生态毒理学 第6章

• 环境污染物可经过多种途径进入生物体内； • 多种污染物同时存在、作用类型多样、作用机制复
杂。
第二节 分子水平的生态毒理学效应
一、概述
（一）定义
环境污染物引起生物体内生物功能分子的结构、数量 及功能改变的效应，称为环境污染物在分子水平的生态 毒理学效应，又称分子效应（molecular effect）。
污染物 Pollutant
响应时间增加 对特定化学物的联接难度增加
重要性增加
不同生物学水平响应之间连接关系示意图
第一节 环境污染物生态毒性作用的特点
• 环境污染物的涉及面广、范围大，接触污染的生物 种类多、数量大；
• 环境污染物可在不同的生物学水平上,对不同发育 阶段的生物发生毒性作用；
• 环境污染物的毒性作用一般是低浓度、长时间、反 复作用；
体混合功能氧化酶系(MFOS)中的主要成分，是一组由多种 同工酶组成的酶家族，又称细胞色素P450单加氧酶系，该酶 与多种有机污染物在体内的生物转化有关，可催化有机物发 生氧化反应。目前，已有几种细胞色素P450酶活性的检测被 用作生物标记物 。
(2) Ⅱ相反应酶 许多有机污染物在体内经Ⅰ相反应后， 在Ⅱ相酶的催化下可发生结合反应，使有机污染物分子的极 性增强，水溶性增加，从而更易排泄体外。 一些Ⅱ相酶由 于可以被有机污染物诱导而活性增高，因而被用作生物标志 物。
一般来说，同一种环境污染物其浓度越大引起的分 子效应越大，即存在剂量-效应关系，同时也存在时效关 系(时间-效应关系)，环境污染物在不同水平上的毒害作 用均始于它的分子效应。
（二）研究分子生态毒理学的意义
分子效应往往可以作为指示生态健康状况的生物 标志物，能对污染物的生态影响做出预测或早期警报， 提示是否有生态风险发生的可能。从众多分子效应中， 探索和筛选能够满足环境保护需要的生物标志物是分 子生态毒理学的主要任务之一。本节着重介绍在生物 标志物方面的分子生态毒理学研究。
（3）生物标志物：HSPs家族有多种HSP，其中 HSP-60和HSP-70被研究较多。某些污染物可诱导 HSP-60和HSP-70合成增加，它们的体内水平可定 量反映环境污染状况和生物受损伤水平。
（四）氧化应激与抗氧化状态
1.基本概念
氧化还原反应是生物体内最普遍、最重要的化学和生 物学反应。某些环境污染物进入生物体后，在被生物氧化 的过程中产生大量的活性氧自由基(又称活性氧种类， ROS)。ROS可以攻击DNA、酶、蛋白质及脂肪分子，导致 这些生物分子发生氧化损伤,即氧化应激(oxidative stress)。
2.热休克蛋白 (heat shock proteins，HSPs)
（1）作用：HSPs对细胞有保护作用，可提高细胞的应 激能力，特别是耐热能力，可调节Na+-K+-ATP酶的活 性，可促进糖原生成，提高机体的适应能力。
（2）诱导：生物细胞在受到热源、病原体、物理化学因 素(如重金属、有机污染物、紫外线等) 等应激原刺激 后，发生应激反应并诱导HSPs合成。
1.金属硫蛋白(metallothionein, MT)
MT的生理功能在于通过MT分子的半胱氨酸残基 与金属键联，调节体内重金属（如Cu、Zn等）浓度不 致过高，以免发生重金属中毒性危害。同理，MT也可 与外源重金属（如Hg、Cd等）结合使其在生物体内的 浓度降低，起到解毒作用。同时，进入体内的Hg、Cd、 Cu、Zn、Ni、Co等重金属能激活MT基因的转录，诱导 MT合成。
(三) 蛋白质合成的诱导
一般来说，环境污染物在高浓度下对生物大分子 ——DNA、RNA、蛋白质的生物合成有抑制作用。研 究发现砷无机化合物在较低浓度下有促进DNA、RNA 、蛋白质的生物合成作用，而在高浓度下可抑制这些 大分子的合成。有些污染物可诱导一些特殊蛋白质的 合成，如金属硫蛋白和热休克蛋白等。
1.DNA加合物（DNA adducts） 环境污染物及其代谢产物以共价键与DNA的碱基或
DNA的其他部位结合，形成DNA加合物。一种化学物 首先与DNA发生共价结合形成加合物，才能引起基因突 变和细胞癌变。因此，致癌物与DNA分子形成加合物是 癌变的初始阶段。
目前已经发现，多环芳烃、芳香胺、黄曲霉素及各 种烷化剂等100余种inhibited effect)
环境污染物进入体内后可对多种酶直接产生毒性 作用，使酶活性降低，从而阻碍正常新陈代谢的进行， 最常见的酶抑制效应如对ATP酶(ATPase)、乙酰胆碱 酯酶及δ-氨基酮戊酸脱氢酶(δ-ALA-D)活性的抑制效 应。
(二) DNA损伤(DNA damage)
第六章 环境污染物的生态效应
本章内容 第一节 环境污染物生态毒性作用的特点 第二节 分子水平的生态毒理学效应 第三节 细胞、组织及器官水平的生态毒理学效应 第四节个体水平的生态毒理学效应 第五节 种群、群落及生态系统水平的生态毒理学
效应 第六节 景观及全球水平的生态毒理学效应
生态系统 Ecosystem
二、分子生态毒理学效应
根据当前分子生态毒理学研究现状，介绍以下 内容： • 环境污染物的酶效应 • DNA损伤 • 蛋白质合成的诱导 • 氧化应激与抗氧化状态 • 对卟啉合成的影响
（一）环境污染物的酶效应
1. 酶诱导效应 (enzyme induced effect) (1)细胞色素P450 ( CYP450s) 细胞色素P450是细胞微粒
群落组成 Community Composition
种群变化 Population Changes
整体有机体响应 Whole Organism Response （个体水平）
病理生理变化 Pathophysiological changes （细胞、组织、器官水平）
生理生化改变 Biochemical changes （分子效应）
2. DNA-蛋白质交联(DNA-protein crosslink) 某些化学污染物可直接或间接地引起DNA与蛋白
质之间发生交联，形成一种稳定的结合。DNA-蛋质 交联也是一种遗传损伤，很难修复，可在体内长期保 留，作为一种生物标志物具有独特价值。
紫外线、电离辐射、各种烷化剂、醛类化合物、 铂类抗癌物以及某些重金属等均可引起这种交联。