生态毒理学 第三章 毒物的分子效应与毒理学机制讲解
3章-生态毒理学研究方法
种或多种污染物单独或联合存在条件下，所导致的影
响或危害。
所利用的生物反应包括分子、细胞、组织、器官、个
体、种群、群落-生态系统各级水平上的反映。
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（二）毒性试验的方式 1.毒性试验的分类 根据毒性试验所经历的时间长短：短期毒性试验，中 期毒性试验和长期毒性试验。 根据试验溶液或试验气体的给予方式：静止式毒性试 验和流动式毒性试验。
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(二)荧光原位技术的基本过程
1.制备和探针标记：
常用的探针信号标记方法有两种： ①直接标记法。将荧光分子直接标记于探针DNA/RNA 上，杂交后可直接在荧光显微镜下检测。 ②间接法。采用一中间分子标记探针，杂交后再用荧 光分子标记的中间分子的亲和物或抗体进行检测。
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2.染色体原位杂交 杂交前变性处理染色体标本，使染色体DNA变为部 分单链，并去掉附着的RNA及蛋白质，变性处理生
八、RAPD技术在DNA损伤检测中的作用
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一、PCR—SSCP技术
(一)PCR—SSCP的基本原理 单链DNA由于有链内碱基配对而具有一定的空间 结构，当DNA链上的碱基(即使是一个碱基)发生 改变时，单链DNA会形成不同的构象，称为单链 构象多态性(single strand conformation
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二、荧光原位杂交技术
(一)荧光原位杂交的原理及特点
荧光原位杂交(fluorescene in situ hybridization， FISH)是20世纪80年代在原位杂交基础上建立起来的 一种高度灵敏、特异性好以及分辨率强的染色体和 基因分析技术，它通过荧光标记的各类DNA和RNA 探针与细胞或组织在玻片上进行杂交，在不改变其 结构的情况下，进行细胞内DNA、RNA某特定序列 的测定，可用于染色体识别、基因定位和基因诊断、 染色体结构畸变和数目改变分析。
【精品课件】毒作用分子机理
共价结合学说
与结构蛋白结合 – 污染物或其代谢产物还可与胞浆蛋白发生共价结 合，使胞浆蛋白变性——可作用于细胞核内的 DNA、RNA等遗传物质，引起畸变、癌变和突变。 – 某些具有抗原或半抗原作用的污染物与机体组织 蛋白（如载体、抗体、补体等）可形成共价结合， 所形成的复合物可以引起特殊的变态反应。
共价结合学说
各种污染物或其代谢产物通常可与结构蛋白质或酶的活性 中心的配位体巯基、羟基、胍基、氨基等部位发生共价结合， 最终抑制这些蛋白质的功能。 与结构蛋白结合 – 蛋白质的一个重要生理功能是构建生物体，这类蛋白质被称
为结构蛋白。 – 细胞膜、线粒体、内质网等都是由蛋白质和脂类组成的，具
有各种重要的生物学功能(除了结构作用外)，易受到污染物 的毒作用。 – 醌类、醛类，羟胺化合物和环氧化物等污染物，可与脂蛋白、 糖蛋白发生共价结合，引起细胞膜通透性改变和细胞内营养 物质合成障碍，最终导致细胞或组织坏死。
共价结合学说
在生物体内，污染物或其代谢产物可以与生物大分子 发生共价结合，从而改变生物大分子的结构与功能， 引起一些列的有害生物效应。
该学说认为，机体重要的生物大分子，如DNA、RNA、 酶和其他多种生物活性物质，都可与污染物或其代谢 产物发生不可逆的共价结合。
共价结合学说
与蛋白质(酶)的共价结合 与核酸的共价结合 与脂质的共价结合
体学说
作用机制（引发生物效应的过程） – 腺苷环化酶（C-AMPase）： – 毒物C-AMPase活化催化ATP C-AMP（环腺 苷酸，第二信使） 催化蛋白质磷酸化膜透性等 改变有关的生物效应
受体学说
作用机制 – Ca2+与钙调蛋白复合物的形成： – 正常细胞保持严格的钙稳态：胞外10-3 mol/L，胞内 10-7 ~ 10-6 mol/L。 – M + Acceptor 激活磷脂酶磷脂酸肌醇水解 Ca2+增加（ 10-7~ 10-5 mol/L）钙调蛋白复合物 系列酶非生理性激活：环核苷磷酯酶；脑腺苷酶；蛋白 激酶、磷酸化激酶等在不同的组织产生不同的生物 效应(肌肉收缩、腺体分泌、K+外流等，甚至细胞或组织坏 死)。
生态毒理学2011-II
大气/水分配系统可用 大气 水分配系统可用Herry’s定律来 水分配系统可用 定律来 描述
P=H.CW H=p/CW p是化合物在大气中的分压（Pa）， W 是化合物在大气中的分压（ ）， ），C 是化合物在大气中的分压 是水中的摩尔浓度（ ），H是 定律常数（ 是水中的摩尔浓度（mol/m3）， 是Herry定律常数（Pa. 定律常数 m3/mol） ） H可以换算成分配系数 D=CA/CW 可以换算成分配系数H 可以换算成分配系数 CA是大气中的浓度 因为气态方程pV=nRT V是气体容积，n是分子数，R是气 是气体容积， 是分子数 是分子数， 是气 因为气态方程 是气体容积 体常数， 是绝对温度 是绝对温度。 体常数，T是绝对温度。 所以： 所以：p=RT.n/V 故：p= CA.RT 所以： 所以：H=HDRT n/V是气体浓度，等于CA 是气体浓度，等于 是气体浓度 p/CW=RT CA/CW
萘 苯
汞 氯乙烯
2.4
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由此可见，除氯乙烯外，大部分化合物在水中的 由此可见，除氯乙烯外， 浓度比在空气中多得多。 浓度比在空气中多得多。
植物/大气分配系统 植物 大气分配系统
KVA＝CB/CA=(CB/CW).(CW/CA)=KBHD 即大气/植物分配系数等于大气 水的分配系数乘以水 即大气 植物分配系数等于大气/水的分配系数乘以水 生物的 植物分配系数等于大气 水的分配系数乘以水/生物的 分配系数。 分配系数。 因为：KB=yKOW 因为： 所以： 所以：KVA＝yKOWHD y为植物体内脂类物质的比率。 为植物体内脂类物质的比率。 为植物体内脂类物质的比率
水/沉积物分配系统 沉积物分配系统
KD=CS/CW=fOC. CSOC/CW=fOC. KOC KD沉积物 水分配系数，CS沉积物中的浓度，fOC沉 沉积物/水分配系数 水分配系数， 沉积物中的浓度， 积物中有机炭的比率，CSOC有机炭中的浓度， 积物中有机炭的比率， 有机炭中的浓度， 有机炭/水分配系数 水分配系数（ KOC有机炭 水分配系数（CSOC/CW）
生态毒理学 第3章
(1)绝对致死剂量（LD100） 指能引起所观察个体
全部死亡的最低剂量， 或在实验中可引起实 验动物全部死亡的最 低剂量。
最大耐受剂量（MTD）
绝对致死剂量（LD100） 半数致死剂量（LD50） 最小致死剂量（MLD） 最大耐受剂量（MTD）
(2)半数致死剂量和半数致死浓度
半数致死剂量（LD50）又称致 死中量，指引起一群个体50%死亡 所需剂量。
半数致死浓度（LC50），即引 起一群个体50%死亡所需的浓度。 一般以mg/m3空气和mg/L水来表示。
绝对致死剂量（LD100） 半数致死剂量（LD50） 最小致死剂量（MLD）
(3)最小致死剂量
最小致死剂量（MLD,LDmin 或LD01）指在一群个体中仅引起 个别死亡的最低剂量。低于此 剂量即不能使个体死亡。
危害性(hazard)的意义与危险度相似，但缺乏定 量概念，未考虑机体可能接触的剂量和损害程度，一 般指化学物对机体产生危害的可能性。
（五）剂量
剂量（dose）是指给予机体的或机体接触的外源化 学物的数量。
剂量的单位通常是以单位体质量接触的外源化学物 数量[mg/kg （体质量）]或机体生存环境中的浓度 [mg/m3 （空气） ，mg/L(水)]表示。
3．最小有作用剂量（MEL） 4．最大无作用剂量（MNEL） 5．急性毒作用带(Zac)
半数效应剂量(ED50) 指外 源化学物在一定的时间内按 一定的方式与机体接触，引 起机体某项生物效应发生50% 改变所需的剂量。
半数致死浓度（LC50）， 即引起一群个体50%死亡所 需的浓度。一般以mg/m3 (空 气)和mg/L(水)来表示。
4．最大无作用剂量
1．致死剂量（Lethal dose，LD） 2．半数效应剂量（ED50） 3．最小有作用剂量（MEL）
《生态毒理学》课件
生态风险评估包括问题识别、风险特征描述、暴露评估、效应评估和风险决策等 步骤。
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生态风险评估的案例分析
实际案例分析将帮助我们理解和应用生态风险评估方法。
第六部分：环境毒理学应用
生物监测
生物监测通过对生物体的 观察和测量，评估环境中 化学物质的存在和生物暴 露的潜在危害。
生态毒理学对环境保 护的重要性
污染物的生物转化
污染物在生物体内发生代谢和 转化，可能产生更有毒的代谢 产物。
污染物的生物毒性
污染物对生物体产生有害的生 理和行为效应，可能导致生物 的生存和繁殖能力受损。
第五部分：生态风定活动或污染物对生态系统和生物体造成的潜在危害程度。
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生态风险评估的步骤
生态质量评价的方 法
生态质量评价通常通过监测 和评估生态系统的结构、功 能和物质的状态来进行。
生态风险评价
生态风险评价是一种评估特 定化学物质对生态系统和生 物体的潜在危害程度的方法。
第四部分：污染物的生物学效应
污染物的生物累积
污染物在生物体内积累，可能 导致生态系统的不稳定和生物 多样性的下降。
《生态毒理学》PPT课件
欢迎来到《生态毒理学》PPT课件！本课程将带你深入了解生态毒理学的基 本概念、毒性评价方法、生态风险评估以及生态毒理学在环境保护中的应用。
第一部分：概述
什么是生态毒理学
生态毒理学研究生物与环境之间相互作用的 科学领域，关注物质对生态系统和生物体的 影响。
生态毒理学的重要性
生态毒理学有助于评估和管理环境中的化学 物质对生物体和生态系统的潜在危害。
第二部分：毒理学基础知识
1 毒性的定义
毒性是指化学物质对生 物体产生的有害效应。
环境污染物的生物效应和毒理学机制
环境污染物的生物效应和毒理学机制当我们开车行驶在城市的马路上时，我们时常被那浓厚的尾气所包围，感到呼吸困难。
这是全球范围内环境污染的一个例子。
随着城市化和工业的快速发展，环境污染已经成为人类社会所面对的最大挑战之一。
环境污染物对人类和生态系统的健康带来了不可估量的影响。
污染物的毒性可通过多种方式影响生物。
在这篇文章中，我们将讨论环境污染物的生物效应和毒理学机制。
污染物来源环境污染物可以来自多个来源。
例如，空气污染物包括汽车尾气、工厂排放和燃烧柴油等。
水污染物包括工业废水、农业和人类排放的废水。
土壤污染物包括工业废弃物和有害废弃物等。
污染物可以在空气、水和土壤中相互传播和转化，对生态系统和人的健康产生影响。
污染物对生物的生物效应当生物暴露在环境污染物中时，会受到许多不同的生物效应，这取决于暴露时间、剂量和毒性。
暴露于污染物的生物可能会遭受短期或长期健康影响，这些影响包括细胞、组织、器官和系统水平的生理和生化改变。
例如，长期暴露于大气细颗粒物和二氧化硫等空气污染物可导致呼吸系统疾病，并加重心血管和代谢问题。
水中常见的多环芳烃类污染物和硝基苯类污染物可影响水生生物和人类的生殖系统。
土壤中的重金属和化学物质可以在食物链中积累，对动物和人类产生危险。
机体对污染物的反应机体对环境污染物的反应是多种多样的，主要是由于毒性和修复能力不同。
这些反应可以分为3种类型：生物化学、细胞和组织、器官和系统级别。
暴露于污染物的生物可能会出现一系列的生化反应，包括生物转化、代谢和解毒。
此外，污染物还可以导致细胞和组织水平的损害，同时也可能产生多种器官和系统性影响。
这种复杂的生物反应导致了多种疾病的发生，从轻微的过敏症状和呼吸问题到严重的癌症和心血管疾病等。
污染物的毒理学机制了解环境污染物的毒理学机制在预测它们的生物效应方面至关重要。
毒理学是研究毒物与生物体相互作用的学科，旨在预测和描述毒性。
污染物的毒理学机制可由以下几个层面来考虑：1.分子与信号级别毒理学在分子和信号级别上研究毒理学是研究化学物质与生物体互动的关键。
生态毒理学3
农药
拟除虫菊酯为神经毒化合物 结果：使cell内游离钙浓度增高 机制：可能与其抑制Ca2+，Mg2+-
ATPase、CaM和磷酸二酯酶(PEE)的
活性。
四氯化碳
可抑制肝细胞微粒体Ca2+ - ATPase 表现：肝内质网酶活性改变及钙的蓄积。 机制；可产生自由基，攻击Ca2+ -ATPase上 的巯基，使酶活性下降；
基因表达的调节障碍
细胞分裂异常：形成肿瘤，畸胎 细胞凋亡：组织退化，或畸胎 蛋白质合成受损
细胞瞬息活动的调节障碍
特定细胞正常运行的控制是通过作用于膜受体的
信号分子来实现的。
如：Ca2+
，细胞钙稳态失调学说
1.2.1 细胞内钙稳态
在毒理学中，发现细胞损伤和死亡与胞内钙
1.1.3 羟基和氨基
芳香族化合物中引入羟基，分子极性增强，毒性增 强。如苯引入羟基成苯酚后具弱酸性，易与蛋白质 分子的碱性基团结合，与酶蛋白有较强的亲和力， 毒性增大。多羟基的芳香化合物毒性更强。 脂肪烃引入羟基成为醇类，麻醉作用增强，并可损 伤肝脏。 胺具有碱性，易与核酸和蛋白质的酸性基团反应， 易与酶发生作用。胺类化合物活性强弱依次为伯胺 （RNH2）＞ 仲胺（RNHR’）＞叔胺（RNR’R’’）。
1.自由基的来源
最主要的是氧中心自由基 活性氧(reactive
oxygen species,ROS)
包括氧中心自由基(如O2-•，· OH)，和某些 氧的非自由基衍生物，如H2O2、次氯酸， 甚至还包括过氧化物、氢过氧化物和内 源性脂质及外来化合物的环氧代谢物。
自由基的来源与类型
1.自由基来源
生态毒理学：第三章 生态毒理学常用实验方法GB格式
表2 IPCS专家组推荐的统计学分析方法
数据类别和统计学要求 1．“有或无”数据： 动物间的比较
个物间的比较 动物内部的比较
3．连续数据： 动物间的比较 动物内部比较 变量间的相关性
非均匀性 与剂量相关的趋势 个别组的比较 非均匀性 变量问的相关性
四、实验和观察
1.实验准备和预备实验 2.实验及其结果的观察记录 (1)按照预备实验确定的步骤进行实验； (2)熟练掌握实验方法，用量准确，严肃认真地操 作； (3)经分析属于错误操作或不合理的结果应重做实 验； (4)仔细、耐心地观察实验过程中出现的现象（结 果），并进行思考。
通常实验记录的项目和内容为：
急性毒性(acute toxicity)是指机体(人或试 验动物)一次接触或24小时内多次接触化学 物后在短期(最长到14天)内所发生的毒性效 应，包括一般行为、外观改变、大体形态变 化以及死亡效应。
目的
①测试和求出化学毒物对一种或几种试验动物的致死量(以 LD50表示)以及其它的急性毒性参数，了解急性毒作用强 度。 ②并通过观察动物中毒表现和死亡的情况，了解急性毒作 用性质、可能的靶器官和致死原因，提供化学毒物的急性 中毒资料、初步评价对人体产生损害的危险性。 ③探求化学毒物急性毒性的剂量—反应关系与中毒特征。 ④为亚慢性、慢性毒性作用试验的染毒剂量设计提供参考 依据。 ⑤研究化学毒物急性中毒的预防和急救治疗措施。 ⑥为毒理学机制研究提供线索 。
3. 实验观察指标选择：
实验指标（观测指标）是指在实验观察中用于反 映研究对象中某些可被检测仪器或研究者感知的 特征或现象标志。 实验指标选择的基本条件： （1）特异性 （2）客观性 （3）灵敏度 （4）精确度 （5）可行性 （6）认可性
毒物与生物分子作用机制及其毒理学效应研究
毒物与生物分子作用机制及其毒理学效应研究毒物指的是一类能够对生物形成伤害的物质，常见的毒物包括化学毒物、生物毒素和放射性物质等。
在自然界和人类活动中，许多毒物会通过不同的途径进入环境和生物体内，对生命健康造成威胁。
了解毒物与生物分子作用机制及其毒理学效应对于保障人类健康和环境安全具有重要意义。
毒物与生物分子相互作用的机制通常包括两种：一种是毒物与生物分子非特异性物理化学作用；另一种是毒物与生物分子特异性生物化学作用。
非特异性物理化学作用通常是依赖于半衰期长短、分布情况和毒物作用强度等不同因素而发生的。
例如，氢氰酸会与血液中的铁离子结合形成不可逆结合的氧合铁氰络合物，导致细胞氧合作用受阻，严重时甚至会导致中枢神经系统受损。
然而，在这种非特异性作用中，同种化学物质也有其毒性差异，主要取决于不同的结构及组成成分。
相比之下，特异性生物化学作用则是在生物体内对特定靶标蛋白的选择性作用。
这种作用方式会导致蛋白合成、代谢途径的改变，或者影响信号传递过程，从而影响正常生理功能，或引起不同炎症反应，严重时会导致细胞死亡或癌症等深度毒性效应的发生。
细胞膜作为毒物作用的第一道防线，通常是毒物作用的第一个靶标。
许多有毒物质可以通过向细胞膜内部渗透，破坏细胞膜的完整性，导致细胞的损伤和死亡。
例如，苯酚作为一种典型的毒物质，就能够通过破坏细胞膜而导致DNA损伤，并通过诱导细胞周期细胞的凋亡而致癌的作用。
同时，氟化物作为一种对人体有害的化学物质，其主要作用是通过与细胞膜结合，干扰细胞生长和内部代谢环节，导致细胞毒性反应的发生并引发相关疾病。
此外，毒物还可以针对细胞核内的DNA分子，破坏基因的编码突变、插入、缺失等现象的发生。
DNA损伤与细胞的生存与增殖密切相关，而DNA损伤的累积可能会诱导肿瘤、衰老等多种病理生理反应。
亚硝胺等化学物质可以强烈地与DNA结合，从而导致严重的基因突变，造成DNA损伤并诱发血液、肝脏和胃科肿瘤等多种癌症的发生。
环境科学中的生态毒理学：探索环境污染物对生态系统与生物体的毒性效应与机制
环境科学中的生态毒理学：探索环境污染物对生态系统与生物体的毒性效应与机制摘要生态毒理学是环境科学的重要分支，研究环境污染物对生态系统和生物体的毒性效应及其机制。
本文深入探讨了生态毒理学的概念、研究方法、主要研究方向以及在环境保护中的应用。
通过分析污染物的来源、迁移转化、生物累积和毒性作用机制，本文旨在阐明生态毒理学在评估环境风险、制定环境标准和保护生态健康方面的重要作用。
引言随着工业化和城市化进程的加速，环境污染问题日益严峻。
各种污染物通过大气、水体和土壤等途径进入生态系统，对生物体和生态系统造成潜在危害。
生态毒理学作为一门研究环境污染物对生态系统和生物体毒性效应及其机制的学科，为环境保护和生态健康提供了重要的科学依据。
生态毒理学的概念与研究方法生态毒理学研究环境污染物在生态系统中的行为和归宿，以及对生物体和生态系统的毒性效应。
其研究对象包括各种污染物，如重金属、农药、持久性有机污染物（POPs）、药物和个人护理品（PPCPs）等。
生态毒理学的研究方法主要包括：1. 实验室毒性试验：在实验室条件下，通过控制实验条件，研究污染物对生物体的毒性效应，包括急性毒性、慢性毒性、致癌性、致畸性、遗传毒性等。
2. 野外调查与监测：在自然环境中，通过对生物体和生态系统的监测，评估污染物的实际毒性效应。
3. 模型模拟：利用数学模型模拟污染物在环境中的迁移转化过程，预测其对生态系统的影响。
4. 生物标志物：利用生物标志物（如酶活性、基因表达、行为改变等）来评估污染物对生物体的毒性效应。
生态毒理学的主要研究方向1. 污染物毒性效应机制：研究污染物在分子、细胞、组织和个体水平上的毒性作用机制，揭示其对生物体生理生化过程的影响。
2. 污染物在生态系统中的行为与归宿：研究污染物在环境中的迁移、转化、降解和生物累积过程，评估其对生态系统的长期影响。
3. 生态风险评估：综合考虑污染物的毒性、暴露水平和生态敏感性，评估污染物对生态系统和人类健康的风险。
环境毒物生态毒理学效应研究
环境毒物生态毒理学效应研究引言：环境毒物对生态系统的影响已成为全球关注的焦点。
环境毒物的存在危害着许多生物体，从微生物到高等动物，进而对整个生态系统产生重要的影响。
因此，了解环境毒物的生态毒理学效应是至关重要的，以便采取有效的保护和修复措施。
本文将探讨环境毒物生态毒理学效应的研究，旨在揭示环境毒物对生态系统的危害和潜在的应对策略。
1. 环境毒物的来源与特征环境毒物是指存在于环境中的化学物质，具有对生物体产生有害影响的特性。
它们可以来自于工业排放物、农药、重金属污染以及废弃物等，通过空气、水、土壤等途径进入生态系统。
环境毒物的特征包括稳定性、生物积累性和生物活性。
这些特征决定了环境毒物的迁移途径和潜在的危害效应。
2. 环境毒物对生态系统的影响环境毒物对生态系统的影响主要体现在生物多样性损失、种群结构改变、生态服务功能丧失等方面。
（1）生物多样性损失：环境毒物可以对生态系统中的植物、动物和微生物群落造成严重损害，导致物种灭绝、退化和失去生态位。
（2）种群结构改变：环境毒物的暴露导致个体生存和繁殖能力的下降，从而影响种群数量和结构。
这可能导致生态系统中的生态过程和物质循环被打乱。
（3）生态服务功能丧失：环境毒物的影响还会导致生态系统中的生态服务功能丧失，如水源保护、空气净化和土壤养分循环等。
这将直接影响人类的生存和福祉。
3. 环境毒物生态毒理学的研究方法环境毒物生态毒理学的研究方法主要包括实验室和田间试验、生物学监测和生态模型等。
（1）实验室和田间试验：通过在受控条件下暴露生物体于不同浓度的环境毒物，可以评估其对生物体的毒性效应和潜在的机制。
这些试验可以帮助我们了解环境毒物的暴露剂量-效应关系以及作用机制。
（2）生物学监测：通过采集环境样本中的生物体，分析其组织或体液中环境毒物的存在和累积情况，可以评估环境毒物对生物体的影响程度。
这对监测环境毒物的暴露水平和生态风险具有重要意义。
（3）生态模型：生态模型是基于生态学原理和生物学过程建立的数学模型，可以模拟环境毒物在生态系统中的传输和转化过程，预测其潜在的影响范围。
毒理学课件：毒作用机制
圖 醌還原過程涉及氧化還原迴圈
1
吸煙可產生自由基
我國約有3.3億煙民，占我國人口的25%，占世 界吸煙人數的1/3.
目前已鑒定出香煙中含有化學物質近5 000種， 每支香煙煙氣中約含有7×1014個自由基。 煙氣中的自由基被認為是煙氣中的三大殺手 （自由基、亞硝胺和苯並[a]芘）之一。
1
(4) 自由基的危害
1
2) 羥基自由基(•OH)
·OH是活性氧中毒性最強的一種,比高錳酸鉀的氧化性還 強，是氧氣的三電子還原產物，反應性極強，它幾乎可以 和所有細胞成分發生反應，對機體危害極大，但壽命短．
生成羥基自由基的反應(Fenton反應)
Fe 3+ + O2¯• →O2 + Fe 2+ Fe 2+ + H2O2 →Fe 3+ + OH + •OH O2¯• + H2O2 →O2 + OH + •OH
(二)毒物進入體循環前的消除 首過消除（first pass elimination）
經胃腸道吸收外源化學物通過門靜脈系統首先達到肝 臟，進行生物轉化後，再進入體循環。
胃腸道黏膜也起一定的消除效應
1
二、從血液迴圈進入靶部位
(一) 促進毒物分佈到靶部位的機制
（1）毛細血管內皮多孔性 肝竇和腎小管周毛細血管
1894年,法國人HJH Fenton發現
(1) (2) (3)
1
（3）自由基的來源
內源性 1）呼吸爆發 2）新陳代謝 即人體 生化反應產生。從大氣 吸進O2，與食物消化後 進入血液裏的葡萄糖進 行化學反應，產生ATP。 正常生化過程中，常有2 ％ 左右的氧誤入歧途， 變成化學性質極其強烈 的氧自由基。
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影响生物转化的因素
物种差异与个体差异 饮食营养结构 年龄、性别等生理因素 代谢饱和状态 代谢酶的抑制与诱导
经生物转化后,污染物的生物有 效性发生改变，其改变程度根 据不同的生物个体或个体的不 同生命阶段而不同
比较不同污染物的生物有效性 应考虑生物个体差异和所选效 应指标的一致性
影响生物转化的重要因素
一室模型： 指将机体视 为单一的室, 外来化学物 进入机体后, 能迅速均匀 的分布在整 个机体中
单速率常数模型：描述当生物 被
转移到清洁环境中使其净化污 染
物时污染物从体内的消除 dC/dt=-KC
C为房室内的浓度 为速率常数K
二室模型 血液与脏
器
1室：dC1/dt=K21C2-(K12+K10)C1
第三章 毒物的分子效应 与毒理学机制
§3.1毒物生物转化机制
§3.2毒物的分子效应 §3.3生物标记物与毒物分子的作用 机制
生物转化：在生物调节下一种化
学物质被转化成另一种化学物质,
有酶的催化参与,可以加速毒物的
消除、解毒、隔离、重新分布或
者活化
生物活化
生物转化
生物钝化
生物活化作用：是污染物的有害 作用加强或者使一种惰性的化合 物被转化成具有高生物活性的有 害物质
毒激活:指将前致癌剂转化成致癌物 的生物转化过程
生物钝化作用：是污染物经代谢 转化成无毒或低毒的产物。也被 称为生物解毒/失活作用
亲脂性毒物
生
激
物
活
转
过 程
化
解 毒 过 程
过
亲水性程物质
毒物被活化或增毒的因素 1.污染物的化学结构 2.体内酶系统的差异 3.受体的存在
毒物在体内的生物转化，与体内 的各组织器官的酶活性及其相应 的 物理、化学、生化、生理效应 的综合作用密切相关。
根据结合剂不同结合反应分为： 葡萄糖醛酸结合、硫酸结合、谷 光甘酞结合、甘氨酸结合、乙酰 基结合等主要类型
毒物在代谢过程中可以直接发生 结合反应，也可以经过阶段Ⅰ的 氧化、还原或水解反应再发生结 合反应
葡萄糖醛酸结合反应
硫酸结合反应
通常，毒物在发生结合反应后， 一方面可使其分子上某些功能基 团失去活性以及丧失毒性，另一 方面多数毒物经过结合反应后其 极性（水溶性）增强，脂溶性降 低，加速排泄过程，故大多失去 毒性或有所降低，并排出体外
生物富集:是个体内 吸收、生物转化和消 除过程的净结果
体内屏障 存在于动物体内特定部位,对环境污
染物的转运起着阻碍作用的特殊物质结构
血脑屏障 对外源化学物的渗透性较小,对毒物
进入中枢神经系统有阻止作用,许多物质即便在血液 中的浓度相当高也不能进入大脑
胎盘屏障 胎盘具有在母体与胎儿之间进行营养
物质、O2、CO2和代谢产物交换的功能，还具有阻 止外援化学物由母体透过胎盘进入胚胎，保护胎儿 正常生长发育的功能
1室：C1=[D(α-K21)/V1(α-β)]e-αt+[D(K21– β)/V1(α- β)] e-βt
2室：dC2/dt=K12C1-K21C2 2室：C2=[DK12/V2(α-β)](e-βt-e-αt)
分布相 α;清除相β
§3.2 污染物的分子效应
污染物不同水平的生态效应
污染物的毒激活
毒物动力学
图3 简单的生物富集—消除结果
毒物动力学：运用数 学方法,定量的研究 外来化学物的生物转 化随时间的动态变化 的规律和过程
一种污染物在生物群 中的富集程度是污染 物性质、生物以及生 物和污染物相互作用 的环境状况的函数。 污染物性质决定其在 环境中呈现出的化学 形式及能够被吸收、 生物转化和消除的程 度
同一种物质即使经过相同的生物 转化，在不同机体上所表现出来 的生物效应各不相同。
消除:对污染物的
排泄或者生物转化,
导致生物体内其含
量的减少
净化:指生物被放
如入清洁的环境随
时间消除污染物后,
所测量到的污染物
从生物体内的消失
生长稀释:指一个正在生长 的生物体内污染物浓度会 因其可分布的组织的量的 增加而降低.不属于消除的 一部分(污染总量并未减少)
皮肤、血眼屏障、血睾屏障
外来物的生物转化过程的两个阶段
阶段Ⅰ代谢
污染物一旦进入生物体内就会被 生物转化，其过程包括4种反应， 即氧化、还原、水解和结合反应
通常将氧化、还原、水解称为外 来化合物代谢转化的第一阶段即 阶段Ⅰ代谢
氧化反应
脂肪族羟化
微粒体混合功 能氧化反应
脂肪族羟化、芳香族 羟化、氧化脱氨反应、 N-脱烷基反应、 N-羟 化反应、S-氧化反应
生物有效性：指进入机体的污染 物与受体结合，并产生生物学效 应的能力，也是表征污染物的实 际毒性
生物可利用率：指某种来源的污 染物可被吸收的程度
比较不同污染物的相对生物有 效性，除考虑生物之间的差异， 还需确定所选用的效应指标的 一致性和可比性，最常用的效 应指标是“致死性”
排泄 是外源化学物及其代谢产物由机体向外转运
微粒体外氧化反应
醇脱氢酶、醛脱氢酶、过 氧化氢酶、单胺氧化酶
还原反应 还原酶酶促
脂类 酰胺类 含酯式 键的磷 酸盐类
水解反应 多种水解酶
哺乳动物组 织内不活跃
肠道细菌体内 反应能力强
毒性 降低
阶段Ⅱ代谢
又称结合反应，指进入机体的毒 物在代谢过程中与某些内源性化 合物或基团发生的生物合成反应
在结合反应过程中需要辅酶和转 移酶，并且消耗代谢能量
生物富集效应:污染物从环境中包括水、空气 和固相物质等所有来源,向生物体内,或者在某 些情况下在生物体表的净积累
生物浓缩效应
生物放大效应:污染物在食物链中因营养 级的提高其浓度逐级增高的现象
超量蓄积现象
外来物质在生物体内的蓄积极限值与 其吸收量和清除半衰期成正比,即吸收 量越大,清除半衰期越长,则其蓄积极限 值越高.当两个值足够大,生物体的蓄积 极限值将会异常高.这种生物体能够蓄 积异常高含量外源化学物的现象即
的过程
动物的排泄
经肾脏随同尿液排泄：肾小球过滤、肾小管重吸收、
肾小管的排泌作用
经肝脏随同胆汁排泄 经肺随同呼出气排泄 其它排泄途径:乳汁、胃肠、汗液、唾液、毛发、指甲
植物的排泄
植物分泌：泌盐植物
有毒物质的不同效应 bioaccumulation effect bioenrichment effect biomagnification effect