环境化学 第五章

1、Whoever saves one life, Saves the entire world生物体内污染物质的运动过程及毒性 污染物的生物富集、放大和积累污染物的生物富集、放大和积累耗氧和有毒有机物的微生物降解耗氧和有毒有机物的微生物降解元素的微生物转化元素的微生物转化微生物对污染物的转化速率微生物对污染物的转化速率毒物的毒性、联合作用毒物的毒性、联合作用本章重点本章重点教学要求教学要求 第一节第一节 物质通过生物膜的方式物质通过生物膜的方式生物膜主要是由磷脂双分子层和蛋白质镶嵌组成的生物膜主要是由磷脂双分子层和蛋白质镶嵌组成的、厚度为75-100的流动变动复杂体。在磷脂双分子层中，亲水的极性

2、基因排列于内外两面，疏水的烷链端伸向内侧，所以，在双分子层中央存在在双分子层中央存在一个疏水区，生物膜是类脂层屏障。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膜上镶嵌的蛋白质的亲水端也都露在双分子层的外表面。的外表面。一、生物膜的结构一、生物膜的结构(Constitution of Biological Membrane)l1.膜孔滤过膜孔滤过：直径小于膜孔的水溶性物质，可借助膜两侧静水压及渗透压静膜孔滤过。l 2.被动扩散被动扩散： 式中： 物质膜扩散速率；x 膜厚度； c膜两侧物质的浓度梯度；A扩散面积； D扩散系数。xcDAdtdQdtdQl3.被动易化扩散

3、被动易化扩散：有些物质可在高浓度侧与膜上特异性蛋白质载体结合，通过生物膜，至低浓度侧解离出原物质，这一转运称为被动易化扩散。l 4.主动运输主动运输：在需消耗一定的代谢能量下，一些物质可在低浓度侧与膜上高浓度特异性蛋白质载体结合，通过生物膜，至高浓度侧解离出原物质叫主动运输。l 5.胞吞和胞饮胞吞和胞饮：少数物质与膜上某种蛋白质又特殊亲和力，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，固体物质的这一转运称为胞吞，而液体物质的这一转运称为胞饮。第二节第二节 污染物质在机体内的转运污染物质在机体内的转运 (Transport of Pollutant in Bod

4、ies)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。 吸收是污染物质从机体外，通过各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。种途径通透体膜进入血液的过程。 一、吸收一、吸收 (Adsorption)消化管消化管是吸收污染物质最主要的途径；呼吸管呼吸管是吸收大气污染物的主要途径；皮肤皮肤吸收是不少污染物质进入机体的途径；二、分布二、分布 (Distribution) 分布是指污染物质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。 在污染物质的分布过程中，污

5、染物质的转运以被动扩散为主。 脂溶性污染物质易于通过生物膜，组织血流速度是分布的限速因素。 三、排泄三、排泄(Excretion) 排泄是污染物质及其代谢物质向机体外的转运过程。排泄器官以肾和肝胆为主。1、肾排泄(Renal Excretion)2、肝胆系统的胆汁排泄(Biliary Excretion)3、肠道排泄(Enterohepatic Excretion)l肾排泄肾排泄是污染物质通过肾随尿而排出的过程。l肾排泄是污染物质的一个主要排泄途径。l污染物质的另一个重要排泄途径，是肝胆系统的胆汁排泄。l 胆汁排泄胆汁排泄是指主要由消化管及其他途径吸收的污染物质，经血液到达肝脏后，以原物或其代

6、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。 四、蓄积四、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。l蓄积量是吸收、分布、代谢转化和排泄各量的代数和。 l 机体的主要蓄积部位是血浆蛋白、脂肪 组织和骨酪。l 污染物质常与血浆蛋白结合而蓄积。l 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。 生物富集生物富集(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

7、物浓缩系数生物浓缩系数(Bioconcentration Factor) ：BCF=cb/ce影响生物浓缩系数的有关因素：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：水生生物富集速率方程为：tkkckctkkkkckceewafeggewaf)exp(1)exp(1eawfgeawfkkccBCFkkkccBCF生物浓缩系数：生物浓缩系数：二、生物放大二、生物放大(Biomagnification)生物放大：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

8、大的现象。生物放大并不是在所有条件下都能发生 三、生物积累三、生物积累 (Bioaccumulation Process)生物积累：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：水生生物的积累微分速率方程：igieiiiiiiwaiickkcwackdtdc)(11,1,当dci /dt=0时，有： ci=cwi+ci第四节第四节 污染物质的生物转化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

9、解；3、若干重金属和非金属元素的微生物转化本节重点：本节重点：一、生物转化中的酶一、生物转化中的酶(Enzyme in Biotransformation)酶酶(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。酶催化作用的特点：酶催化作用的特点： 1、催化专一性高 2、酶催化效率高 3、酶催化需要温和的外界条件二、若干重要辅酶的功能二、若干重要辅酶的功能(Effect of Some Important Coenzyme)1、FMN和FAD2、NAD+和NADP +3、辅酶Q4、细胞色素酶系的辅酶5、辅酶A其作用是在酶促反应中担任递氢任务其作用是在酶

10、促反应中担任递氢任务,其作用见下图其作用见下图细胞色素酶系的辅酶主要有细胞色素细胞色素酶系的辅酶主要有细胞色素b、c1、c、a和和a3等几种在反应中担当等几种在反应中担当传递传递电子作用电子作用，见下图，见下图 +ecytnFe3+ cytnFe2+ -e辅酶辅酶A是一种转移酶的辅酶，在酶促反是一种转移酶的辅酶，在酶促反应中起着应中起着传递酰基传递酰基的作用的作用CoASH + CH3CO+ CH3COSCoA + H+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 Transfor Process in Biological Oxidation)生物氧化生物氧化(Bi

11、ological Oxidation ):指有机物质在指有机物质在机体细胞内的氧化，并伴随有能量的释放。机体细胞内的氧化，并伴随有能量的释放。放出的能量主要通过二磷酸腺苷与正磷酸放出的能量主要通过二磷酸腺苷与正磷酸合成三磷酸腺苷而被暂时存放。合成三磷酸腺苷而被暂时存放。 O O O腺苷OPOPOH + HOPOH +能量 OH OH OH O O O 腺苷OPOPOPOH + H2O OH OH OH腺苷部分的结构间下图腺苷部分的结构间下图 氢传递过程的几种分类氢传递过程的几种分类(Classification of Hydrogen Transfor Process) 四、耗氧有机污染物质的

12、微生物降解四、耗氧有机污染物质的微生物降解(Microbial Degradation of Oxygen-Consuming Organic Pollutant)耗氧有机污染物质耗氧有机污染物质(Oxygen-Consuming Organic Pollutant ):是生物残体、排放是生物残体、排放废水和废弃物中的糖类、脂肪和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蛋白质等较易生物降解的有机物质。质。生物降解生物降解(Biodegradation)1、糖类的微生物降解、糖类的微生物降解( Microbial Degradation of Carbohydrate) C12H

13、22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6 蔗糖 葡萄糖 果糖C6H12O6 + 2NAD+ 2CH3COCOOH + 2NADH + 2H+ 葡萄糖酵解总反应式：葡萄糖酵解总反应式：a.有氧氧化有氧氧化 CH3COCOOH + NAD+ + CoASH CH3COSCoA+ NADH+H+ CO2 O CH2COOH CH3COSCoA + C-COOH + H2O HO-C-COOH + CoASH CH2COOH CH2COOH O CH2COOH -H2O CHCOOH +H2O CH(OH)COOH -2H CH2COOH C-COOH C(OH)COOH C-COO

14、H CHCOOH CHCOOHCH2COOH CH2COOH CH2COOH CH2COOH C=O COOH草酰乙酸草酰乙酸 柠檬酸柠檬酸 顺乌头酸顺乌头酸 异柠檬酸异柠檬酸 草酰琥珀酸草酰琥珀酸 -2H -CO2 COOH +2 H2O -2H -2H、- CO2 CH2CH(OH)COOH CHCOOH CH2COOH CH2CH2COOH CHCOOH CH2COOH + H2O C=O COOH 苹果酸苹果酸 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 -酮戊二酸酮戊二酸 三羧酸循环三羧酸循环 总反应为：总反应为：CH3COCOOH + 2.5 O2 3CO2 + 2H2O丙酮酸受到完全氧化丙酮

15、酸受到完全氧化b)无氧氧化无氧氧化 厌氧乳酸菌CH3COCOOH+2H CH3CH(OH)COOH CH3COCOOH CO2 + CH3CHO CH3CHO + 2H CH3CH2OH 兼性厌氧CH3COCOOH+2H CO2 + CH3CH2OH 酵母菌 2、脂肪的微生物降解、脂肪的微生物降解(Microbial Degradation of Fat)降解途径：CH2OOCR1 CH2OH R1COOH CHOOCR2 + 3H2O CHOH + R2COOHCH2OOCR3 CH2OH R3COOHCH2OHCHOH CH3COCOOH + 4HCH2OH(Transformation

16、of Fatty Acid) 在有氧氧化条件下，饱和脂肪酸通常经过酶促 氧化途径变成脂酰辅酶A和乙酰辅酶A。饱和脂肪酸饱和脂肪酸 氧化途径简要图示氧化途径简要图示 CoASH H2ORCH2CH2COOH RCH2CH2COSCoA FAD FADH2 RCH=CHCOSCoA H2O RCH(OH)CH2COSCoA NAD+ NADH+H+ RC(O)CH2COSCoA CoASH CH3COSCoA + RCOSCoACH3(CH2)16COOH + 26O2 18CO2 + 18H2O 无氧氧化条件下，脂肪酸通过酶促反应，往往以其转化的中间产物作受氢体而被不完全氧化，形成低级的有机酸、

17、醇和二氧化碳等。3、蛋白质的微生物降解、蛋白质的微生物降解 (Microbial Degradation of Protein)蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构肌红蛋白的三级结构肌红蛋白的三级结构血红蛋白的四级结构血红蛋白的四级结构基本途径：基本途径：1）蛋白质水解成氨基酸2）氨基酸脱氨成脂肪酸）氨基酸脱氨成脂肪酸 NH2 OH R-C-COOH +H2O R-C-COOH + NH3 H H NH2R-C-COOH + O2 RCOOH + NH3 + CO2 H有氧氧化有氧氧化 (Aerobic

18、 Oxidation)： NH2R-C-COOH + 2H RCH2COOH + NH3 H NH2R-C-COOH RCH=CHCOOH + NH3 H无氧氧化无氧氧化 (Anaerobic Oxidation)4、甲烷发酵、甲烷发酵CH3COOH CH4 + CO2CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O糖类糖类 葡萄糖葡萄糖 丙酮酸丙酮酸 乙酰辅酶乙酰辅酶A 蛋白质蛋白质低级低级 醇醇 CO2有机酸有机酸 草酰乙酸草酰乙酸 柠檬酸柠檬酸 氨基酸氨基酸 脂肪酸脂肪酸 延胡索酸延胡索酸 三羧酸循环三羧酸循环 异柠檬酸异柠檬酸 NH3脂肪脂肪 琥珀酸琥珀酸 -酮戊二酸酮戊二酸 五、有毒有机污染

19、物质生物转化类型五、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：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 3）氧化酶氧化1）混合功能氧化酶加氧氧化）混合功能氧化酶加氧氧化碳双键环氧化碳双键环氧化R1CH=CHR2 + O R1CH CHR2 O+ O O 碳羟基化碳羟基化 CH3(CH2)nCH3 + O CH3(CH2)nCH2OH-CH2(CH2)2CH3 + O -CH2(CH2)2CH2

20、OH 氧脱烃氧脱烃R-O-CH3 + O ROH + HCHO-O-CH2R -OH+ O + RCHO硫脱烃、硫硫脱烃、硫-氧化及脱硫氧化及脱硫R-S-CH3 + O R-SH + HCHOR1-S-R2 + O R1-S-R2 O O + O R1-S-R2 O RNH-CH3 + O RNH2 + HCHO R1 R1 CH-NH2 + O C=NOH + H2O R2 R2RCH2NH2 + O RCHO + NH3 氮脱烃、氮氧化及脱氮氮脱烃、氮氧化及脱氮2）脱氢酶脱氢氧化）脱氢酶脱氢氧化(Dehydrogen Oxidation of Dehydrogenase)醇氧化成醛醇氧化成

21、醛HRCHOOHRCH22HCHORRCHOHRR22121HRCOOHOHCHOR221醇氧化成酮醇氧化成酮醛氧化成羧基醛氧化成羧基3）氧化酶氧化）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：HNHRCHOOHNHRCH23222 2、还原反应类型、还原反应类型(Types of Reduction Reaction) 1）可逆脱氢酶加氢还原）可逆脱氢酶加氢还原R1 R1 C=O +2H CHOHR2 R2 2）硝基还原酶还原）硝基还原酶还原(Reduction of Nitrate Reductase)

22、3）偶氮还原酶还原）偶氮还原酶还原(Reduction of Ozo-reductase)4）还原脱氯酶还原）还原脱氯酶还原(Reduction of Dechlorination Reductase)3、水解反应类型、水解反应类型(Types of hydrolysis Reaction) OHRRCOOHOHRCOOR21）羧酸酯酶使脂肪簇脂水解）羧酸酯酶使脂肪簇脂水解2）芳香酯酶使芳香簇脂水解）芳香酯酶使芳香簇脂水解3）磷酯酶使磷酸酯水解）磷酯酶使磷酸酯水解4）酰胺酶使酰胺水解）酰胺酶使酰胺水解4、若干重要结合反应类型、若干重要结合反应类型 1）葡萄糖醛酸结合 2）硫酸结合 3）谷胱甘肽

23、结合1、有毒有机物质生物转化反应类型；、有毒有机物质生物转化反应类型；2、微生物降解、微生物降解(Microbial Degradation)；3、耗氧有机污染物质、耗氧有机污染物质(Oxygen-consuming Organic Pollutant)的微生物降解。的微生物降解。复习复习六、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)1、烃类、烃类 (Hydrocarbons) 1）正烷烃的降解 C原子数大于1的正烷烃，其降解途径以烷烃末端氧化最为常见。 加氧酶加氧酶CH3

24、(CH2)nCH2CH3 CH3(CH2)nCH2CH2 OH 脱氢酶脱氢酶 CH3(CH2)nCH2CHO 水化酶水化酶 CH3(CH2)nCH2CH(OH)2 脱氢酶脱氢酶 CH3(CH2)nCH2COOH 脂肪酸脂肪酸-氧化氧化TCA循环循环 CO2 + H2O 烷烃末端氧化降解过程烷烃末端氧化降解过程甲烷甲烷(Methane)降解途径降解途径CH4 CH3OH HCHO CO2 + H2O HCOOH 主要是烯的饱和末端氧化，再经与正烷烃主要是烯的饱和末端氧化，再经与正烷烃（碳数（碳数 ）相同的途径成为不饱和脂肪酸；）相同的途径成为不饱和脂肪酸；或者是烯的不饱和末端双键环氧化成为环氧化

25、或者是烯的不饱和末端双键环氧化成为环氧化合物，再经开环所成的二醇至饱和脂肪酸，然合物，再经开环所成的二醇至饱和脂肪酸，然后通过后通过-氧化进入三羧酸循环，降解成二氧氧化进入三羧酸循环，降解成二氧化碳和水。化碳和水。2）烯烃的微生物降解途径）烯烃的微生物降解途径 (Microbial Degradation of Alkene)加氧酶加氧酶 HOCH2(CH2)nCH=CH2CH3(CH2)nCH=CH2 加氧酶加氧酶 CH3(CH2)nCHCH2 O系列酶促反应系列酶促反应 HOOC(CH2)nCH=CH2水化酶水化酶 CH3(CH2)nCHCH2 CH3(CH2)nCH2 COOH OH O

26、H 脂肪酸脂肪酸-氧化氧化TCA循环循环 CO2 + H2O烯烃微生物降解途径烯烃微生物降解途径3）苯的微生物降解途径）苯的微生物降解途径 (Microbial Degradation of Benzene)烃类化合物微生物降解难易程度比较烃类化合物微生物降解难易程度比较1、烯烃最易降解，烷烃次之，芳烃较难，多环芳烃更难，脂环烃最为困难。2、在烷烃中，正构烷烃比异构烷烃容易降解，直链烷烃比支链烷烃容易降解。3、在芳香类中，苯的降解要比烷基苯类及多环化合物困难。 2 2、农药的降解、农药的降解 (Degradation of Pesticides) 1 1）苯氧乙酸的降解）苯氧乙酸的降解H2C-

27、C-O-CH2CH3 H2C-C-OH O O O O CO2、H2O -Cl +H2O - Cl + HO-CH2CH3水解酶水解酶 Cl Cl CO2、H2O、Cl-2 2）有机磷杀虫剂对硫磷的可能）有机磷杀虫剂对硫磷的可能降解途径降解途径2 52(C H O) PO2NO S 对硫磷对硫磷 (Parathion) 2 52(CHO)P O2NO S2 52(CHO)P O2NO O对硫磷对硫磷 对氧磷对氧磷 化学家米勒，于1948 年接受了诺贝尔生理和医学奖，其获奖理由是：发现DDT 作为接触性杀虫剂对一些节肢动物的极大灭杀效果（for his discovery of the high

28、 efficiency of DDT as a contact poison against several arthropods）。 1962 年，美国女海洋生物学家雷切尔.卡逊出版了世界上最负盛名的环境保护科普读物寂静的春天3 3）DDTDDT的降解的降解 HCl C Cl C Cl Cl Cl DDT在微生物还原脱氯酶作用下，脱氯和脱氯化氢DDTDDT的主要降解途径的主要降解途径 (b)三氯杀螨醇三氯杀螨醇DDT DDE (a) (b)FW-152 DDD DDMU (a) (b) DDMS DDNU (a) ODDOH DDNS ODDA(a)(a)：还原脱氯酶脱氯：还原脱氯酶脱氯 (

29、b)：还原脱氯酶脱氯化氢：还原脱氯酶脱氯化氢七、氮及硫的微生物转化七、氮及硫的微生物转化 1）氮的主要形态： （1）分子氮 （2）生物体内的蛋白质、核酸等有机氮化合物，以及生物残体变成的各种有机氮化合物 （3）铵盐、硝酸盐等无机氮化合物1、氮的微生物转化、氮的微生物转化同化：同化：绿色植物和微生物吸收硝态氮和铵态氮，组成机体中蛋白质、核酸等含氮有机物质的过程。氨化氨化(Ammoniation)：生物残体中的有机氮化合物，经微生物分解成氨态氮的过程。 2NH3 + 3O2 2H+ + 2NO2- + 2H2O + 能量能量 2NO2- + O2 2NO3- + 能量能量硝化硝化(Nitrific

30、ation)：氨在有氧条件下通氨在有氧条件下通过微生物作用过微生物作用,氧化成硝酸盐的过程。氧化成硝酸盐的过程。硝酸盐在通气不良条件下，通过微生物作硝酸盐在通气不良条件下，通过微生物作用而还原的过程。用而还原的过程。HNO3 + 2H HNO2 + H2O（1）硝酸盐还原成亚硝酸）硝酸盐还原成亚硝酸2 2）反硝化）反硝化(Denitrification)（2）硝酸盐还原成氮气）硝酸盐还原成氮气 2H N2 （逸至大气） - 2H2O 4H 4H 2H 2HNO3 2HNO2 2HNO -H2O -2H2O -2H2O N2O （逸至大气） -H2O （3）硝酸盐还原成亚硝酸盐和氨）硝酸盐还原成

31、亚硝酸盐和氨 2H 2H 2HHNO3 HNO2 HNO NH(OH)2 NH2OH -H2O -H2O H2O -H2O 2H -H2O NH3固氮固氮(Nitrogen Fixation)：通过微生物的作通过微生物的作用把分子氮转化为氨的过程。用把分子氮转化为氨的过程。3 CH2O + 2N2 + 3H2O + 4H+ 3CO2 + 4NH4+2、硫的微生物转化、硫的微生物转化(Microbial Degradation of Sulfur) 硫是生命所需的元素。硫在环境中硫是生命所需的元素。硫在环境中有单质硫、无机硫化合物、有机硫化合有单质硫、无机硫化合物、有机硫化合物三种存在形态。这些

32、硫形态可在微生物三种存在形态。这些硫形态可在微生物及其他生物作用下进行相互转化。物及其他生物作用下进行相互转化。 细菌细菌HS-CH2-CH-COOH CH3-C-COOH + H2SO4 + NH4+ NH2 O 细菌细菌HS-CH2-CH-COOH CH3-C-COOH + H2S + NH3 NH2 O微生物降解半胱氨酸微生物降解半胱氨酸硫化硫化(Sulfurization)2H2S + O2 2H2O + 2S2S + 3O2 + 2H2O 2H2SO4Na2S2O3 + 2O2 + H2O Na2SO4 + H2SO4硫化氢、单质硫等在微生物作用下氧化硫化氢、单质硫等在微生物作用下氧

33、化 生生成硫酸。成硫酸。反硫化反硫化(Desulfurization) : :硫酸盐、亚硫酸盐硫酸盐、亚硫酸盐等在微生物作用下还原生成硫化氢等在微生物作用下还原生成硫化氢。C6H12O6 + 3H2SO4 6CO2 + 3H2S(葡萄糖）葡萄糖）2CH3CH(OH)COOH + H2SO4 （乳酸）（乳酸） 2CH3COOH + H2S + 2H2O + 2CO2八、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)1、汞、汞 (Mercury)汞的环境化学行为：汞的环境化学行为：（1）汞及其化合物有较大挥发性）汞

34、及其化合物有较大挥发性（2）汞的氧化还原电位较高）汞的氧化还原电位较高（3）胶体对汞有强烈的吸附作用）胶体对汞有强烈的吸附作用（4）汞的甲基化）汞的甲基化 氧化作用氧化作用 Hg Hg22+ + Hg2+ 歧化作用歧化作用 Hg22+ Hg2+ + Hg 微生物作用微生物作用 Hg2+ Hg汞的三种价态间的相互转化：汞的三种价态间的相互转化：在好氧或厌氧条件下，水体底质中某在好氧或厌氧条件下，水体底质中某些微生物能使二价无机汞盐转变为甲基些微生物能使二价无机汞盐转变为甲基汞和二甲基汞的过程。汞和二甲基汞的过程。汞的生物甲基化汞的生物甲基化(Methylation)CH3Co3+Bz 甲基钴氨素

35、简式甲基钴氨素简式汞的生物甲基化途径汞的生物甲基化途径生物作用还原转化汞生物作用还原转化汞HClHgHHgClCHHgHHgCHHClCHHgHHgClCH2222)(22423432、砷、砷 (Arsenic) 不同形态的砷毒性可以有较大差异。不同形态的砷毒性可以有较大差异。 毒性顺序：毒性顺序： As2O3CH3AsO(OH)2 (CH3)2AsO(OH) 高毒高毒 毒毒 毒毒 (CH3)AsO (CH3)3As+CH2COO- 无毒无毒 无毒无毒 砷的微生物甲基化砷的微生物甲基化AsCHAsOCHOHAsCHOHAsOCHOHAsCHOHAsOCHAsOHAsOHeCHeCHeCHe33

36、233232232322333243333)()()()( 九、污染物质的生物转化速率九、污染物质的生物转化速率(Biological Transformation Velocity of Pollutant)、酶促反应的速率、酶促反应的速率 (Velocity of Enzymatic Reaction) k1 k3E + S ES E + P k2v=vmaxS/(Km+S)vvmax0s酶浓度一定时酶促反应速率与底物浓度关系酶浓度一定时酶促反应速率与底物浓度关系1/v1/vmax斜率斜率=Km/ vmax1/s2 2）影响酶促反应速率的因素）影响酶促反应速率的因素 （1）pH的影响 （2

37、）温度的影响 （3）抑制剂的影响1/v1/vmax1/s存在抑制存在抑制不存在抑制不存在抑制竞争性抑制竞争性抑制1/v1/s存在抑制存在抑制不存在抑制不存在抑制1/vmax1/vmax(1+I/Ki)非竞争性抑制非竞争性抑制2、微生物反应的速率、微生物反应的速率(Velocity of Microbiological Reaction)（1）微生物反应速率方程）微生物反应速率方程 -dc/dt=kcn c污染物质浓度污染物质浓度 k微生物反应速率常数微生物反应速率常数 n反应级数反应级数 通常，通常，1 n 0 若在好氧微生物作用下，耗氧有机污染若在好氧微生物作用下，耗氧有机污染物质在水中的生

38、物耗氧总反应为：物质在水中的生物耗氧总反应为：10CaHbOc+(5a+2.5b-5c)O2+aNH3 aC5H7NO2+5aCO2-(2a-5b)H2OCaHbOc作为微生物碳源和能源的耗氧有机物质作为微生物碳源和能源的耗氧有机物质 的分子通式的分子通式 C5H7NO2 生物细胞粗略组成生物细胞粗略组成 这一反应的速率常用一级反应速率微分方这一反应的速率常用一级反应速率微分方程描述：程描述：-dL/dt=kL 积分得： L=L0e-kt式中： Lt瞬时耗氧有机物质在水中的浓度（BOD)； L0耗氧有机物质在水中的起始浓度（BOD)； k耗氧有机物质的微生物反应速率常数。 大多数有机污染物质和

39、某些无机污染大多数有机污染物质和某些无机污染物质在水中的微生物转化速率，都遵守二物质在水中的微生物转化速率，都遵守二级反应动力学规律，其微分方程为：级反应动力学规律，其微分方程为： -dS/dt=kbBS式中：式中：S水中污染物质浓度；水中污染物质浓度； B水中微生物浓度；水中微生物浓度； kb 二级反应速率常数。二级反应速率常数。河段水中氨氮的硝化速率：河段水中氨氮的硝化速率： dY/dt=-dS/dt= kbBS式中：式中： t河段水横断面沿程时间河段水横断面沿程时间 Y河段水横断面中被硝化的氨氮浓度河段水横断面中被硝化的氨氮浓度 S河段水横断面中氨氮浓度河段水横断面中氨氮浓度 B河段水横

40、断面中起硝化作用的微生物浓度河段水横断面中起硝化作用的微生物浓度 kb相应的二级反应速率常数相应的二级反应速率常数（2）影响微生物反应速率的因素）影响微生物反应速率的因素 环境中污染物质的微生物转化速率，环境中污染物质的微生物转化速率，决定于物质的结构特征和微生物本身的特决定于物质的结构特征和微生物本身的特征，同时也与环境条件有关。征，同时也与环境条件有关。 有机物质化学结构对有机污染物有机物质化学结构对有机污染物质微生物降解速率的影响呈现若干定质微生物降解速率的影响呈现若干定性规律：性规律：链长规律链长规律链分支规律链分支规律取代规律取代规律 温度 pH 值 营养物质 溶解氧 共存物质等环境

41、条件环境条件(Environmental Conditions)第五节第五节 污染物质的毒性污染物质的毒性(Toxicity of Pollutant)一、毒物一、毒物 (Toxicant) 毒物是进入生物机体后能使体液和组织发生毒物是进入生物机体后能使体液和组织发生生物化学的变化，干扰或破坏机体的正常生理功生物化学的变化，干扰或破坏机体的正常生理功能，并引起暂时性或持久性的病理损害，甚至危能，并引起暂时性或持久性的病理损害，甚至危及生命的物质。及生命的物质。毒物与非毒物之间并不存在绝对的界限二、毒物的毒性二、毒物的毒性 (Toxicity of Toxicant) 影响毒物毒性的因素：影响毒

42、物毒性的因素： 毒物的化学结构及理化性质毒物的化学结构及理化性质 毒物所处的基体因素毒物所处的基体因素 机体暴露于毒物的状况机体暴露于毒物的状况 生物因素生物因素 生物所处的环境生物所处的环境效应：效应：毒理学把毒物剂量（浓度）与引起个体生理学的变化，如脑电、心电、血象、免疫功能、酶活性等的变化称为效应。反应：反应：把引起群体的变化，如肿瘤或其他损害的发生率、死亡率等变化称为反应。100 50剂量剂量反（效）应强度（反（效）应强度（%）剂量剂量反（效）应曲线反（效）应曲线毒作用的分类毒作用的分类(Classification of Toxic action)：急性急性(Acute)慢性慢性(C

43、hronic)亚急（或亚慢）亚急（或亚慢） (Sub-acute)半数有效剂量半数有效剂量（ED50，median effective dose）半数有效浓度半数有效浓度（EC50，median effective concentration)半数致死剂量半数致死剂量（LD50，median lethal dose)半数致死浓度半数致死浓度（ LC50 ，median lethal concentration)阈剂量（浓度）阈剂量（浓度）(Threshold Dose)：是指在是指在长期暴露毒物下，会引起机体受损害的最低剂长期暴露毒物下，会引起机体受损害的最低剂量（浓度）。量（浓度）。最高允许

44、剂量（浓度）最高允许剂量（浓度）(Maximum Permissible Dose) ：是指长期暴露在毒物下，不引起机体是指长期暴露在毒物下，不引起机体受损害的最高剂量（浓度）。受损害的最高剂量（浓度）。三、毒物的联合作用三、毒物的联合作用(Complex-Action of Toxicant) 两种或两种以上的毒物，同时作用两种或两种以上的毒物，同时作用于机体所产生的综合毒性称为毒物的联于机体所产生的综合毒性称为毒物的联合作用。合作用。协同作用协同作用 (Synergism) 指联合作用的毒性，大于其中各个毒指联合作用的毒性，大于其中各个毒物成分单独作用毒性的总和。物成分单独作用毒性的总和。 M M1+M2相加作用相加作用 (Additive Effect) 指联合作用的毒性，等于其中各毒指联合作用的毒性，等于其中各毒物成分单独作用毒性的总和。物成分单独作用毒性的总和。M=M1+M2独立作用独立作用 (Independent Effect) 各毒物对机体的侵入途径、作用部位、各毒物对机体的侵入途径、作用部位、作用机理等均不相同，因而在其联合作用作用机理等均不相同，因而在其联合作用中各毒物生物学效应彼此无关、互不影响。中各毒物生物学效应彼此无关、互不影响。M