优选化学生物学第四章生物转化
第三,四章 毒物的生物转运与转化
（二）毒物动力学参数及其概念： 5、清除率（CL）： 每单位时间多少升血中毒物量被清除。 6、生物利用度（F）： 生物有效度，是指毒物被机体吸收利用的程度。 7、吸收速率常数（Ka）、峰浓度（Cm）、峰时间 （Tm）： 8、房室概念：
（三）毒物消除动力学：
一级消除动力学：速率与毒物的浓度成比例。
简单扩散(simple diffusion) 被动转运
(passive transport)
滤过(filtration)
生 物 转 运
主动转运(active transport)
特殊转运
(special
transport)
膜动转运 (cytosis)
易化扩散(facilitated diffusion) 吞噬(phagocytosis) 入胞作用 (endocytosis) 胞饮(pinocytosis) 出胞作用(exocytosis)
（一）时量曲线（concentration-time curve）：
在染毒后不同时间采血样，测定血毒物浓度，以
血毒物浓度为纵坐标，时间为横坐标作图即为毒物
浓度时间曲线，简称时量曲线，通过曲线可定量地 分析毒物在体内动态变化。
（二）毒物动力学参数及其概念：
1、消除半减期（t1/2）： 体内血毒物浓度下降一半所需的 时间。 2、曲线下面积（AUC）： 指时量曲线下覆盖的总面积。 3、表观分布容积（Vd）： 在体内达到动态平衡时，根据与体内毒物量血毒物浓度 的比值，表示毒物以血毒物浓度计算应占有的体液容积。 4、消除速率常数（Ke）： 表示体内消除毒物的快慢，可以单位时间内体内毒物被 消除的百分率表示。
一、被动转运（passive transport）
（一）简单扩散
食品毒理学：第四章 化学毒物的生物转化
8 硫氰酸盐化
➢ 硫氰酸形成是机体内氰化物代谢解毒的过程。
➢ 硫氰酸盐形成反应并不是典型的结合反应，因 为反应中没有结合剂
➢ 具有代谢解毒的作用
➢ 代谢解毒 ➢ 代谢活化
➢ 葡糖醛酸结合 ➢ 硫酸结合 ➢ 乙酰化作用 ➢ 甲基化作用 ➢ 硫氰酸盐化 ➢ 磷酸化 ➢ 谷胱甘肽结合
➢ 氨基酸结合
第四节 毒物代谢酶的诱导和 激活、抑制和阻遏
➢ 绝大多数外源化学物在第一相反应中无论发生氧化、 还原或水解反应，最后必须进行结合反应排出体外。
➢ 结合反应首先通过提供极性基团的结合剂或提供能量 ATP而被活化，然后由不同种类的转移酶进行催化，
➢ 将具有极性功能基团的结合剂转移到外源化学物或将 外源化学物转移到结合剂形成结合产物。结合物一般 将随同尿液或胆汁由体内排泄。
2 还原作用
在哺乳动物组织中还原反应活性较低， 但在肠道菌群内还原酶的活性较高。
➢ 硝基和偶氮还原 ➢ 羰基还原 ➢ 二硫化物、硫氧化物还原
3 水解作用
➢ 酯酶——分解酯类结构 ➢ 酰胺酶——酰胺键水解 ➢ 糖苷酶——糖苷水解
第三节 Ⅱ相反应
➢ 毒物原有的功能基因或由1相反应引入（暴露）的功 能基因与内源性辅因子反应。
➢ 是外源化学物在一系列酶催化下与还原型谷胱甘肽结 合形成硫醚氨酸的反应。
➢ 卤化物，例如烷基卤化物、硝基卤化物、芳基卤化物， 各种酯类化合物如磷酸酯类杀虫剂，苯、萘、苯胺等 芳烃类及芳胺类化合物和环氧化物等。
➢ 催化谷胱甘肽结合反应的酶类主要有谷胱甘肽S-转移 酶。另外，值得注意的是有些外源化学物与谷胱甘肽 形成的结合物可与生物大分子结合，诱发突变以及癌 变，例如氯甲烷和二溴乙烷。
1 氧化作用
氧化反应
生物转化
（三）水解反应 催化酶类：脂酶、酰胺酶、肽酶、环氧化水解 酶。 1、脂酶、酰胺酶（esterase and amidase) 可水解羧酸酯、酰胺、硫酯、硫酸酯和酸酐， 生成相应的醇、酸、胺等。 2、肽酶(peptidase) 氨基肽酶和羧基肽酶以及内肽酶 3、环氧水化酶（ epoxide hydrodase,EH) EH有五种形式，与B（ a）P解毒有关。其中微 粒体环氧水化酶（ mEH)有多态性。
• ２、微粒体黄素加单氧酶 • 氧化亲核性Ｎ、Ｓ、Ｌ杂原子，以ＦＡＤ为辅酶， 须ＮＡＤＰＨ和Ｏ２。 • ３、醇、醛、酮氧化－还原系统与胺氧化 • ４、过氧化物酶依赖性共氧化 • 包括氢过氧化物还原和其它底物的脂质过氧化 • 如前列腺素Ｈ合成酶（ＰＨＳ）和白细胞髓过氧化 物酶均可催化此类反应。ＰＨＳ可活化芳香胺。 （二）还原反应 １、硝基和偶氮还原（成氨基） ２、羰基还原（成醇） ３、硫化物、硫氧化物和氮氧化物还原（体内较少） ４、醌还原（成含羟基的氢醌）５、脱卤反应
• 2、细胞内分布 • 在肝和大多数组织细胞内主要分布于内质网（微粒 体）或胞质的可溶部分（胞浆）
• 二、Ⅰ相反应
• 包括氧化、还原和水解 • （一）氧化反应 • 加氧、脱氢、脱烷基、 • 1、细胞色素P-450酶系 又称微粒体混合功能氧化酶系 （microsomal mixed function oxidase,MFO)包括三类： • 血红素蛋白类：细胞色素P-450和细胞色素b-5; • 黄素蛋白类：NADPH-细胞色素P-450 和NADH-细 胞色素P-450； • 磷脂酶
毒物的代谢转化
一、生物转化与毒物代谢酶 生物转化（ biotransformation) 是指外源化学物在机体 内经多种酶催化的代谢转化过程。 生物转化的反应类型 Ⅰ相反应——氧化、还原、水解 Ⅱ相反应——结合 （一）生物转化的意义： 1、促进排泄（大多数） 2、改变其毒效应性质 代谢解毒与代谢活化
生物转化
及其基因多态性与癌的关系等问题，一向备受人们
关注。分子生物学的发展势必会极大地促进CYPs结
构与功能的研究，并促进CYPs在多个领域的广泛应
用。许多P-450网页可查。
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生物转化酶
黄素单加氧酶（微粒体内）
(flavin-containing monoxygenase,FMO) 特点：
1、以黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)为辅酶
肽-s-转移酶等。
其中细胞色素P450酶系是化学物代谢转化Ⅰ相反应的重要 酶。
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生物转化酶
微粒体细胞色素P-450酶系 或单加氧酶
又称
混合功能氧化酶（ mixed function oxidase，MFO）
是一个蛋白质的超家族。是多种同工酶的集合体，可催
化不同类型的氧化反应。 特点：加单氧，微粒体，混合功能，多种氧化（还原） 含有的血红素铁在二价时与CO结合在光谱450nm处有最 大吸收峰而命名。
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生物转化过程
多环芳烃类物质苯并(a)芘(BaP) 在体内的主要代谢 途径（图3-2，p48)： ①向下箭头：形成3-羟-BaP，主要的解毒产物 ②右下箭头：在P450酶催化下生成BaP-4,5环氧化 物；再经环氧化物水化酶的催化生成BaP-4,5二氢二 醇（重排为酚类）。进一步代谢解毒。 ③向右箭头：在P450酶催化下生成BaP-7,8环氧化 物（或BaP-9,10环氧化物）；再经环氧化物水化酶 的催化生成BaP-7,8二氢二醇；再由P450酶催化进 一步生成邻二氢二醇环氧化物，邻二氢二醇环氧化 物有多种形式，其中的7,8-二氢二醇-9,10环氧化物 为终致癌物。
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生物转化酶
P-450催化的7种氧化反应类型(下述） ①脂肪族和芳香族的羟化：
《生物转化》课件
生物转化的途径与类型
1
生物转化涉及多种途径和类型，如糖代谢、脂肪 代谢、蛋白质代谢等，这些途径和类型在生物体 内相互联系、相互协调。
2
生物转化的途径和类型可以根据不同的分类标准 进行划分，如根据反应类型、底物性质、酶的来 源等。
3
生物转化的途径和类型具有高度的灵活性和可塑 性，能够适应不同的生理需求和环境变化，促进 生物体的生存和繁衍。
加强生物转化的应用研究
将生物转化技术应用于制药、化工、环保等 领域，解决实际问题。
生物转化在可持续发展中的地位与作用
生物转化是实现可持续发展的 重要手段之一，能够将可再生 资源转化为有用的产品，减少
对化石资源的依赖。
生物转化技术可以生产可持续 的化学品和燃料，替代传统的 石化产品，降低碳排放。
生物转化技术可以应用于废弃 物资源化利用，减少环境污染
，促进循环经济发展。
生物转化技术可以应用于制药 行业，生产天然药物和手性化 合物，促进人类健康事业的发 展。
05
生物转化的实际应用案例
生物转化在制药行业的应用
生物转化在制药行业的应用广泛，主要用于生产手性药物、 复杂药物和天然产物的类似物。通过生物转化，可以实现对 药物分子的立体选择性修饰，提高药物的疗效和降低副作用 。
例如，将BT基因转入棉花中，可以培育出抗虫棉花品种，减少农药的使用量；将 抗草甘膦基因转入大豆中，可以培育出抗除草剂大豆品种，提高大豆的产量和品 质。
生物转化在能源领域的应用
生物转化在能源领域的应用主要包括生物燃料的开发和利用。通过微生物或酶的作用，可以将废弃物 或可再生资源转化为生物燃料，如乙醇、生物柴油等。
对环境压力。
生物转化可以产生一些对生物体有益的代谢产物，如 维生素、激素和抗生素等，这些产物对于维持生物体
生物转化资料
生物转化生物转化是指生物体内或生物体间发生的一系列化学反应过程，通过这些反应，能够将一种化合物转化为另一种化合物。
这种转化过程在自然界和人工生产中都有着重要的应用。
生物转化可以发生在各种不同的生物体内，包括微生物、植物和动物等。
下面将深入探讨生物转化的一些重要方面。
生物转化的类型生物转化的类型可以分为多种，其中包括氧化还原反应、水解反应、反应消解、羰基转移反应等。
每种类型的生物转化都有其独特的特点和机制。
氧化还原反应氧化还原反应是一种常见的生物转化类型，通过氧化还原反应，生物体可以将一种物质氧化或还原成另一种物质。
这种转化过程经常涉及到电子的转移。
水解反应水解反应是生物体内一种常见的化学反应，通过水解反应，生物体可以将某种化合物分解成更简单的物质，从而释放能量。
生物转化的应用生物转化在生活中有着广泛的应用，其中最为重要的就是在食品生产和制药领域。
在食品生产中，许多食品的生产过程都依赖于微生物或酶的生物转化作用。
比如，酵母菌在发酵过程中可以将糖转化为酒精，制作出各种酒类产品。
在制药领域，生物转化也发挥着重要的作用。
许多药物的合成过程都通过生物转化来实现，这种方法不仅可以提高产率，减少废物排放，还可以得到更纯净的药物。
生物转化的未来随着生物技术的不断发展，生物转化的应用领域将会更加广泛。
未来，我们有望看到生物转化在环境保护、新材料开发和生物能源生产等方面发挥更为重要的作用。
生物转化的研究将会为人类社会带来许多新的可能性，推动科学技术的不断进步。
总的来说，生物转化是一种重要的化学反应过程，对于生命活动和人类社会都具有重要意义。
通过深入研究生物转化的机制和应用，我们可以更好地利用这种过程，促进科学技术的发展，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
外源化学物的生物转化
1、微粒体混合功能氧化酶（MFO）催化的反应
为细胞色素P-450 酶系单加氧酶
又称
MFOS催化的氧化反应
微粒体混合功能氧化酶MFOS (microsomal mixed function oxidase system)
主要存在于肝细胞内质网中
特异性低
• 可催化几乎所有环境化学物的氧化反应
毒物代谢酶对底物的专一性相对较差，一类或一种 酶可代谢几种外源化学物，而且还可代谢内源性化 学物等。 外源化学物可刺激（诱导）很多生物转化酶类合成。 某些生物转化酶具有多态性，其结构（即氨基酸序 列）和活性不同。
有些手性外源化学物的生物转化具有立体选择性。
三、毒物代谢酶的分布
在脊椎动物，肝脏是含外源化学物生物转化酶最 丰富组织，次之为皮肤、肺脏、鼻粘膜、眼及胃 肠道。 此外，其他组织如肾脏、肾上腺、胰、脾、心、 大脑、睾丸、卵巢、胎盘、血浆、血细胞、血小 板、淋巴细胞及大动脉等均有生物转化酶。 肠道菌群在某些外源化学物生物转化中起着重要 的作用。
外源化学物的生物转化
第一节 生物转化概述 第二节 Ⅰ相反应 第三节 Ⅱ相反应 第四节 影响生物转化的因素
第一节 生物转化概述
生物转化是指外源化学物在机体内经一系列化 学变化并形成其衍生物以及分解产物的过程。
或称代谢转化。所形成的衍生物即代谢物。
生物转化是机体对外源化学物处置的重要的环
节，是机体维持稳态的主要机制。
脂肪族烯烃：
双键上引入一个氧原子而形成1，2-环氧化合物 反应
环氧化物水解酶
H C Cl C H H
水解产物 S-烷基谷胱甘肽
O
H C H O C
Cl H
非蛋白巯基 GSH、Cys RNA、DNA 白蛋白 O
生物转化的名词解释生物化学
生物转化的名词解释生物化学
生物转化是指生物体内或生物过程中，物质的转化或变化过程。
它包括生物体内的代谢过程、生物体对外界环境的适应和应答，以及生物体内的信号传递等。
生物体内的转化过程通常涉及底物的吸收、转运、代谢、合成和分解等。
生物转化在生物化学中起着重要的作用。
生物化学研究生物体中的化学反应和生物分子之间的相互作用。
生物体内的物质转化是通过一系列酶催化的化学反应进行的。
酶是生物体内的催化剂，能够加速化学反应的速率。
生物体内的酶对底物具有高度的选择性，只作用于特定的底物并产生特定的产物。
生物转化的研究对于了解生物体内的代谢过程、生物体对环境的适应性以及疾病的发生和治疗具有重要意义。
通过研究生物转化过程，可以发现新的代谢途径、寻找新的药物靶点以及开发新的药物和治疗策略。
生物转化的研究领域包括代谢组学、蛋白质组学、基因组学等。
代谢组学通过研究生物体内代谢物的组成和变化，来了解生物转化过程。
蛋白质组学研究生物体内蛋白质的组成和功能，揭示生物转化的分子机制。
基因组学研究生物体内基因的组成和表达，探索基因在生物转化中的作用。
总之，生物转化是生物体内物质转化的过程，是生物化学研究的重要领域。
通过深入研究生物转化过程，可以揭示生物体的生理和病理过程，为新药物的发现和疾病治疗提供理论基础。
毒动学-生物转化
15
Ⅰ相各类反应及相应酶的亚细胞分布：
反应
胞液
线粒体 微粒体 溶酶体 其他
氧化 醇脱氢酶、醛脱 醛脱氢酶、前列腺素H合 ／
／
氢酶、醛氧化酶、单胺氧化 成酶、黄素单
黄嘌呤氧化酶、 酶
加氧酶、细胞
双胺氧化酶
色素P-450
还原
偶氮和硝基还原、／ 羰基还原、二硫 还原、硫氧化物 还原、醌还原
偶氮和硝基还 ／ 原、羰基还原、 醌还原、还原 性脱卤
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• P-450是细胞色素P-450的简称(也简称为CYP)，是位于微粒 体膜(滑面内质网)上的一组酶。它的名字来源于与CO结合 后在450nm处有吸收峰。P-450在动物界的分布非常广泛， 种类非常多。
• P-450是一个蛋白质超家族，每一种对底物专一性都有特 征性谱，
22
人肝主要P450底物、抑制剂和诱导剂举例
32
（2）乙醛脱氢酶 乙醛脱氢酶（acetaldehyde dehydrogenase，ALDH）以NAD+为辅助因子 将乙醛氧化成羧酸。几种ALDH酶类涉及醛类化合物的氧化过程，亦具有 酯酶的活性。在人体，有12种ALDH基因被鉴定出，即ALDH1-10，SSDH 和MMSDH。已在人体证实了ALDH的遗传多态性，在日本人、中国人、 韩国人和越南人中约有45%-53%的人因为点突变（Glu487→Lys487）而缺乏 ALDH2的活性。许多亚洲人在饮酒后易产生红晕综合征，其原因是乙醛 的迅速堆积，造成局部血管因释放儿茶酚胺而扩张。其他ALDHs的遗传 缺陷可损害其他醛类的代谢，这是某些疾病发生的基础。例如，ALDH4 缺乏干扰了脯氨酸代谢，引起II型高卟啉血症，其症状包括智力发育迟 缓和惊厥。
肠道菌群： 偶氮和硝基 还原
化学生物学第四章 生物转化资料
化学生物学 化学物质在生物体代谢转化的复杂性: • 多数化学物质的代谢转化需经多个连续反应，不同反 应可先后进行； • 同一种化学物质在体内可有多种代谢途径; • 可以在不同的组织器官先后发生不同反应，生成不同 的代谢产物； • 机体与外来化学物质相互作用是在分子水平上进行的； • 化学物质的分子结构可发生下列改变: • 活性功能基团的增减或改变; • 整个分子的降解; • 与某些内源性化学物质结合等。
大连民族学院生命科学学院
Prof. Dr. J.T. Liu
化学生物学 二、还原反应 化学物质在哺乳动物组织内的还原反应，在无氧条 件下易于发生。所需的电子或氢由还原酶 (NADH) 或还 原型辅酶(NADPH)供给。 • 肠道细菌和肠壁细胞的还原酶活性较高，当某些化学 物质进入肠道或化学物质在肝内结合反应后的代谢物随 胆汁排出时，在肠道可被还原。 常见还原反应类型： • 硝基还原 • 偶氮还原 • 还原脱卤
大连民族学院生命科学学院
Prof. Dr. J.T. Liu
化学生物学 4. 氨基酸结合：含羧基(-COOH)化合物，如苯乙酸、苯 甲酸、苯丙烯酸和杂环羧酸等，在酰基辅酶A合成酶 作用下，与乙酰辅酶 A形成酰基酸辅酶 A ，然后在酰 基转移酶作用下与氨基酸(甘氨酸、谷氨酸等)结合。 • 如苯甲酸在体内转化为苯甲酰辅酶A后，与甘氨酸结 合生成马尿酸，易于排出体外。剧毒的氢氰酸也可与 半胱氨酸结合而解毒。
大连民族学院生命科学学院 Prof. Dr. J.T. Liu
化学生物学 结合反应的主要类型
结合类型 糖苷结合 结合基团 UDP-葡糖醛酸 3′-磷酸腺苷-5′-磷 酸 S-腺苷甲硫氨酸 （SAM） 反应底物类型 酚、醇、羧酸、 芳香胺、硫醇 酶定位 微粒体
生物化学中的物质转化规律
生物化学中的物质转化规律生物化学是研究生命体系中物质转化的科学，是化学、物理、生物等学科的交叉领域。
生物化学中的物质转化规律是生物体内分子转化的基础，生物体内的物质转化是生命活动的基本过程之一。
在这篇文章中，我们将会通过探讨物质转化规律在生物化学中的应用，来进一步理解生命体系中物质转化的原理和过程。
一、蛋白质的合成蛋白质是生命体系中最基本的分子之一，它们是由氨基酸组成的长链。
生物体内产生蛋白质的过程称作蛋白质合成，蛋白质合成是生物化学中的一个重要领域，对研究生物体内的物质转化机制和生命活动规律具有重要意义。
蛋白质的合成需要有一系列相互配合的物质转化过程。
其中最重要的便是生物体内的基因表达。
基因表达是生物体内物质转化的一个关键环节，在基因表达过程中，基因中蕴含的遗传信息被转化为功能性蛋白质。
这一过程包括了转录、剪接、转运和翻译等一系列的生物化学反应。
转录过程将DNA螺旋的基对序列转录成mRNA链，这些RNA链在细胞质中被翻译成蛋白质。
生物体内的物质转化规律在这一基因表达过程中发挥了非常重要的作用。
二、碳水化合物分解碳水化合物是生命体系中非常重要的营养素，我们的身体中大部分的能量都来自于碳水化合物的分解。
在生物体内，碳水化合物的分解又称为糖解。
糖解是生命体系中最为重要的生化反应之一，也是人体运动时产生能量的主要途径。
糖解的反应过程是复杂的，包含了许多不同的反应步骤。
整个糖解的过程通常被分为两个阶段：糖原裂解和糖原呼吸。
糖原裂解是将体内存储的多聚糖分解为单糖，单糖进入另一个阶段的糖原呼吸。
在糖原呼吸中，单糖被氧化分解，产生能量并转化为能够被身体利用的物质（如乳酸或乙酸）。
三、氧化还原反应生物体内的氧化还原反应是生物化学中的另一个重要领域。
人体内的氧化还原反应是将食物中所含的化学能转化为身体所需的能量的基本方式。
氧化还原反应是生物体内分子转化的一个关键环节，它涉及了大量的化学反应。
在每一个化学反应过程中，某些分子失去了电子（氧化），而另一些分子却得到了电子（还原）。
生物转化与合成的化学策略与方法
生物转化与合成的化学策略与方法生物转化和合成是生物学和化学交叉领域的重要研究方向，目的是寻找有效的化学策略和方法，来实现对天然产物和药物的生物合成和活性成分的全合成。
化学家和生物学家们在这个领域进行了许多研究和实践，探索出了许多有效的化学策略和方法，本文将介绍其中的一些重要内容。
1. 细胞工程细胞工程是一种将目标代谢途径移植到新生物体内的方法，目的是利用这些新生物体的代谢途径来产生天然产物或药物。
该方法需要对细胞进行修改和优化，以增加其产物的产量和质量。
细胞工程的关键在于将目标代谢途径合理地嵌入到宿主细胞中，并调控基因表达，以提高代谢和合成效率。
近年来，细胞工程的发展得到了广泛的关注和应用，已经成为一种重要的生物合成的化学策略和方法。
2. 基因组学基因组学是一种分析和解析生物体基因组结构和功能的学科，通过了解生物体基因序列和表达，确定生物体代谢途径，以便进行药物的全合成和优化。
基因组学在生物转化和合成领域中的应用，主要是通过挖掘天然物质的生物机制和基因调控途径，开发代谢工程和生物合成的新技术。
基因组学的发展，对生物合成的发展和技术突破起到了重要作用，同时也推动了生物化学和分子生物学的跨学科融合。
3. 生物催化转化生物催化是利用酶或微生物培养物催化复杂物质的转化，实现对天然产物的生物合成和活性成分的全合成。
生物催化的优点在于反应条件温和，生成产物的选择性高，催化反应速度快，反应废液少，适用于大规模生产。
生物催化领域的研究方向有：先进催化剂研发，生物转化机理和代谢途径的研究，酶的结构和催化性质的研究等。
生物催化在化学制药、医药生物技术和生物能源等领域具有广泛的应用前景。
4. 新材料的应用新材料的应用也是生物转化和合成的化学策略和方法之一。
有许多新型材料可以被应用于生物转化和合成领域，如纳米颗粒、碳复合材料、多孔材料等。
这些材料可以作为载体、降解剂、催化剂等，用于提高生物化学反应速度、稳定性和强度。
新材料在生物转化和合成领域的研究，不仅可以提高产物的质量和产量，还可以大大降低成本，提高工作效率，同时具有良好的环境友好性。
生物化学转化
生物质能利用-热化学转化-气化
生物质气化是在高温条件下，利用部分氧化 法，使有机物转化成可燃气体的过程，产物 为CO、H2、CH4等可燃性气体。
供 热
生物质气化
供气
发电
生物质能利用-热化学转化-气化发电
气化发电的三种方式
用作锅炉的燃料燃烧生产蒸汽带动蒸汽轮 机发电。这种方式对气体要求不很严格， 直接在锅炉内燃烧气化气。效率低。
生物质能利用
生物质能利用
能源转换过程
直接燃烧
生物质
热化学转化（油、气） （高温分解、气化）
生物化学转化 （沼气、酒精）
直接燃烧
生物质能利用—直接燃烧
loss
热效率低于20%
loss
生物质能利用—直接燃烧
炕：热效率20-30%
生物质能利用—直接燃烧－发电
秸秆直接燃烧发电 垃圾直接燃烧发电
生物质能利用—直接燃烧—秸秆发电
目前，生物质能技术的研究与开发已成为世界 重大热门课题之一，受到世界各国政府与科学 家的关注。许多国家都制定了相应的开发研究 计划，如日本的阳光计划、印度的绿色能源工 程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等， 其中生物质能源的开发利用占有相当的比重。
中国80％人口生活在农村，秸秆和薪柴等生物质能是农 村的主要生活燃料， 1998年农村生活用能总量3.65亿吨 标煤，其中秸秆和薪柴为2.07亿吨标煤，占56.7％ 。 1991年至1998年，农村能源消费总量从5.68亿吨标准煤 发展到6.72亿吨标准煤，增加了18.3％，年均增长2.4%。 而同期农村使用液化石油气和电炊的农户由1578万户发 展到4937万户，增加了2倍多，年增长达17.7％，增长 率是总量增长率的6倍多。
截至2006年，我国已经有100多个县市已经开始投建或签订 秸秆发电项目
生物转化的名词解释
生物转化的名词解释生物转化是指生物体内或通过生物体参与的化学反应和转化过程。
它是生物学和生物化学领域的重要概念，涉及到许多关键生物分子和化学物质的生成、转运和降解。
一、代谢代谢是生物转化的核心过程，也是生物体维持生命活动所必需的化学反应。
代谢可分为两个主要部分：建造代谢和降解代谢。
建造代谢涉及生物体合成和生产新的有机分子，比如蛋白质、核酸和多糖等，以维持细胞和组织的正常功能。
这些新生产的分子可以用于构建细胞膜、DNA修复或能量储存等过程。
降解代谢是指生物体分解和转化有机分子以产生能量和维持生命活动。
常见的降解代谢过程包括呼吸作用和消化过程。
二、催化酶酶是生物体内一类特殊的蛋白质分子，能够催化化学反应的进行。
酶在生物转化过程中起到了极为重要的作用，它们能够加速化学反应速率，降低活化能，从而使许多反应在生物体内迅速发生。
酶的催化作用是高度特异性的，即每种酶只能催化特定的化学反应。
这种特异性来自于酶与其底物之间的立体构象和电荷互作用。
三、代谢途径代谢途径是一系列相互关联的化学转化过程，涉及到许多酶催化的反应。
代谢途径可分为两个主要类型：有氧代谢和无氧代谢。
有氧代谢是指生物体在存在氧气的条件下进行的代谢反应。
它通常包括糖酵解、柠檬酸循环和氧化磷酸化等过程，最终产生大量的能量(ATP)。
有氧代谢是大多数复杂生物体的主要能源来源。
无氧代谢是指生物体在氧气供应不足的条件下进行的代谢反应。
典型的无氧代谢过程包括乳酸发酵和乙酸发酵等。
虽然无氧代谢产生的能量相较于有氧代谢较少，但对于一些生物体（如细菌和酵母）而言，无氧代谢是维持生存和进行短期能量供应的重要手段。
四、脱氢酶脱氢酶是一类酶，其功能是在生物转化过程中取消底物分子中的氢原子。
脱氢酶有多种类型，包括氧化还原酶和去氢酶等。
这些酶参与到许多代谢途径中，如糖酵解、脂肪酸代谢和氨基酸代谢等。
脱氢酶的催化反应常常涉及底物氧化或还原，产生的电子被输送到细胞质膜上的载体分子上，最终用于合成ATP。
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• 机体与外来化学物质相互作用是在分子水平上进行的； • 化学物质的分子结构可发生下列改变: • 活性功能基团的增减或改变; • 整个分子的降解; • 与某些内源性化学物质结合等。
化学物质生物转化的两重性： • 生物解毒或灭活(biodetoxication)： • 高亲脂性→→ 极性较强、水溶性物质，易排出； • 同时代谢物透过生物膜进入细胞的能力减弱； • 与组织成分的亲和力降低，其生物活性灭活。
2. 环氧化反应：芳香烃类或烯烃类化合物的不饱和键上， 直接加氧生成不稳定的环氧化物。
• 如苯环上有卤族元素取代或是多环芳烃氧化时，则能 形成较稳定的环氧化物。
• 环氧化物是一种亲电子的活性中间代谢物，其毒性远 大于母体化学物，可与生物大分子共价结合，是一种 遗传毒物，可导致癌瘤。
3. 脱烷基反应：某些有机化学物在O-、N-、S-原子上带 有烷基，在氧化过程中易被羟化，进而脱去烷基，生 成醛和脱烷基产物，称脱烷基反应。
• 如：偶氮苯→苯肼→苯胺。 3. 还原脱卤：许多卤代烃化合物可经微粒体酶的催化，
发生还原脱卤反应。
• 如，四氯化碳在体内经还原脱卤形成三氯甲基自由基 (·CCl3)和二氯碳烯(:CCl2)。
三、水解反应 • 水解是由化学物质的一个分子加上一个水分子使之裂
解成两个分子。
• 环氧化物、酯类、酰胺类等在体内易被水解。
二、还原反应
化学物质在哺乳动物组织内的还原反应，在无氧条 件下易于发生。所需的电子或氢由还原酶(NADH)或还 原型辅酶(NADPH)供给。
• 肠道细菌和肠壁细胞的还原酶活性较高，当某些化学 物质进入肠道或化学物质在肝内结合反应后的代谢物随 胆汁排出时，在肠道可被还原。
常见还原反应类型：
• 硝基还原
2. 酯类和酰胺类水解：酯类化合物经水解形成羟基团和醇，酰胺类 化合物经水解形成酰胺和酸；羟基、醇和酰胺基可接受各种结合 反应。
• 如有机磷酸酯，敌敌畏、对硫磷、乐果和马拉硫磷等，经水解反 应产生的代谢物，其生物活性降低或消失。
• 生物解毒生物灭活作用（biodetoxication）:
• 多数毒物→→低毒或无毒的产物;
• 亲脂化学物质→→极性较强的亲水物质
•
加速其随尿液或胆汁排出。
• 生物活化（bioactivation）或 增毒作用（toxication）:
• 无毒或低毒物质→→有毒或毒性大的产物
化学物质生物转化的主要器官：
• 生物活化（bioactivation）或增毒作用（toxication）
化学物质能否发挥其毒作用和毒性大小；化学物质 通过生物转运到达效应部位的剂量或浓度外，生物体对 化学物质的代谢转化途径和代谢能力研究和了解毒物代 谢转化的方式和机理，对中毒机理研究提供基础资料， 对治疗和诊断，亦有实用价值。
• 肝脏含有丰富的生物转化酶系，是化学物质生物转化 的主要器官。
• 肺、肾、胃、肠、神经、皮肤和胎盘等组织均具有生 物转化功能。
化学物质在生物体代谢转化的复杂性: • 多数化学物质的代谢转化需经多个连续反应，不同反
应可先后进行； • 同一种化学物质在体内可有多种代谢途径; • 可以在不同的组织器官先后发生不同反应，生成不同
• 生物活化(bioactivation)： • 化学物母体毒性小或无毒→→活泼的化学性质； • 与各种大分子发生不可逆的反应，破坏其化学 • 结构和生理生化功能→→ 细胞死亡或癌变。
第二节 生物转化过程
• I 相反应—即降解反应(degradation reaction)：包括 氧化、还原和水解。可直接改变物质的基团使之分解， 并增加新的功能基因而增加极性，如OH、SH、NH、 COOH等，以利进行Ⅱ相反应。 •Ⅱ相反应—即结合反应(conjugation reaction) • I 相反应产物和一些强极性基团如葡萄糖、硫酸等结
• 水解反应是有机磷酸酯农药在哺乳动物体内的重要代
谢方式。
1. 环氧化物水解：将芳香族和脂肪族环氧化物水解为二 氢二醇。多数环氧化物经水解形成的代谢物活性降低， 也有一些生物活性增高。
• 如3, 4-苯并芘经氧化代谢形成多种环氧化物，其中苯 并芘7, 8-环氧化物，通过水解生成的7, 8-二氢二醇， 可进一步被混合功能氧化酶氧化为7, 8-二氢二醇-9,10环氧化物，是一种强致癌物。
合，生物活性降低，水溶性增加，有利排出。
•Ⅱ相反应场所：细胞的微粒体、线粒体及胞液。
一、常见氧化反应类型
• 羟化反应 • 环氧化反应 • 脱烷基反应 • 氧化脱硫或硫氧化反应 • 醇和醛类脱氢反应
1. 羟化反应：在细胞微粒体内进行。
• 包括脂肪族羟化、芳香族羟化及N-羟化。
• 如R-CH2-CH3烷烃→→ R-CH2-CH2OH醇； • R-C6H5芳香烃→→R-C6H4OH 酚类。 • 羟化后大多毒性增强。
化学生物学
化学生物学第四章生物转化
大连民族学院生命科学学院 Prof. Dr. J.T. Liu
第一节 概 述
• 生物转化(biotransformation)或称代谢转化(metabolic transformation)，指化学物质在生物体内经酶催化或 非酶作用转化成一些代谢物的过程。
• 生物解毒/生物灭活（biodetoxication）
• 偶氮还原
• 还原脱卤
1. 硝基还原：芳香族硝基化合物的-NO被还原成-NH，多 数反应是在厌氧条件下进行的。
• 例如：硝基苯→亚硝基苯→羟氨基苯→苯胺 • 三硝基甲苯2,4,6位置上的硝基，均可经硝基还原为氨
基，产生多种氨基类代谢物。
2. 偶氮还原：偶氮化合物经偶氮还原反应，形成氢偶氮 复合物，最后生成胺。反应可在有氧条件下进行。
• 常使毒性增加。
4. 氧化脱硫或硫氧化反应：例如，
• 农药对硫磷经氧化脱硫反应生成对氧磷，其毒性增强 若干倍；
• 农药内吸磷经硫氧化生成亚砜型内吸磷，毒性比母体 增加5~10倍。
5. 醇和醛类脱氢反应： • 主要在细胞液中进行，经醇脱氢酶、醛脱氢酶等催化，
使醇和醛类脱氢氧化，最后生成CO2。这些基团的氧 化反应具有解毒意义。 • 但某些中间代谢物也有毒性。