第八章 环境生物化学与毒理化学

吸收 污染物质在生物 体内的运动过程 分布 排泄 生物转化 8.2.1 吸收 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。吸收途径主要是消化道、呼吸道和皮肤。 消除 转运
8.2 污染物质在生物体内的转运
口腔 食管 被动扩散 被动扩散
消化道
胃
污染物质的脂溶性 血液流速 pH与酸碱性
物至捕食生物才会呈现
生物
说， k ei 越小， i ,i 1越大的物质，
8.4 污染物质的生物转化
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(转化)。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。
生物转化 污染物质在环境中的三大转化类型 化学转化 光化学转化
8.1 物质通过生物膜的方式
脂/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，没有特异 性选择、竞争性抑制及饱和现象。
3. 被动易化扩散
在高浓度侧与膜上特性性蛋白质结合，通过生物膜，至低 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，因此有特异性选择， 竞争性抑制和饱和现象。
影响生物富集因子的因素： 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 环境因素：温度、盐度、硬度、pH、氧含量、光照 动力学： 水生生物对水中难降解性物质的富集是生物对其吸收速率、 消除速率以及由于生物体的生长所造成的稀释速率的总和。
8.3 污染物质的生物富集、放大和积累
令该式右端二项分别为 C i C wi C i 该式表明，生物积累的 是从食物链传递得到的 生物放大在生物积累达 C i i , i 1 W i , i 1 C i 1 k ei k gi
只有上式的右端大于 1时，食物链上从饵料生 放大。通常 W i ,i 1 k gi，因而对于同种生物来 生物放大越显著。
生物富集因子)表示：
C BCF b C e
Bioconcentration factors (BCF)
BCF 生物富集系数（因子） ； C 在生物体内的浓度； b 平衡时，某种污染物质
C 在机体周围环境中的浓 度； e 平衡时，某种污染物质
8.3 污染物质的生物富集、放大和积累
8.3 污染物质的生物富集、放大和积累
C C
W f
随时间的增长而增大，
当 t 时，生物富集因子为：
ka Cf BCF C W ke kg ka Cf BCF C W ke
8.3 污染物质的生物富集、放大和积累
8.3.2 生物放大作用 同一食物链上的高营养级的生物，通过吞食低营养级
与血浆蛋白结合
金属硫蛋白结合 关键：脂溶性大小
8.2 污染物质在生物体内的转运
8.2.3 排泄 8.2.4 蓄积 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，则会出现该污染物质在体内逐渐增多的现象，称为生物蓄 经肾排泄 经肝胆系统的胆汁排泄
积。蓄积时，污染物质的体内分布，主要是相对集中分布于机
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，就是有氧 氧化，若为非分子氧，则为无氧氧化。
8.4 污染物质的生物转化
(1) 有氧氧化中以分子氧为直接受氢体的传递氢过程 只有一种酶作用于有机底物，脱落底物的氢(H++ e)，其中电 子由该酶的辅酶直接传递给分子氧，形成激活态O2-，与H+化 合形成水。
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。 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
相对稳定的平衡。
8.3 污染物质的生物富集、放大和积累 8.3.1 生物富集
生物富集是指生物通过非吞食方式，从周围环境中蓄积某种 元素或难降解性物质，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(生物浓缩系数、
腺核苷3‘-磷酸 焦磷酸 CoASH + CH3CO+
泛酸
氨基乙硫醇
CH3CO-SCoA + H+
8.4 污染物质的生物转化
8.4.3 生物氧化中的氢传递反应
8.4 污染物质的生物转化
有氧氧化与无氧氧化： 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
作用是：传递电子、
原子或某些基团。酶 蛋白的作用是决定催 化专一性和催化效率。 辅酶的成分是
水解酶；
裂解酶； 异构酶； 合成酶；
金属离子、含金属的
按酶的 成分 单成分酶 双成分酶 酶蛋白 辅基或辅酶 有机化合物或小分子 的复杂有机化合物。 辅酶约有30种。
8.4 污染物质的生物转化
8.4.2 若干重要辅酶的功能
(1) FMN和FAD
OH H2C H3C N CH OH CH N OH CH O H2 C O OH P OH O
NH H3C N O
黄素单核苷酸(FMN)
核酸核苷酸
磷酸
戊糖
核苷
碱基
8.4 污染物质的生物转化
黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD) FMN或FAD是一些氧化还原酶的辅酶，在酶促反应中具有 传递氢原子的功能。
8.4 污染物质的生物转化
8.4.1 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、具
有催化活性的生物催化剂。
① 催化专一性高； ② 催化效率高； 根据催化作 用的场所 胞外酶 胞内酶
特点
③ 温和的外部条件； ④ 种类多；
8.4 污染物质的生物转化
氧化还原酶； 转移酶； 根据催化 反应类型 辅基或辅酶的
细胞色素类是含铁的电子传 递体。
铁原子处于卟啉的结构中心， 构成血红素(heme)。
c y t F e n
3 +
+ e e
2 + c y t F e n
细胞色素类都以血红素作为
辅基.
8.4 污染物质的生物转化
8.4 污染物质的生物转化
(5) 辅酶A 辅酶A是泛酸的一个衍生物，简写为CoASH，结构是：
i ,i 1 i级生物对 i 1级生物中该物质的同化 率；
k ai i级生物对该物质的吸收 速率常数； k ei i级生物体中该物质的消 除速率常数； k gi i级生物的生长速率常数 。
水生生物对某物质的积累速率等于从水中的吸收速率，从食 物链上的吸收速率及其本身消除、稀释速率的代数和。
第八章 环境生物化学与毒理化学
Chapter 8. Environmental Biochemistry and Toxicological Chemistry
8.1 物质通过生物膜的方式 8.1.1 生物膜的结构
70年代(Singer and
Nicholson, 1972)提出
的液态镶嵌模型：磷 脂双分子层构成细胞 膜的骨架(75-100Å)， 亲水基团排列于内外 两面；蛋白质分子覆 盖、镶嵌、贯穿(物质 转运的载体，酶；膜 图1. 膜的液态镶嵌式模型 (膜外侧蛋 白质和脂质分子上可能存在的糖链
8.3 污染物质的生物富集、放大和积累
当生物积累达到平衡时 Ci (
dC i ， dt 0 , 上式成为：
W k ai ) C W ( i , i 1 i , i 1 ) C i 1 k ei k gi k ei k gi
C wi 和 C i，则 物质浓度中，一项是从 浓度。这二项的对比， 到平衡时的贡献大小。 水中摄得的浓度，另一 反映出相应的生物富集 项 和
8.1 物质通过生物膜的方式
5. 胞吞和胞饮
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， 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
的性质和物质的结构。
8.2 污染物质在生物体内的转运
8.1 物质通过生物膜的方式
4. 主动转运(Active Transport; Passive Transport)： 在需要消耗一定的代谢能量下，一些物质可在低浓度 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。 所需要的能量来自于 ATP 。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。
R H C 3 N N O
+ + 2 H + 2 H
R H C 3 N H N O
NH H C 3 N O
NH H C 3 N H O
8.4 污染物质的生物转化
(2) NAD+和NADP+
腺嘌呤
NAD+(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)
NADP+(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷根)
8.4 污染物质的生物转化
(3) 辅酶Q 辅酶Q又称为泛醌，简写为CoQ，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。
8.4 污染物质的生物转化
(4) 细胞色素酶系的辅酶 细胞色素 (Cytochromes)
细胞色素酶系是催化底物 氧化的一类酶系，主要有 细胞色素b,c1,c,a,a3等几种。 辅酶都是借助膜两侧的静水压
及渗透压经膜孔滤过。 2. 被动扩散 脂溶性物质从高 浓度向低浓度侧扩散。 扩散速率服从费克定 律：
dQ C DA dt x x 膜厚度； C 膜两侧物质浓度梯度； A 扩散面积； D 扩散系数；