环境污染物的生物转运和生物转化-生物转运ppt课件

1、第三章 污染物的生物转运和生物转化生态毒理学生态毒理学 EcotoxicologyEcotoxicology污染物在体内的生物转运和生物转化污染物在体内的生物转运和生物转化环环境境污污染染物物血血液液吸吸收收排排泄泄化学构造和性质化学构造和性质改动改动分布组织脏器分布组织脏器代谢产物代谢产物储存储存2生物转运和生物转化生物转运和生物转化生物转运(Biotrnsport) 污染物经过机体的吸收、分布和排泄过程, 体内的空间位置的改动 生物转化(Biotransformation) 污染物在体内受代谢酶的作用，污染物的化学构造和性质发生改动，构成新的代谢产物的过程研讨的意义 了解吸收过程、分布特征

2、、蓄积性、代谢产物的性质、排泄速度和途径,为阐明毒作用及其作用机理提供科学根据33.1.1 生物膜的构造和功能生物膜的构造和功能脂质双分子层脂质双分子层磷脂分子磷脂分子糖分子糖分子蛋白分子蛋白分子7-10nm3.1 生物转运生物转运4细胞膜的生理学功能细胞膜的生理学功能蛋白质蛋白质u维持细胞完好性和细胞器内部理化性质的稳定u选择性地经过物质，影响物质吸收和排出u细胞识别和信息传送u能量转换u酶类的催化作用3.1.1 生物膜的构造和功能生物膜的构造和功能5很多化学物质的毒性与生物膜有关氰化钾 线粒体内膜细胞色素C氧化酶有机磷化合物 半嵌入质膜的乙酰胆碱酯酶蛋白质 受体 靶器官靶细胞63.1.1

3、生物膜的构造和功能生物膜的构造和功能研讨范例研讨范例W. Hu et al. / Comparative Biochemistry and Physiology Part C (2003) 7788 Alterations in cell membrane properties caused by perfluorinated compounds7Effects of PFOS on memebrane fluidity in fish leucocytesNegative controlPositivecontrolPFOS exposedExposure to PFOS significa

4、ntly increased membrane fluidity of fish leukocytes8Alterations in cell membrane properties caused by perfluorinated compoundsEffect of PFOS on mitochondrial electron potential.研讨范例研讨范例W. Hu et al. / Comparative Biochemistry and Physiology Part C (2003) 7788 Mitochondrial membranepotential was inver

5、sely related to the PFOS concentration.9TCDDPFOS研讨范例研讨范例W. Hu et al. / Comparative Biochemistry and Physiology Part C (2003) 7788 Interactive effects of PFOS and TCDD on H4IIEluc cell EROD activity10研讨范例研讨范例W. Hu et al. / Comparative Biochemistry and Physiology Part C (2003) 7788 It is possible that

6、 binding of PFOS to proteins could significantly ameliorate the membrane-related effects observed here if the affinity for protein is greater than that for membranes.Interactive effects of E2 and PFOS or E2 and TCDDon MVLN cell luciferase activity3.1.2 化学物质经过生物膜的方式化学物质经过生物膜的方式被动转运(passive transport)

7、 简单分散、滤过特殊转运(specialized transport) 易化分散、自动转运、吞噬和胞饮作用11 简单分散简单分散(Passive transport)(Passive transport) 毒物从细胞膜的高浓度一侧向低浓度侧分散，直到两边的浓度到达平衡。影响要素： 浓度梯度，脂/水分配系数、解离度和体液pH、蛋白质亲和力DCCAKR)(21R：转运速率 K：为分散系数A：膜面积 D：膜厚度C: 膜两侧浓度脂溶性物质脂溶性物质简单分散的特点简单分散的特点 1. 1.不耗费能量不耗费能量 2. 2.不需求载体不需求载体 3. 3.无饱和限速无饱和限速 4. 4.无竞争性抑制无竞争性

8、抑制 5. 5.符合一级速率过程符合一级速率过程被动转运被动转运12滤过滤过(Filtration)(Filtration) 毒物经过生物膜上的亲水孔道(如毛细血管、肾小球膜孔和细胞膜上由蛋白质的亲水性氨基酸构成的过程。影响要素： 分子量(100200) 膜内外流体静压或浸透压差被动转运被动转运13自动转运自动转运(Active transport)(Active transport) 化学物质伴随能量耗费，从细胞膜的低浓度侧向高浓度侧分散过程。脂溶性低的化学物特点： 1.逆浓度梯度转运 2.载体 3.能量代谢 4.选择性 5.饱和性 6.竞争性14特殊转运特殊转运(specialized t

9、ransport)(specialized transport)易化分散易化分散 (Facilitated diffusion) (Facilitated diffusion) 脂溶性低的化学物质,利用载体由高浓度处向低浓度处转运过程。特点： 1.不需求能量 2.经过载体转运 3.具有一定的选择性和自动性水溶性分子葡萄糖等自动转运自动转运(Active transport)(Active transport)15吞噬作用吞噬作用(Phagocytosis)(Phagocytosis)胞饮作用胞饮作用(Pinocytosis)(Pinocytosis) 固态颗粒物或液滴与细胞膜上的某些蛋白质具有

10、特殊亲和力。颗粒物与该蛋白质接触后，经过结合部位细胞膜的变形和收缩，把颗粒物包入细胞内的过程。吞噬作用胞饮作用液体或极小的颗粒物质较大的固体颗粒物质自动转运自动转运(Active transport)(Active transport)163.1.3 环境污染物的吸收(Absorption)污染物在接触部位经过生物膜，进入血液的过程。吸收途径消化道吸收呼吸道吸收皮肤吸收其他： 腹腔、皮下、肌肉和静脉注射等17人体消化系统解剖图人体消化系统解剖图(一一) 消化道吸收消化道吸收18胃组织学构造胃组织学构造HE染色 40倍HE染色 400倍(一一) 消化道吸收消化道吸收19脂脂/ /水分配系数与消化

11、道吸收率的关系水分配系数与消化道吸收率的关系消化道吸收率%脂/水分配系数甘露醇乙酰苯胺巴比妥酸乙酰水杨酸苯胺硫喷妥(一一) 消化道吸收消化道吸收20影响消化道吸收的要素影响消化道吸收的要素 胃肠道对环境污染物的主要吸收方式：简单分散、过滤和载体中介吸收影响要素 胃肠道pH，解离度和脂溶性 胃肠道内容物的种类和数量、排空时间及蠕动形状 溶解度和分散度 消化道中的多种酶类和菌丛，可使某些化学物构成新的化学物而改动其毒性(一一) 消化道吸收消化道吸收21呼吸系统解剖图呼吸系统解剖图1 1(二二) 呼吸道吸收呼吸道吸收22肺泡和终末细支气管微细构造肺泡和终末细支气管微细构造肺泡肺泡肺肺- -血屏障血屏

12、障(二二) 呼吸道吸收呼吸道吸收23环境污染物的呼吸道吸收方式环境污染物的呼吸道吸收方式气体和蒸汽 吸收速度与肺泡气和血液中该污染物的分压差呈正比关系气溶胶和颗粒物 吸收速度和吸收率与粒径有关 简单分散简单分散(二二) 呼吸道吸收呼吸道吸收24颗粒物粒径与呼吸系统内堆积部位、颗粒物粒径与呼吸系统内堆积部位、堆积率的关系堆积率的关系252575755050TotalTotal鼻咽头部鼻咽头部呼吸道内呼吸道内几何学粒径几何学粒径空气动力学粒径空气动力学粒径1.05.05.010.010.0m)0.10.1堆堆积积率率% %(二二) 呼吸道吸收呼吸道吸收25ultrafine ca

13、rbon black(ufCB) and fine carbon black (CB)Particle dose (g/ml)4003002001006005000-1001050309070110130*Fluorescence intensityufCBCB * P0.05* P300 衔接角质层, 阻止水溶性物质 基底膜血液环境污染物(二二) 皮肤吸收皮肤吸收29影响皮肤吸收的要素影响皮肤吸收的要素分子量脂/水分配系数 接近1.0的容易被表皮途径吸收种属差别 大鼠和兔通透性好，豚鼠、猪和猴的皮肤通透性与人接近环境、皮肤温度和湿度角质层厚度和完好性、血液流量汞等一些金属及化合物，可以经过毛

14、囊、皮脂腺和汗腺直接进入血液(二二) 皮肤吸收皮肤吸收303.1.4 环境污染物的体内分布环境污染物的体内分布(distribution) 环境化学物被吸收进入血液和体液后，随血液和淋巴液流动分散到全身各组织的过程称为分布。 同一种环境化学物在体内各组织器官的分布并不均匀，不同的化学物在体内的分布差别很大。 化学物在体内组织器官起始分布取决于血流量，而最终分布取决于亲和力。31影响体内分布的要素影响体内分布的要素 1. 与血清蛋白的结合力 2. 生物屏障经过才干 3. 组织中血液流量 4. 与组织器官的亲和力 5. 特殊转运-离子通道3.1.4 环境污染物的体内分布环境污染物的体内分布32生物

15、屏障生物屏障(barrier)(barrier)与分布与分布血脑屏障 胎盘屏障肺-血屏障 血-睾屏障 3.1.4 环境污染物的体内分布环境污染物的体内分布33血脑屏障构造血脑屏障构造星形胶质细胞基底膜毛细血管内皮细胞严密衔接点血脑屏障构造特点： 毛细血管内皮细胞相互结合比较严密 脑组织毛细血管内皮细胞无胞饮作用 内皮细胞间小洞和裂隙少 基底膜外的星形胶质细胞数量多，而且衔接很严密 星形胶质细胞可产生粘多糖类物质，分泌到内皮细胞和星形胶质细胞之间添加粘合性。 3.1.4 环境污染物的体内分布环境污染物的体内分布34胎盘屏障组织构造胎盘屏障组织构造合体滋养层细胞滋养层和基膜绒毛结缔组织绒毛毛细血管

16、3.1.4 环境污染物的体内分布环境污染物的体内分布35部分部分POPs经过胎盘屏障影响胎儿经过胎盘屏障影响胎儿in utero exposure36International Journal of Hygiene and Environmental Health 216 (2021) 184-194International comparison of mean PFOS and PFOA concentrations in cord sera.Elevated cord PFOA levels were weakly associated with a higher risk of low

17、 birth weight ( Adult serum preferential placental transfer of PFOAsulfonates (PFOS, PFBS and PFHxS) being easier transferred to milk compared to carboxylates.Environmental Pollution 158 (2021) 2546-2552Prenatal and postnatal exposure assessmentPrenatal exposure: cord plasma PFC/BFR body blood volum

18、ePostnatal exposure: human milk PFC/BFR average milk intake BWPrenatal exposurePostnatal exposurePBDE2 ng/day75 ng/day(42 ng/day for adult)PFCs7 ng/day2533 ng/dayEnvironmental Pollution 158 (2021) 2546-2552部分部分POPs经过胎盘屏障影响胎儿经过胎盘屏障影响胎儿in utero exposure污染物经过生物屏障的影响要素污染物经过生物屏障的影响要素1.分子量大小2.脂/水分配系数3.解离程

19、度和极性4.与血浆蛋白的结合才干3.1.4 环境污染物的体内分布环境污染物的体内分布39污染物的体内储存污染物的体内储存 进入血液的环境化学物大部分与血浆蛋白或体内各组织成分结合，积聚在特定部位。 一些化学物对其积聚的部位可直接发扬毒作用，该部位称为靶器官(target organ)。 机体内一些组织或脏器化学物含量虽高，但不显示明显的毒性，这些组织脏器称为该化学物的储存库(storage depot)。3.1.4 环境污染物的体内分布环境污染物的体内分布40体内主要的储存库体内主要的储存库1.血浆蛋白 有机物、金属离子等进入血液中的环境化学物可与血液中的蛋白质(血清蛋白)发生结合。与蛋白质结

20、合的化学物不易透过细胞膜进入靶器官产生毒作用，影响化学物的排泄、转化及再分布等。 2.肝脏和肾 肝脏的自动转运和肝内蛋白质的结合才干 肾脏中的MT, 影响重金属离子分布 铅、锶、镭等重金属蓄积3.1.4 环境污染物的体内分布环境污染物的体内分布41体内主要的储存库体内主要的储存库3.脂肪组织 脂溶性脂溶性环境污染物，容易被吸收并储存在体脂内而不呈现生物学活性。 4.骨骼 骨骼组织中某些成分与环境化学物有特殊亲和力，使骨骼成为这些物质储存堆积的场所。如氟化物、铅、锶等能与骨基质结合而储存其中。3.1.4 环境污染物的体内分布环境污染物的体内分布42环境污染物吸收 分布代谢污染物代谢产物结合物尿 粪便呼气汗液毛发等体外3.1.5 环境污染物的排泄环境污染物的排泄(excretion)43肾脏排出肾脏排出1