第二章 污染物对生物的影响

1、第二章第二章 污染物对生物的影响污染物对生物的影响 生物系统的各级生物学水平生物系统的各级生物学水平生物分子生物分子 细胞器细胞器 细胞细胞 组织组织 器官器官 器官系统器官系统 个体个体 种群种群 群落群落 生态系统生态系统第一节第一节 污染物在生物化学污染物在生物化学和分子水平上的影响和分子水平上的影响污染物污染物环境（迁移、扩散、环境（迁移、扩散、分布、转化）分布、转化）生物体生物体转化转化解毒作用解毒作用增毒作用增毒作用积累积累排出体外排出体外防护性生防护性生化反应化反应对生物机对生物机体伤害体伤害非防护性非防护性生化反应生化反应污染物进入机体后导致的生物化学变化包括：防污染物进入机体

2、后导致的生物化学变化包括：防护性生化反应和非防护性生化反应护性生化反应和非防护性生化反应作用类型作用类型例子例子后果后果防护性防护性混合功能氧化酶的诱混合功能氧化酶的诱导导加快新陈代谢，生成水溶性代加快新陈代谢，生成水溶性代谢物，从而加速排泄谢物，从而加速排泄金属硫蛋白的生成金属硫蛋白的生成增加对金属的束缚速度，从而增加对金属的束缚速度，从而降低金属的生物利用率降低金属的生物利用率非防护性非防护性乙酰胆碱酯酶的抑制乙酰胆碱酯酶的抑制作用作用50以上因抑制而产生可见的以上因抑制而产生可见的毒性效应毒性效应DNA加合物的生成加合物的生成若导致突变会发生损害作用若导致突变会发生损害作用表表21 对污

3、染物的防护性和非防护性生化反应对污染物的防护性和非防护性生化反应污染物进入生物机体后，一方面在酶的催化下污染物进入生物机体后，一方面在酶的催化下进行代谢转化，另一方面导致酶活性改变，许进行代谢转化，另一方面导致酶活性改变，许多污染物的毒理作用是基于与酶的相互作用多污染物的毒理作用是基于与酶的相互作用污染物的污染物的毒理作用毒理作用酶酶数量：数量：诱导诱导和阻遏和阻遏活性：激活和活性：激活和抑制抑制一、对生物机体酶的影响一、对生物机体酶的影响(一一) 酶活性的诱导（酶活性的诱导（Induction）环境污染物能诱导生物机体酶，包括药物、杀环境污染物能诱导生物机体酶，包括药物、杀虫剂（有机氯、有机

4、磷）、多氯联苯、多环芳虫剂（有机氯、有机磷）、多氯联苯、多环芳烃、表面活性剂、增塑剂、染料等烃、表面活性剂、增塑剂、染料等有机亲脂性化合物有机亲脂性化合物诱导作用是增加酶的合成速度，或降低酶蛋白诱导作用是增加酶的合成速度，或降低酶蛋白的分解的分解诱导作用发生在转录水平诱导作用发生在转录水平，主要是，主要是操纵基因的操纵基因的去阻遏作用（去阻遏作用（Depression）环境污染物诱导环境污染物诱导l谷胱甘肽过氧化酶（谷胱甘肽过氧化酶（GPx）:O3、NO2、SO2l超氧化物歧化酶（超氧化物歧化酶（SOD）：）：O3、H2O2lPAH过氧化氢酶过氧化氢酶(Ct)： 农药、农药、 PAH(一一)

5、酶活性的诱导（酶活性的诱导（Induction）1. 混合功能氧化酶（混合功能氧化酶（MFO）污染物在体内进行生物转化相污染物在体内进行生物转化相过程中的关键酶系过程中的关键酶系电子传递系统，存在于大多数组织的细胞内质网上，肝脏中的活电子传递系统，存在于大多数组织的细胞内质网上，肝脏中的活性较其他组织中活性要高性较其他组织中活性要高组成包括：细胞色素组成包括：细胞色素P450，NADPH细胞色素细胞色素P450还原酶和磷脂还原酶和磷脂活性诱导剂：药物诱导剂苯巴比妥型，致癌物诱导剂甲基胆活性诱导剂：药物诱导剂苯巴比妥型，致癌物诱导剂甲基胆蒽型，甾族诱导剂蒽型，甾族诱导剂(一一) 酶活性的诱导（酶

6、活性的诱导（Induction）2. 抗氧化防御系统酶抗氧化防御系统酶活性氧（活性氧（Activiated Oxygen）l带有带有23个电子的分子氧还原产物，主要有：个电子的分子氧还原产物，主要有：OH、O2、H2O2活性氧的控制和消除活性氧的控制和消除l由体内产生的活性氧可为抗氧化防御系统控制，消除活性氧对机体的伤害作用由体内产生的活性氧可为抗氧化防御系统控制，消除活性氧对机体的伤害作用l某些污染物如多环芳烃、多氯联苯可在生物体内进行生物转化时产生大量活性某些污染物如多环芳烃、多氯联苯可在生物体内进行生物转化时产生大量活性氧。在一定范围内，这些活性氧可被体内的抗氧化防御系统清除，但当体内的

7、氧。在一定范围内，这些活性氧可被体内的抗氧化防御系统清除，但当体内的抗氧化防御系统不能消除这些活性氧时，它们可使抗氧化防御系统不能消除这些活性氧时，它们可使DNA链断裂、脂质过氧化、链断裂、脂质过氧化、酶蛋白失活等，从而引起机体氧化应激或氧毒性酶蛋白失活等，从而引起机体氧化应激或氧毒性抗氧化防御系统酶抗氧化防御系统酶l超氧化物歧化酶（超氧化物歧化酶（SOD）l谷胱甘肽氧化酶（谷胱甘肽氧化酶（GPx）l过氧化氢酶（过氧化氢酶（Ct）(一一) 酶活性的诱导（酶活性的诱导（Induction）2. 抗氧化防御系统酶抗氧化防御系统酶超氧化物歧化酶（超氧化物歧化酶（SOD）SOD 属于金属酶，按照结合金

8、属离子种类不同，该酶有以下三种：属于金属酶，按照结合金属离子种类不同，该酶有以下三种：含铜与锌超氧化物歧化酶（含铜与锌超氧化物歧化酶（CuZnSODs）、含锰超氧化物歧化酶）、含锰超氧化物歧化酶（MnSODs）和含铁超氧化物歧化酶（）和含铁超氧化物歧化酶（FeSODs）。三种）。三种 SOD 都催都催化超氧化物阴离子自由基歧化为过氧化氢与氧气化超氧化物阴离子自由基歧化为过氧化氢与氧气 (一一) 酶活性的诱导（酶活性的诱导（Induction）铜锌超氧化物歧化酶铜锌超氧化物歧化酶 3. 谷胱甘肽转移酶（谷胱甘肽转移酶（GSTs）谷谷胱胱甘甘肽肽转移酶转移酶 (Glutathione Transf

9、erases，GST) 是污是污染物在体内生物转化相染物在体内生物转化相过程中的重要酶过程中的重要酶 , 具有许多具有许多同同工工酶酶生生理作用是与不同的亲电性化合物或一些相理作用是与不同的亲电性化合物或一些相代谢产代谢产物物结合结合 , 产生水产生水溶溶性化合物性化合物 , 易于排出体外易于排出体外 , 因此起到脱毒因此起到脱毒作用作用肝是脊椎动物中肝是脊椎动物中 GSTs的主要场的主要场所所(一一) 酶活性的诱导（酶活性的诱导（Induction）酶活性的抑制可分为酶活性的抑制可分为不可逆性抑制，非竞争性抑制不可逆性抑制，非竞争性抑制和和竞争性抑制竞争性抑制不可逆性抑制不可逆性抑制是由于污

10、染物与酶蛋白的活性中心功能基因不可逆性是由于污染物与酶蛋白的活性中心功能基因不可逆性结合引起的结合引起的非竞争性抑制非竞争性抑制是一种可逆性抑制，污染物与酶分子的结合位置不是是一种可逆性抑制，污染物与酶分子的结合位置不是底物的结合位置，因此增加底物浓度，不能使抑制作用逆转底物的结合位置，因此增加底物浓度，不能使抑制作用逆转竞争性抑制竞争性抑制的特点是，当底物浓度增加时，抑制作用减弱强弱取的特点是，当底物浓度增加时，抑制作用减弱强弱取决于抑制剂的浓度与底物浓度的相对比例决于抑制剂的浓度与底物浓度的相对比例有些污染物是有些污染物是通过生成中间代谢物抑制酶活性通过生成中间代谢物抑制酶活性，造成化学损

11、害，造成化学损害（二）酶的抑制作用（二）酶的抑制作用不可逆抑制不可逆抑制：污染物与酶蛋白的：污染物与酶蛋白的活性中心活性中心功能基团不功能基团不可逆结合可逆结合l有机磷农药对乙酰胆碱脂酶（有机磷农药对乙酰胆碱脂酶（AchE）的抑制）的抑制 AchE在神经系统信息传递中起重要作用。可去除体内多余的乙酰胆在神经系统信息传递中起重要作用。可去除体内多余的乙酰胆碱，保护神经传导的正常功能。有机磷化合物也是碱，保护神经传导的正常功能。有机磷化合物也是AchE的底物，占的底物，占据乙酰胆碱的作用部位，从而产生神经功能破坏，导致一系列中毒据乙酰胆碱的作用部位，从而产生神经功能破坏，导致一系列中毒反应反应l许

12、多重金属（许多重金属（Pb，Hg）也是通过与酶蛋白分子的活性部位的也是通过与酶蛋白分子的活性部位的半胱氨酸残基的半胱氨酸残基的SH结合，抑制酶的活性。如对氯汞苯甲酸结合，抑制酶的活性。如对氯汞苯甲酸对酶的抑制对酶的抑制（二）酶的抑制作用（二）酶的抑制作用可逆性抑制可逆性抑制l非竞争性抑制非竞争性抑制：污染物与酶分子的结合部位不是底物的结污染物与酶分子的结合部位不是底物的结合位置。酶可以同时与底物及污染物结合，二者之间没有竞争。合位置。酶可以同时与底物及污染物结合，二者之间没有竞争。增加底物浓度，抑制不能解除。这类污染物与酶活性中心以外增加底物浓度，抑制不能解除。这类污染物与酶活性中心以外的基团

13、结合，但这些基团对酶分子的活性很重要，帮助维持酶的基团结合，但这些基团对酶分子的活性很重要，帮助维持酶分子的构象。此类抑制游离状态的酶与污染物之间存在着一个分子的构象。此类抑制游离状态的酶与污染物之间存在着一个平衡，是可逆的平衡，是可逆的ES+IESIEI+SESI（二）酶的抑制作用（二）酶的抑制作用竞争性抑制竞争性抑制：污染物与底物结构类似，都能与酶结合，但：污染物与底物结构类似，都能与酶结合，但只能二者择一。当抑制剂与酶形成可逆复合物时不被酶代只能二者择一。当抑制剂与酶形成可逆复合物时不被酶代谢，酶反应速度下降。谢，酶反应速度下降。 如果增加底物浓度，抑制可解除如果增加底物浓度，抑制可解除

14、E+SESE+PE+IEI 磺胺类抗生素对二氢叶酸合成酶的抑制磺胺类抗生素对二氢叶酸合成酶的抑制 二氢叶酸是细菌正常分裂和繁殖必不可少的物质，但细菌不二氢叶酸是细菌正常分裂和繁殖必不可少的物质，但细菌不能直接利用外源的二氢叶酸，只能在二氢叶酸合成酶作用下，利能直接利用外源的二氢叶酸，只能在二氢叶酸合成酶作用下，利用对氨基苯甲酸合成二氢叶酸，磺胺类药物与对氨基苯甲酸结构用对氨基苯甲酸合成二氢叶酸，磺胺类药物与对氨基苯甲酸结构相似，可竞争性抑制二氢叶酸合成酶，影响二氢叶酸的合成，从相似，可竞争性抑制二氢叶酸合成酶，影响二氢叶酸的合成，从而抑制细菌的生长和繁殖而抑制细菌的生长和繁殖（二）酶的抑制作用

15、（二）酶的抑制作用（二）酶的抑制作用（二）酶的抑制作用1. 腺三磷酶（腺三磷酶（ATPase）生物体重要酶生物体重要酶，存在存在于所于所有的细胞中有的细胞中。在细胞供能活在细胞供能活动、离子平衡等过程中起重要作用动、离子平衡等过程中起重要作用ATPase 抑制已作为抑制已作为一项一项评价污染应评价污染应用用的指标的指标（二）酶的抑制作用（二）酶的抑制作用2. 乙酰胆碱酯酶（乙酰胆碱酯酶（AchE）在神经系统的信号传导中起重要作用在神经系统的信号传导中起重要作用有机磷农药和氨基甲酸酯农药对高等和低等动物的有机磷农药和氨基甲酸酯农药对高等和低等动物的AchE具有明显的抑制作用具有明显的抑制作用（二

16、）酶的抑制作用（二）酶的抑制作用3.-氨基乙酰丙酸脱氢酶（氨基乙酰丙酸脱氢酶（ALAD）存在存在于于许多组织的细胞质中许多组织的细胞质中 , 其生理作其生理作用在用在合成血红蛋白合成血红蛋白中中起重起重要要作用作用目目前把前把 ALAD 作作为一为一个敏感的指标个敏感的指标 , 应应 用于监测和评价用于监测和评价铅铅污染对污染对生态系统的影响生态系统的影响4. 蛋白磷酸酶（蛋白磷酸酶（PP）广泛存在于细广泛存在于细胞胞中中，对任何一种蛋白质进行脱磷酸化作用，对任何一种蛋白质进行脱磷酸化作用微囊藻毒素对蛋白磷酸酶的抑制微囊藻毒素对蛋白磷酸酶的抑制作作用用很强，很强，是迄今最强的蛋白磷是迄今最强的

17、蛋白磷酸酶抑制剂酸酶抑制剂污染物对生物大分子的影响主要表现在以下方面：污染物对生物大分子的影响主要表现在以下方面：干扰正常的受体干扰正常的受体配体的相互作用配体的相互作用l受体（受体（receptor）是许多组织细胞膜上的大分子成分，配体（）是许多组织细胞膜上的大分子成分，配体（ligand）是生物体内的一些具有生物活性的化学物。正常情况下，受体与配是生物体内的一些具有生物活性的化学物。正常情况下，受体与配体结合形成受体配体复合物，产生一定的生物学效应体结合形成受体配体复合物，产生一定的生物学效应生物膜损伤生物膜损伤l不少环境化学物通过改变膜脂流动性，影响膜的通透性和镶嵌蛋白不少环境化学物通过

18、改变膜脂流动性，影响膜的通透性和镶嵌蛋白质的活性，改变其结构和稳定性，从而产生生物效应质的活性，改变其结构和稳定性，从而产生生物效应干扰细胞内钙稳态干扰细胞内钙稳态l正常情况下细胞内的钙浓度较低（正常情况下细胞内的钙浓度较低（107108 mol/L），细胞外浓度），细胞外浓度较高（较高（103 mol/L ）。各种细胞毒物，如硝基酚、过氧化物、汞、铅）。各种细胞毒物，如硝基酚、过氧化物、汞、铅等重金属离子均能干扰细胞内钙稳态，引起细胞损伤和死亡等重金属离子均能干扰细胞内钙稳态，引起细胞损伤和死亡二、对生物大分子的影响二、对生物大分子的影响干扰细胞能量的合成干扰细胞能量的合成l一些环境污染物可

19、干扰糖类的氧化，使细胞不能合成能被生物利用一些环境污染物可干扰糖类的氧化，使细胞不能合成能被生物利用的的ATP，ATP使细胞生命活动得不到充足的能量供给使细胞生命活动得不到充足的能量供给脂质过氧化脂质过氧化(lipid peroxidation)与自由基与自由基 l脂质过氧化是细胞损伤的一种特殊方式，是由于产生了自由基而引脂质过氧化是细胞损伤的一种特殊方式，是由于产生了自由基而引起的，正常情况下，生物体内氧化、还原和酶促反应过程中，均可起的，正常情况下，生物体内氧化、还原和酶促反应过程中，均可产生少量自由基，可被体内存在的抗氧化物质（如维生素产生少量自由基，可被体内存在的抗氧化物质（如维生素C

20、、维生素、维生素E）所对抗。当大量污染物（自由基）进入机体，造成机体抗氧化作）所对抗。当大量污染物（自由基）进入机体，造成机体抗氧化作用失衡，即可发生脂质过氧化，对生物体造成危害用失衡，即可发生脂质过氧化，对生物体造成危害与生物大分子共价结合与生物大分子共价结合l共价结合可改变生物大分子的结构和功能，引起一系列生物学改变，共价结合可改变生物大分子的结构和功能，引起一系列生物学改变，特别是与酶蛋白、脂肪、核酸等重要生物大分子共价结合，能改变特别是与酶蛋白、脂肪、核酸等重要生物大分子共价结合，能改变其化学结构，影响其生理功能，甚至导致变性和细胞死亡其化学结构，影响其生理功能，甚至导致变性和细胞死亡

21、二、对生物大分子的影响二、对生物大分子的影响污染物及其活性代谢产物可污染物及其活性代谢产物可直接与生物大分子反应，共价结合直接与生物大分子反应，共价结合，如蛋白质、核酸、脂肪酸等，导致生物大分子的化学性损伤，从如蛋白质、核酸、脂肪酸等，导致生物大分子的化学性损伤，从而影响生物大分子的功能而影响生物大分子的功能污染物及其活性代谢产物作为生物合成的原料，掺入生物大分子，污染物及其活性代谢产物作为生物合成的原料，掺入生物大分子，导致生物大分子组成的功能性异常导致生物大分子组成的功能性异常如给动物大剂量的如给动物大剂量的D-半乳糖胺，半乳糖胺，D-半乳糖胺代谢物掺入糖蛋白及半乳糖胺代谢物掺入糖蛋白及糖

22、脂，产生细胞膜损害，最终发生动物肝损害糖脂，产生细胞膜损害，最终发生动物肝损害污染物及其活性代谢物还可抑制生物大分子的合成。例如蛋白质污染物及其活性代谢物还可抑制生物大分子的合成。例如蛋白质合成抑制、合成抑制、DNA合成抑制合成抑制二、对生物大分子的影响二、对生物大分子的影响1. 对蛋白质的影响对蛋白质的影响 化学损伤化学损伤： 污染物与蛋白分子的活性基团（污染物与蛋白分子的活性基团（OH，-NH2, -SH）结合，导致蛋白化学损伤）结合，导致蛋白化学损伤 诱导功能蛋白产生诱导功能蛋白产生，这些蛋白可以保护机体抵抗污染物的损，这些蛋白可以保护机体抵抗污染物的损害，是防护性生化反应害，是防护性生

23、化反应l金属硫蛋白金属硫蛋白：存在于胞浆中的一种低分子蛋白（：存在于胞浆中的一种低分子蛋白（67 KD），），对二价金属离子具有极高的亲和力，起储存必须微量金属对二价金属离子具有极高的亲和力，起储存必须微量金属（Zn、Cu）和结合有毒金属（）和结合有毒金属（Cd、Hg）的作用，与后者的）的作用，与后者的结合可保护细胞免受重金属的毒性影响。它可被环境中的金结合可保护细胞免受重金属的毒性影响。它可被环境中的金属诱导属诱导1. 对蛋白质的影响对蛋白质的影响 蛋白质化学损伤后的生物学效应蛋白质化学损伤后的生物学效应细胞膜结构及通透性改变细胞膜结构及通透性改变引起各亚细胞结构和功能损害引起各亚细胞结构和

24、功能损害影响酶的催化功能，进而引起代谢异常及能量供应障碍影响酶的催化功能，进而引起代谢异常及能量供应障碍导致遗传毒害导致遗传毒害引起机体特殊的免疫反应引起机体特殊的免疫反应引起机体繁殖功能障碍引起机体繁殖功能障碍2. 对脱氧核糖核酸（对脱氧核糖核酸（DNA）影响）影响外源性化合物及其代谢产物能引起外源性化合物及其代谢产物能引起DNA损伤，它们与损伤，它们与DNA的相互的相互作用过程有以下作用过程有以下四个阶段四个阶段：l形成形成DNA加合物（加合物（DNA Addcuts）l发生发生DNA的二次修饰的二次修饰lDNA结构的破坏被固定结构的破坏被固定l当细胞分裂时，外源性化合物造成的危害可导致当

25、细胞分裂时，外源性化合物造成的危害可导致DNA突变及其基因突变及其基因功能的改变功能的改变DNA加合物的形成是产生加合物的形成是产生DNA损伤最早期的作用，随后产生的最损伤最早期的作用，随后产生的最重要影响是重要影响是DNA结构的改变，如碱基置换、碱基丢失、链断裂等结构的改变，如碱基置换、碱基丢失、链断裂等DNA加合物作为一项生物指标来评价环境中化学污染物的遗传毒加合物作为一项生物指标来评价环境中化学污染物的遗传毒性的研究日益受到重视性的研究日益受到重视2. 对脱氧核糖核酸（对脱氧核糖核酸（DNA）影响）影响DNA可受到不同途径的损伤，如正常细胞活动、紫外可受到不同途径的损伤，如正常细胞活动、

26、紫外线和放射性物质的直接损伤、线和放射性物质的直接损伤、外源化合物及其代谢产外源化合物及其代谢产物与物与DNA结合等结合等（表（表26），细胞本身具有），细胞本身具有DNA修复修复的能力，但如果损伤的的能力，但如果损伤的DNA不能被修复，则产生不能被修复，则产生DNA结构和功能的影响结构和功能的影响l细胞死亡细胞死亡l细胞突变，畸形、癌变细胞突变，畸形、癌变l基因突变，产生遗传疾病基因突变，产生遗传疾病（1）切除修复）切除修复1）碱基切除修复（）碱基切除修复（base excise repair，BER）BER可以去除因脱氨基或碱基丢失，无氧射线辐可以去除因脱氨基或碱基丢失，无氧射线辐射或内源

27、性物质引起的环氮类的甲基化等因素产射或内源性物质引起的环氮类的甲基化等因素产生的生的DNA损伤损伤BER是维持是维持DNA稳定的重要修复方式稳定的重要修复方式，其步骤是，其步骤是N-糖苷键水解，从而切除发生变化的碱基。碱基糖苷键水解，从而切除发生变化的碱基。碱基释放过程是由释放过程是由DNA糖苷酶糖苷酶催化的催化的2） 核苷酸切除修复（核苷酸切除修复（nucleotide excise repair, NER）NER可以修复可以修复UV照射形成的嘧啶二聚体以外，还照射形成的嘧啶二聚体以外，还能消除体内产生的各种嘌呤和嘧啶加合物。能消除体内产生的各种嘌呤和嘧啶加合物。NER的关键特征是对损伤的的

28、关键特征是对损伤的DNA链的两端进行切割链的两端进行切割NER在已研究过的真核生物中都很相似，说明其在已研究过的真核生物中都很相似，说明其在进化过程中高度保守在进化过程中高度保守（2）直接（回复）修复）直接（回复）修复直接修复即简单地把损伤的碱基回复到直接修复即简单地把损伤的碱基回复到原来状态的修复原来状态的修复，可分为以下几种：，可分为以下几种：1）O6-甲基鸟嘌呤甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶甲基转移酶直接修复直接修复通过从通过从O6-甲基鸟嘌呤上把甲基直接转移到酶甲基鸟嘌呤上把甲基直接转移到酶的半胱氨酸残基上来直接回复的半胱氨酸残基上来直接回复DNA的损伤的损伤2）光解酶复活）光解酶复活酶

29、学光复活过程酶学光复活过程是修复是修复UV导致的环丁烷嘧啶二聚导致的环丁烷嘧啶二聚体的直接机制，这种修复具有高度的专一性体的直接机制，这种修复具有高度的专一性3）单链断裂修复）单链断裂修复DNA单链断裂单链断裂是损伤的一种常见形式，可以通过是损伤的一种常见形式，可以通过DNA连接酶的重接而修复连接酶的重接而修复（3）错配修复）错配修复错配修复可以纠正几乎所有的错配错配修复可以纠正几乎所有的错配。此外对于插。此外对于插入或删除引起的入或删除引起的DNA遗传信息的改变也有作用遗传信息的改变也有作用错配修复是以底物链上的信息为模板进行的，因错配修复是以底物链上的信息为模板进行的，因此此这个系统有区分

30、底物链和新合成链的机制，细这个系统有区分底物链和新合成链的机制，细胞通过识别胞通过识别DNA链的甲基化状态来区分底物链和链的甲基化状态来区分底物链和新合成的链新合成的链。整个修复过程可以分为识别、切除。整个修复过程可以分为识别、切除和修补等步骤和修补等步骤（4）交联修复）交联修复链间交联链间交联是由多种多样的致癌剂和化疗药物等引起是由多种多样的致癌剂和化疗药物等引起的。大肠杆菌和哺乳动物细胞内都存在这种修复机的。大肠杆菌和哺乳动物细胞内都存在这种修复机制，但细节还不清楚制，但细节还不清楚（5）双链断裂修复）双链断裂修复双链断裂双链断裂（DSB）发生在体细胞重组和转座的生理）发生在体细胞重组和转

31、座的生理条件下，也是电离辐射和氧化应激的主要损伤形式。条件下，也是电离辐射和氧化应激的主要损伤形式。依赖依赖DNA的蛋白激酶的蛋白激酶对哺乳动物细胞中的双链断对哺乳动物细胞中的双链断裂重接是必需的裂重接是必需的（6）转录和修复）转录和修复修复发生于转录的整个过程，如激活、起始和延修复发生于转录的整个过程，如激活、起始和延伸都与修复有关。伸都与修复有关。在转录激活过程中，主要是在转录激活过程中，主要是AP-1和和NF-KB两种转录因子可能参与转录偶联两种转录因子可能参与转录偶联修复。修复。在转录起始过程中转录辅助因子在转录起始过程中转录辅助因子TFII H也也是一种修复因子。转录的延伸过程中，转

32、录的序是一种修复因子。转录的延伸过程中，转录的序列修复比非转录的序列更迅速列修复比非转录的序列更迅速（7）大肠杆菌的挽回系统）大肠杆菌的挽回系统挽回系统（挽回系统（retrieval system）也称）也称“复制后修复复制后修复”（post-replication repair）因为它们在复制后起作）因为它们在复制后起作用，也称为用，也称为“重组修复重组修复”（recombination-repair）。此系统在处理复制含有损伤碱基模板）。此系统在处理复制含有损伤碱基模板后产生的子代二倍体的缺陷中起作用后产生的子代二倍体的缺陷中起作用（8）SOS系统系统许多损伤许多损伤DNA或抑制大肠杆菌复

33、制的手段引起一或抑制大肠杆菌复制的手段引起一系列综合的表现型改变，称为系列综合的表现型改变，称为SOS反应反应。这是。这是由由RecA蛋白和蛋白和LexA抑制物相互作用而引起的抑制物相互作用而引起的SOS反应表现为修复损伤反应表现为修复损伤DNA的能力增强的能力增强, 这是通这是通过诱导长补丁修复系统和过诱导长补丁修复系统和RecA重组修复系统组分重组修复系统组分的合成来实现的的合成来实现的（三）脂质过氧化（三）脂质过氧化（Liquid Peroxidation）一些污染物在细胞内代谢形成一些污染物在细胞内代谢形成自由基自由基（radical,是带有未配对电子是带有未配对电子的原子和基团），攻

34、击的原子和基团），攻击不饱和脂肪酸不饱和脂肪酸，导致细胞和亚细胞膜系统，导致细胞和亚细胞膜系统的磷脂不饱和脂肪酸侧链迅速降解，引起脂质过氧化，使细胞膜的磷脂不饱和脂肪酸侧链迅速降解，引起脂质过氧化，使细胞膜结构损伤，通透性、流动性发生改变，线粒体崩溃，光面内质网结构损伤，通透性、流动性发生改变，线粒体崩溃，光面内质网扩张，粗面内质网上核糖体脱落扩张，粗面内质网上核糖体脱落已发现多种污染物导致脂质过氧化，如已发现多种污染物导致脂质过氧化，如O3、NO2、CCl4、PCB、Cd等等脂质过氧化作用对机体的损伤脂质过氧化作用对机体的损伤l中间产物自由基导致蛋白质分子的聚合中间产物自由基导致蛋白质分子的

35、聚合l终产物丙二醛导致蛋白质分子的交联终产物丙二醛导致蛋白质分子的交联l脂质过氧化对膜的损害：直接结果是膜不饱和脂肪酸减少，膜脂的脂质过氧化对膜的损害：直接结果是膜不饱和脂肪酸减少，膜脂的流动性降低流动性降低l脂质过氧化与动脉粥样硬化有一定联系脂质过氧化与动脉粥样硬化有一定联系l脂质过氧化与衰老有关脂质过氧化与衰老有关第二节第二节 污染物在细胞和器污染物在细胞和器官水平上的影响官水平上的影响一、对细胞的影响一、对细胞的影响（一）对细胞膜的影响（一）对细胞膜的影响污染物引起的污染物引起的膜膜脂过氧化作用导致细胞膜的损伤脂过氧化作用导致细胞膜的损伤 大气污染物大气污染物 S02 经气孔进入叶组织后

36、溶于浸润细胞壁的水分中经气孔进入叶组织后溶于浸润细胞壁的水分中, 产生产生SO32-或或HSO3-,后被细胞氧化成后被细胞氧化成SO42-，这一过程产生了自由基，引起脂膜的过氧化，伤害膜系统，这一过程产生了自由基，引起脂膜的过氧化，伤害膜系统污污染物染物可可影响细胞膜的影响细胞膜的离子通透性离子通透性 拟除虫菊酯杀虫剂和拟除虫菊酯杀虫剂和DDT均可作用于细胞膜的均可作用于细胞膜的Na+通道，干扰通道，干扰Na+通过细胞膜，影响通过细胞膜，影响神经传导神经传导污染物与细胞膜上的受体结合，干扰了受体正常污染物与细胞膜上的受体结合，干扰了受体正常 一、对细胞的影响一、对细胞的影响（一）对细胞器的影响

37、（一）对细胞器的影响1. 线粒体线粒体线粒体是细胞供能的场所线粒体是细胞供能的场所污染物不仅污染物不仅可可以引起细胞线粒体膜和以引起细胞线粒体膜和嵴嵴的的形形态态结结构地改变构地改变 , 而而且且可以可以影响线粒体影响线粒体的氧化磷酸化和电的氧化磷酸化和电子子传递功能传递功能2. 光面内质网和糙面内质网光面内质网和糙面内质网光面内质网和糙面内质网是进行激素和外源性化合物的代谢场所光面内质网和糙面内质网是进行激素和外源性化合物的代谢场所某些污染物经代谢活化产生自由基某些污染物经代谢活化产生自由基，可导致可导致光面光面内质网结构和微粒体膜的一些重内质网结构和微粒体膜的一些重要要组组分分如如混合功能

38、氧化酶的破坏混合功能氧化酶的破坏多种化学致癌物如黄曲霉毒素等多种化学致癌物如黄曲霉毒素等，能引起能引起糙面内质网上附着糙面内质网上附着核糖体脱落核糖体脱落，导致蛋导致蛋白质合成控制的改变白质合成控制的改变 3. 微管、微微管、微丝丝、高尔基体、高尔基体、溶、溶酶体等其酶体等其它它细胞器细胞器二、对组织器官的影响二、对组织器官的影响（一）靶器官（一）靶器官概念：概念：污染物进入机体后污染物进入机体后 , 对各器官并不产生同样的毒作用对各器官并不产生同样的毒作用，而而只只对部对部分器官产生直接毒作用分器官产生直接毒作用，这些器官称为这些器官称为靶器官靶器官 (Target Organ)。例如例如

39、, 放放射性射性碘碘积累在哺乳动物的甲状腺中积累在哺乳动物的甲状腺中, 可能引起甲状腺可能引起甲状腺癌癌靶器官不一定是效应器官：靶器官不一定是效应器官：污染物的污染物的毒作用毒作用不不直接由靶器直接由靶器官官表现出来表现出来，而由另一个效应器官表现出来。如而由另一个效应器官表现出来。如有机有机磷磷农药的靶器官是神经系统农药的靶器官是神经系统，而而效应器官则是效应器官则是瞳瞳孔、唾液腺和横纹肌等孔、唾液腺和横纹肌等靶器官也不同靶器官也不同于于蓄积器官蓄积器官：蓄积器官是蓄积器官是污污染物毒物在体内的蓄积部位。染物毒物在体内的蓄积部位。污染物在蓄积器官内的浓度污染物在蓄积器官内的浓度高高于其他器官

40、于其他器官，但对蓄积器官并不但对蓄积器官并不一一定显示定显示毒作用毒作用。如如DDT等有机氯农等有机氯农药药的靶器宫虽是中枢的靶器宫虽是中枢神经神经系统和肝脏系统和肝脏，但这但这类农药主要蓄积在脂肪组织中类农药主要蓄积在脂肪组织中 二、对组织器官的影响二、对组织器官的影响靶靶器官可以是接触、吸器官可以是接触、吸收收毒物的器官毒物的器官，也可以是远离接触也可以是远离接触、吸收吸收部位的器官部位的器官。如。如大气污染物中的大气污染物中的铅铅经肺吸收后经肺吸收后 , 却主要作用于神却主要作用于神经系统和造血器官经系统和造血器官（二）对组织器官的影响（二）对组织器官的影响氟化氢氟化氢污污染时植物吸收的

41、染时植物吸收的 F-随蒸腾流转移到叶尖和叶缘随蒸腾流转移到叶尖和叶缘，在那里积累至在那里积累至一定浓度后就会使组织坏死一定浓度后就会使组织坏死，出现叶片脱落出现叶片脱落对动物组织器官影响复杂。对动物组织器官影响复杂。以重金属污染为例以重金属污染为例。铅铅 (Pb)可损害动物造血可损害动物造血器器官官骨髓和神经系统。对造血器官的骨髓和神经系统。对造血器官的损损害是通过干扰血红素害是通过干扰血红素合合成成 , 引也引也贫血。对神经系统制损害是引起末梢神经炎贫血。对神经系统制损害是引起末梢神经炎 , 出现运动和感觉障碍出现运动和感觉障碍 第三节第三节 污染物在个体水平污染物在个体水平上的影响上的影响

42、 一、死亡一、死亡污染物对污染物对植物植物在个体水平上的影响：在个体水平上的影响：l主要表现为生长减慢、发育受阻、失绿黄化、早衰主要表现为生长减慢、发育受阻、失绿黄化、早衰污染物对污染物对动物动物在个体水平上的影响：在个体水平上的影响：l主要表现为死亡、行为改变、繁殖下降、生长和发主要表现为死亡、行为改变、繁殖下降、生长和发育抑制、疾病敏感性增加、代谢率变化育抑制、疾病敏感性增加、代谢率变化 一、死亡一、死亡衡量死亡的指标衡量死亡的指标l死亡率死亡率：死亡比例的大小，为评价污染物毒性大小的生物学指标：死亡比例的大小，为评价污染物毒性大小的生物学指标l致死剂量（致死剂量（Lethal Dose）

43、或致死浓度（）或致死浓度（Lethal Concentration）：能引起动物：能引起动物死亡的污染物的剂量或浓度死亡的污染物的剂量或浓度l半数致死剂量（半数致死剂量（LD50）或半数致死浓度（）或半数致死浓度（LC50）：能引起：能引起50的动物死亡的的动物死亡的污染物的剂量或浓度污染物的剂量或浓度影响致死效应的主要因素：影响致死效应的主要因素：l污染物的种类及其物理化学性质污染物的种类及其物理化学性质l生物的种类生物的种类l作用时间、水质条件，如温度、硬度、溶解氧等作用时间、水质条件，如温度、硬度、溶解氧等l多种污染物的综合作用多种污染物的综合作用 一、死亡一、死亡不同污染物可引起同一种

44、动物死亡率各不相同，同一不同污染物可引起同一种动物死亡率各不相同，同一种污染物也可导致不同动物不同得死亡率种污染物也可导致不同动物不同得死亡率许多因素能影响污染物对动物的致死效应。污染物的许多因素能影响污染物对动物的致死效应。污染物的种类及种类及其其物理化学性质物理化学性质、生物种类、污染物作用的时生物种类、污染物作用的时间间、水质条件和多种污染物的综合作用、水质条件和多种污染物的综合作用不同生物种类及其生理状态、年龄、发育阶段等也影不同生物种类及其生理状态、年龄、发育阶段等也影响污染物的致病作用响污染物的致病作用二、对行为的影响二、对行为的影响（一）对水生生物的影响（一）对水生生物的影响1.

45、 回避行为回避行为 指水生动物，特别是游泳能力强的水生动物，能主动避开受污染指水生动物，特别是游泳能力强的水生动物，能主动避开受污染的水区，游向未受污染的清洁水区的行为的水区，游向未受污染的清洁水区的行为对污染物产生回避反应的水生动物主要是各种鱼、虾、蟹对污染物产生回避反应的水生动物主要是各种鱼、虾、蟹 , 此外此外 , 水生昆虫也水生昆虫也 有一定的回避能力有一定的回避能力 不同的水生动物对同不同的水生动物对同 种污染物的回避能力差异很大种污染物的回避能力差异很大 水生生物对污染物水生生物对污染物 的回避的回避阀阀值低于污染物对水生生物的致死浓度值低于污染物对水生生物的致死浓度水生生物的回避

46、能力在实验室和野外也存在差异性水生生物的回避能力在实验室和野外也存在差异性二、对行为的影响二、对行为的影响（一）对水生生物的影响（一）对水生生物的影响2. 捕食捕食行为行为 污染物可影响水污染物可影响水 生动物的胃口生动物的胃口 , 最终导致捕食的停止。例如拒食最终导致捕食的停止。例如拒食可能是由于缺乏味觉而不能证实这一被捕猎物是否可食可能是由于缺乏味觉而不能证实这一被捕猎物是否可食3.警惕行为警惕行为警惕行为的破坏警惕行为的破坏，就导致容易被捕食就导致容易被捕食，这样就增加了死亡率这样就增加了死亡率，使使种群数量下降。种群数量下降。 例如例如，电离辐射和电离辐射和汞汞可以增加食蚊鱼被可以增加

47、食蚊鱼被鲈鲈鱼捕食鱼捕食的危险性的危险性二、对行为的影响二、对行为的影响（二）对鸟类行为的影响（二）对鸟类行为的影响有机磷农药可以抑制鸟类的乙酷胆碱靡酶有机磷农药可以抑制鸟类的乙酷胆碱靡酶 (AchE) 的的活性活性 , 引起神经系统中毒。引起神经系统中毒。 导致了导致了鸟的平衡和协调性的损害鸟的平衡和协调性的损害鸟类行为改变还表现在对领地的失控和不能照鸟类行为改变还表现在对领地的失控和不能照顾它们的后代顾它们的后代三、对繁殖的影响三、对繁殖的影响污染物对繁殖的影响污染物对繁殖的影响l主要表现主要表现：产卵数、孵化率、幼体存活率下降以及繁殖行为下降。：产卵数、孵化率、幼体存活率下降以及繁殖行为

48、下降。如如 DDT 能引起某些鸟类的蛋壳变薄能引起某些鸟类的蛋壳变薄 , 使得蛋易碎和易破使得蛋易碎和易破 , 导致鸟类繁殖损害导致鸟类繁殖损害环境激素（环境激素（Environmental Endocrine Disrupters）l指具有动物和人体激素的活性，能干扰和破坏野生动物繁殖障碍、诱发人类指具有动物和人体激素的活性，能干扰和破坏野生动物繁殖障碍、诱发人类重大疾病的天然物质或人工合成物质。也叫做重大疾病的天然物质或人工合成物质。也叫做外源性雌激素外源性雌激素或或环境内分泌干环境内分泌干扰物扰物l环境激素的种类环境激素的种类包括：天然雌激素、合成雌激素、植物雌激素包括：天然雌激素、合成

49、雌激素、植物雌激素 、具有雌激素、具有雌激素活性的环境化学物质活性的环境化学物质l 具有雌激素活性的具有雌激素活性的环境化学物质环境化学物质：如杀虫剂、多氯联苯、多环芳烃、洗涤剂、：如杀虫剂、多氯联苯、多环芳烃、洗涤剂、塑料添加剂、食品添加剂等，工业废水和生活污水往往含有上述物质塑料添加剂、食品添加剂等，工业废水和生活污水往往含有上述物质三、对繁殖的影响三、对繁殖的影响1. 天然雄激素和合成雌激素天然雄激素和合成雌激素 天然雌激素是从动物和人尿中排出的一些性激素天然雌激素是从动物和人尿中排出的一些性激素 , 如孕如孕酮酮 。这些物质主要来自口这些物质主要来自口服避孕药和促家畜生长的同化激素服避

50、孕药和促家畜生长的同化激素2. 植物雌激素植物雌激素 这类物质是某些植物产生这类物质是某些植物产生 , 并具弱激素活性的化合物并具弱激素活性的化合物 , 以非以非甾甾体结构为主。产生体结构为主。产生这些化合物的植物有豆科植物、茶这些化合物的植物有豆科植物、茶 和人参等。这些植物激素对内源雌激素和脂肪和人参等。这些植物激素对内源雌激素和脂肪酸的代谢及其生物活性产生影响酸的代谢及其生物活性产生影响 , 如抗激素活性、抗癌和抗有丝分裂作用等如抗激素活性、抗癌和抗有丝分裂作用等3. 具有雌激素活性的环境化学物质具有雌激素活性的环境化学物质 杀虫剂杀虫剂 . 如如 DDT 多氯联苯多氯联苯 (PCBs)

51、 和多环芳和多环芳烃烃 (PAHs) 非离子表面活性剂中非离子表面活性剂中烷烷基苯基苯酚酚化合物化合物 。这类非离子表面活性剂大量用于洗涤剂、这类非离子表面活性剂大量用于洗涤剂、油漆、杀虫剂和化妆品油漆、杀虫剂和化妆品三、对繁殖的影响三、对繁殖的影响3. 具有雌激素活性的环境化学物质具有雌激素活性的环境化学物质 塑料塑料 添加剂添加剂 , 如邻苯二甲酸醋如邻苯二甲酸醋 食品添加剂食品添加剂 ( 抗氧化剂抗氧化剂 ), 如丁苯如丁苯工业废水和生活污水工业废水和生活污水 , 如漂白纸浆废水、石如漂白纸浆废水、石 油化工废水和城市污水等油化工废水和城市污水等 4. 环境激素的作用机制环境激素的作用机

52、制与生物体内的激素竞争靶细胞的受体与生物体内的激素竞争靶细胞的受体阻碍作用阻碍作用影响内分泌系统与其他系统的协调性影响内分泌系统与其他系统的协调性5. 环境激素危害环境激素危害环境激素可使野生动物性发育和雄性生殖器环境激素可使野生动物性发育和雄性生殖器官官异常异常环境激素对人体有严重的危害。危害之一是引起多种环境激素对人体有严重的危害。危害之一是引起多种 形式的雄性生殖系统发育障碍形式的雄性生殖系统发育障碍 ，环境环境激素与人类许多重大疾病发生有关激素与人类许多重大疾病发生有关 , 如高血压、肿瘤等如高血压、肿瘤等化合物的内分泌干扰作用引起人们的化合物的内分泌干扰作用引起人们的高度关注与四个报

53、告有关：高度关注与四个报告有关： 在在19501960年间，给怀孕妇女开剂量较大的年间，给怀孕妇女开剂量较大的己烯雌酚己烯雌酚(diethylstilbestrol, DES) ，以预防流，以预防流产。在服用己烯雌酚产。在服用己烯雌酚(diethylstilbestrol, DES)妇妇女的女儿中，显现出逆向的生殖健康效女的女儿中，显现出逆向的生殖健康效1994年，年，Guillette的研究报告了美洲鳄鱼生殖的研究报告了美洲鳄鱼生殖异常的情况，包括小尺寸的生殖器、其水体被异常的情况，包括小尺寸的生殖器、其水体被DDT污染污染1992年年,丹麦丹麦Carlsen,卡尔森等人通过对卡尔森等人通过

54、对20多个国多个国家的家的15000人调查得出结论人调查得出结论:从从1940年到年到1990年这年这50年间年间,人类精子质量不断下降人类精子质量不断下降,精子密度下降精子密度下降50%,精液量减少精液量减少25%。他们提出。他们提出,人类生殖系统功能下人类生殖系统功能下降是环境污染造成的降是环境污染造成的1996年年Arnold的研究指出，环境化学品与雌激素的研究指出，环境化学品与雌激素受体的结合能够在人体内产生协同作用受体的结合能够在人体内产生协同作用Our Stolen FutureOur Stolen Future四、对生长和发育的影响四、对生长和发育的影响P=A-(R+U)P SF

55、G（生长指示器）（生长指示器）A从食物获得的能量从食物获得的能量 R呼吸作用的能量损失呼吸作用的能量损失U排泄作用的能量损失排泄作用的能量损失尽管有些污染物不会危害生物机体摄食率和生理代谢尽管有些污染物不会危害生物机体摄食率和生理代谢，但由于机但由于机体对污染物的解毒体对污染物的解毒，消耗了大量的能量消耗了大量的能量，仍然能导致生长发育障仍然能导致生长发育障碍。例如碍。例如，频繁地蜕皮避免金属的储藏频繁地蜕皮避免金属的储藏 第四节第四节 污染物在种群和群污染物在种群和群落水平的影响落水平的影响一、对生物种群的影响一、对生物种群的影响种群种群是在一定时空中同种个体的组合，具有三个基本是在一定时空

56、中同种个体的组合，具有三个基本特征：特征：空间特征空间特征、数量特征和遗传特征数量特征和遗传特征污染物对种群的影响表现污染物对种群的影响表现l种群数量的密度改变种群数量的密度改变l结构和性别比例的变化结构和性别比例的变化l遗传结构的改变和竞争关系的改变等遗传结构的改变和竞争关系的改变等一、对生物种群的影响一、对生物种群的影响种群密度种群密度是指单位面积或单位空间内的个体数量是指单位面积或单位空间内的个体数量污染物污染物可可导导致致个体数量的减少个体数量的减少 , 种群密度下降。如有种群密度下降。如有毒污染物引起生物毒污染物引起生物 个体死亡率增加、繁殖率下降个体死亡率增加、繁殖率下降 , 最最

57、终导致种群密度下降。但污染物也能导致个体终导致种群密度下降。但污染物也能导致个体 数量的数量的增加和种群密度上升。增加和种群密度上升。如富营养化如富营养化污染物能影响种群的性别比例和年龄结构污染物能影响种群的性别比例和年龄结构（性逆转，（性逆转，种群老化）种群老化）二、对生物群落的影响二、对生物群落的影响群落群落是指在一定时间内，居住在一定区域或生境内各是指在一定时间内，居住在一定区域或生境内各种生物种群相互关联、相互影响的有规律的一种结构种生物种群相互关联、相互影响的有规律的一种结构单元单元污染物可导致群落组成和结构的改变，包括污染物可导致群落组成和结构的改变，包括l优势种变化优势种变化l生

58、物量生物量l丰度丰度l种的多样性种的多样性二、对生物群落的影响二、对生物群落的影响（一）优势种（一）优势种在群落中优势度大的即在群落中优势度大的即为为群落优势种群落优势种， 它在群落功能中占重要的它在群落功能中占重要的位置位置，也称之为建群种，也称之为建群种（二）耐污种（二）耐污种是指只在某一污染条件下生存的物种。如颤蚓是指只在某一污染条件下生存的物种。如颤蚓、蜂蝇幼虫、蜂蝇幼虫（三）敏感种（三）敏感种指对环境条件变指对环境条件变化反化反应敏感的物种。这类生物对环境因素的适应应敏感的物种。这类生物对环境因素的适应范围比较狭窄范围比较狭窄二、对生物群落的影响二、对生物群落的影响（四）对群落组成和

59、结构改变（四）对群落组成和结构改变一般是耐一般是耐污污种在污染环境中增多种在污染环境中增多，而敏感种逐渐消失而敏感种逐渐消失，狭污性种狭污性种群被广污群被广污性性种群所代替种群所代替，群落组成和结构发生改变群落组成和结构发生改变（五）对物种多样性的影响（五）对物种多样性的影响群落中所含种类数越多群落中所含种类数越多，群落的物种多样性就越大。群落的物种多样性就越大。群群落中各个落中各个种的相对密度越均匀种的相对密度越均匀，群落的异质性就越大。污染物可导致敏感群落的异质性就越大。污染物可导致敏感种种的消失的消失，群落中物种的数量下降群落中物种的数量下降，严重污染时将导致物种的绝严重污染时将导致物种

60、的绝迹迹，使物种多样性下降使物种多样性下降第五节第五节 化学污染物对生物化学污染物对生物的联合作用的联合作用一、协同作用一、协同作用协同作用协同作用（ Synergistic Effect）是指两种或两种以上是指两种或两种以上化学污染物同时或数分钟内先后与机体接触化学污染物同时或数分钟内先后与机体接触 , 其对机其对机体产生的生物学作用强度远远超过它们分别单独与机体产生的生物学作用强度远远超过它们分别单独与机体接触时所产生的生物学作用的总和体接触时所产生的生物学作用的总和如农药马拉硫磷和苯硫磷如农药马拉硫磷和苯硫磷 , 抑制了肝脏中降解马拉硫抑制了肝脏中降解马拉硫磷的磷的酯酯酶酶 , 使马拉硫