生态毒理学 第三章 毒物的分子效应与毒理学机制讲解
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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
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。
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
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
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
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Leabharlann Baidu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)
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
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
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
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
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
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
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
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
毒激活:指将前致癌剂转化成致癌物 的生物转化过程
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
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。
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
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
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
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Leabharlann Baidu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)
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
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
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
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
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
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
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
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
毒激活:指将前致癌剂转化成致癌物 的生物转化过程