第三章污染物对生物的影响优秀课件

第三章污染物对生物的影 响
第一节 污染物在生化和分子水平上的影响 一、对蛋白酶的影响
有蛋白酶的诱导合成和对酶活性的调节两方面。 （一） 酶的诱导合成
研究表明，一些有机亲脂性化合物，如一些杀虫剂和多 环芳烃，能增加酶的合成速度,此外，还可降低酶蛋白的分 解，而增加酶蛋白的数量。
污染物可影响生物有机体蛋白酶的数量，可在DNA转 录和mRNA的翻译水平上起作用。对酶合成的诱导和阻遏 而影响酶的数量。
自由基又称游离基（Free Radical）：是指带有未配对电 子的原子、离子、分子、基团和化合物等。它们的共同特点 是带有不成对的电子。生物体自身代谢产生的一类自由基就 称为生物自由基。
正常情况下，ROS的产生和清除在动态平衡之中， ROS的积累，对正常的生理代谢有破坏作用。 在长期进 化中，生物有机体完善了防御过氧化损伤的系统。
研究表明，亚砷酸、百草枯等农药可诱导相关的应激蛋 白，起保护作用。
例2： 促进金属硫蛋白（Metallothionein）的合成
金属硫蛋白是一种位于细胞质内的低分子蛋白，约含 30%的半胱氨酸，Mr为6~7千，对热稳定，金属含量高。 这种蛋白广泛存在于原生动物、真菌、动植物中。
金属硫蛋白对二价金属离子有极高的亲和力，在细胞 内起贮藏必需的微量金属如Zn和Cu，还可结合有毒的Cd 和Hg，保护细胞免受重金属的毒害。
3）抗坏血酸过氧化物酶(APX，Ascorbate peroxidase)
APX存在于细胞质、叶绿体的类囊体中。APX对H2O2 的Km值较低，对H2O2的亲和力高。
其与脱氢抗坏血酸还原酶（DHAR）和谷胱甘肽还原酶 （GR）一起进行叶绿体内的ASA-GSH循环，清除H2O2。
SOD活性的诱导: 许多化学污染物能诱导SOD的活性
I）大气污染物如O3。 II） H2O2和有机超氧化物等直接作用氧化物。 III）多环芳烃等氧化还原循环化合物。如在酸性条件 下或在Al胁迫下，植物菌根的SOD活性会增加。 （2） CAT和POD
2）CAT和POD催化反应
在SOD作用下，O2.- 岐化而形成H2O2，在生物体内，在 有Fe2+等过渡金属离子存在下，H2O2可与O2.- 通过HarberWeiss反应生成氧化能力更强的.OH，.OH会直接攻击细胞膜 脂的不分布于生命有机体中。无论从低等到高等生 物，从细菌到真菌，从藻类到高等植物，仍至人类都有 SOD的存在。
三种类型的SOD：I）Cu/Zn SOD:主要存在于真核细 胞的细胞质中，如高等植物、动物、人细胞质中 。II） Mn-SOD：存在于真核细胞的线粒体、细菌中。III）FeSOD：只存在于原核细胞中，如海藻中的螺旋藻。
还原组酶成）：和Cy磷tP脂45。0，其N中AD：PH-CytP450还原酶（或NADH-Cytb5 P45C0Eyt型P4，50由P4多50L基M因4型编等码，，其各与物催种化不底同物，直决接定相酶连的。形式，如 功能N，AD但P不H同-C物ytP种45有0还不原同酶酶（形或式N，AD如H7--C乙y氧tb基5还异原吩酶噁）唑具-O催-化脱 乙基酶（ECOD）、芳烃羟化酶（AHH）等。
依据：
（1）在污染物诱导过程中，细胞内质网增生，微粒体蛋 白含量增加， RNA和磷脂含量增加。
（2）加入放线菌素D（蛋白质合成抑制剂）污染物对蛋 白合成的诱导作用消失。
（3）施喂C14-Aa，微粒体蛋白质合成速度增加。
例1：促进逆境蛋白（Stress protein）的合成
在病原菌、化学物质，以及干旱、低温等不良条件作用 下，生物有机体可诱导产生一系列新的蛋白质，称逆境或应 激蛋白。如病原相关蛋白、热休克蛋白、干旱逆境蛋白等。
过氧化氢酶:能有效地清除生物体内的H2O2对细胞氧化作
用，可保护细胞免受.OH毒害作用。
过氧化物酶:也能清除植物体内的H2O2。POD通过催化 H2O2氧化其它底物而消耗H2O2。细胞内有多种形式的过 氧化物酶如：IAA过氧化物酶、抗坏血酸过氧化物酶和 GSH过氧化物酶等。活性诱导:
在植物暴露于百草枯的细胞组织中，CAT活性也明显升 高；当暴露于SO2、O3和NO2等大气污染物下时，植物体 内的GSH过氧化物酶活性显著增加。
2）混合功能氧化酶系统生理作用
其可参与体内的胆固醇、胆汁酸、激素、维生素D的生 物合成和代谢。
许多外源性化合物， 如多环芳烃和药物，都可经该酶 系统代谢，形成极性大的产物而易从体内排出。
但注意有些污染物经此酶系统代谢后，会形成高毒的致 癌物。
3）混合功能氧化酶系统活性诱导
3类污染物：1）药物诱导剂，主要是苯巴比妥型，包括 许多药物、杀虫子剂等。2）致癌物诱导剂，包括苯并芘等 多种多环芳烃类。3）甾族诱导剂，如螺王内酯等。都可诱 导混合功能氧化酶系统的活性。
这些污染物质还可在DNA转录水平、 mRNA 翻译水平 促进混合功能氧化酶的合成，增加数量。
（2） 抗氧化防御系统酶
活性氧（active oxygen）: 指化学性质活泼，氧化能力很 强的含氧物质的总称。生物体内活性氧主要有超氧自由基（ O2.-）、单线态氧（1O2）、羟自由基（.OH）和H2O2等。
非酶系统：GSH、VtC、VtE和β-胡萝卜素等.
酶学系统：超氧物岐化酶（SOD）、过氧化物酶（ POD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（ GPX）、谷胱甘肽还原酶（GR）以及抗坏血酸过氧化物 酶（APX）等。
谷胱甘肽（GSH，三肽）分子结构
1）超氧物岐化酶（SOD）
反应机理是：与酶相连的金属Cu2+交替地氧化或还原，催 化快速的岐化反应，迅速地将有毒的O2.-转化为分子氧。
（二）酶活性的调节
有激活作用和对酶活性的抑制作用2个方面。
1、促进的酶活性
研究表明，参与相I和相II反应酶的活性受许多污染物 的诱导。此外，混合功能氧化酶系统、谷胱甘肽转移酶、 尿二磷酸葡萄糖苷转移酶和抗氧化防御系统酶系如SOD、 CAT和POD等酶的活性，也受污染物的促进。
（1）混合功能氧化酶系统（MFO）调节 1）组成和定位 定位：MFO存在于细胞内质网上，肝脏活性较高。