环境化学课件第五章

1、环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-1环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-2主要介绍污染物质与生物机体之间的相互作用，涉主要介绍污染物质与生物机体之间的相互作用，涉及机体对污染物质的吸收、分布、转化、排泄等过程和及机体对污染物质的吸收、分布、转化、排泄等过程和污染物质对机体毒性两方面的内容，要求掌握污染物质污染物质对机体毒性两方面的内容，要求掌握污染物质的生物富集、放大和积累；耗氧和有毒有机污染物质的的生物富集、放大和积累；耗氧和有毒有机污染物质的微生物降解；若干元素

2、的微生物转化；微生物对污染物微生物降解；若干元素的微生物转化；微生物对污染物质的转化速率；毒物的毒性、联合作用和致突变、致癌质的转化速率；毒物的毒性、联合作用和致突变、致癌及抑制酶活性等作用；定量构效关系中几种应用的分析及抑制酶活性等作用；定量构效关系中几种应用的分析方法。要求了解有关重要辅酶的功能；有毒有机污染物方法。要求了解有关重要辅酶的功能；有毒有机污染物质生物转化的类型。质生物转化的类型。内容提要及重点要求内容提要及重点要求环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-3一、生物膜的结构一、生物膜的结构(Structure of B

3、iofilm) 二、物质通过生物膜的方式二、物质通过生物膜的方式(Mode of Material through Biofilm)(5.1 Mode of Material through Biofilm)环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-41.1.生物膜组成：生物膜组成：磷脂双分子层和蛋白质磷脂双分子层和蛋白质磷脂双分子层组成：磷脂双分子层组成：亲水极性基团（内外两面）、亲水极性基团（内外两面）、疏水烷链端（内侧）和疏水区。疏水烷链端（内侧）和疏水区。蛋白质组成：蛋白质组成：表在蛋白和内在蛋白。表在蛋白附着表在蛋白和内在蛋白

4、。表在蛋白附着磷脂双分子层表面；内在蛋白深埋或贯穿磷脂双分子层。磷脂双分子层表面；内在蛋白深埋或贯穿磷脂双分子层。蛋白质功能：蛋白质功能：转运膜内外物质；催化作用或是能量转运膜内外物质；催化作用或是能量转换器。转换器。 一、一、 生物膜的结构生物膜的结构 (Structure of Biofilm) 环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-5生物膜脂质双分子层结构生物膜脂质双分子层结构表在蛋白脂质双分子层内在蛋白亲水性基团疏水性基团环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-6一

5、、生物膜的结构一、生物膜的结构(Structure of Biofilm) 二、物质通过生物膜的方式二、物质通过生物膜的方式(Mode of Material through Biofilm)(5.1 Mode of Material through Biofilm)环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-71.1.膜孔滤过：膜孔滤过：直径小于直径小于膜孔膜孔的水溶性物质，可借的水溶性物质，可借助膜两侧静水压及渗透压经膜孔滤过。助膜两侧静水压及渗透压经膜孔滤过。膜孔膜孔：在生物膜中带极性、常含有水的微小孔道。：在生物膜中带极性、常含有

6、水的微小孔道。 二、物质通过生物膜的方式二、物质通过生物膜的方式(Mode of Material through Biofilm) 物质通过生物膜的方式根据机制分为以下物质通过生物膜的方式根据机制分为以下5 5类。类。以何种方式通过，取决于机体各组织生物膜的特性以何种方式通过，取决于机体各组织生物膜的特性和物质的结构、理化性质。和物质的结构、理化性质。 环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-82. 被动扩散：被动扩散：脂溶性物质从高浓度侧向低浓度侧，脂溶性物质从高浓度侧向低浓度侧，即顺浓度梯度扩散通过有类脂层屏障的生物膜。即顺浓度

7、梯度扩散通过有类脂层屏障的生物膜。扩散速率：扩散速率：0 D环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-9被动扩散特征：被动扩散特征：3. 被动易化扩散：被动易化扩散：有些物质在高浓度侧与膜上特有些物质在高浓度侧与膜上特异蛋白质载体结合，通过生物膜，至低浓度侧解离出原异蛋白质载体结合，通过生物膜，至低浓度侧解离出原物质。物质。被动扩散特征：被动扩散特征：与与环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-104. 主动转运：主动转运：在需消耗一定的代谢能量下，一在需消耗一定的代谢能量下，

8、一些物质可在低浓度侧与膜上高浓度特异性蛋白载体结些物质可在低浓度侧与膜上高浓度特异性蛋白载体结合，通过生物膜，至高浓度侧解离出原物质。合，通过生物膜，至高浓度侧解离出原物质。 主动转运特征：主动转运特征：与与三磷酸腺苷三磷酸腺苷二磷酸腺苷二磷酸腺苷环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-114. 胞吞和胞饮：胞吞和胞饮：少数物质与膜上某种蛋白质有特殊少数物质与膜上某种蛋白质有特殊亲和力，当其与膜接触后，可改变这部分膜的表面张力，亲和力，当其与膜接触后，可改变这部分膜的表面张力，引起膜的外包或内陷而被包围进入膜内，固体物质的这一引起膜的

9、外包或内陷而被包围进入膜内，固体物质的这一转运称为胞吞，而液态物质的这一转运称为胞饮。转运称为胞吞，而液态物质的这一转运称为胞饮。环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-12一、吸收一、吸收(Absorption)二、分布二、分布(Distribution)三、排泄三、排泄 (Excretion)四、蓄积四、蓄积 (Accumulation)(5.2 Transport of Pollutants in Body)环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-13一、吸收一、吸收(

10、Absorption)1. 概念：概念：污染物质从机体外污染物质从机体外, ,通透体膜进入血液的过程。通透体膜进入血液的过程。 污染物质在机体内的运动过程污染物质在机体内的运动过程吸收、分布、排泄和生物转化；吸收、分布、排泄和生物转化；吸收、分布和排泄称为吸收、分布和排泄称为转运转运；排泄与生物转化称为排泄与生物转化称为消除消除。环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-142. 吸收途径：吸收途径：消化管、呼吸道和皮肤消化管、呼吸道和皮肤n 消化管是吸收污染物质最主要的途径。消化管是吸收污染物质最主要的途径。 消化管的主要吸收部位在小

11、肠，其次是胃。消化管的主要吸收部位在小肠，其次是胃。环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-15一、吸收一、吸收(Absorption)二、分布二、分布(Distribution)三、排泄三、排泄 (Excretion)四、蓄积四、蓄积 (Accumulation)(5.2 Transport of Pollutants in Body)环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-16二、分布二、分布(Distribution)概念：概念：污染物质被吸收或形成其代谢转化物质，由血

12、液污染物质被吸收或形成其代谢转化物质，由血液转送至机体组织，与组织成分结合，从组织返回血液以转送至机体组织，与组织成分结合，从组织返回血液以及再反复等过程及再反复等过程。 污染物质分布过程污染物质分布过程污染物质的转运以污染物质的转运以被动扩散被动扩散为主。为主。污染物质与血浆蛋白质结合具有可逆性污染物质与血浆蛋白质结合具有可逆性动态平衡动态平衡。污染物质与血液的红细胞或血管外组织蛋白相结合。污染物质与血液的红细胞或血管外组织蛋白相结合。 环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-17一、吸收一、吸收(Absorption)二、分布二、

13、分布(Distribution)三、排泄三、排泄 (Excretion)四、蓄积四、蓄积 (Accumulation)(5.2 Transport of Pollutants in Body)环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-18三、排泄三、排泄(Excretion)概念：概念：污染物质及其代谢物质向机体外的转运过程污染物质及其代谢物质向机体外的转运过程。 排泄途径排泄途径u 排泄器官：排泄器官：肾、肝胆肾、肝胆、肠、肺、外分泌腺等。、肠、肺、外分泌腺等。u 肾排泄：肾排泄：污染物质通过肾随尿而排出的过程。污染物质通过肾随尿而排

14、出的过程。u 胆汁排泄：胆汁排泄：主要由消化管及其他途径吸收的污染物质，主要由消化管及其他途径吸收的污染物质，经血液到达肝脏，以原物或其代谢物和胆汁一起分泌至经血液到达肝脏，以原物或其代谢物和胆汁一起分泌至十二指肠，经小肠至大肠内，再排出体外的过程。十二指肠，经小肠至大肠内，再排出体外的过程。 环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-19一、吸收一、吸收(Absorption)二、分布二、分布(Distribution)三、排泄三、排泄 (Excretion)四、蓄积四、蓄积 (Accumulation)(5.2 Transport

15、of Pollutants in Body)环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-20四、蓄积四、蓄积(Accumulation)概念：概念：机体接触污染物质（若吸收超过排泄及其代谢转化），机体接触污染物质（若吸收超过排泄及其代谢转化），污染物质在体内逐增的现象。污染物质在体内逐增的现象。u 蓄积量是吸收、分布、代谢转化和排泄各量的代数和。蓄积量是吸收、分布、代谢转化和排泄各量的代数和。u 机体的主要蓄积部位是血浆蛋白、脂肪组织和骨骼。污染物机体的主要蓄积部位是血浆蛋白、脂肪组织和骨骼。污染物质常与血浆蛋白结合而蓄积。质常与血浆蛋白

16、结合而蓄积。u 蓄积部位中的污染物质，常同血浆中游离型污染物质保持相蓄积部位中的污染物质，常同血浆中游离型污染物质保持相对稳定的平衡。对稳定的平衡。 环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-21From Environmental Chemistry，Manahan S E e环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-22环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-23一一生物富集生物富集(Bioconcentration

17、)二、生物放大二、生物放大(Biomagnification)三、生物积累三、生物积累 (Bioaccumulation)环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-24水生生物水生生物1 1蚯蚓富集蚯蚓富集1 1农作物农作物1 1生物浓缩系数（因子）；生物浓缩系数（因子）；cb某种元素或难降解物质在机体中的浓度某种元素或难降解物质在机体中的浓度;ce某种元素或难降解物质在机体周围环境中的浓度。某种元素或难降解物质在机体周围环境中的浓度。环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-2

18、5环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-26n 吸收速率：吸收速率：Ra=kacwn 消除速率：消除速率：Re=-kecfn 稀释速率：稀释速率：Rg=-kgcfka，ke，kg水生生物吸收、消除（排泄和生物体水生生物吸收、消除（排泄和生物体内分解）、生长的速率常数；内分解）、生长的速率常数；cw，cf水及生物体内瞬时物质浓度。水及生物体内瞬时物质浓度。环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-27环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及

19、毒性运动过程及毒性5-28环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-29一一生物富集生物富集(Bioconcentration)二、生物放大二、生物放大(Biomagnification)三、生物积累三、生物积累 (Bioaccumulation)环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-30algae zooplankton small fish big fishbirdmankindKow105107才易发生才易发生环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污

20、染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-31一一生物富集生物富集(Bioconcentration)二、生物放大二、生物放大(Biomagnification)三、生物积累三、生物积累 (Bioaccumulation)环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-32环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-33kDk1kEkM通过食物被吸收(与颗粒物结合的化合物)通过鳃被动吸收和释放(可溶态化合物)k1：净吸收速率粪便排泄(排泄)代谢从胃肠道吸收食物消化由于生长而由于生长而排泄排

21、泄( (k kG G) )2. 生物积累模型生物积累模型环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-34iiiiiiickkcWcktciiige11,1,waddcw 生物生存水中某物质浓度；生物生存水中某物质浓度；ci 食物链食物链 i 级生物中该物质的浓度；级生物中该物质的浓度；ci-1 食物链食物链 i -1级生物中该物质的浓度；级生物中该物质的浓度； Wi,i-1 摄食率；摄食率；i,i-1 同化率；同化率； i级生物对该物质的吸收速率常数；级生物对该物质的吸收速率常数； i级生物中该物质的消除速率常数；级生物中该物质的消除速率

22、常数； i级生物的生长速率常数。级生物的生长速率常数。iiikkkgea环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-35iiiiiiickkcWcktciiige11,1,wadd当生物积累达到平衡时当生物积累达到平衡时dci/dt=0,上式变换为：上式变换为：1ge1,1,geaiiiiiwickkWckkkciiiiiiiccciw右式反映相应的生物富集右式反映相应的生物富集和生物放大在生物积累达和生物放大在生物积累达到平衡时贡献的大小。到平衡时贡献的大小。111egiiiiiiiicWckk，从从水水中积累中积累污染物量污染物量从从

23、食物食物中积累中积累污染物量污染物量环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-36idietiorganismBMFcci生物放大因子生物放大因子哺乳动物哺乳动物( (生物生物) )鱼鱼( (生物、饵料生物、饵料) )浮游动物浮游动物( (生物、饵料生物、饵料) )藻类藻类( (生物、饵料生物、饵料) )从食物中吸收从食物中吸收iwiorganismBCFBAFccii生物积累生物积累（生物富集）因子（生物富集）因子从周围介质中吸收从周围介质中吸收与可溶性有与可溶性有机质结合的机质结合的化学组分化学组分ciDOC游离的与可游离的与可溶性

24、化学溶性化学组分组分ciw与颗粒物结与颗粒物结合的化学合的化学组分组分c ciDOCiDOCisiorganismBSAFcci生物生物- -底泥底泥积累因子积累因子水底泥底泥c cs s, , c ciOCiOC生物可利用性生物可利用性常用的描述水生生物常用的描述水生生物富集化学物质的述评和参数富集化学物质的述评和参数环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-37一、生物转化中的酶一、生物转化中的酶 (Enzyme)二、若干重要辅酶的功能二、若干重要辅酶的功能(Coenzyme)三、生物氧化中的氢传递过程三、生物氧化中的氢传递过程 (

25、Hydrogen Transfer Processes)四、耗氧有机污染物质的微生物降解四、耗氧有机污染物质的微生物降解 (Microbial degradation of Oxygen Consumption Organic Pollutants) 五、有毒有机污染物质生物转化类型五、有毒有机污染物质生物转化类型 (Biotransformation Type of Toxic Organic Pollutants) 六、有毒有机污染物质的微生物降解六、有毒有机污染物质的微生物降解 (Microbial degradation of Toxic Organic Pollutants)七、氮和

26、硫的微生物转化七、氮和硫的微生物转化 (Microbial Transformation of Nitrogen and Sulfur)八、重金属元素的微生物转化八、重金属元素的微生物转化(Microbial Transformation of Heavy Metal)九、污染物质的生物转化速率九、污染物质的生物转化速率 (Rate of Biotransformation)环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-38物质在生物作用下经受的化学转化，称物质在生物作用下经受的化学转化，称为生物转化或代谢。为生物转化或代谢。 微生物作用：

27、微生物作用：生物转化生物转化化学转化化学转化光化学转化光化学转化自然界自净自然界自净废水处理废水处理污染场址修复污染场址修复生物转化生物转化、化学转化化学转化和和光化学转化光化学转化构成了污染物构成了污染物质在环境中的三大主要转化类型。质在环境中的三大主要转化类型。三大转化类型：三大转化类型：环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-39一、生物转化中的酶一、生物转化中的酶 (Enzyme)1. 定义定义a. 酶酶(Enzyme)：一类由细胞制造和分泌的、以蛋白质为主要：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

28、催化剂。成分的、具有催化活性的生物催化剂。b. 底物（或基质）底物（或基质）(Substrate)：在酶催化下发生转化的物质。：在酶催化下发生转化的物质。c. 酶促反应酶促反应(Enzymatic Reaction)：底物在酶催化下发生的转化：底物在酶催化下发生的转化 反应。反应。 2. 2. 酶的特点酶的特点 。环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-40Organisms facilitate reactions via two important approaches. The first approach involves t

29、he use of special proteins, called enzymes, that serve as catalysts. These reusable “biological tools” promote substrate interactions and thereby lower the free energy of activation that determines the transformation rate. Enzymes can lower the activation energy of reactions by several tens of kJ pe

30、r mole, thereby speeding the transformations by factors of 109 or more. Some of this reaction rate enhancement arises because enzymes form complexes with substrates; by holding the reacting compounds in an advantageous orientation with respect to one another, the enzymes facilitate substrate interac

31、tion. Additionally, enzymes include polar and charged structural components that can alter the electron densities of the bound reactants. This lowers the barriers to breaking existing bonds and encourages new bonds to be made.From Environmental Organic Chemistry，Schwarzenbach R P;. Gschwend P M; Imb

32、oden D M 环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-41氧化还原酶氧化还原酶转移酶转移酶水解酶水解酶裂解酶裂解酶异构酶异构酶合成酶合成酶胞外酶胞外酶胞内酶胞内酶按酶的成分按酶的成分单成分酶单成分酶双成分酶双成分酶酶蛋白酶蛋白辅基或辅酶辅基或辅酶根据酶的根据酶的作用场所作用场所3. 3. 酶的分类酶的分类 环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-42 单成分酶：含有蛋白质。单成分酶：含有蛋白质。 双成分酶：酶蛋白和辅酶双成分酶：酶蛋白和辅酶或辅基。辅基同酶蛋白结合比或辅基

33、。辅基同酶蛋白结合比较牢固，辅酶与酶蛋白结合较较牢固，辅酶与酶蛋白结合较为松散。二者区别仅在此，故为松散。二者区别仅在此，故以后均用辅酶称呼。辅酶起着以后均用辅酶称呼。辅酶起着传递电子、原子或某些化学基传递电子、原子或某些化学基团的功能，酶蛋白起着决定催团的功能，酶蛋白起着决定催化专一性和催化高效率的功能。化专一性和催化高效率的功能。因此，只有双成分酶的整体才因此，只有双成分酶的整体才具有酶的催化活性。具有酶的催化活性。 辅基或辅酶的作辅基或辅酶的作用是：传递电子、原用是：传递电子、原子或某些基团。酶蛋子或某些基团。酶蛋白的作用是决定催化白的作用是决定催化专一性和催化效率。专一性和催化效率。

34、辅酶的成分是金辅酶的成分是金属离子、含金属的有属离子、含金属的有机化合物或小分子的机化合物或小分子的复杂有机化合物。辅复杂有机化合物。辅酶约有酶约有30种。种。环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-43一、生物转化中的酶一、生物转化中的酶 (Enzyme)二、若干重要辅酶的功能二、若干重要辅酶的功能(Coenzyme)三、生物氧化中的氢传递过程三、生物氧化中的氢传递过程 (Hydrogen Transfer Processes)四、耗氧有机污染物质的微生物降解四、耗氧有机污染物质的微生物降解 (Microbial degradati

35、on of Oxygen Consumption Organic Pollutants) 五、有毒有机污染物质生物转化类型五、有毒有机污染物质生物转化类型 (Biotransformation Type of Toxic Organic Pollutants) 六、有毒有机污染物质的微生物降解六、有毒有机污染物质的微生物降解 (Microbial degradation of Toxic Organic Pollutants)七、氮和硫的微生物转化七、氮和硫的微生物转化 (Microbial Transformation of Nitrogen and Sulfur)八、重金属元素的微生物转化

36、八、重金属元素的微生物转化(Microbial Transformation of Heavy Metal)九、污染物质的生物转化速率九、污染物质的生物转化速率 (Rate of Biotransformation)环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-44F：黄素：黄素 flavinM：单：单 monoN：核苷酸：核苷酸 nucleotideFMN（黄素单核苷酸）（黄素单核苷酸）环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-45环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的

37、生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-46FMN/FAD（氧化型（氧化型 FMN/FAD ）FMNH2/FADH2（还原型（还原型 FMN/FAD ）RFMN/FAD的其余部分的其余部分 FMN和和FAD氧化还原酶的辅酶，在酶促反应中具有传递氧化还原酶的辅酶，在酶促反应中具有传递氢原子的功能。氢原子的功能。环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-472. NAD和和NADP NAD+（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 ） NADP+（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）环境化学环境化学 第五章第

38、五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-48 NAD /NADP（氧化型氧化型 NAD /NADP ）RNAD+/NADP+的其余部分的其余部分NADH/NADPH （还原型还原型NAD /NADP ) 辅酶辅酶辅酶辅酶这些氧化还原酶的辅酶，在酶促反这些氧化还原酶的辅酶，在酶促反应中具有传递氢的作用。应中具有传递氢的作用。环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-49CoQ（氧化型CoQ ）（n=610）CoQ （还原型CoQ ）H2环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运

39、动过程及毒性运动过程及毒性5-50细胞色素酶系是催化底物氧化的一类细胞色素酶系是催化底物氧化的一类酶系，主要有细胞色素酶系，主要有细胞色素b，c1，c，a，a3等几种。它们的酶蛋白部分不同，等几种。它们的酶蛋白部分不同，但辅酶都是铁卟啉。但辅酶都是铁卟啉。 cyt细胞色素酶系；细胞色素酶系； n b， c1，c，a，a3。4. 细胞色素酶系的辅酶细胞色素酶系的辅酶细胞色素细胞色素(Cytochromes) 细胞色素类是含铁的细胞色素类是含铁的电子传递体。电子传递体。 铁原子处于卟啉的结铁原子处于卟啉的结构中心，构成血红素构中心，构成血红素(heme)。 细胞色素类都以血红细胞色素类都以血红素作

40、为辅基。素作为辅基。cytnFe3+ cytnFe2+e-e-环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-51辅酶A是泛酸的一个衍生物，简写为CoASH，结构式是：转移酶的辅酶，所含的巯基与酰基形成硫酯，而在酶促反转移酶的辅酶，所含的巯基与酰基形成硫酯，而在酶促反应中起着传递酰基的功能。反应式如下：应中起着传递酰基的功能。反应式如下：腺核苷3磷酸焦磷酸泛酸氨基乙硫醇环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-52一、生物转化中的酶一、生物转化中的酶 (Enzyme)二、若干重要辅酶的

41、功能二、若干重要辅酶的功能(Coenzyme)三、生物氧化中的氢传递过程三、生物氧化中的氢传递过程 (Hydrogen Transfer Processes)四、耗氧有机污染物质的微生物降解四、耗氧有机污染物质的微生物降解 (Microbial degradation of Oxygen Consumption Organic Pollutants) 五、有毒有机污染物质生物转化类型五、有毒有机污染物质生物转化类型 (Biotransformation Type of Toxic Organic Pollutants) 六、有毒有机污染物质的微生物降解六、有毒有机污染物质的微生物降解 (Mic

42、robial degradation of Toxic Organic Pollutants)七、氮和硫的微生物转化七、氮和硫的微生物转化 (Microbial Transformation of Nitrogen and Sulfur)八、重金属元素的微生物转化八、重金属元素的微生物转化(Microbial Transformation of Heavy Metal)九、污染物质的生物转化速率九、污染物质的生物转化速率 (Rate of Biotransformation)环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-53环境化学环境化学

43、 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-54分子氧作为直接受氢体的氢传递过程举例只有一种酶作用于有机底物，脱落底物的氢只有一种酶作用于有机底物，脱落底物的氢(H+ e-)，其中电子由该酶的辅酶直接传递给分子氧，形成激活其中电子由该酶的辅酶直接传递给分子氧，形成激活态态O2-，与，与H+化合形成水。化合形成水。2e（）（）-环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-55SH2（有机底物）（有机底物）S被氧化的被氧化的有机底物有机底物NAD2H脱氢酶脱氢酶NADHH2HFMNH2FMN脱氢酶脱氢酶

44、2HCoQCoQH22e2H+2Fe3+2Fe2+细胞色素酶系细胞色素酶系bc1c aa32e1/2O2O2-H2O分子氧作为间接受氢体的氢传递过程举例分子氧作为间接受氢体的氢传递过程举例（）-环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-56生物去氢氧化中各反应的电极电位生物去氢氧化中各反应的电极电位 电电 对对 E /V 电电 对对 E /VNAD+ /NADH+H+FMN /FMNH2CoQ / CoQH22cytb（2Fe3+ /Fe2+）0.320.120.100.052cyt (2Fe3+ /Fe2+）2cytc (2Fe3+

45、/Fe2+）2cyt (2Fe3+ /Fe2+）O2/H2O0.220.260.280.82c1a3环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-57中间代谢产物作为受氢体中间代谢产物作为受氢体CH3CH(OH)COOH环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-58兼性厌氧兼性厌氧反硝化菌反硝化菌兼性厌氧兼性厌氧硫酸还原菌硫酸还原菌厌氧甲烷菌厌氧甲烷菌最常见的受氢体：硝酸根、硫酸根和二氧化碳。最常见的受氢体：硝酸根、硫酸根和二氧化碳。环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的

46、生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-59一、生物转化中的酶一、生物转化中的酶 (Enzyme)二、若干重要辅酶的功能二、若干重要辅酶的功能(Coenzyme)三、生物氧化中的氢传递过程三、生物氧化中的氢传递过程 (Hydrogen Transfer Processes)四、耗氧有机污染物质的微生物降解四、耗氧有机污染物质的微生物降解 (Microbial degradation of Oxygen Consumption Organic Pollutants) 五、有毒有机污染物质生物转化类型五、有毒有机污染物质生物转化类型 (Biotransformation Type of

47、Toxic Organic Pollutants) 六、有毒有机污染物质的微生物降解六、有毒有机污染物质的微生物降解 (Microbial degradation of Toxic Organic Pollutants)七、氮和硫的微生物转化七、氮和硫的微生物转化 (Microbial Transformation of Nitrogen and Sulfur)八、重金属元素的微生物转化八、重金属元素的微生物转化(Microbial Transformation of Heavy Metal)九、污染物质的生物转化速率九、污染物质的生物转化速率 (Rate of Biotransformati

48、on)环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-60耗氧有机污染物质耗氧有机污染物质(Oxygen Consumption Organic Pollutants):是生物残体、排放废水和废弃物中的糖类、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。脂肪和蛋白质等较易生物降解的有机物质。 (Microbial Degradation of Oxygen Consumption Organic Pollutants) 环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒

49、性5-61糖类糖类Cx(H2O)y多糖多糖 单糖单糖 丙酮酸丙酮酸 TCA循环，生成二氧化碳和水循环，生成二氧化碳和水 （有氧）（有氧）有机酸、二氧化碳、醇有机酸、二氧化碳、醇 （无氧）（无氧）A. A. 多糖水解成单糖多糖水解成单糖 多糖多糖二糖二糖单糖单糖胞外水解酶胞外水解酶 胞内水解酶胞内水解酶 B. 单糖酵解成丙酮酸单糖酵解成丙酮酸 C6H12O6 + 2 NAD 2CH3COCOOH + 2NADH + 2H+C. 丙酮酸的转化丙酮酸的转化环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-62环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污

50、染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-63草酰琥珀酸异柠檬酸顺乌头酸柠檬酸草酰乙酸苹果酸延胡索酸琥珀酸 酮戊二酸2H2H2H,2H环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-64环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-65A. 脂肪水解成脂肪酸和甘油脂肪水解成脂肪酸和甘油B. 甘油转化成丙酮酸甘油转化成丙酮酸C. 脂肪酸的转化：脂肪酸的转化： 有氧条件下，经有氧条件下，经-氧化，最后进入氧化，最后进入TCA循环，循环， 最终完全氧化成二氧化碳和水；最终完全氧化

51、成二氧化碳和水； 无氧条件下，转化成为有机酸、醇、二氧化无氧条件下，转化成为有机酸、醇、二氧化 碳，降解不彻底。碳，降解不彻底。环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-66A. A. 脂肪水解成脂肪酸和甘油脂肪水解成脂肪酸和甘油 B.B.甘油的转化甘油的转化CH2OOCR1CHOOCR2CH2OOCR3 + 3H2O CH2 2OHCHOHCH2 2OHCH2 2OHCHOHCH2 2OHCH3 3COCOOH+4H+R1COOHR2COOH R3COOH环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒

52、性运动过程及毒性5-67C. C. 脂肪酸的微生物降解脂肪酸的微生物降解 有氧条件：有氧条件：CH3COSCoA+RCOSCoA饱和脂肪酸一般通过饱和脂肪酸一般通过- 氧化途径氧化成二氧化碳和水氧化途径氧化成二氧化碳和水RCH2CH2COOHRCH2CH2COSCoACoASH H2OFAD FADH2RCH=CHCOSCoAH2ORCH(OH)CH2COSCoARCOCH2COSCoACoASH饱和脂肪酸饱和脂肪酸脂酰辅酶脂酰辅酶A , - 烯脂酰辅酶烯脂酰辅酶A - 羟脂酰辅酶羟脂酰辅酶A - 酮脂酰辅酶酮脂酰辅酶ANAD NADH+H+乙乙酰辅酶酰辅酶A较原酸少两个碳的脂酰辅酶较原酸少两

53、个碳的脂酰辅酶A环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-68有氧条件（降解彻底）有氧条件（降解彻底） ：二氧化碳、水、氨；二氧化碳、水、氨； 无氧条件无氧条件(降解不彻底降解不彻底)：简单有机酸、醇、二氧化碳。简单有机酸、醇、二氧化碳。环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-69产生甲烷的主要途径：产生甲烷的主要途径： CH3COOH CH4 + CO2 CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性

54、运动过程及毒性5-70环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-71一、生物转化中的酶一、生物转化中的酶 (Enzyme)二、若干重要辅酶的功能二、若干重要辅酶的功能(Coenzyme)三、生物氧化中的氢传递过程三、生物氧化中的氢传递过程 (Hydrogen Transfer Processes)四、耗氧有机污染物质的微生物降解四、耗氧有机污染物质的微生物降解 (Microbial degradation of Oxygen Consumption Organic Pollutants) 五、有毒有机污染物质生物转化类型五、有毒有机污染

55、物质生物转化类型 (Biotransformation Type of Toxic Organic Pollutants) 六、有毒有机污染物质的微生物降解六、有毒有机污染物质的微生物降解 (Microbial degradation of Toxic Organic Pollutants)七、氮和硫的微生物转化七、氮和硫的微生物转化 (Microbial Transformation of Nitrogen and Sulfur)八、重金属元素的微生物转化八、重金属元素的微生物转化(Microbial Transformation of Heavy Metal)九、污染物质的生物转化速率九、

56、污染物质的生物转化速率 (Rate of Biotransformation)环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-72五、有毒有机污染物质生物转化类型五、有毒有机污染物质生物转化类型(Biotransformation Types of Toxic Organic Pollutants) 生物转化的结果，一方面往往使有机毒物水溶性和生物转化的结果，一方面往往使有机毒物水溶性和极性增加易于排出体外；另一方面也会改变有机毒极性增加易于排出体外；另一方面也会改变有机毒物的毒性，多数是毒性减小，少数毒性反而增大。物的毒性，多数是毒性减小，

57、少数毒性反而增大。环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-73Lipophilic,poorly water-Soluble,unmetabolized Xenobiotic substanceCytochrome P450Enzyme systemXenobioticCompoud,Often PhaseI recationproductCarboxyl:Hydroxyl:OHHalogen: F,Cl,Br,IEpoxide:Amino:COOHNHHOCC+Endogenous conjugation agentConjugat

58、ion productnHigher polaritynGreater water solubilitynMore easily eliminatedProduct that is more Water-soluble and reactiveEpoxide:Hydroxide:-OHSulfhydryl:-SHHydroxylamine:othersFunctional groups that react with a conjugating agentPhase I reactionPhase I reactionPhasePhase reaction reaction环境化学环境化学 第

59、五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-74 1.1.氧化反应类型氧化反应类型 （1）混合功能氧化酶加氧氧化）混合功能氧化酶加氧氧化 C=C 环氧化环氧化 C羟基化羟基化 氧脱烃氧脱烃 硫脱烃、硫硫脱烃、硫 - 氧化及脱硫氧化及脱硫 N脱烃、氮脱烃、氮 - - 氧化及脱氮氧化及脱氮（2）脱氢酶脱氢氧化）脱氢酶脱氢氧化 醇氧化成醛醇氧化成醛 醇氧化成酮醇氧化成酮 醛氧化成羧酸醛氧化成羧酸（3）氧化酶氧化）氧化酶氧化环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-75 （1 1）混合功能氧化酶加氧氧化混合功

60、能氧化酶加氧氧化混合功能氧化酶又称单混合功能氧化酶又称单加氧酶，功能是利用细胞内加氧酶，功能是利用细胞内的分子氧，将其中的一个氧的分子氧，将其中的一个氧原子与有机底物结合，使之原子与有机底物结合，使之氧化，而使另一个氧原子与氧化，而使另一个氧原子与氢原子结合成水。在该过程氢原子结合成水。在该过程中，细胞色素中，细胞色素P450酶起着关酶起着关键作用。活性部位是键作用。活性部位是铁卟啉铁卟啉的的Fe，它在，它在+2与与+3价态间进价态间进行变换行变换。两个电子是由NADPHH传递来的。-环境化学环境化学 第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的运动过程及毒性运动过程及毒性5-76Fro