶于脂质的化学物，利用载体由高浓
度处向低浓度处移动的过程。不需要细胞供给能量。
（2）主动转运
主动转运：在载体蛋白的参与下，由低浓度处向高浓度处转 运
生物膜蛋白的分布具有不对称性，而膜蛋白和膜脂则具有 流动性。
图2-1 生物膜结构模型
2、跨膜转运的方式
(1)、被动转运 (passive transport) (2)、特殊转运 (specialized transport) (3)、膜动转运 (cytosis)
（1）被动转运
• 特点：①在转运过程中生物膜不具有主动性，是一种纯物 理化学过程； ②不需要消耗代谢能； ③被转运的物质只 能由高浓度向低浓度运输
（二）环氧化物水化酶
EH是一种微粒体酶，主要分布在肝脏内质网上 ，广 泛分布于动物界（包括人类）。
（三）甲基转移酶
是一种催化甲基化反应的酶。甲基化反应广泛存在 于生物体内 。
• （四）ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ胱甘肽-S-转移酶
• 是相Ⅱ过程中的关键酶，该酶的生理作用是与不同的亲电 性化合物或一些相I代谢产物结合，产生易于排出体外的 水溶性化合物，从而起到脱毒作用 。
（六）超氧化物歧化酶
能促使O2·-发生自身氧化还原反应（歧化反应）转化成 H2O2和O2，防止O2·-过量积累对机体构成伤害，是一类高 诱导性酶，作为自由基清除剂，有活化细胞、延缓衰老的作 用。
（七）抗氧化防御系统酶组分
是体内消除自由基（·OH、HO2·、O2·-等）、活性氧 （H2O2）或过氧化反应的系统，由非酶促组分和酶促组分两 部分组成。
–非微粒体反应 –还原反应：微粒体还原
非微粒体还原 –水解反应
• 相II反应的主要类型：
结合反应：葡萄糖醛酸化、硫酸化、甲基化、乙酰化、
甘氨酸结合
四、生物转化的特点
（一）、多样性 同一CAFs可能存在多种转化途径，生成多种代谢产物
（二）、连续性 CAFs在体内的代谢转化常常是多个反应连续进行。
（三）、两重性 CAFs一般经过代谢后毒性降低（生物失活或解毒作用），
（2）对离子型CAFs的吸收
主要是经根系吸收。 一般分为两个过程 ①离子CAFs吸附在根部细胞表面 ②离子通过质外体和共质体两条途径进入根部内部。
2、地上部分的吸收
从叶子进入通道： ①气孔；②角质层(裂缝 －细胞壁－外连丝－细胞膜)
影响叶片吸收的因 素： ①表面张力； ②温度； ③呼吸抑制剂； ④植物的内在因素
• 与植物种类、吸收途径等因素有关。
2、CAFs在动物体内的分布
• 不同的CAFs在机体内的分布不一样，同一种CAFs在机体内 各组织器官的分布也不均匀。
• 影响因素：各组织器官的亲和力、血流量、存在状态及其 他因素如体内屏障（血脑屏障、胎盘屏障、血眼屏障）有 关。
• 总之：CAFs在体内组织器官的起始分布取决于血流量，而 最终的分布取决于亲和力。
（三）微生物对CAFs的排出
• 微生物对环境中CAFs特别是重金属的排出主要依 靠其体内存在的外排和抗性系统。
第二节 化学逆境因子在生物体内的转化 一、生物转化的概念
CAFs的生物转化是指进入生物机体的这些 因子在体内酶催化下发生一系列代谢变化的过程。
二、与生物转化有关的几种重要的酶
（一）微粒体混合功能氧化酶（MFOs） • 微粒体(microsome)并非独立的细胞器，而是内质网在细