环境化学第五章生物体内污染物质的运动过程及毒性优秀课件
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环境化学第五章生物体内污染物 质的运动过程及毒性
第一节 污染物在生物体内的迁移及转化
一、污染物在生物体内的迁移过程
1、生物膜：由磷脂双分子层和蛋白质镶嵌组成， 厚度为7.5—10nm的流动变动复杂体。
表在蛋白
磷脂双分子层
内在蛋白
2、物质通过生物膜的方式
膜孔滤过（直径＜膜孔） 被动扩散（浓度梯度扩散，高到低，不需载体，
污染物通过肾随尿而排出
肝胆系统的胆汁排泄
蓄积
机体内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大现象。
蓄积量是吸收、分布、代谢转化和排泄各量的代数 和。 主要蓄积部位：血浆蛋白、脂肪组织和骨髓。 污染物常与血浆蛋白结合而蓄积。许多有机污染物 及代谢脂溶性产物，通过分配作用，溶解集中于脂 肪组织，如苯、多氯联苯等。氟、钡、锶等金属经 过离子交换吸附进入骨骼组织。
氧化、还原、水解和结合
4、有毒有机污染物质微生物降解（自学）
四、污染物质的毒性（自学）
不耗能） 被动易化扩散（高到低，蛋白载体） 主动转运（低到高，蛋白载体，耗能 ，能耗来
自膜上三磷酸腺苷酶分解三磷酸腺苷ATP为二 磷酸腺苷ADP和磷酸时所释放的能量） 胞吞和胞饮 物质通过生物膜的方式取决于机体内各组织生 物膜特性和物质的结构、理化性质。
3、污染物在机体内的转运
转运
吸收 分布 排泄 生物转化
3、生物积累
生物从周围环境（水、土壤、大气）和食物链蓄积 某种元素或难降解物质，使其在集体中的浓度 超过周围环境中浓度的现象。也可以BCF表示 其程度。
生物放大或生物富集属于生物积累的一种情况。
三、污染物的生物转化
生物转化：物质在生物作用下经受的化学变化，也 叫代谢（转化）。
生物转化
污染物在环境中 三大主要转化类型
中枢神经系统，毛细血管壁内皮细胞相互紧密相连， 几乎无空隙，污染物由血液进入脑部时，需穿过这 一屏障，所以污染物的经膜通透性成为转运限速因 素。
有些污染物可与血液红细胞或血管外组织蛋白相结 合，也会影响它们在机体内的分布。
排泄
污染物质及其代谢物质向机体外的转运过程。 排泄器官：肾、肝胆、肠、肺、外分泌腺等。
二糖：由两个已糖缩合而成，主要有蔗糖、乳糖、 麦芽糖。
多糖：是已糖自身或其与另一单糖的高度缩合产物。 葡萄糖和木糖是最常见缩合单体。
微生物降解糖类基本途径： 多糖水解成单糖
单糖酵解成丙酮酸
丙酮酸的转化
丙酮酸的转化
酶促反应 丙酮酸
酶促反应 乙酰辅酶A
酶促反应 柠檬酸
草酰乙酸
+
有氧氧化条件下
三羧基循环或柠檬酸循环
消除
吸收
污染物从机体外，通过各种途径通透体膜进入 血液的过程。 主要途径：消化道、呼吸道、皮肤 ①消化道（食物和水）： 污染物主要通过被动扩散被吸收，主动转运较 少。 主要吸收部位小肠，其次胃。 影响机体对污染物吸收的因素：a、污染物脂 溶性及在小肠内浓度；b、血液流速大小
②呼吸道：吸收大气污染物 肺泡是主要吸收部位 被动扩散、过滤
到达肺泡的固体颗粒很小，粒径＜5μm。 ③皮肤：被动扩散（表皮及真皮），再滤过真皮
中毛细血管壁膜进入血液。
分布
污染物被吸收后或其代谢转化物质形成后， 由血液转送至机体各组织，与组织成分结合，从 组织返回血液，以及再反复等过程。
污染物转运以被动扩散为主。 脂溶性污染物分布限速因素：组织血流速度 脂溶性污染物在血流丰富的组织（肝、肺、肾） 分布比血流少的组织（皮肤、肌肉、脂肪）中迅 速。
酶催化作用的特点：催化专一性高
Baidu Nhomakorabea效率高
需要温和的外界条件
酶分类：
按成分
单成分酶（只含蛋白质） 双成分酶（含蛋白质及非蛋白质）
按场所
胞外酶 胞内酶
按催化反应类型： 氧化还原酶，转移酶，水解酶，裂解酶 异构酶，合成酶
2、耗氧有机污染物质的微生物降解 生物降解：有机物通过生物氧化以及其他的生物转化，可 以变成更小更简单的分子。 耗氧有机污染物质是生物残体、排放废水和废弃物中的糖 类、脂肪和蛋白质等较易生物降解的有机物质。 ①糖类微生物降解 糖类分类：单糖、二糖和多糖 单糖中以戌糖、已糖最重要。 主要戌糖：木糖及阿拉伯糖。 主要已糖：葡萄糖、半乳糖、甘露糖及果糖。
一般情况，重金属元素和许多氯化碳氢化合物，稠 环、杂环等有机化合物具有很高的生物浓缩系数。
2、生物放大
在同一食物链上的高营养级生物，通过吞食低营养 级生物蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体内 的浓度随营养级提高而增大的现象。也可用BCF表 示其程度。 不同生物或同一生物在不同条件下，对物质的吸收、 消除等均可能不同，也会影响生物放大状况。
二、化学污染物的生物放大、浓缩和积累作用
1、生物富集：生物通过非吞食方式，从周围环境 （水、土壤、大气）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。
BCF=Cb/Ce
BCF:生物浓缩系数；Cb：某元素或难降解物质在机体中浓度； Ce某元素或难降解物质在周围环境中浓度。
BCF影响因素：降解性、脂溶性、水溶性 降解性小，脂溶性高，水溶性低的物质， BCF高， 反之则低。
化学转化
光化学转化
生物转化
污染物在环境中的生物转化，微生物起关键作用。 微生物起关键作用原因：大量存在于自然界，生 物转化呈多样性，具有大表面积/体积值，繁殖迅 速，环境适应性强。 1、生物转化中的酶 生物转化在机体的酶参与和控制下进行。 酶：是一类由细胞制造和分泌的、以蛋白质为主 要成分、具有催化活性的生物催化剂。 底物或基质：在酶催化下发生转化的物质。 酶促反应：底物所发生的转化。
无氧氧化条件下，丙酮酸通过酶促反应，以其 本身作受氢体被还原为乳糖，或以其转化的中 间产物作受氢体，发生不完全氧化生成低级的 有机酸、醇及CO2 。
②脂肪的微生物降解
脂肪水解成脂肪酸和甘油 甘油的转化
脂肪酸的转化
③蛋白质的微生物降解
蛋白质水解成氨基酸
氨基酸脱氢脱羧成脂肪酸
3、有毒有机污染物质生物转化类型
第一节 污染物在生物体内的迁移及转化
一、污染物在生物体内的迁移过程
1、生物膜：由磷脂双分子层和蛋白质镶嵌组成， 厚度为7.5—10nm的流动变动复杂体。
表在蛋白
磷脂双分子层
内在蛋白
2、物质通过生物膜的方式
膜孔滤过（直径＜膜孔） 被动扩散（浓度梯度扩散，高到低，不需载体，
污染物通过肾随尿而排出
肝胆系统的胆汁排泄
蓄积
机体内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大现象。
蓄积量是吸收、分布、代谢转化和排泄各量的代数 和。 主要蓄积部位：血浆蛋白、脂肪组织和骨髓。 污染物常与血浆蛋白结合而蓄积。许多有机污染物 及代谢脂溶性产物，通过分配作用，溶解集中于脂 肪组织，如苯、多氯联苯等。氟、钡、锶等金属经 过离子交换吸附进入骨骼组织。
氧化、还原、水解和结合
4、有毒有机污染物质微生物降解（自学）
四、污染物质的毒性（自学）
不耗能） 被动易化扩散（高到低，蛋白载体） 主动转运（低到高，蛋白载体，耗能 ，能耗来
自膜上三磷酸腺苷酶分解三磷酸腺苷ATP为二 磷酸腺苷ADP和磷酸时所释放的能量） 胞吞和胞饮 物质通过生物膜的方式取决于机体内各组织生 物膜特性和物质的结构、理化性质。
3、污染物在机体内的转运
转运
吸收 分布 排泄 生物转化
3、生物积累
生物从周围环境（水、土壤、大气）和食物链蓄积 某种元素或难降解物质，使其在集体中的浓度 超过周围环境中浓度的现象。也可以BCF表示 其程度。
生物放大或生物富集属于生物积累的一种情况。
三、污染物的生物转化
生物转化：物质在生物作用下经受的化学变化，也 叫代谢（转化）。
生物转化
污染物在环境中 三大主要转化类型
中枢神经系统，毛细血管壁内皮细胞相互紧密相连， 几乎无空隙，污染物由血液进入脑部时，需穿过这 一屏障，所以污染物的经膜通透性成为转运限速因 素。
有些污染物可与血液红细胞或血管外组织蛋白相结 合，也会影响它们在机体内的分布。
排泄
污染物质及其代谢物质向机体外的转运过程。 排泄器官：肾、肝胆、肠、肺、外分泌腺等。
二糖：由两个已糖缩合而成，主要有蔗糖、乳糖、 麦芽糖。
多糖：是已糖自身或其与另一单糖的高度缩合产物。 葡萄糖和木糖是最常见缩合单体。
微生物降解糖类基本途径： 多糖水解成单糖
单糖酵解成丙酮酸
丙酮酸的转化
丙酮酸的转化
酶促反应 丙酮酸
酶促反应 乙酰辅酶A
酶促反应 柠檬酸
草酰乙酸
+
有氧氧化条件下
三羧基循环或柠檬酸循环
消除
吸收
污染物从机体外，通过各种途径通透体膜进入 血液的过程。 主要途径：消化道、呼吸道、皮肤 ①消化道（食物和水）： 污染物主要通过被动扩散被吸收，主动转运较 少。 主要吸收部位小肠，其次胃。 影响机体对污染物吸收的因素：a、污染物脂 溶性及在小肠内浓度；b、血液流速大小
②呼吸道：吸收大气污染物 肺泡是主要吸收部位 被动扩散、过滤
到达肺泡的固体颗粒很小，粒径＜5μm。 ③皮肤：被动扩散（表皮及真皮），再滤过真皮
中毛细血管壁膜进入血液。
分布
污染物被吸收后或其代谢转化物质形成后， 由血液转送至机体各组织，与组织成分结合，从 组织返回血液，以及再反复等过程。
污染物转运以被动扩散为主。 脂溶性污染物分布限速因素：组织血流速度 脂溶性污染物在血流丰富的组织（肝、肺、肾） 分布比血流少的组织（皮肤、肌肉、脂肪）中迅 速。
酶催化作用的特点：催化专一性高
Baidu Nhomakorabea效率高
需要温和的外界条件
酶分类：
按成分
单成分酶（只含蛋白质） 双成分酶（含蛋白质及非蛋白质）
按场所
胞外酶 胞内酶
按催化反应类型： 氧化还原酶，转移酶，水解酶，裂解酶 异构酶，合成酶
2、耗氧有机污染物质的微生物降解 生物降解：有机物通过生物氧化以及其他的生物转化，可 以变成更小更简单的分子。 耗氧有机污染物质是生物残体、排放废水和废弃物中的糖 类、脂肪和蛋白质等较易生物降解的有机物质。 ①糖类微生物降解 糖类分类：单糖、二糖和多糖 单糖中以戌糖、已糖最重要。 主要戌糖：木糖及阿拉伯糖。 主要已糖：葡萄糖、半乳糖、甘露糖及果糖。
一般情况，重金属元素和许多氯化碳氢化合物，稠 环、杂环等有机化合物具有很高的生物浓缩系数。
2、生物放大
在同一食物链上的高营养级生物，通过吞食低营养 级生物蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体内 的浓度随营养级提高而增大的现象。也可用BCF表 示其程度。 不同生物或同一生物在不同条件下，对物质的吸收、 消除等均可能不同，也会影响生物放大状况。
二、化学污染物的生物放大、浓缩和积累作用
1、生物富集：生物通过非吞食方式，从周围环境 （水、土壤、大气）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。
BCF=Cb/Ce
BCF:生物浓缩系数；Cb：某元素或难降解物质在机体中浓度； Ce某元素或难降解物质在周围环境中浓度。
BCF影响因素：降解性、脂溶性、水溶性 降解性小，脂溶性高，水溶性低的物质， BCF高， 反之则低。
化学转化
光化学转化
生物转化
污染物在环境中的生物转化，微生物起关键作用。 微生物起关键作用原因：大量存在于自然界，生 物转化呈多样性，具有大表面积/体积值，繁殖迅 速，环境适应性强。 1、生物转化中的酶 生物转化在机体的酶参与和控制下进行。 酶：是一类由细胞制造和分泌的、以蛋白质为主 要成分、具有催化活性的生物催化剂。 底物或基质：在酶催化下发生转化的物质。 酶促反应：底物所发生的转化。
无氧氧化条件下，丙酮酸通过酶促反应，以其 本身作受氢体被还原为乳糖，或以其转化的中 间产物作受氢体，发生不完全氧化生成低级的 有机酸、醇及CO2 。
②脂肪的微生物降解
脂肪水解成脂肪酸和甘油 甘油的转化
脂肪酸的转化
③蛋白质的微生物降解
蛋白质水解成氨基酸
氨基酸脱氢脱羧成脂肪酸
3、有毒有机污染物质生物转化类型