环境毒理学第三章污染物在体内的转化
环境化学污染物在人体内的转归
第二节 环境化学污染物在人体内的转归 环境中化学物质(或毒物)作用于人体后,是否能对健康产生危害, 首先取决于摄入量的多少,同时还与其在体内的代谢过程密切有关。
毒物进入机体后,不是干扰或破坏机体的正常生理功能,使机体中毒或产生潜在性危害,就是机体通过各种防御机制与代谢活动,使毒物降解而将其排出体外。
因此,了解毒物的代谢过程对研究毒物与机体相互作用的规律具有重要意义。
毒物代谢包括吸收、分布、生物转化和排泄等过程。
毒物通过各种途径和方式与机体接触后,首先被机体吸收进入血液,再由血液分布到全身各组织,它们被储存或在组织细胞内发生化学结构和性质的变化,称为生物转化(biotransformation) 或代谢转化(metabolic transformation),转变成代谢产物,最后毒物本身及其代谢产物可通过各种途径排出体外。
由于吸收、分布和排泄过程的机理具有共通点, 故统称为生物转运(biotransport)。
一、毒物的吸收 毒物经各种途径通过机体生物膜进入血液的过程称为吸收(absorption)。
在生活环境中毒物主要通过呼吸道、消化道和皮肤吸收。
在毒理学实验研究中还采用特殊的染毒途径如腹膜内、静脉内和皮下注射等。
1.呼吸道吸收污染空气的环境毒物主要从呼吸道侵入机体,从鼻腔到肺泡整个呼吸道各部分由于结构不同,对毒物的吸收情况也不同,愈入深部,面积愈大,停留时间愈长, 吸收量愈大。
因此,呼吸道吸收是以经肺泡吸收为主。
由于人体肺泡数量多(约3亿个),表面积大(50~100m2),相当于皮肤吸收面积的50倍。
肺泡周围布满长约2000km的毛细血管网络,血液供应很丰富,毛细血管与肺泡上皮细胞膜很薄,仅1.5μm左右,有利于外来化学物的吸收。
因此,气体如CO、NO2、SO2,挥发性液体如苯、四氯化碳的蒸气及气溶胶硫酸雾等经肺吸收的速度很快,仅次于静脉注射。
气态物质到达肺泡后,主要经简单扩散透过呼吸膜而进入血液,其吸收速度受多种因素的影响,主要是肺泡和血液中物质的浓度(分压)差,按扩散规律,气体从高分压处向低分压处通透,分压差愈大,吸收愈快。
第3章 化学毒物在体内的生物转运与生物转化 ppt课件
Dp≤100m
可吸入颗粒物
Dp≤10m
细粒子
Dp≤2.5m
超细粒子
0.1-0.3m
包括液体、固体或者液体和固体结合
存在的,并悬浮在空气介质中的颗粒
inhalabal particulates, IP
能进入人体呼吸道,且能长期漂浮于空气中
particulate matter, PM2.5
物的通透性不同:阴囊>手臂、
后背、腿部、腹部>手掌、足底
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(四)其他途径
毒理学动物实验:腹腔注射、静脉注射、肌内注射、
皮下注射等
临床:皮内注射、肌肉注射
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三、分布 (Distribution)
分布( distribution) : 是指化学毒物吸收后,随血液或淋
巴分散到全身各组织细胞的过程。
✓ 烟和粉尘:
粒子大小:
• 直径> 5 μm者,多因惯性冲击而沉积在鼻咽部:清除、咽下
或溶解吸收入血;
• 直径2.5 μm左右,重力沉降于气管和支气管:咳出或吞咽;
• 直径1 μm以下,吸收入血、清除、或进入淋巴系统长期保存;
• 直径0.1 μm,吸收入血、吞噬系统清除。
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(2)颗粒物
total suspended particulates, TSP
✓ 载体:有机阳离子转运体(organic-cation transporter, oct)
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(二)化学毒物通过生物膜的方式
5. 吞噬和胞饮作用
通过细胞膜的流动将某些液体微粒、固体颗粒或大分子物
质包绕并吞入细胞的过程。
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二、吸收 (Absorption)
毒理学第三章外源化学物在体内的生物转运与生物转化
第三章外源化学物在体内的生物转运与生物转化机体对外源化学物的处置包括:吸收(absorption)、分布(distribution)、代谢(metabolism)和排泄(excrection)四个过程(ADME)1.在这四个过程中,吸收、分布和排泄具有共性,即都是外源化学物穿越生物膜的过程,且其本身的结构和性质不发生变化,故统称为生物转运(biotransportation)2.外源化学物转化为新的衍生物的过程,形成的产物结构与性质均发生了改变,故称之为生物转化(biotransformation)或代谢转化(metabolic transformation)3.代谢过程与排泄过程合称为消除(elimination)第一节生物转运一生物膜的结构与功能质膜:包围在细胞外的膜称为细胞膜。
细胞核和各种细胞器外面也包围有膜。
质膜和各种细胞器的膜结构统称为生物膜。
二、外源化学物通过生物膜的方式1.被动运输(passive transport)(1)简单扩散(simple diffusion)定义:特点:1)此种转运的外源化合物的特点:具有脂溶性脂溶性的高低可用脂/水分配系数(lipid/water partition coefficient)表示,即当一种物质在脂相和水相之间的分配达到平衡时,其在脂相和水相中溶解度的比值。
一般情况下,分配系数越大,越易溶解与脂肪,经简单扩散转运的速率也越快。
但由于扩散需要生物膜的脂相,还要通过水相,故分配系数极高、只能全部溶解于脂肪的物质难以通过简单扩散方式跨膜转运。
2)外源化学物的解离状态对简单扩散可产生重要影响。
处于解离态的物质极性大,脂溶性差,不易通过生物膜的脂相进行扩散;而处于非解离态的物质情况与之相反。
弱有机酸和弱有机碱类物质在体液中处于解离态和非解离态的比例取决于其本身的解离常数pKa(该物质50%解离时的pH值)和体液的pH值。
有机酸:pKa-pH=log(非解离态HA)/(解离态A—)有机碱:pKa-pH=log(解离态BH+)/(非解离态B)弱有机酸在酸性环境中、弱有机碱在碱性环境中多处于非解离态,易透过生物膜转运。
化学毒物的生物转运与转化(体内处置)
二、吸收 (Absorption)
吸收途径: ◆消化道(Digestive tract) ◆呼吸道(Respiratory tract) ◆皮肤(Skin)
(一)经消化道吸收
消化道吸收特点:
1. 全程吸收,其吸收速度不同: 口腔粘膜<胃粘膜<小肠粘膜。 2. 有多种吸收机制: 胃粘膜-简单扩散 小肠粘膜-简单扩散:脂溶性毒物 滤过:水溶性毒物 主动转运: 营养素主动转运系统 嘧啶主动转运系统 金属离子主动转运系统 吞噬或胞饮
(3)膜动转运(Cytosis) 指化学毒物通过细胞膜运动而发生的转运。
被转运的化学毒物: 固态颗粒物 大分子物质 转运方式: ①入饱作用(endocytosis) 吞噬作用(phagocytosis)—固态毒物 胞饮作用(pinocytosis)—液态毒物 ②胞吐作用(exocytosis)
电离度(pKa)
---弱酸性或弱碱性有机化学毒物 在介质中的解离: 非解离型(CM) 注意: ◆非解离型与解离型的比例依赖于毒物pKa值与 介质的pH值。 解离型(Ci)
◆毒物的非解离型容易通过生物膜。
评价:毒物解离度越小,非解离型越多,越易透过。
pKa的含义:
是化学毒物在介质中(体液)处于动态平衡时, 解离型与非解离型各占50%时介质中的pH值。 公式: pKa = lg [Cn]
[Ci]
+ pH
按Henderson-Hasselbach公式:
有机酸毒物: pKa = lg 有机碱毒物: [Cn] [Ci] [Ci] [Cn] + pH
pKa = lg
+ pH
[举例] 有机酸毒物: Lg HA
[Cn]
[Cn]
[Ci]
环境污染物在体内的生物转运和生物转化83页PPT
43、重复别人所说的话,只需要教育; 而要挑战别人所说的话,则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是:在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。 转化
36、“不可能”这个字(法语是一个字 ),只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气,不要看破要突 破,不 要嫉妒 要欣赏 ,不要 托延要 积极, 不要心 动要行 动。 38、勤奋,机会,乐观是成功的三要 素。(注 意:传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素,但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出,乐 观是成 功的第 三要素 。
39、没有不老的誓言,没有不变的承 诺,踏 上旅途 ,义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人, 决不会 坚韧勤 勉。
41、学问是异常珍贵的东西,从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
生态毒理学中环境污染物的生物转化和分解机制
生态毒理学中环境污染物的生物转化和分解机制环境污染是一个全球性问题,人类对现代化生活的追求大大增加了环境污染的风险。
许多污染物都被确认为人类健康和生态系统健康的威胁。
为了减少环境污染的危害,了解环境污染物的生物转化和分解机制,成为生态毒理学和环境科学领域的重要研究方向。
一、生物转化机制生物转化是指有机污染物在生物体内与生物组织接触后,被微生物、植物、动物或微生物群体转化成其它物质的过程。
生物转化过程中,有机污染物在生物体内形成多种有机化合物原料和最终产物,如无毒化物和低毒化物。
而有机污染物的生物转化机制主要可以分为化学转化和生化转化两个方面,有机污染物的化学和微生物转化主要通过两类反应进行:氧化还原反应和水解反应。
1.氧化还原反应有机化合物的氧化还原过程,可以使分子发生化学性质的变化及其它生化反应。
在环境中,生物有机污染物必须被氧化还原以使其更好地被生物体生物代谢,这可能是化学和微生物转化的第一个步骤。
在微生物和植物等生物体内,有机物被氧化还原可以通过一些特殊的酶系统和其它的微生物群体的作用进行,对生物转化的影响很大。
2.水解反应水解反应是指有机化合物分解为小分子化合物,使化合物使化合物发生化学性质的变化和其他可能的生化反应。
水解反应是有机化合物的最初分解步骤,对于环境中的有机污染物具有重要作用。
同时,水解反应在环境污染物的生物转化方面也具有重要意义。
二、分解机制污染物的分解通常由微生物和植物的生长可以拆分成有机物。
微生物在分解有机污染物方面起着非常重要的作用,它们能够寻找,接受和代谢这些有机化合物。
微生物通过重构其出现在环境中的化合物结构,使环境中的有机化合物保持平衡,这些化合物可能是有害的,对人类健康或环境造成损害。
1.微生物分解微生物的分解能力广泛,它们可以分解有机污染物和污染物的混合物,其中一些化合物涉及到有毒代谢物。
这些微生物包括绝大多数厌氧细菌、好氧细菌和放线菌等,这些微生物通过分解有机化合物的碳-碳和碳-氧化学键,可将其转换为有机酸、醇和少量的甲烷。
第三章-环境污染物在体内的生物转运和生物转化教学文案
第一节 污染物的吸收、分布与排泄
主动转运的主要特点:
第 三 章
①可逆浓度梯度转运,故消耗一定的代谢能量; ②转运过程需要载体参加; ③载体既然是生物膜的组成成分,所以有一定的容量 ; ④主动转运有一定的选择性; ⑤如果两种化合物基本结构相似,在生物转运过程中又
需要同一转运系统,两种化合物之间可出现竞争,并 产生竞争抑制 。
➢(二)吸收途径:
毒物主要通过消化道、呼吸道、皮肤三条途径吸收。
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第一节 污染物的吸收、分布与排泄
1、经消化道吸收:一般外来化合物在胃肠道中的吸收
第 三 章
过程,主要是通过简单扩散,仅有极少种类外来化合物的 吸收是通过吸收营养素和内源性化合物的专用主动转运系 统。外来化合物在消化道的吸收可在任何部位进行,但主 要在小肠。
第 1、外来化合物与血浆蛋白结合 2、外来化合物与其它组织成分结合
三 3、外来化合物在脂肪组织和骨骼中贮存和沉 章积
4、体内各种屏障的影响
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第一节 污染物的吸收、分布与排泄
体内的各种屏障:
⑴ 血脑屏障
第 ⑵ 胎盘屏障 三 体内重要贮存库有四种: 章 血浆蛋白作为贮存库;毒物在肝、肾中的累积;
3、经皮肤吸收:
第 表皮吸收主要方式是简单扩散 毒物经皮吸收的两个途径:
三 ①通过表皮脂质屏障是主要的吸收途径。 章 ②通过汗腺、皮脂腺和毛囊等附属器,绕过表
皮屏障直接进入真皮。
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第一节 污染物的吸收、分布与排泄
毒物经皮肤吸收的两个阶段: 第一阶段—穿透相 毒物透过表皮进入真皮。 几
▪ 5、胞饮和吞噬
第
液体或固体外来化合物被伸出的生物膜
第3章化学毒物在体内的生物转运与转化
血-气分配系数越大,即溶解度 越高,表示该气体越易被吸收。
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对气态物质的吸收及影响因素
主要通过简单扩散方式吸收 影响因素: 分压差大吸收速度快; 血/气分配系数:当肺泡和血液中气态物浓度达到平衡时,血液与肺泡空气 中的浓度比。系数高吸收速度快;
溶解度和分子量:
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贮存库(storage depot) 凡是化学毒物蓄积的部位。
•非靶器官贮存可减轻急性毒性,但 形成或增加慢性毒性。 •多个组织器官可成为贮存库:血浆 蛋白贮存库最重要。
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体内贮存库
1、血浆蛋白
2、肝和肾
3、脂肪组织 4、骨骼组织
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化学毒物在骨中的沉积和贮存是否有损 害作用,取决于化学毒物的性质。
如铅对骨并无毒性,但骨氟增加可引起 氟骨症,放射性银可致骨肉瘤及其他肿瘤, 故骨骼也是氟和银的靶组织。
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(二)特殊的屏障
屏障:具有可以阻止或延缓某些化学毒物质进入的特 殊形态学结构和生理学功能的生物膜的器官或组织。
如肝细胞中有一种配体蛋白能和许多 有机酸结合,而且还能与一些有机阴离子、 偶氮染料致癌物和皮质类固醇结合,使这 些物质进入肝脏。
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肝、肾还有一种可诱导蛋白即金属硫蛋 白能与镉、汞、锌及铅结合。
肝、肾既是一些外来外源化学物贮存的场所, 又是体内有毒物质转化和排泄的重要器官。 如铅单次染毒后仅30min,肝脏中铅的浓度 就比血浆中浓度高出50倍。
胞饮作用:液态微滴或大 分子物质经此方式转运进 入细胞。
污染物在人体内的转归
化学污染物的吸收——皮肤的吸收
二、化学污染物的分布
化学污染物的分布
开始阶段,主要取决于机体不同部位的血 流量,血液供应愈丰富的器官,化学污染 物的分布愈多。
再分布阶段,愈来愈受到化学污染物与器 官亲和力的影响。
三、化学污染物的转化 1、储存 2、化学变化
化学污染物的转化——储存
1、储存 肝、肾、脂肪组织、骨骼组织
到达肺泡
<1μm,可在肺泡内扩散而沉积下来
化学污染物的吸收——消化道吸收
化学污染物在人体内吸收的主要途径
化学污染物的吸收——消化道吸收
影响消化道吸收的因素
1、酶或菌丛的作用
如饮用含有高浓度硝酸盐的井水,在婴儿中易 引起高铁血红蛋白血症而成人则否。
2、排空时间及肠胃蠕动状况
化学污染物的吸收——皮肤的吸收
研究意义
环境化学污染物进入人体后,可干扰或破坏机体的 正常生理功能,使机体中毒或产生潜在性危害,或 人体通过各种防御机制与代谢活动,使化学污染物 降解而将其排出体外。
因此,了解环境化学污染物在人体内的转归过程对 研究环境与人体相互作用具有重要意义。
主要内容
吸收(主要途径: 消化道,呼吸道,皮 肤) 分布(受膜通透性,组织血流速度 决定) 转化(储存或化学变化) 排泄(主要途径: 肾,肝,胆,肠,肺,外 分泌腺等)
两重意义:一方面对急性中毒具有保护作 用,因它减少了到达毒作用部位的毒物量;
另一方面可能成为一种在体内提供毒 物的来源,具有潜在危害。
化学污染物的转化——化学变化
2、化学变化(酶催化或非酶作用转化)
生物解毒或生物灭活作用
多数变成低毒或无毒的产物
生物活化或增毒作用
原来无毒或低毒的物质经代谢转化后,变成 有毒或毒性更大的产物
环境毒理学 第三章
是外来化合物通过吸收进入血液或其它体液 后,随着血液或淋巴液的流动分散到全身各组织 细胞的过程。 吸收后的毒物随血液循环遍及全身,在血液 中呈物理溶解状态,或结合红细胞或结合其他血 浆物质,通过不同途径分布于各器官. 毒物由于通过细胞膜的能力和与组织的亲和 力不同,在组织中的分布和蓄积有很大差异
胞饮作用(吞噬作用)
定义:由于生物膜具有可塑性和流动性,因此,对
颗粒状物质和液粒,细胞可通过细胞膜的变形移动 和收缩,把它们包围起来最后摄入细胞内。
胞饮作用与吞噬作用区别: 细胞吞入的物质为液体或极小的颗粒物质,这 种内吞作用称为胞饮作用(pinocytosis)。胞饮作 用存在于白细胞、肾细胞、小肠上皮细胞、肝巨噬 细胞和植物细胞。 细胞内吞较大的固体颗粒物质,如细菌、细胞 碎片等,称为吞噬作用 。白细胞的功能:吞噬病菌, 对人体有防御和保护作用
④主动转运有一定的选择性。即化合物必须具有一定基本 结构才能被转运;结构稍有改变,则可影响转运的进行; ⑤如果两种化合物基本结构相似,在生物转运过程中又需 要同一转运系统,两种化合物之间可出现竞争,并产生 竞争抑制。 影响因素: 细胞膜上的载体的数量; 细胞内的能量代谢。 肾、肝及中枢神经系统的血脑屏障等,其细胞膜均具 有主动转运功能。
层,
滤过
定义:化学物质通过细胞膜上的亲水性孔道的过程。大
量的水可借助渗透压梯度和液体静压作用通过孔道进入 细胞。外来化合物可以水作为载体,随之而被动转运。
毛细血管的细胞膜有较大的膜孔(40埃),允许分子 量 < 69000(白蛋白)的分子通过。因此,分子量较大的 外源性化学物也可通过毛细血管,在血浆和细胞外液之 间达到浓度平衡。
如任何损坏表皮屏障的因素都可使皮肤的吸收增加,如 擦伤,温热和酸碱的化学灼伤均会增加皮肤的通透性; 脂水皆溶的毒物比溶于脂而微溶于水的毒物被皮肤吸收 迅速; 毒物与皮肤接触的条件(面积、时间、皮肤温度、溶剂 性质): 如出汗有助于皮肤的吸收,因其使气态毒物处于溶液状 态而易被吸收.
环境毒理学课后习题答案
环境毒理学第一章绪论1、什么是环境毒理学?它是怎样产生的?环境毒理学(environmental toxicology)是利用毒理学方法研究环境,特别是空气、水和土壤中已存在或即将进入的有毒化学物质及其在环境中的转化产物,对人体健康的有害影响及其作用规律的一门学科。
是环境科学(environmental sciences)和生态毒理学(ecotoxicology)的重要组成部分。
环境毒理学的产生过程:早在远古时代,人们对一些动植物的有毒作用就已有认识,并已有文献记载。
18世纪西班牙化学家和生理学家Bonaventura Orfila:现代毒理学的奠基人。
毒理学在第二次世界大战后得到快速发展。
2、环境毒理学的研究对象、主要任务和内容是什么?环境毒理学的研究对象主要是对各种生物特别是对人体产生危害的各种环境污染物(environmental pollutant)。
环境污染物主要是人类的生产和生活活动所产生的化学性污染物。
环境毒理学的主要任务是研究环境污染物对人体的损害作用及其机理,探索环境污染物对人体健康的损害的早期检测指标和生物标志物,从而为制定环境卫生标准和有效防治环境污染对人体健康的危害提供理论依据;此外,根据环境污染物对其他生物(包括动物、植物、微生物等)个体、种群及生态系统的危害,甚至在特定环境中对整个生物社会的危害,研究其损害作用及其机理、早期损害指标及防治理论和措施。
环境毒理学的最终任务是保护包括人类在内的各种生物的生存和持续健康的发展。
环境毒理学的主要内容是研究环境污染物及其在环境中降解和转化产物对机体相互作用的一般规律,包括毒物在体内的吸收、分布和排泄等生物转运过程和代谢转化等生物转化过程,剂量与作用的关系,毒物化学结构和毒性以及影响毒作用的各种有关因素。
3、阐述环境毒理学的主要研究方法。
体外试验(in vitro test):器官水平(包括器官灌流和组织培养,基本保持器官完整性,常用于毒物代谢的研究);细胞水平(应用的细胞包括已建株的细胞系(株)和原代细胞(可用不同的器官进行制备),可用于外来化合物的毒性和致癌性的各种过筛试验,也可用来研究化合物的代谢和中毒机理的探讨);亚细胞水平(研究中毒机理、毒物引起损伤的亚细胞定位以及化合物代谢);分子水平(如研究毒物对生物体内酶的影响)。
第三章 环境污染物在体内的生物转运和生物转化ppt课件
第一节 污染物的吸收、分布与排泄
影响简单扩散的因素
第 三 章
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1)生物膜两侧浓度梯度; 2)外来化合物在脂质中的溶解度,可用 脂 水分配系数来表示; 3)外来化合物的解离度和体液pH高低, 对毒物通过细胞膜的难易有很大影响; 4)膜两侧体液中的蛋白质浓度及与之结 合的亲和力。
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第一节 污染物的吸收、分布与排泄
第 三 章
2018/11/22
• 2、滤过
是外来化合物透过生物膜上亲水性孔 道的过程。大量的水可借助渗透压梯度和 液体静压作用通过孔道进入细胞,同时外 来化合物可以水作为载体,随之而被动转 运。
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第一节 污染物的吸收、分布与排泄
第 三 章
2018/11/22
3、主动转运
第一节 污染物的吸收、分布与排泄
3、经皮肤吸收:
第 三 章
2018/11/22
表皮吸收主要方式是简单扩散 毒物经皮吸收的两个途径: ①通过表皮脂质屏障是主要的吸收途径。
②通过汗腺、皮脂腺和毛囊等附属器,绕过表
皮屏障直接进入真皮。
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第一节 污染物的吸收、分布与排泄
毒物经皮肤吸收的两个阶段:
第 乎所有毒物都是通过简单扩散透过表皮角质层。 毒物穿透的速度与脂溶性有关,脂溶性越大穿 三 透能力越强。 章第二阶段—吸收相 毒物由真皮进入乳头层毛细血
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吸收、分布和排泄使外来化合物在体 内发生位移,均是反复通过生物膜的过程, 统称为生物转运。
生物转化:
代谢可使外来化合物发生化学结构和 性质的改变,从而转变成新的衍生物的过 程,也称为代谢转化。
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第一节 污染物的吸收、分布与排泄
• 一、生物转运过程的机理
第03章毒物在机体内的生物转化ppt课件
外源化学物代谢酶的抑制
抑制类型
(1)可逆或不可逆性结合; (2)发生竞争性抑制;变构作用;
(6)缺乏辅因子.
eg: 许多药物能对肝微粒体中酶产生抑制作用,从而使 其他药物代谢减慢,导致药理活性及毒副作用增加。
酶抑制剂:西咪替丁、酮康唑、口服避孕药等。
9. 影响生物转化的因素
• 其他影响因素:营养状态、疾病等。
思考题
P52: T1、T2、T8、T9、T10
水溶性↑,易排泄
5.外源化学物生物转化的第Ⅱ相反应类型
6.外源化学物代谢活化产物——终毒物
终毒物(ultimate toxicant) 是指外源化学物可直接与内源 性靶分子反应并造成机体损害时的化学形态。终毒物是外源 化学物引起毒作用的关键。 一、外源化学物本身就是终毒物,如强酸,强碱,尼古丁,
(2)很多外源化学物可有多种可能的代谢途径,产生多种 生物 学活性不同的代谢产物。在这些途径之间、代谢解毒和代谢 活化 之间的平衡和竞争对于外源化学物的毒性有重要的意义。活性 中 间代谢产物不稳定,所以在其产生部位附近的生物大分子就成 了
(3)外源化学物的代谢可能是解毒,也可能是活化。代谢活 化 可涉及几个不同的生物转化酶,可涉及I相反应或Ⅱ相反应, 并 可需要几个组织的配合或转运到特定部位再进行代谢,甚至 包 含肠道菌群的生物转化。如肠道菌群催化的硝基还原对某些 硝 基芳香化学物的毒性起重要的作用。
12) 使上述几种蛋白失活。硫氧化还原蛋白是一种可还原必需二
13) 硫键的内源性二巯基蛋白。
8. 外源化学物的代谢活化和代谢解毒
(1)外源化学物的代谢可能涉及连续的步骤。Ⅰ相反应之 后可 接着进行一种或几种Ⅱ相反应。而且,外源化学物可能经历几 种 Ⅰ相反应,也可以发生循环的代谢方式或可逆的代谢方式,在 进 一步的代谢转化中,可能将解毒产物转变成毒性产物。
毒物在人体内的转化
5.外源化学物质生物转化意义
生物转化的意义:水溶性增加、毒性降低 代谢解毒(metabolic detoxication):经生物转
化大部分外源化学物的代谢产物,毒性降 低,易于排出体外,此为解毒反应。
代谢活化(metabolic activation):经生物转化
其毒性被增强的现象。生成亲电子剂、自 由基、亲核剂、氧化还原剂。
毒性改变(升高或降低),极性↑ 第二相(phase Ⅱ):结合(conjugation)
水溶性↑,易排泄
4.外源化学物质生物转化结果
1)极性↑ ,水溶性↑,易排 2)毒性↓,代谢物毒性低于母体化合物 3)有些代谢产物毒性↑ 4)有些外源化学物质在体内不被代谢
思考 是否所有外源化学物质均具有A、D、M、E 四大过程
7、影响生物转化的因素:
代谢是化学物毒作用的决定因素。 遗传生理因素有动物的物种、性别、年龄等,
常体现在代谢酶的种类、数量和活性的差异上, 代谢酶的多态性也是影响毒性反应个体差异的 重要因素。
7、影响生物转化的因素:
环境因素:各种环境因素主要通过影响代 谢酶和辅酶的合成过程以及催化过程来干 扰外源化学物的生物转化,如代谢酶的诱 导和抑制、代谢饱和状态(?)。
变这些代谢途径间的平衡,增强或降低毒性。 (3)如被诱导的同工酶不涉及某化学物的代谢,则诱导不影
响该化学物的代谢。 (4)诱导还可改变酶促反应的立体化学特异性。
外源化学物代谢酶的抑制
抑制类型 (1) 可逆或不可逆性结合 (2) 发生竞争性抑制 (3)减少酶的合成 (4)破坏酶 (5) 变构作用 (6)缺乏辅因子
第三章 毒物在体内的生物转化生物工程教研室 2 Nhomakorabea09. 8
1、生物转化概念 2、外源化学物质生物转化部位 3、外源化学物质生物转化过程 4、外源化学物质生物转化结果 5、外源化学物质生物转化意义 6、毒物代谢酶 7、影响生物转化的因素
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如苯,苯胺,3, 4苯并芘,黄曲霉 毒素都以此种方 式转化。某些芳 族化合物如苯可 形成环氧化合物, 经重排后生成酚。
环境毒理学第三章污染物在体内的 转化
③N-羟化
左边少个苯环!
芳香胺,伯胺和仲 胺类化合物,氨基 甲酸乙酯,乙酰氨 基芴以及药物磺胺 都以此种方式转化。
环境毒理学第三章污染物在体内的 转化
如农药内吸磷经S-氧 化转化为亚砜或砜性 内吸磷,毒性增强
又如农药对硫磷经S氧化后生成对氧磷, 毒性增强
环境毒理学第三章污染物在体内的 转化
毒性增强 毒性增强
⑧氧化性脱烷基
在许多N-,O-,S-上带短链烷基的化学物易被羟化,脱去烷基 生成相应的醛和脱烷基产物。
(i)N-脱烷基 (ii)O-脱烷基 (iii)S-脱烷基
致癌致突变
毒性减小
再如四乙基铅脱烷基后生成 三乙基铅,毒性增强。
环境毒理学第三章污染物在体内的 转化
⑨氧化性脱氨
胺类化合物在氧化的同时脱去一个氨基,例如苯丙胺被转化为 苯丙酮。
② 通过对生物转化作用的研究,可以探求有毒污染物活性基 因、活性分子的重要规律,为防治其对机体损伤有重要意 义。
③ 通过对有毒污染物在机体的生物转化过程的研究,有利于 探求其损伤机制,作用的靶器官、靶组织、靶细胞乃至靶 分子。
④ 有毒污染物经过生物转化会形成新的代谢间产物、终产物, 存在于血液和组织中,或被排出体外,可为中毒诊断,程 度判断,治疗效果评价提供有意义的生物学材料。
第三章 污染物在体内的转化
3.2 污染物的生物转化 3.2.1 生物转化的类型 3.2.2 影响生物转化的因素
环境毒理学第三章污染物在体内的 转化
3.2.1 污染物生物转化
氧化 生 还原 物 转 化 水解
结合
I相反应
有毒化学物
II相反应
排出体外
环境毒理学第三章污染物在体内的 转化
污染物生物转化类型
环境毒理学第三章污染物在体内的 转化
①脂肪族羟化
脂肪族侧链(R)通常在末端第一个碳原子或第二个碳原子被氧 化。 如农药八甲磷在体内转化为N-羟甲基八甲磷,其毒性增强, 抑制胆碱酯酶的能力增加10倍。
环境毒理学第三章污染物在体内的 转化
②芳香族羟化
芳香族化合物芳 环上的H被氧化。 羟化也可出现在 芳环的侧链上。
线粒体(mitochondrion): 是一种存在于大多数细胞中的由两层膜
包被的细胞器,是细胞中制造能量的结构, 是细胞进行有氧呼吸的主要场所,被称为能 量工厂。
微粒体(microsome): 是内质网在细胞匀浆中形成的碎片,含混
合功能氧化酶。
环境毒理学第三章污染物在体内的 转化
基本概念
呼吸链(respiratory chain): 是由一系列的递氢 (hydrogen transfer)反应和递电子 (electron transfer)反应按一定的顺 序排列所组成的连续反应体系,它将代谢物脱下的成对氢原 子交给氧生成水,同时生成ATP。呼吸链的作用代表着线粒 体最基本的功能,呼吸链中的递氢体(hydrogen carrier)和 递电子体(electron carrier)就是能传递氢原子或电子的载体, 由于氢原子可以看作是由质子和核外电子组成的,所以递氢 体也是递电子体,递氢体和递电子体的本质是酶、辅酶、辅 基或辅因子。
微粒体氧化
氧化反应
脂肪族羟化 芳香族羟化 环氧化 氧化性脱烷基 氧化性脱氨
N-羟化 N-氧化 P-氧化 S-氧化 氧化性脱卤
非微粒体氧化 单胺和二胺氧化 醇醛氧化
硝基还原
污 染
I相反应
微粒体还原
还原反应
偶氮还原 还原性脱卤
物
非微粒体还原 醇、醛、酮等的还原
的
酯酶水解
生
水解反应 酰胺酶水解
物
糖苷酶水解 环氧化合物水解
转
化
葡萄糖醛酸结合 氨基酸结合
II相反应 硫酸结合
谷胱甘肽结合
乙环酰境毒化理学第三转章化污染物在体甲生物转化是有毒污染物进入机体后,其存在形式可能会发 生各种变化,活性也会发生改变,其中有些毒性增强,有 些毒性减弱。因此,生物转化对于判定其对机体的影响有 重要作用。
④环氧化
烯烃在双键位置上加氧,产生极不稳定的环氧 化合物。
环境毒理学第三章污染物在体内的 转化
⑤N-氧化
如三甲胺进行N-氧化生成三甲胺氧化物。
环境毒理学第三章污染物在体内的 转化
⑥P-氧化
如二苯基甲基磷进行P-氧化生成二苯基甲基磷氧化物
环境毒理学第三章污染物在体内的 转化
⑦S-氧化
含硫化合物的氧化有 两种,一种是硫醚类 在氧化过程中生成的 亚砜和砜类。
环境毒理学第三章污染物在体内的 转化
MFOS的多酶系统
细胞色素 P-448:属于亚铁血红素—硫醇盐蛋白 的酶系统。
NADPH 辅酶II :还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 磷酸。
细胞色素 b-5:属于亚铁血红素—硫醇盐蛋白的 酶系统。
NADH 辅酶I :还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸。 环氧化物水化酶。 黄素蛋白单加氧酶(FAD)。
环境毒理学第三章污染物在体内的 转化
参与污染物生物转化的主要器官
肝脏是担负生物转化的主要器官。 其他器官,如肾脏,小肠,肺脏和皮肤等的
生物转化能力明显低于肝脏。
环境毒理学第三章污染物在体内的 转化
基本概念
酶(enzyme): 指具有生物催化功能的高分子物质,酶一
般是蛋白质。生物酶具有底物特异性,多态 性和立体选择性等特性。生物酶主要分布于 线粒体内质网和胞浆内。
指经过氧化、还原和水解等反应使毒物暴露 或产生极性基团,如-OH,-NH2, -SH,COOH等,水溶性增高并成为适于II相反应 的底物。
环境毒理学第三章污染物在体内的 转化
微粒体混合功能酶氧化反应
此种反应由特异性很低的微粒体混合功能氧化酶 (MFOS)催化完成。需要一个氧分子的参与,其中 一个氧原子被还原成水,另一个氧原子被加在毒物上。 所以MFOS又被称为单加氧酶。
环境毒理学第三章污染物在体内的 转化
基本概念
生物失活bio-detoxification: 毒物在体内转化后毒性降低或消失,易于
排出体外。 生物活化bio-activation:
毒物在体内转化成毒性更强的化合物。
环境毒理学第三章污染物在体内的 转化
I 相反应
I相反应 (phase I biotransformation):