第二章污染物对生物的影响
第二章 污染物对生物的影响
生物系统的各级生物学水平: 生物分子 细胞器 细胞 组织 器官 器官系统 个体 种群 群落 生态系统
生物系统的各级生物学水平： 生物分子 细胞器 细胞 组织 器官 器官系统 个体 种群 群落 生态系统
本章将讨论以下内容: 污染物在生物化学和分子水平上的影响 污染物在细胞和器官水平上的影响 ●污染物在个体水平上的影响 ●污染物在种群和群落水平上的影响 ●化学污染物对生物的联合作用
本章将讨论以下内容： ⚫ 污染物在生物化学和分子水平上的影响 ⚫ 污染物在细胞和器官水平上的影响 ⚫ 污染物在个体水平上的影响 ⚫ 污染物在种群和群落水平上的影响 ⚫ 化学污染物对生物的联合作用
21污染物在生物化学和 分子水平上的影响
2.1 污染物在生物化学和 分子水平上的影响
污染物进入机体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 表2-1对污染物的防护性和非防护性生化反应 作用类型 例子 后果 混合功能氧化酶的加快新陈代谢,生成水溶性 诱导 代谢物,从而加速排泄 防护性 金属硫蛋白的生成增加对金属的束缚速度,从 而降低金属的生物利用率 乙酰胆碱酯酶的抑|50%以上因抑制而产生可见 制作用 的毒性效应 非防护性 DNA加合物的生成若导致突变会发生损害作用
污染物进入机体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 作用类型 例子 后果 防护性 混合功能氧化酶的 诱导 加快新陈代谢，生成水溶性 代谢物，从而加速排泄 金属硫蛋白的生成 增加对金属的束缚速度，从 而降低金属的生物利用率 非防护性 乙酰胆碱酯酶的抑 制作用 50％以上因抑制而产生可见 的毒性效应 DNA加合物的生成 若导致突变会发生损害作用 表2－1 对污染物的防护性和非防护性生化反应
2.1.1污染物对生物机体酶的影响 ●什么是酶( enzyme) 酶是一种特殊的蛋白质,在生物体内对代谢活动起催化作用, 本身不发生变化。受酶作用的物质称为基质(底物),在酶 作用下的反应称为酶促反应。 ●酶和污染物的相互作用 ·污染物进入机体后,一方面在酶的催化下,进行代谢转化, 另一方面也导致体内酶活性改变,影响酶的数量和活性。 ·另外有些环境污染物对酶有诱导作用。目前已发现多种环境 污染物能诱导生物体内一些酶的活性增加,例如:有机氯农 药、多氯联苯、多环芳烃、表面活性剂、增塑剂和染料中间 体等,均可对酶产生诱导作用
2.1.1 污染物对生物机体酶的影响 ⚫ 什么是酶（ enzyme ）？ • 酶是一种特殊的蛋白质，在生物体内对代谢活动起催化作用， 本身不发生变化。受酶作用的物质称为基质（底物），在酶 作用下的反应称为酶促反应。 ⚫ 酶和污染物的相互作用 • 污染物进入机体后，一方面在酶的催化下，进行代谢转化， 另一方面也导致体内酶活性改变，影响酶的数量和活性。 • 另外有些环境污染物对酶有诱导作用。目前已发现多种环境 污染物能诱导生物体内一些酶的活性增加，例如：有机氯农 药、多氯联苯、多环芳烃、表面活性剂、增塑剂和染料中间 体等，均可对酶产生诱导作用
污染物对生物体内酶的影响 ●1污染物对酶辅助因子的影响 一些污染物能与酶的辅助因子—金属离子作用,从而使辅助 因子失活,影响到酶的活性 例如:氰化物等能与细胞色素酶中的铁离子结合,形成稳定络 物,而抑制细胞色素的酶活性,使其不能传递电子,则细胞 内的氧化代谢过程中断,使机体不能利用氧,出现内室息性缺 氧 ●2对酶活性中心的影响 ·污染物还能和酶的其它活性基团结合,如汞和砷与某些酶的活 性基团结合就很牢固,从而使酶失去活性。 ●3破坏酶的结构 有些污染物能够取代酶分子中的某些成分,从而使酶失去活性 如铍的毒作用机理就是能取代某些酶分子中的镁和锰,破坏了 酶的正常结构,使酶失去活性
⚫ 1 污染物对酶辅助因子的影响 • 一些污染物能与酶的辅助因子——金属离子作用，从而使辅助 因子失活，影响到酶的活性。 • 例如：氰化物等能与细胞色素酶中的铁离子结合，形成稳定络 合物，而抑制细胞色素的酶活性，使其不能传递电子，则细胞 内的氧化代谢过程中断，使机体不能利用氧，出现内窒息性缺 氧。 ⚫ 2 对酶活性中心的影响 • 污染物还能和酶的其它活性基团结合，如汞和砷与某些酶的活 性基团结合就很牢固，从而使酶失去活性。 ⚫ 3 破坏酶的结构 • 有些污染物能够取代酶分子中的某些成分，从而使酶失去活性。 如铍的毒作用机理就是能取代某些酶分子中的镁和锰，破坏了 酶的正常结构，使酶失去活性。 污染物对生物体内酶的影响
4与酶激活剂作用 有些酶需要激活剂才能表现活性。酶激活剂往往是金属离子, 凡是能与激活剂作用的污染物都能抑制酶的活性。 ●5污染物与基质竞争同种酶而抑制酶的作用 污染物与底物有相似的结构,也能酶形成复合物,从而竞相和 酶发生作用。 ●酶的抑制 不可逆性抑制 非竞争性抑制 竞争性抑制
⚫ 4 与酶激活剂作用 • 有些酶需要激活剂才能表现活性。酶激活剂往往是金属离子， 凡是能与激活剂作用的污染物都能抑制酶的活性。 ⚫ 5 污染物与基质竞争同种酶而抑制酶的作用 • 污染物与底物有相似的结构，也能酶形成复合物，从而竞相和 酶发生作用。 ⚫ 酶的抑制 • 不可逆性抑制 • 非竞争性抑制 • 竞争性抑制
混合功能氧化酶(MFO) ●混合功能氧化酶(MFO) MFO是污染物在体内进行生物转化相过程中的关键酶系,它 们对人工化学品解毒发挥了重要作用 MFO引起的生物转化的反应特征相同,但底物、产物的化学 特性差别很大,即具有多种催化功能 混合功能氧化酶(MFO)的作用 MFO存在于所有的脊椎动物和大部分的无脊椎动物中,其作 用是代谢非极性的亲脂性有机化合物,包括内源性化合物和 外源性化合物 从解毒作用来看,许多外源性化合物进入体内,经MFO作用 后发生各种变化,大多数被转化成低毒易溶的代谢产物排出 体外。但有的则变成高毒甚至致癌物
混合功能氧化酶（MFO） ⚫ 混合功能氧化酶（MFO） • MFO是污染物在体内进行生物转化相I过程中的关键酶系，它 们对人工化学品解毒发挥了重要作用。 • MFO引起的生物转化的反应特征相同，但底物、产物的化学 特性差别很大，即具有多种催化功能。 ⚫ 混合功能氧化酶（MFO）的作用 • MFO存在于所有的脊椎动物和大部分的无脊椎动物中，其作 用是代谢非极性的亲脂性有机化合物，包括内源性化合物和 外源性化合物。 • 从解毒作用来看，许多外源性化合物进入体内，经MFO作用 后发生各种变化，大多数被转化成低毒易溶的代谢产物排出 体外。但有的则变成高毒甚至致癌物
抗氧化防御系统酶 活性氧( Activiated Oxygen) 带有2~3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 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 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、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 超氧化物歧化酶(SOD) 谷胱甘肽氧化酶(GPx) 过氧化氢酶(Ct)
抗氧化防御系统酶 ⚫ 活性氧（Activiated Oxygen） • 带有2~3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 • 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。 • 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、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 • 超氧化物歧化酶（SOD） • 谷胱甘肽氧化酶（G P x） • 过氧化氢酶（Ct）