环化第5章代谢毒性

四、耗氧有机污染物质的微生物降解耗氧有机污染物质：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。生物降解：有机物质通过生物氧化以及其他的生物转化，可以变成更小、更简单的分子过程。第四节污染物质的生物转化第四节污染物质的生物转化多糖水解第四节污染物质的生物转化糖类物质降解途径：如何进行？NAD+1）单糖酵解成丙酮酸（CH3COCOOH）C6H12O6+2NAD+

CH3COCOOH+2NADH+2H+第四节污染物质的生物转化2）丙酮酸转化成乙酰辅酶A

CH3COCOOH+NAD++CoASH CH3COSCoA+NADH+H++CO2第四节污染物质的生物转化有机物微生物降解的关键步骤：乙酰辅酶A的彻底降解第四节污染物质的生物转化柠檬酸循环：CH3COSCoACO2+H2O草酰乙酸柠檬酸H2OCoASHTCA循环第四节污染物质的生物转化柠檬酸草酰乙酸第四节污染物质的生物转化CH3COSCoA的三种来源：CH3COCOOHCH3COOHRCH2CH2COOH第四节污染物质的生物转化CH3COCOOHCH3COSCoANAD+NADH+CO2CoASHH+第四节污染物质的生物转化CH3COOHCH3COSCoACoASHH2O第四节污染物质的生物转化酶促氧化

糖类的微生物降解脂肪的降解蛋白质的生物降解第四节污染物质的生物转化四、耗氧有机污染物的微生物降解a.糖类的微生物降解1)多糖水解成单糖第四节污染物质的生物转化2）单糖酵解成丙酮酸（CH3COCOOH）C6H12O6+2NAD+

CH3COCOOH+2NADH+2H+第四节污染物质的生物转化CH3COSCoACO2+H2O酶促反应TCA循环第四节污染物质的生物转化b、脂肪的降解CH3COCOOHCH3COSCoACO2+H2O酶促反应TCA循环脱氢酶第四节污染物质的生物转化c、蛋白质的生物降解1）蛋白质水解成氨基酸2）氨基酸脱氨或脱氨脱羧成脂肪酸

胺的微生物降解烷烃微生物降解烯烃微生物降解农药微生物降解第四节污染物质的生物转化五、有毒有机污染物的微生物降解第四节污染物质的生物转化a、胺的生物降解R1CH2NH2+R2CHONH3+R1CHO单加氧酶单加氧酶RCHO+H2ORCOOH脱氢酶第四节污染物质的生物转化第四节污染物质的生物转化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。第四节污染物质的生物转化农药的降解六、有毒有机污染物质生物转化类型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2、还原反应类型可逆脱氢酶加氢还原硝基还原酶还原偶氮还原酶还原还原脱氯酶还原第四节污染物质的生物转化第四节污染物质的生物转化1）混合功能氧化酶(单加氧酶)加氧氧化醇氧化成醛醇氧化成酮醛氧化成羧基第四节污染物质的生物转化2）脱氢酶脱氢氧化

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：第四节污染物质的生物转化3）氧化酶氧化3、水解反应类型第四节污染物质的生物转化4、若干重要结合反应类型葡萄糖醛酸结合硫酸结合谷胱甘肽结合羧酸酯酶使脂肪簇脂水解芳香酯酶使芳香簇脂水解磷酯酶使磷酸酯水解酰胺酶使酰胺水解第四节污染物质的生物转化1.氮的微生物转化氮的三个主要存在形态：空气中的分子氮；有机生物体中的氮；无机化合物中的氮氮的循环转化过程同化：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：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。硝化：氨在有氧条件下通过微生物作用,氧化成硝酸盐的过程。反硝化：硝酸盐在通气不良条件下，通过微生物作用而还原的过程。固氮：通过微生物的作用把分子氮转化为氨的过程。在好氧区供氧充足，氨氮被硝化菌群氧化成硝酸盐；在缺氧条件下，反硝化菌利用硝酸盐和原污水中的有机物完成反硝化过程，使硝酸盐转化成气态无机氮逸出，可防止水体富营养化。污水处理需要反硝化原因氮的循环氧化还原循环JohnM.Wriggleworth,EnergyandLife,King’sCollege,Univ.OfLondan,Taylor&Francis,1997含硫有机物的降解好氧条件下，终产物为硫酸；厌氧条件下终产物为硫化氢。硫化：硫杆菌、硫磺菌等对含硫化合物氧化生成硫酸的过程。反硫化：在微生物的作用下含硫化合物被还原生成硫化氢的过程。海水中硫化氢的主要来源于过高浓度的硫酸盐在脱硫弧菌作用下的还原。第四节污染物质的生物转化SHCOOHNH2CH3COOHO+H2SO4+NH4+细菌好氧SHCOOHNH2CH3COOHO+H2S+NH3细菌厌氧2、硫的微生物转化第四节污染物质的生物转化同化异化硫杆菌八、重金属元素的微生物转化第四节污染物质的生物转化每年汞污染的来源氯碱工业700吨电池、灯泡600涂料工业350温度计和实验室250医疗用100农业90药物20摘自Banerji,Environmentalchemistry,p149,1993含汞化合物的毒性：有机汞(50-100)>金属汞>无机汞(1)1.HgCo3+CH3-Bz第四节污染物质的生物转化甲基钴氨素FADH2NADH第四节污染物质的生物转化2.As

剧毒毒无毒无毒As2O3>>CH3AsO(OH)2>(CH3)3AsO≈(CH3)3As+CH2COO-三甲基胂有高毒性。辅酶S-腺苷甲硫氨酸使砷甲基化。十九世纪流行于英、德等国居室砷中毒为含砷墙纸在霉菌作用下产生(CH3)3AsMichaelis-Menten等人研究了酶催化反应动力学，提出的反应历程如下：酶(E)与底物(S)先形成中间化合物ES，中间化合物再进一步分解为产物(P)，并释放出酶(E)，整个反应的速控步是第二步。第四节污染物质的生物转化九、污染物质的生物转化速率１。酶促反应的速率KM称为Michaelis常数KM相当于ES=E+S的不稳定常数根据稳态近似，第四节污染物质的生物转化令酶的原始浓度为cE,0，反应达稳态后，一部分变为中间化合物cES，余下的浓度为因为第二步为速控步，所以第四节污染物质的生物转化2.当cS很大时，cS>>KM，r=k2cE,0，对cS为零级反应。3.当cS→∞时，r=rm=k2cE,0。rcS4.当r达到最大值rm的一半时，KM=cS。1.当cS很小时，cS<<KM，

对cS为一级反应。第四节污染物质的生物转化重排，得：以作图，从斜率和截距求出KM和rm第四节污染物质的生物转化2）影响酶促反应速率的因素pH的影响温度的影响第四节污染物质的生物转化2）影响酶促反应速率的因素抑制剂的影响:类似结构物质在酶的活性位竞争1/r1/rmax1/Cs存在抑制不存在抑制竞争性抑制第四节污染物质的生物转化2）影响酶促反应速率的因素抑制剂的影响1/r1/rmax1/Cs存在抑制不存在抑制非竞争性抑制第四节污染物质的生物转化一、毒物：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。第五节 污染物的毒性效应：反应：急性毒作用评估ED50：medianeffectivedoseEC50：medianeffectiveconcentrationLD50：medianlethaldoseLC50：medianlethalconcentration第五节 污染物的毒性慢性毒作用评估：阈剂量（浓度）：长期暴露毒物下，会引起机体受损害的最低剂量。最高允许剂量（浓度）：长期暴露下，不引起机体受损害的最高剂量。三、毒物的联合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协同作用M>M1+M2相加作用M=M1+M2：毒物性质相似，作用部位和机理相似独立作用M＝M1+M2(1-M1)：彼此无关拮抗作用M<M1+M2：第五节 污染物的毒性第五节 污染物的毒性毒物进入机体：分布、蓄积、转化、排泄。 直接（或解毒后）排出体外 直接（或增毒后）到达相应的器官 靶器官——毒物首先达到毒作用临界浓度的器官毒物及其活性代谢产物与靶器官中的一定部位（受体）的作用。 原发性反应、使受体改性、导致生物化学效应病理生理的继发性反应的出现，形成致毒症状。四.毒作用的过程五、毒作用的生物化学机制1．酶活性的抑制2．致突变作用（1）基因突变（2）染色体畸变3．致癌作用4．致畸作用第五节 污染物的毒性原始─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─ＧＣＡＴＧＴＧＡＡＣＣＧＴＡＣＡＣＴＴＧ─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─转换─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─ＧＴＡＴＧＴＧＡＧＣＣＡＴＡＣＡＣＴＣＧ─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─颠换─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─ＧＣAＴＧＴＧＡＴＣＣＧTＡＣＡＣＴＡＧ─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─插入─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─ＧＣＡＴＣＧＴＧＡＡＣＣＧＴＡＧＣＡＣＴＴＧ─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─缺失─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─ＧＣＡＧＴＧＡＡＣＣＧＴＣＡＣＴＴＧ─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─第五节 污染物的毒性A腺嘌呤G鸟嘌呤T胸腺嘧啶C胞嘧啶3、致癌作用致癌物根据性质可分为：化学致癌物物理致癌物生物致癌物确证致癌物可疑致癌物潜在致癌物遗传毒性致癌物非遗传毒性致癌物第五节 污染物的毒性

致癌物艾氏剂、苯并[a]芘、双（2-氯乙基）醚、氯乙烯、氯仿、四氯化碳、狄氏剂和异狄氏剂、二噁英、亚硝酸盐、石棉、镉酸盐、砷化物、放射性核素、霉素、病毒等。致畸物

2,4,5-T、二噁英、有机汞、苯二甲酸酯、砷酸钠、硫酸镉、醋酸苯汞等。致突变物DDT、2,4-D