环境化学5

柠檬酸
氨基酸
异柠檬酸
NH3
脂肪
琥珀酸
α -酮戊二酸
五、有毒有机污染物质生物转化类型
(Types of Biotransformation of Toxic Organic Pollutant)
有毒有机物质生物转化的主要反映类型如下： 1、耗氧反应类型 1）混合功能氧化酶加氧氧化 2）脱氢酶脱氢氧化
四、蓄积 (Accumulation)
机体长期接触某污染物质，若吸收 超过排泄及其代谢转化，则会出现该污 染物质在体内逐增的现象，称为生物蓄 积。
第三节
污染物质的生物富集、放大和积累
生物富集(Biological Concentration)：生物通过 非吞食方式，从周围环境蓄积某种元素或 难降解的物质，使其在机体内浓度超过周 围环境中浓度的现象。 生物浓缩系数(Bioconcentration Factor) ：
： NH2 R-C-COOH + 2[H] H RCH2COOH + NH3
NH2
R-C-COOH H RCH=CHCOOH + NH3
4、甲烷发酵
CH3COOH CH4 + CO2
CO2 + 4H2
CH4 + 2H2O
糖类
葡萄糖
丙酮酸
乙酰辅酶A
低级 有机酸 醇 CO2
蛋白质
草酰乙酸
脂肪酸 延胡索酸 三羧酸循环
a.有氧氧化
CH3COCOOH + NAD+ + CoASH
CH3COSCoA+ NADH+H++ CO2
O CH3COSCoA + C-COOH + H2O CH2COOH CH2COOH HO-C-COOH + CoASH CH2COOH
O C-COOH CH2COOH 草酰乙酸 -2H
CH2COOH C(OH)COOH CH2COOH 柠檬酸
RCHO + NH3
2）脱氢酶脱氢氧化
(Dehydrogen Oxidation of Dehydrogenase) 醇氧化成醛
RCH 2OH RCHO 2H
醇氧化成酮
R1CHOHR 2 R1CHOR2 2H
醛氧化成羧基
R1CHO H 2O RCOOH 2H
1、有氧氧化中以分子氧为直接受氢体的递氢过程
2、有氧氧化中以分子氧为间接受氢体的递氢过程
3、无氧氧化中有机底物转化中间产物 作受氢体的递氢过程
4、无氧氧化中某些无机含氧化合物作 受氢体的递氢过程
四、耗氧有机污染物质的微生物降解
(Microbial Degradation of Oxygen-Consuming Organic Pollutant)
3）氧化酶氧化(Oxidation of Oxidationase)
氧化酶是伴随有氢原子或电子转移，以分 子氧为直接受氢体的酶类。例如：
RCH 2 NH 2 H 2O RCHO NH3 2H
2、还原反应类型 (Types of Reduction Reaction) 1）可逆脱氢酶加氢还原
第五章 生物体内污染物质的运动过程及毒性
本章重点
污染物的生物富集、放大和积累
耗氧和有毒有机物的微生物降解
元素的微生物转化
微生物对污染物的转化速率
毒物的毒性、联合作用
第一节 物质通过生物膜的方式 一、生物膜的结构
(Constitution of Biological Membrane)
生物膜主要是由磷脂双分子层和蛋白质镶嵌组成的
在双分子层中央存在一个疏水区，生物膜是类脂层屏 障。
膜上镶嵌的蛋白质的亲水端也都露在双分子层的外 表面。
二、物质通过生物膜的方式
1、膜孔滤过 2、被动扩散 费克定律： 3、被动易化扩散
4、主动转运
5、胞吞和胞饮
第二节 污染物质在机体内的转运
(Transport of Pollutant in Bodies)
CH2OH
CHOH + CH2OH
R1COOH
R2COOH R3COOH
2）甘油的转化
CH2OH CHOH CH3COCOOH + 4[H]
CH2OH
3）脂肪酸的转化
(Transformation of Fatty Acid)
在有氧氧化条件下，饱和脂肪酸 通常经过酶促β –氧化途径变成脂酰 辅酶A和乙酰辅酶A。
污染物质在机体内的运动过程包括吸收、分 布、排泄和生物转化。 转运包括：吸收和分布。 消除包括：排泄和生物转化。
一、吸收 (Adsorption)
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。 消化管是吸收污染物质最主要的途径； 呼吸管是吸收大气污染物的主要途径；
皮肤吸收是不少污染物质进入机体的 途径；
肌红蛋白的三级结构
血红蛋白的四级结构
基本途径：
1）蛋白质水解成氨基酸
2）氨基酸脱氨成脂肪酸
有氧氧化 (Aerobic Oxidation)
NH2 R-C-COOH +H2O H NH2 R-C-COOH + O2 RCOOH + NH3 + CO2 OH R-C-COOH + NH3 H
H
无氧氧化 (Anaerobic Oxidation)
腺苷部分的结构间下图
氢传递过程的几种分类
(Classification of Hydrogen Transfor Process)
1、有氧氧化中以分子氧为直接受氢体的递氢 过程； 2、有氧氧化中以分子氧为间接受氢体的递氢 过程； 3、无氧氧化中有机底物转化中间产物作受氢 体的递氢过程； 4、无氧氧化中某些无机含氧化合物作受氢体 的递氢过程
3）氧化酶氧化
1）混合功能氧化酶加氧氧化
碳双键环氧化
R1CH=CHR2 + O R1CH CHR2
O
+O
O
碳羟基化
CH3(CH2)nCH3 + O
CH3(CH2)nCH2OH
-CH2(CH2)2CH3
+O
-CH2(CH2)2CH2 OH
氧脱烃
R-O-CH3 + O
ROH + HCHO
-O-CH2R +O
CH2COOH CH2COOH 琥珀酸
-2H、- CO2
CH2
CH2
+ H 2O
C=O COOH α -酮戊二酸
延胡索酸
三羧酸循环
丙酮酸受到完全氧化 总反应为：
CH3COCOOH + 2.5 O2 3CO2 + 2H2O
b)无氧氧化
厌氧乳酸菌
CH3COCOOH+2[H] CH3COCOOH CH3CHO + 2[H]
其作用见下图
细胞色素酶系的辅酶主要有细胞色素b、 c1、c、a和a3等几种在反应中担当传递 电子作用，见下图
+e
cytnFe3+
-e
cytnFe2+
辅酶A是一种转移酶的辅酶，在酶促反 应中起着传递酰基的作用
CoASH + CH3CO+
CH3CO—SCoA + H+
三、生物氧化中的氢传递过程
(Hydrogen Transfor Process in Biological Oxidation)
BCF=cb/ce
影响生物浓缩系数的有关因素： 1、在物质性质方面 2、在生物特征方面 3、在环境条件方面
水生生物富集速率方程为：
生物浓缩系数：
BCF BCF cf cw cf cw ka ke k g ka ke
二、生物放大(Biomagnification)
生物放大：同一食物链上的高营养级生物， 通过吞食低营养级生物富集某种元素或难 降解物质，使其在机体内的浓度随营养级 数提高而增大的现象。
生物放大并不是在所有条件下都能发生
三、生物积累
(Bioaccumulation Process) 生物积累：生物从周围环境和食物链 蓄积某种元素或难降解物质，使其在 机体中的浓度超过周围环境中浓度的 现象。
水生生物的积累微分速率方程：
dci kaicw ai ,i 1 wi ,i 1ci 1 (kei k gi )ci dt
CoASH
H2O
RCH2CH2COOH
FAD FADH2
RCH2CH2COSCoA
RCH=CHCOSCoA
H2O
RCH(OH)CH2COSCoA
NAD+ NADH+H+
RC(O)CH2COSCoA
CoASH
CH3COSCoA + RCOSCoA 饱和脂肪酸β –氧化途径简要图示
CH3(CH2)16COOH + 26O2
R1 C=O +2H R2 R2 R1 CH—OH
2）硝基还原酶还原
(Reduction of Nitrate Reductase)
当dci /dt=0时，有：
ci=cwi+cφi
第四节
本节重点：
污染物质的生物转化
(Biotransformation of Polluted Matter)
1、生物转化中的酶学和氢传递过程； 2、耗氧和有毒有机污染物质的微生物降解； 3、若干重金属和非金属元素的微生物转化
一、生物转化中的酶
(Enzyme in Biotransformation) 酶(Enzyme )：一类由细胞制造和分泌的、 以蛋白质为主要成分的、具有催化活 性的生物 催化剂。
二、分布 (Distribution)