生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性課件

1、生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性第五章第五章 生物體內(nèi)污染物質(zhì)的生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性運動過程及毒性生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性本章重點本章重點污染物的生物富集、放大和積累污染物的生物富集、放大和積累耗氧和有毒有機物的微生物降解耗氧和有毒有機物的微生物降解元素的微生物轉(zhuǎn)化元素的微生物轉(zhuǎn)化微生物對污染物的轉(zhuǎn)化速率微生物對污染物的轉(zhuǎn)化速率毒物的毒性、聯(lián)合作用、致突變、致癌毒物的毒性、聯(lián)合作用、致突變、致癌及抑制酶活性及抑制酶活性生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性第一節(jié)第一節(jié) 物質(zhì)通過生物膜的方物質(zhì)通過生物膜的方式式一、生物膜的結(jié)構(gòu)一、生物膜的結(jié)構(gòu)生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性生物膜的

2、結(jié)構(gòu)生物膜的結(jié)構(gòu) 生物膜主要由磷脂雙分子層和蛋白質(zhì)鑲嵌組成：生物膜主要由磷脂雙分子層和蛋白質(zhì)鑲嵌組成：1、磷脂雙分子層的結(jié)構(gòu)、磷脂雙分子層的結(jié)構(gòu) 親水基團親水基團 疏水基團疏水基團2、鑲嵌蛋白類型與生理功能、鑲嵌蛋白類型與生理功能類型：表在蛋白和內(nèi)在蛋白類型：表在蛋白和內(nèi)在蛋白生理功能：生理功能：轉(zhuǎn)運膜內(nèi)外物質(zhì)的載體轉(zhuǎn)運膜內(nèi)外物質(zhì)的載體起催化作用的酶起催化作用的酶能量轉(zhuǎn)換器能量轉(zhuǎn)換器生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性生物膜的結(jié)構(gòu)生物膜的結(jié)構(gòu)生物膜主要是由磷脂雙分子層和蛋白質(zhì)鑲嵌生物膜主要是由磷脂雙分子層和蛋白質(zhì)鑲嵌組成的、厚度為組成的、厚度為7.5-107.5-10nmnm的流動變動復雜體。的流

3、動變動復雜體。在磷脂雙分子層中，親水的極性基因排列于在磷脂雙分子層中，親水的極性基因排列于內(nèi)外兩面，疏水的烷鏈端伸向內(nèi)側(cè)，所以，內(nèi)外兩面，疏水的烷鏈端伸向內(nèi)側(cè)，所以，在雙分子層中央存在一個疏水區(qū)，生物膜是在雙分子層中央存在一個疏水區(qū)，生物膜是類脂層屏障類脂層屏障。膜上鑲嵌的蛋白質(zhì)，有附著在磷脂雙分子層膜上鑲嵌的蛋白質(zhì)，有附著在磷脂雙分子層表面的表在蛋白，有深埋或貫穿磷脂雙分子表面的表在蛋白，有深埋或貫穿磷脂雙分子層的內(nèi)在蛋白，但他們親水端也都露在雙分層的內(nèi)在蛋白，但他們親水端也都露在雙分子層的外表面。子層的外表面。在生物膜中還有少量帶極性、常含有水的微在生物膜中還有少量帶極性、常含有水的微小孔

4、道，稱為膜孔。小孔道，稱為膜孔。生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性二、物質(zhì)通過生物膜的方式二、物質(zhì)通過生物膜的方式物質(zhì)通過生物膜的方式根據(jù)其機制分為五類：物質(zhì)通過生物膜的方式根據(jù)其機制分為五類：1、膜孔濾過：、膜孔濾過： 直徑小于膜孔的直徑小于膜孔的水溶性物質(zhì)水溶性物質(zhì)，借助膜兩側(cè)的，借助膜兩側(cè)的 靜水壓及滲透壓經(jīng)膜孔濾過。靜水壓及滲透壓經(jīng)膜孔濾過。2、被動擴散：、被動擴散： 脂溶性物質(zhì)通過有類脂層屏障的生物膜，由脂溶性物質(zhì)通過有類脂層屏障的生物膜，由高濃度側(cè)向低濃度側(cè)的擴散，其擴散速率服從高濃度側(cè)向低濃度側(cè)的擴散，其擴散速率服從費克定律：費克定律： 式中式中D為擴散系數(shù)，決定于通過物質(zhì)和膜為擴

5、散系數(shù)，決定于通過物質(zhì)和膜的性質(zhì)，的性質(zhì)，A為擴散面積。為擴散面積。生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性物質(zhì)通過生物膜的方式物質(zhì)通過生物膜的方式3、被動易化擴散：、被動易化擴散： 有些物質(zhì)可在高濃度側(cè)與膜上有些物質(zhì)可在高濃度側(cè)與膜上特異性蛋白質(zhì)載特異性蛋白質(zhì)載體結(jié)合體結(jié)合，通過生物膜，至低濃度側(cè)解離出原物，通過生物膜，至低濃度側(cè)解離出原物質(zhì)，這一轉(zhuǎn)運為被動易化擴散。質(zhì)，這一轉(zhuǎn)運為被動易化擴散。4、主動轉(zhuǎn)運：、主動轉(zhuǎn)運： 在消耗一定代謝能量下，一些物質(zhì)可在低濃度在消耗一定代謝能量下，一些物質(zhì)可在低濃度側(cè)與膜上高濃度的特異性蛋白載體結(jié)合，通過側(cè)與膜上高濃度的特異性蛋白載體結(jié)合，通過生物膜，至高濃度側(cè)解

6、離出原物質(zhì)。生物膜，至高濃度側(cè)解離出原物質(zhì)。 這種轉(zhuǎn)運與膜的高度特異性載體及其數(shù)量有這種轉(zhuǎn)運與膜的高度特異性載體及其數(shù)量有關(guān)，而具有特異性選擇，類似物質(zhì)競爭性抑制關(guān)，而具有特異性選擇，類似物質(zhì)競爭性抑制和飽和現(xiàn)象。和飽和現(xiàn)象。生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性主動轉(zhuǎn)運主動轉(zhuǎn)運 所需代謝能量來自膜的三磷酸酰苷酶分解所需代謝能量來自膜的三磷酸酰苷酶分解三磷酸酰苷三磷酸酰苷(ATP)成二磷酸酰苷（成二磷酸酰苷（ADP）和磷）和磷酸時所釋放的能量。酸時所釋放的能量。 具有競爭性抑制、特異性選擇和飽和現(xiàn)象。具有競爭性抑制、特異性選擇和飽和現(xiàn)象。 如鉀離子在細胞內(nèi)外濃度分布：如鉀離子在細胞內(nèi)外濃度分布： K

7、+(細胞內(nèi)細胞內(nèi)) K+(細胞外細胞外)生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性物質(zhì)通過生物膜的方式物質(zhì)通過生物膜的方式5、胞吞和胞飲：、胞吞和胞飲： 少數(shù)物質(zhì)與膜上蛋白質(zhì)有特殊的親和力，當少數(shù)物質(zhì)與膜上蛋白質(zhì)有特殊的親和力，當其與膜接觸后，可改變這部分膜的表面張力，其與膜接觸后，可改變這部分膜的表面張力，引起膜的外包或內(nèi)陷而被包圍進入膜內(nèi)，固體引起膜的外包或內(nèi)陷而被包圍進入膜內(nèi)，固體物質(zhì)的這一轉(zhuǎn)運稱為胞吞，而液態(tài)物質(zhì)的則稱物質(zhì)的這一轉(zhuǎn)運稱為胞吞，而液態(tài)物質(zhì)的則稱為胞飲。為胞飲。 物質(zhì)以何種方式通過生物膜，主要決定于機物質(zhì)以何種方式通過生物膜，主要決定于機體各組織體各組織生物膜的特性生物膜的特性和和物

8、質(zhì)的結(jié)構(gòu)、理化性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)。質(zhì)。物質(zhì)的理化性質(zhì)包括脂溶性、水溶性、解物質(zhì)的理化性質(zhì)包括脂溶性、水溶性、解離度、分子大小等。除大多數(shù)營養(yǎng)物質(zhì)及其代離度、分子大小等。除大多數(shù)營養(yǎng)物質(zhì)及其代謝物外，大部分物質(zhì)一般以被動擴散方式通過謝物外，大部分物質(zhì)一般以被動擴散方式通過生物膜。生物膜。生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性第二節(jié)第二節(jié) 污染物質(zhì)在機體內(nèi)的轉(zhuǎn)運污染物質(zhì)在機體內(nèi)的轉(zhuǎn)運 污染物質(zhì)在機體內(nèi)的運動過程包括吸收、分污染物質(zhì)在機體內(nèi)的運動過程包括吸收、分布、排泄和生物轉(zhuǎn)化。前三者統(tǒng)稱為轉(zhuǎn)運。布、排泄和生物轉(zhuǎn)化。前三者統(tǒng)稱為轉(zhuǎn)運。一、吸收一、吸收 吸收是污染物質(zhì)從機體外通過各種途徑通透吸收是污染

9、物質(zhì)從機體外通過各種途徑通透體膜體膜進入血液進入血液的過程。吸收途徑主要是機體的的過程。吸收途徑主要是機體的消化管、呼吸道和皮膚。消化管、呼吸道和皮膚。1、消化管是吸收污染物質(zhì)的最主要途徑、消化管是吸收污染物質(zhì)的最主要途徑通過被動擴散被消化管吸收，主動轉(zhuǎn)運很少；通過被動擴散被消化管吸收，主動轉(zhuǎn)運很少； 最主要的吸收部位在小腸，其次在胃。最主要的吸收部位在小腸，其次在胃。影響吸收的主要因素：影響吸收的主要因素：污染物質(zhì)的脂溶性；污染物質(zhì)的脂溶性；污染物質(zhì)在小腸內(nèi)的濃度；污染物質(zhì)在小腸內(nèi)的濃度；血液流速也是影響污染物吸收的因素。血液流速也是影響污染物吸收的因素。污染物的解離情況（未解離易于擴散）污

10、染物的解離情況（未解離易于擴散）生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性吸收吸收2、呼吸管是吸收大氣污染物的主要途徑：、呼吸管是吸收大氣污染物的主要途徑： 主要吸收部位在肺泡主要吸收部位在肺泡 吸收的氣態(tài)和液態(tài)氣溶膠物質(zhì)，通過被動擴散吸收的氣態(tài)和液態(tài)氣溶膠物質(zhì)，通過被動擴散和濾過方式，分別迅速通過肺泡和毛細管膜進和濾過方式，分別迅速通過肺泡和毛細管膜進入血液入血液 ；固態(tài)氣溶膠和粉塵污染物中的易溶微粒按上述固態(tài)氣溶膠和粉塵污染物中的易溶微粒按上述方式被吸收，而難溶微粒在吞噬作用下被吸收。方式被吸收，而難溶微粒在吞噬作用下被吸收。3、皮膚的吸收是不少污染物質(zhì)進入機體的途徑、皮膚的吸收是不少污染物質(zhì)進入機

11、體的途徑 皮膚接觸的污染物質(zhì)，常以被動擴散相繼通皮膚接觸的污染物質(zhì)，常以被動擴散相繼通過皮膚的表皮、真皮，再濾過真皮中毛細管壁過皮膚的表皮、真皮，再濾過真皮中毛細管壁膜進入血液。（分子量低、非極性、液態(tài)或溶膜進入血液。（分子量低、非極性、液態(tài)或溶解態(tài)、脂溶性）解態(tài)、脂溶性）生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性二、分布二、分布 分布指污染物質(zhì)被吸收后和其代謝轉(zhuǎn)化物質(zhì)分布指污染物質(zhì)被吸收后和其代謝轉(zhuǎn)化物質(zhì)形成后，由形成后，由血液血液送至機體各組織、與組織成分送至機體各組織、與組織成分結(jié)合、從組織返回血液、以及再反復等過程。結(jié)合、從組織返回血液、以及再反復等過程。在污染物質(zhì)的分布過程中，污染物質(zhì)的轉(zhuǎn)運以

12、在污染物質(zhì)的分布過程中，污染物質(zhì)的轉(zhuǎn)運以被動擴散為主。被動擴散為主。影響因素：影響因素：組織血流速度的影響：脂溶性污染物易于通過生物膜，組織血流速度的影響：脂溶性污染物易于通過生物膜，組織血流速度是分布的限速因素。組織血流速度是分布的限速因素。中樞神經(jīng)系統(tǒng)的毛細管壁間幾乎無空隙，污染物之經(jīng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的毛細管壁間幾乎無空隙，污染物之經(jīng)膜通透性的大小成為轉(zhuǎn)運的限制因素：低脂溶性高解膜通透性的大小成為轉(zhuǎn)運的限制因素：低脂溶性高解離度的物質(zhì)經(jīng)膜通透性差，受經(jīng)膜通透性限制。離度的物質(zhì)經(jīng)膜通透性差，受經(jīng)膜通透性限制。污染物質(zhì)與血液中血漿蛋白結(jié)合能力的大小。污染物質(zhì)與血液中血漿蛋白結(jié)合能力的大小。有些污染

13、物質(zhì)與血液的紅細胞和血管外組織蛋白結(jié)合，有些污染物質(zhì)與血液的紅細胞和血管外組織蛋白結(jié)合，也會顯著影響它們在機體內(nèi)的分布。也會顯著影響它們在機體內(nèi)的分布。生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性三、排泄三、排泄 排泄是污染物質(zhì)及其代謝產(chǎn)物向機體外的轉(zhuǎn)排泄是污染物質(zhì)及其代謝產(chǎn)物向機體外的轉(zhuǎn)運過程。排泄器官有腎臟、肝臟、腸、肺和外運過程。排泄器官有腎臟、肝臟、腸、肺和外分泌腺等。其中，以腎和肝臟為主。分泌腺等。其中，以腎和肝臟為主。腎排泄是污染物通過腎隨尿而排出的過程；腎腎排泄是污染物通過腎隨尿而排出的過程；腎小球毛細血管壁有許多較大孔膜，但分子量過小球毛細血管壁有許多較大孔膜，但分子量過大或與血漿蛋白結(jié)合

14、的污染物質(zhì)仍留在血液中。大或與血漿蛋白結(jié)合的污染物質(zhì)仍留在血液中。污染物質(zhì)的另一個重要排泄途徑是肝膽系統(tǒng)的污染物質(zhì)的另一個重要排泄途徑是肝膽系統(tǒng)的膽汁排泄：主要由消化管吸收的污染物質(zhì)，經(jīng)膽汁排泄：主要由消化管吸收的污染物質(zhì)，經(jīng)血液到達肝臟后，以原物或代謝物并膽汁一起血液到達肝臟后，以原物或代謝物并膽汁一起分泌至十二指腸，經(jīng)小腸至大腸，再排出體外分泌至十二指腸，經(jīng)小腸至大腸，再排出體外的過程。的過程。主要是主動轉(zhuǎn)運，被動擴散少主要是主動轉(zhuǎn)運，被動擴散少。有些物質(zhì)由膽汁排出，在腸道運行中又重新被有些物質(zhì)由膽汁排出，在腸道運行中又重新被吸收，這種現(xiàn)象稱為肝腸循環(huán)。吸收，這種現(xiàn)象稱為肝腸循環(huán)。生物體內(nèi)

15、污染物質(zhì)的運動過程及毒性四、蓄積四、蓄積 機體長期接觸某種污染物質(zhì)，若吸收超過排機體長期接觸某種污染物質(zhì)，若吸收超過排泄及代謝轉(zhuǎn)化，就會出現(xiàn)該污染物質(zhì)在體內(nèi)逐泄及代謝轉(zhuǎn)化，就會出現(xiàn)該污染物質(zhì)在體內(nèi)逐漸增加的現(xiàn)象，稱為生物蓄積。蓄積量是吸收、漸增加的現(xiàn)象，稱為生物蓄積。蓄積量是吸收、分布、代謝轉(zhuǎn)化和排泄各量的代數(shù)和。蓄積時，分布、代謝轉(zhuǎn)化和排泄各量的代數(shù)和。蓄積時，污染物質(zhì)的體內(nèi)分布，通常表現(xiàn)為相對集中的污染物質(zhì)的體內(nèi)分布，通常表現(xiàn)為相對集中的方式，主要集中在機體的某些部位：方式，主要集中在機體的某些部位：機體的主要蓄積部位是血漿蛋白、脂肪組織和機體的主要蓄積部位是血漿蛋白、脂肪組織和骨骼；骨骼

16、；有些污染物質(zhì)的蓄積部位與毒性作用部位相同，有些污染物質(zhì)的蓄積部位與毒性作用部位相同，而有些則不一致；而有些則不一致；蓄積部位中的污染物質(zhì)，常同血漿中游離型污蓄積部位中的污染物質(zhì)，常同血漿中游離型污染物質(zhì)保持相對穩(wěn)定的平衡。染物質(zhì)保持相對穩(wěn)定的平衡。生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性第三節(jié)第三節(jié) 污染物質(zhì)的生物富集、放大和積累污染物質(zhì)的生物富集、放大和積累一、生物富集一、生物富集1、生物濃縮系數(shù)、生物濃縮系數(shù) 生物通過生物通過非吞食非吞食方式，從周圍環(huán)境（水、方式，從周圍環(huán)境（水、土壤、大氣）蓄積某種元素或難降解的物質(zhì)，土壤、大氣）蓄積某種元素或難降解的物質(zhì)，使其

17、在機體內(nèi)濃度超過周圍環(huán)境中濃度的現(xiàn)象。使其在機體內(nèi)濃度超過周圍環(huán)境中濃度的現(xiàn)象。生物富集作用的大小可用生物濃縮系數(shù)來表示：生物富集作用的大小可用生物濃縮系數(shù)來表示： BCFcb/ca cb某種元素或難降解物質(zhì)在機體中的濃度；某種元素或難降解物質(zhì)在機體中的濃度； ca某種元素或難降解物質(zhì)在機體周圍環(huán)境某種元素或難降解物質(zhì)在機體周圍環(huán)境中的濃度。中的濃度。2、生物濃縮系數(shù)的影響因素、生物濃縮系數(shù)的影響因素 BCF的取值范圍很大，其主要影響因素為：的取值范圍很大，其主要影響因素為：生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性生物富集生物富集2、生物濃縮系數(shù)的影響因素、生物濃縮系數(shù)的影響因素在物質(zhì)性質(zhì)方面的主要影

18、響是物質(zhì)的降解性、在物質(zhì)性質(zhì)方面的主要影響是物質(zhì)的降解性、水溶性和脂溶性；水溶性和脂溶性；在生物特征方面主要是生物種類、大小、性別、在生物特征方面主要是生物種類、大小、性別、器官、生物發(fā)育階段等；器官、生物發(fā)育階段等；在環(huán)境條件方面包括溫度、鹽度、水硬度、在環(huán)境條件方面包括溫度、鹽度、水硬度、pH值、氧含量和光照狀況等。值、氧含量和光照狀況等。 一般，重金屬元素和許多含氯碳氫化合物、一般，重金屬元素和許多含氯碳氫化合物、稠環(huán)、雜環(huán)有機化合物具有很高的生物濃縮系稠環(huán)、雜環(huán)有機化合物具有很高的生物濃縮系數(shù)。數(shù)。生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性生物富集生物富集3、水生生物富集速率、水生生物富集速率水

19、生生物富集速率方程為：水生生物富集速率方程為：生物濃縮系數(shù)：生物濃縮系數(shù)： 生物富集作用生物富集作用 達到平衡時的達到平衡時的 BCF ka、ke、kg分別為水生生物吸收、消除、生長分別為水生生物吸收、消除、生長的速率常數(shù)；的速率常數(shù)； cw、cf分別為水及生物體內(nèi)的瞬時物質(zhì)濃度。分別為水及生物體內(nèi)的瞬時物質(zhì)濃度。生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性生物富集生物富集 水生生物對水中物質(zhì)的富集過程十分復雜，水生生物對水中物質(zhì)的富集過程十分復雜，但對于脂溶性高、水溶性低的，以被動擴散通但對于脂溶性高、水溶性低的，以被動擴散通過生物膜的難降解有機物，該過程可近似視為過生物膜的難降解有機物，該過程可近似視

20、為物質(zhì)在水和生物組織兩相間的分配作用。以正物質(zhì)在水和生物組織兩相間的分配作用。以正辛醇作為水生生物脂肪組織的代用品，發(fā)現(xiàn)這辛醇作為水生生物脂肪組織的代用品，發(fā)現(xiàn)這些有機物質(zhì)在辛醇些有機物質(zhì)在辛醇-水兩相分配系數(shù)的對數(shù)與水兩相分配系數(shù)的對數(shù)與其在水生生物體內(nèi)濃縮系數(shù)的對數(shù)之間具有良其在水生生物體內(nèi)濃縮系數(shù)的對數(shù)之間具有良好的線性正相關(guān)關(guān)系：好的線性正相關(guān)關(guān)系： lgBCFalgKowb 生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性二、生物放大二、生物放大 生物放大指在同一食物鏈上的高營養(yǎng)級生物，生物放大指在同一食物鏈上的高營養(yǎng)級生物，通過通過吞食吞食低營養(yǎng)級生物蓄積某種元素或難降解物低營養(yǎng)級生物蓄積某種元素

21、或難降解物質(zhì)，使其在機體內(nèi)的濃度隨營養(yǎng)級數(shù)提高而增大質(zhì)，使其在機體內(nèi)的濃度隨營養(yǎng)級數(shù)提高而增大的現(xiàn)象。生物放大的程度，也用生物濃縮系數(shù)表的現(xiàn)象。生物放大的程度，也用生物濃縮系數(shù)表示。示。生物放大的結(jié)果，往往是使食物鏈上高營養(yǎng)級生生物放大的結(jié)果，往往是使食物鏈上高營養(yǎng)級生物體內(nèi)這種元素或物質(zhì)的濃度超過周圍環(huán)境中的物體內(nèi)這種元素或物質(zhì)的濃度超過周圍環(huán)境中的濃度；濃度；但生物放大作用并非在所有條件下都能夠發(fā)生。但生物放大作用并非在所有條件下都能夠發(fā)生。有些物質(zhì)可以沿食物鏈傳遞，但不能沿食物鏈放有些物質(zhì)可以沿食物鏈傳遞，但不能沿食物鏈放大；有些物質(zhì)既不能沿食物鏈傳遞，也不能沿食大；有些物質(zhì)既不能沿食物

22、鏈傳遞，也不能沿食物鏈放大。物鏈放大。生物放大受多方面因素的影響：食物鏈交織；生生物放大受多方面因素的影響：食物鏈交織；生物對物質(zhì)吸收、消除等作用的變化性。物對物質(zhì)吸收、消除等作用的變化性。生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性三、生物積累三、生物積累 生物積累是生物從周圍環(huán)境中（水、土壤、大生物積累是生物從周圍環(huán)境中（水、土壤、大氣）和食物鏈蓄積某種元素或難降解物質(zhì)，使其氣）和食物鏈蓄積某種元素或難降解物質(zhì)，使其在機體中的濃度超過周圍環(huán)境中濃度的現(xiàn)象。生在機體中的濃度超過周圍環(huán)境中濃度的現(xiàn)象。生物放大或生物富集分別是屬于生物積累的一種情物放大或生物富集分別是屬于生物積累的一種情況。況。 生物累積也

23、用生物濃縮系數(shù)來表示。生物累積也用生物濃縮系數(shù)來表示。水生生物的積累微分速率方程：水生生物的積累微分速率方程： 食物鏈上水生生物對某種物質(zhì)的積累速率等于食物鏈上水生生物對某種物質(zhì)的積累速率等于從水中的吸收速率、從食物鏈上的吸收速率及其從水中的吸收速率、從食物鏈上的吸收速率及其本身消除、吸收速率的代數(shù)和。本身消除、吸收速率的代數(shù)和。 當生物積累達平衡時，當生物積累達平衡時，dci/dt=0 生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性生物積累生物積累積累速率：積累速率： Ci = Cwi + Ci 即：積累濃度即：積累濃度 = 水中攝取濃度水中攝取濃度 + 食物鏈傳遞的食物鏈傳遞的濃度濃度 反映的是在生物積

24、累達到平衡時，生物富集反映的是在生物積累達到平衡時，生物富集和生物放大在生物積累達到平衡時的貢獻大小。和生物放大在生物積累達到平衡時的貢獻大小。 生物積累、放大和富集可在不同側(cè)面為探討生物積累、放大和富集可在不同側(cè)面為探討環(huán)境中污染物質(zhì)的遷移、排放標準和可能造成環(huán)境中污染物質(zhì)的遷移、排放標準和可能造成的危害，以及利用生物對環(huán)境進行監(jiān)測和凈化，的危害，以及利用生物對環(huán)境進行監(jiān)測和凈化，提供重要的科學依據(jù)。提供重要的科學依據(jù)。生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性第四節(jié)第四節(jié) 污染物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化污染物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化 物質(zhì)在生物作用下發(fā)生的化學變化，稱為生物質(zhì)在生物作用下發(fā)生的化學變化，稱為生物轉(zhuǎn)化或代謝（

25、轉(zhuǎn)化）。生物轉(zhuǎn)化、化學轉(zhuǎn)化物轉(zhuǎn)化或代謝（轉(zhuǎn)化）。生物轉(zhuǎn)化、化學轉(zhuǎn)化和光化學轉(zhuǎn)化是污染物質(zhì)在環(huán)境中的三大主要和光化學轉(zhuǎn)化是污染物質(zhì)在環(huán)境中的三大主要轉(zhuǎn)化類型。污染物質(zhì)在環(huán)境中的生物轉(zhuǎn)化過程轉(zhuǎn)化類型。污染物質(zhì)在環(huán)境中的生物轉(zhuǎn)化過程中，微生物起到非常重要的作用。中，微生物起到非常重要的作用。 本節(jié)主要介紹生物轉(zhuǎn)化中的酶學和氫傳遞本節(jié)主要介紹生物轉(zhuǎn)化中的酶學和氫傳遞過程的基礎(chǔ)內(nèi)容，以便于了解污染物質(zhì)的生物過程的基礎(chǔ)內(nèi)容，以便于了解污染物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化；耗氧和有毒有機污染物質(zhì)的微生物降解；轉(zhuǎn)化；耗氧和有毒有機污染物質(zhì)的微生物降解；若干重金屬和非金屬元素的微生物轉(zhuǎn)化。若干重金屬和非金屬元素的微生物轉(zhuǎn)化。生物

26、體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性污染物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化污染物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化一、生物轉(zhuǎn)化中的酶一、生物轉(zhuǎn)化中的酶 酶是一類由細胞制造和分泌的、以蛋白質(zhì)為酶是一類由細胞制造和分泌的、以蛋白質(zhì)為主要成分的、具有催化活性的生物催化劑。在主要成分的、具有催化活性的生物催化劑。在酶催化下發(fā)生轉(zhuǎn)化的物質(zhì)稱為底物或基質(zhì)；底酶催化下發(fā)生轉(zhuǎn)化的物質(zhì)稱為底物或基質(zhì)；底物所發(fā)生的轉(zhuǎn)化稱為酶促反應。物所發(fā)生的轉(zhuǎn)化稱為酶促反應。1、酶催化反應的特點：、酶催化反應的特點：催化專一性高：一種酶只能對一種底物或一類催化專一性高：一種酶只能對一種底物或一類底物起催化作用；底物起催化作用；酶催化效率高；酶催化效率高；酶催化需要溫和的外界條件

27、，否則失去催化活酶催化需要溫和的外界條件，否則失去催化活性，因為酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)。性，因為酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)。生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性生物轉(zhuǎn)化中的酶生物轉(zhuǎn)化中的酶2、酶的種類、酶的種類（1）根據(jù)起催化作用的場所，將酶分為胞內(nèi)酶）根據(jù)起催化作用的場所，將酶分為胞內(nèi)酶和胞外酶兩類。和胞外酶兩類。（2）根據(jù)催化反應的類型分為六大類：）根據(jù)催化反應的類型分為六大類：氧化還原酶氧化還原酶轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移酶水解酶水解酶裂解酶裂解酶異構(gòu)酶異構(gòu)酶合成酶合成酶（3）根據(jù)成分，分為兩大類：）根據(jù)成分，分為兩大類：單成分酶：只含有蛋白質(zhì)單成分酶：只含有蛋白質(zhì)雙成分酶：除蛋白質(zhì)外，還有非蛋白質(zhì)部分：雙成分酶：除蛋白質(zhì)

28、外，還有非蛋白質(zhì)部分：輔基輔基或輔酶或輔酶生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性生物轉(zhuǎn)化中的酶生物轉(zhuǎn)化中的酶雙成分酶：雙成分酶：輔基和輔酶的差別：僅同酶蛋白結(jié)合的牢固程輔基和輔酶的差別：僅同酶蛋白結(jié)合的牢固程度不同。度不同。輔酶起傳遞電子、原子或某些化學基團的功能輔酶起傳遞電子、原子或某些化學基團的功能，酶蛋白起著決定催化專一性和催化高效率的功酶蛋白起著決定催化專一性和催化高效率的功能；能；輔酶的成分是金屬離子、含金屬的有機化合物輔酶的成分是金屬離子、含金屬的有機化合物或小分子的復雜有機化合物?；蛐》肿拥膹碗s有機化合物。同一種輔酶同一種輔酶可以可以結(jié)合不同的酶蛋白，構(gòu)成許多種雙成分酶，對結(jié)合不同的酶

29、蛋白，構(gòu)成許多種雙成分酶，對不同底物不同底物進行進行相同（同類）反應相同（同類）反應。輔酶對電子、。輔酶對電子、原子或某些化學基團的傳遞功能，是雙成分酶原子或某些化學基團的傳遞功能，是雙成分酶催化反應的關(guān)鍵。催化反應的關(guān)鍵。生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性二、若干重要輔酶的功能二、若干重要輔酶的功能1、FMN和和FAD 輔酶輔酶FMN：黃素單核苷酸黃素單核苷酸 FAD：黃素腺嘌呤二核苷酸黃素腺嘌呤二核苷酸 生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性FMN和和FAD FMN和和FAD是一些氧化還原反應酶的輔酶，在酶促是一些氧化還原反應酶的輔酶，在酶促反應中具有傳遞氫原子的作用：通過在不飽和反應中具有傳遞氫

30、原子的作用：通過在不飽和N原子原子上加氫。（可逆過程）上加氫。（可逆過程）生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性2、NAD+和和NADP+ 輔酶輔酶NAD+和和NADP+分別稱為輔酶分別稱為輔酶I和輔酶和輔酶II，分別分別是煙酰胺嘌呤是煙酰胺嘌呤二核苷酸二核苷酸和煙酰胺嘌呤和煙酰胺嘌呤二核苷酸磷酸二核苷酸磷酸的縮的縮寫。它們也是一些氧化還原酶的輔酶，在酶促反應中起寫。它們也是一些氧化還原酶的輔酶，在酶促反應中起傳遞氫傳遞氫的作用。的作用。生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性NAD+和和NADP+生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性3、輔酶、輔酶Q 輔酶輔酶Q又稱為泛醌，簡稱為又稱為泛醌，簡稱為CoQ，也是也

31、是某些氧化還原酶的輔酶，在酶促反應中某些氧化還原酶的輔酶，在酶促反應中起到遞氫的作用：（醌式結(jié)構(gòu)部分結(jié)合起到遞氫的作用：（醌式結(jié)構(gòu)部分結(jié)合氫）氫）生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性4、細胞色素酶系的輔酶、細胞色素酶系的輔酶 細胞色素酶系是催化底物細胞色素酶系是催化底物氧化氧化的一類酶系，的一類酶系，主要有細胞色素主要有細胞色素b、c1、c、a、a3等幾種。它們等幾種。它們的的酶蛋白部分各不相同，但是輔酶都是鐵卟啉酶蛋白部分各不相同，但是輔酶都是鐵卟啉。在酶促反應時輔酶鐵卟啉中的鐵不斷進行氧化在酶促反應時輔酶鐵卟啉中的鐵不斷進行氧化還原，當鐵獲得電子時從三價還原為二價，后還原，當鐵獲得電子時從三價

32、還原為二價，后者把電子傳遞除去后又氧化為三價，從而起到者把電子傳遞除去后又氧化為三價，從而起到傳遞電子傳遞電子的作用：的作用： cytnFe 3+ = cytnFe 2+ cyt為細胞色素酶系為細胞色素酶系 nb、c1、c、a、a3生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性5、輔酶、輔酶A 輔酶輔酶A是泛酸的一個衍生物，簡寫為是泛酸的一個衍生物，簡寫為CoASH。 輔酶輔酶A是一種轉(zhuǎn)移酶的輔酶，所含的巰基與酰基形是一種轉(zhuǎn)移酶的輔酶，所含的巰基與酰基形成硫酯，在酶促反應中起成硫酯，在酶促反應中起傳遞?；鶄鬟f酰基的作用：的作用： CoASH CH3CO+ CH3CO-SCoA + H+生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動

33、過程及毒性三、生物氧化中的氫傳遞過程三、生物氧化中的氫傳遞過程 生物氧化是有機物質(zhì)在機體細胞內(nèi)的氧化，生物氧化是有機物質(zhì)在機體細胞內(nèi)的氧化，并伴隨有能量的釋放。放出的能量主要通過二并伴隨有能量的釋放。放出的能量主要通過二磷酸腺苷與正磷酸合成三磷酸腺苷而被暫時存磷酸腺苷與正磷酸合成三磷酸腺苷而被暫時存放。放。生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性生物氧化中的氫傳遞過程生物氧化中的氫傳遞過程 在生物氧化中有機物質(zhì)的氧化多為去氫氧在生物氧化中有機物質(zhì)的氧化多為去氫氧化，化，脫去的氫（脫去的氫（H+e）以原子或電子形式由相以原子或電子形式由相應氧化還原酶按一定順序傳遞給受體應氧化還原酶按一定順序傳遞給受體。

34、這一氫。這一氫原子或電子的傳遞過程稱為氫傳遞或電子傳遞原子或電子的傳遞過程稱為氫傳遞或電子傳遞過程，其受體為受氫體或電子受體。有氧氧化過程，其受體為受氫體或電子受體。有氧氧化和無氧氧化兩種：受氫體是細胞內(nèi)的分子氧則和無氧氧化兩種：受氫體是細胞內(nèi)的分子氧則為有氧氧化，受氫體是非分子氧的化合物則為為有氧氧化，受氫體是非分子氧的化合物則為無氧氧化。無氧氧化。 好氧微生物進行有氧氧化，厭氧微生物進好氧微生物進行有氧氧化，厭氧微生物進行無氧氧化，兼性厭氧微生物視生存環(huán)境中氧行無氧氧化，兼性厭氧微生物視生存環(huán)境中氧含量多少而定。含量多少而定。 氫傳遞過程按受氫體情況分為以下幾類：氫傳遞過程按受氫體情況分為

35、以下幾類：生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性生物氧化中的氫傳遞過程生物氧化中的氫傳遞過程1、有氧氧化中以分子氧為直接受氫體的遞氫過程有氧氧化中以分子氧為直接受氫體的遞氫過程 只有一種酶作用于有機底物，脫落底物的氫只有一種酶作用于有機底物，脫落底物的氫（H+e），），其中的電子其中的電子由該酶的輔酶直接傳遞由該酶的輔酶直接傳遞給給O2，形成激活態(tài)形成激活態(tài)O2-，與脫落氫剩余的與脫落氫剩余的H化合化合生成水。生成水。生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性生物氧化中的氫傳遞過程生物氧化中的氫傳遞過程2、有氧氧化中分子氧為間接受氫體的遞氫過程：、有氧氧化中分子氧為間接受氫體的遞氫過程： 有幾種酶共同發(fā)揮作用

36、，第一種酶從有機底物有幾種酶共同發(fā)揮作用，第一種酶從有機底物脫落氫，其余的酶順序傳遞，最后把其中的電子脫落氫，其余的酶順序傳遞，最后把其中的電子傳給分子氧形成激活態(tài)傳給分子氧形成激活態(tài)O2-，并與脫落氫剩余的并與脫落氫剩余的H化合生成水?；仙伤Ｉ矬w內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性生物氧化中的氫傳遞過程生物氧化中的氫傳遞過程3、無氧氧化中有機底物轉(zhuǎn)化中間產(chǎn)物作為受氫體的、無氧氧化中有機底物轉(zhuǎn)化中間產(chǎn)物作為受氫體的遞氫過程：遞氫過程： 有一種或一種以上的酶參與，最后常由脫氫輔酶有一種或一種以上的酶參與，最后常由脫氫輔酶NADH+H+將所含來源于有機底物的氫，將所含來源于有機底物的氫，傳給該底傳給

37、該底物生物轉(zhuǎn)化的相應中間產(chǎn)物物生物轉(zhuǎn)化的相應中間產(chǎn)物。（中間產(chǎn)物作為受。（中間產(chǎn)物作為受氫體）氫體）生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性生物氧化中的氫傳遞過程生物氧化中的氫傳遞過程4、無氧氧化中某些無機含氧化合物作為受氫體、無氧氧化中某些無機含氧化合物作為受氫體的遞氫過程：的遞氫過程： 在這類氫傳遞過程中常見的受氫體是硝酸根、在這類氫傳遞過程中常見的受氫體是硝酸根、硫酸根和二氧化碳，它們接受來源于有機底物硫酸根和二氧化碳，它們接受來源于有機底物由酶傳遞來的氫，而被分別還原為氮分子（或由酶傳遞來的氫，而被分別還原為氮分子（或一氧化二氮）、硫化氫和甲烷。一氧化二氮）、硫化氫和甲烷。生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運

38、動過程及毒性四、耗氧有機污染物質(zhì)的微生物降解四、耗氧有機污染物質(zhì)的微生物降解 有機物質(zhì)通過生物氧化以及其他的生物轉(zhuǎn)化，可以有機物質(zhì)通過生物氧化以及其他的生物轉(zhuǎn)化，可以變成更小更簡單的分子。這一過程稱為有機物質(zhì)的變成更小更簡單的分子。這一過程稱為有機物質(zhì)的生生物降解物降解。如有機物降解為。如有機物降解為CO2、水等簡單的無機化合水等簡單的無機化合物，則為徹底降解，否則為不徹底降解。物，則為徹底降解，否則為不徹底降解。 耗氧有機污染物是生物殘體、排放廢水和廢棄物中的耗氧有機污染物是生物殘體、排放廢水和廢棄物中的糖類、脂肪、蛋白質(zhì)等較易生物降解的有機物質(zhì)。糖類、脂肪、蛋白質(zhì)等較易生物降解的有機物質(zhì)。

39、1、糖類的微生物降解、糖類的微生物降解 糖類：碳水化合物，分為單糖、二糖和多糖。糖類：碳水化合物，分為單糖、二糖和多糖。微生物降解糖類的基本途徑：微生物降解糖類的基本途徑：（1）多糖水解成單糖：多糖在胞外水解酶催化作用下水）多糖水解成單糖：多糖在胞外水解酶催化作用下水解成二糖和單糖，才能被微生物攝取進入細胞內(nèi)。解成二糖和單糖，才能被微生物攝取進入細胞內(nèi)。多多糖水解的產(chǎn)物以葡萄糖為主。糖水解的產(chǎn)物以葡萄糖為主。（2）單糖酵解成）單糖酵解成丙酮酸丙酮酸（有氧氧化或無氧氧化）（有氧氧化或無氧氧化）生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性糖類的微生物降解糖類的微生物降解（3）丙酮酸的轉(zhuǎn)化）丙酮酸的轉(zhuǎn)化有氧氧化

40、條件下：有氧氧化條件下：丙酮酸通過酶促反應轉(zhuǎn)化成乙酰輔酶丙酮酸通過酶促反應轉(zhuǎn)化成乙酰輔酶A；乙酰輔酶乙酰輔酶A與草酰乙酸經(jīng)酶促反應轉(zhuǎn)化成檸檬酸；與草酰乙酸經(jīng)酶促反應轉(zhuǎn)化成檸檬酸；檸檬酸通過酶促反應途徑，最后形成草酰乙酸檸檬酸通過酶促反應途徑，最后形成草酰乙酸 上述生物轉(zhuǎn)化的途徑稱為上述生物轉(zhuǎn)化的途徑稱為三羧酸循環(huán)或檸檬酸循環(huán)，簡三羧酸循環(huán)或檸檬酸循環(huán)，簡稱稱TCA循環(huán)循環(huán)。 丙酮酸完全氧化，總反應為：丙酮酸完全氧化，總反應為： CH3COCOOH5/2O2 3CO22H2O無氧氧化條件下：無氧氧化條件下： 丙酮酸通過酶促反應，以其本身作為受氫體而被還丙酮酸通過酶促反應，以其本身作為受氫體而被還

41、原為乳酸；或以其轉(zhuǎn)化的中間產(chǎn)物作受氫體，發(fā)生不原為乳酸；或以其轉(zhuǎn)化的中間產(chǎn)物作受氫體，發(fā)生不完全氧化生成低級的有機酸、醇及完全氧化生成低級的有機酸、醇及CO2等。等。生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性糖類的微生物降解糖類的微生物降解 綜上所述，糖類通過微生物作用，在有氧氧化綜上所述，糖類通過微生物作用，在有氧氧化

42、下能被完全氧化成下能被完全氧化成CO2和水，降解徹底；在無氧和水，降解徹底；在無氧氧化下通常氧化不完全，生成簡單有機酸、醇及氧化下通常氧化不完全，生成簡單有機酸、醇及CO2等，降解不徹底。后一過程因有大量簡單有等，降解不徹底。后一過程因有大量簡單有機酸生成，體系機酸生成，體系pH下降，所以屬于酸性發(fā)酵。下降，所以屬于酸性發(fā)酵。發(fā)酵的具體產(chǎn)物取決于產(chǎn)酸菌種類和外界條件。發(fā)酵的具體產(chǎn)物取決于產(chǎn)酸菌種類和外界條件。 TCA循環(huán)是糖、脂類、蛋白質(zhì)代謝聯(lián)絡(luò)的樞紐。循環(huán)是糖、脂類、蛋白質(zhì)代謝聯(lián)絡(luò)的樞紐。 TCA循環(huán)既是物質(zhì)分解代謝的組成部分，亦是循環(huán)既是物質(zhì)分解代謝的組成部分，亦是物質(zhì)合成的重要步驟，為其

43、他生物合成提供原料。物質(zhì)合成的重要步驟，為其他生物合成提供原料。生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性2、脂肪的微生物降解、脂肪的微生物降解 脂肪是由脂肪酸和甘油合成的酯。微生物脂肪是由脂肪酸和甘油合成的酯。微生物降解脂肪的基本途徑如下：降解脂肪的基本途徑如下：（1）脂肪水解成脂肪酸和甘油：）脂肪水解成脂肪酸和甘油： 脂肪在胞外水解酶催化下水解為脂肪酸和甘脂肪在胞外水解酶催化下水解為脂肪酸和甘油，生成的脂肪酸大多為油，生成的脂肪酸大多為1220個碳原子，主個碳原子，主要是含偶數(shù)碳原子的飽和酸，還有含雙鍵的不要是含偶數(shù)碳原子的飽和酸，還有含雙鍵的不飽和酸。飽和酸。生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性脂肪的

44、微生物降解脂肪的微生物降解（2）甘油的轉(zhuǎn)化：）甘油的轉(zhuǎn)化： 甘油在有氧或無氧條件下，均能被相應甘油在有氧或無氧條件下，均能被相應的一系列酶促反應轉(zhuǎn)變成丙酮酸。而丙的一系列酶促反應轉(zhuǎn)變成丙酮酸。而丙酮酸的進一步氧化同前面所述及的方式。酮酸的進一步氧化同前面所述及的方式。即在有氧條件下轉(zhuǎn)化為即在有氧條件下轉(zhuǎn)化為CO2和水，在無和水，在無氧氧化條件下轉(zhuǎn)變?yōu)楹唵蔚挠袡C酸、醇氧氧化條件下轉(zhuǎn)變?yōu)楹唵蔚挠袡C酸、醇和和CO2生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性脂肪的微生物降解脂肪的微生物降解（3）脂肪酸的轉(zhuǎn)化）脂肪酸的轉(zhuǎn)化 有氧氧化條件下：有氧氧化條件下： 飽和脂肪酸通常經(jīng)過酶促反應（飽和脂肪酸通常經(jīng)過酶促反應（

45、-氧化氧化）變）變成脂酰輔酶成脂酰輔酶A和乙酰輔酶和乙酰輔酶A。乙酰輔酶乙酰輔酶A進入三進入三羧酸循環(huán)。脂酰輔酶羧酸循環(huán)。脂酰輔酶A又經(jīng)過又經(jīng)過-氧化途徑進行氧化途徑進行轉(zhuǎn)化。如果原酸碳原子為偶數(shù)，則陸續(xù)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化。如果原酸碳原子為偶數(shù)，則陸續(xù)轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶乙酰輔酶A進入三羧酸循環(huán)；如果原酸為奇數(shù)進入三羧酸循環(huán)；如果原酸為奇數(shù)碳原子，則最后產(chǎn)物除乙酰輔酶碳原子，則最后產(chǎn)物除乙酰輔酶A外還有甲酰外還有甲酰輔酶輔酶A。甲酰輔酶甲酰輔酶A最后轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。最后轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性脂肪的微生物降解脂肪的微生物降解無氧氧化條件下：無氧

46、氧化條件下： 脂肪酸通過酶促反應，往往以其轉(zhuǎn)化的中間脂肪酸通過酶促反應，往往以其轉(zhuǎn)化的中間產(chǎn)物作受氫體而不被完全氧化，形成低級的有產(chǎn)物作受氫體而不被完全氧化，形成低級的有機酸、醇和機酸、醇和CO2?？偨Y(jié)：總結(jié)： 脂肪通過微生物作用，在有氧氧化下能被完脂肪通過微生物作用，在有氧氧化下能被完全氧化成全氧化成CO2和水，徹底降解。在無氧氧化下和水，徹底降解。在無氧氧化下通常氧化不完全，生成簡單有機酸、醇及通常氧化不完全，生成簡單有機酸、醇及CO2等，降解不徹底。等，降解不徹底。生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性3、蛋白質(zhì)的微生物降解、蛋白質(zhì)的微生物降解微生物降解蛋白質(zhì)的基本途徑：微生物降解蛋白質(zhì)的基本

47、途徑：（1）蛋白質(zhì)水解成氨基酸）蛋白質(zhì)水解成氨基酸 蛋白質(zhì)在胞外水解酶的作用下經(jīng)過多肽至二蛋白質(zhì)在胞外水解酶的作用下經(jīng)過多肽至二肽或氨基酸而被微生物攝入細胞內(nèi)，在細胞內(nèi)肽或氨基酸而被微生物攝入細胞內(nèi)，在細胞內(nèi)二肽可繼續(xù)水解成為氨基酸。二肽可繼續(xù)水解成為氨基酸。 氨基酸分為脂肪族氨基酸和芳香族氨基酸兩氨基酸分為脂肪族氨基酸和芳香族氨基酸兩類。類。（2）氨基酸脫氮脫羧成脂肪酸）氨基酸脫氮脫羧成脂肪酸 氨基酸在細胞內(nèi)的轉(zhuǎn)化由于不同酶的作用有氨基酸在細胞內(nèi)的轉(zhuǎn)化由于不同酶的作用有多種途徑，其中主要為氨基酸脫氮脫羧形成脂多種途徑，其中主要為氨基酸脫氮脫羧形成脂肪酸。脂肪酸進一步轉(zhuǎn)化，最終產(chǎn)物同前。肪酸。

48、脂肪酸進一步轉(zhuǎn)化，最終產(chǎn)物同前。 蛋白質(zhì)中含有硫的氨基酸在有氧氧化下還可蛋白質(zhì)中含有硫的氨基酸在有氧氧化下還可形成硫酸，在無氧氧化下可形成硫化氫。形成硫酸，在無氧氧化下可形成硫化氫。生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性4、甲烷發(fā)酵、甲烷發(fā)酵 無氧條件下糖類、脂肪和蛋白質(zhì)降解得到的無氧條件下糖類、脂肪和蛋白質(zhì)降解得到的簡單有機酸、醇等化合物在可能的條件下，在簡單有機酸、醇等化合物在可能的條件下，在產(chǎn)氫菌和產(chǎn)乙酸菌作用下，可被轉(zhuǎn)化為乙酸、產(chǎn)氫菌和產(chǎn)乙酸菌作用下，可被轉(zhuǎn)化為乙酸、甲酸、氫氣和二氧化碳，進而經(jīng)甲酸、氫氣和二氧化碳，進而經(jīng)產(chǎn)甲烷菌作用產(chǎn)甲烷菌作用產(chǎn)生甲烷產(chǎn)生甲烷。復雜有機物降解的這個總過程，

49、稱。復雜有機物降解的這個總過程，稱為甲烷發(fā)酵或沼氣發(fā)酵。為甲烷發(fā)酵或沼氣發(fā)酵。 甲烷發(fā)酵中，一般以糖類降解率和降解速率甲烷發(fā)酵中，一般以糖類降解率和降解速率最高，脂肪次之，蛋白質(zhì)最低。最高，脂肪次之，蛋白質(zhì)最低。 甲烷發(fā)酵的條件：無氧條件、弱堿性環(huán)境、甲烷發(fā)酵的條件：無氧條件、弱堿性環(huán)境、適宜的碳氮比等。溫度、菌種分布、發(fā)酵有機適宜的碳氮比等。溫度、菌種分布、發(fā)酵有機物質(zhì)的濃度。物質(zhì)的濃度。生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性五、有毒有機污染物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化類型五、有毒有機污染物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化類型有毒有機污染物生物轉(zhuǎn)化反應：有毒有機污染物生物轉(zhuǎn)化反應：分為兩個階段：分為兩個階段：第一階段：通過氧化、還原和

50、水解反應在有機物第一階段：通過氧化、還原和水解反應在有機物中引入極性基團，增加有機物的水溶性，或與中引入極性基團，增加有機物的水溶性，或與機體某些內(nèi)源性物質(zhì)進行結(jié)合反應，生成水溶機體某些內(nèi)源性物質(zhì)進行結(jié)合反應，生成水溶性更高的結(jié)合物，從而使其容易排出體外。性更高的結(jié)合物，從而使其容易排出體外。第二階段：結(jié)合反應。第一階段反應的產(chǎn)物或生第二階段：結(jié)合反應。第一階段反應的產(chǎn)物或生物體內(nèi)具有適宜功能基團的原毒物質(zhì)與機體內(nèi)物體內(nèi)具有適宜功能基團的原毒物質(zhì)與機體內(nèi)源性物質(zhì)進行的結(jié)合反應，稱為第二階段。源性物質(zhì)進行的結(jié)合反應，稱為第二階段。生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性有毒有機污染物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化類型有毒有

51、機污染物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化類型 有毒有機物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化的主要反應類有毒有機物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化的主要反應類型如下：型如下：1、耗氧反應類型、耗氧反應類型 1）混合功能氧化酶加氧氧化）混合功能氧化酶加氧氧化 2）脫氫酶脫氫氧化（受氫體非分子氧）脫氫酶脫氫氧化（受氫體非分子氧）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基醛氧化成羧基 3）氧化酶氧化（受氫體為分子氧）氧化酶氧化（受氫體為分子氧）生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性混合功能氧化酶加氧氧化混合功能氧化酶加氧氧化生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性1）可逆脫氫酶加氫還原；）可逆脫氫酶加氫還原； 2）硝基還原酶還原；）硝基還原酶還原； 3）偶氮還原酶還原；）

52、偶氮還原酶還原； 2、還原反應類型生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性還原反應類型還原反應類型4）還原脫氯酶還原）還原脫氯酶還原生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性3、水解反應類型、水解反應類型 1）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）酰胺酶使酰胺水解生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性六、有毒有機污染物的微生物降解六、有毒有機污染物的微生物降解1、烴類、烴類（1）碳原子數(shù)大于）碳原子數(shù)大于1的正烷烴，降解途徑有三種：通過烷烴的正烷烴，降解途徑有三種：通過烷烴的末端氧化，或次末端

53、氧化或雙端氧化，逐步生成醇、醛的末端氧化，或次末端氧化或雙端氧化，逐步生成醇、醛及脂肪酸，而后經(jīng)及脂肪酸，而后經(jīng)-氧化進入三羧酸循環(huán)，最終降解為二氧化進入三羧酸循環(huán)，最終降解為二氧化碳和水。以末端氧化為主要途徑。氧化碳和水。以末端氧化為主要途徑。（2）烯烴的微生物降解途徑：主要是烯烴飽和末端氧化，烯烴的微生物降解途徑：主要是烯烴飽和末端氧化，再經(jīng)過和碳原子數(shù)大于再經(jīng)過和碳原子數(shù)大于1的正烷烴相同的途徑成為不飽和的正烷烴相同的途徑成為不飽和脂肪酸；或者是烯烴的不飽和末端雙鍵環(huán)氧化成為環(huán)氧化脂肪酸；或者是烯烴的不飽和末端雙鍵環(huán)氧化成為環(huán)氧化合物，再經(jīng)開環(huán)所成的二醇至飽和脂肪酸。脂肪酸通過合物，再經(jīng)

54、開環(huán)所成的二醇至飽和脂肪酸。脂肪酸通過-氧化進入三羧酸循環(huán)，降解成二氧化碳和水。氧化進入三羧酸循環(huán)，降解成二氧化碳和水。（3）苯的微生物降解途徑）苯的微生物降解途徑 一般經(jīng)過三個環(huán)節(jié)：形成二酚；生成有機酸；最后轉(zhuǎn)一般經(jīng)過三個環(huán)節(jié)：形成二酚；生成有機酸；最后轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶化為乙酰輔酶A和琥珀酸等，進入三羧酸循環(huán)，降解成二和琥珀酸等，進入三羧酸循環(huán)，降解成二氧化碳和水。氧化碳和水。 從一至數(shù)十個碳原子的烴類化合物，只要條件合適，從一至數(shù)十個碳原子的烴類化合物，只要條件合適，均可被微生物代謝降解，其中，烯烴最易降解，烷烴次之，均可被微生物代謝降解，其中，烯烴最易降解，烷烴次之，芳烴和多環(huán)芳烴更難，而

55、最難的是脂環(huán)烴。芳烴和多環(huán)芳烴更難，而最難的是脂環(huán)烴。生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性有毒有機污染物的微生物降解有毒有機污染物的微生物降解2、農(nóng)藥的微生物降解、農(nóng)藥的微生物降解1）苯氧乙酸類除草劑）苯氧乙酸類除草劑2）有機磷殺蟲劑：對硫磷殺蟲劑：酶促反應類）有機磷殺蟲劑：對硫磷殺蟲劑：酶促反應類型：氧化、水解和還原。降解過程的中間產(chǎn)型：氧化、水解和還原。降解過程的中間產(chǎn)物物對氧磷的毒性反而比母體對硫磷的毒性對氧磷的毒性反而比母體對硫磷的毒性更大。更大。3）DDT的微生物降解：脫氯和脫氯化氫是的微生物降解：脫氯和脫氯化氫是DDT降解的主要途徑。有機氯農(nóng)藥比有機氮和有機降解的主要途徑。有機氯農(nóng)藥比

56、有機氮和有機磷農(nóng)藥的降解難度要大得多。磷農(nóng)藥的降解難度要大得多。生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性1）苯氧乙酸的降解）苯氧乙酸的降解生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性2）有機磷殺蟲劑對硫磷的可能降解途徑）有機磷殺蟲劑對硫磷的可能降解途徑生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性3）DDT降解降解生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性DDT的主要降解途徑是：在微生物還原脫氯酶的主要降解途徑是：在微生物還原脫氯酶作用下，脫氯和脫氯化氫。作用下，脫氯和脫氯化氫。生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性七、氮和硫的微生物轉(zhuǎn)化七、氮和硫的微生物轉(zhuǎn)化1、氮的微生物轉(zhuǎn)化、氮的微生物轉(zhuǎn)化 環(huán)境中氮的三種主要形態(tài)之間通過生物作用，尤其是環(huán)

57、境中氮的三種主要形態(tài)之間通過生物作用，尤其是微生物作用不斷轉(zhuǎn)化。微生物作用不斷轉(zhuǎn)化。1）同化：綠色植物和微生物吸收硝態(tài)氮和氨態(tài)氮，組成）同化：綠色植物和微生物吸收硝態(tài)氮和氨態(tài)氮，組成機體中蛋白質(zhì)、核酸等含氮有機物的過程稱為同化。機體中蛋白質(zhì)、核酸等含氮有機物的過程稱為同化。2）氨化：所有生物殘體中的有機氮化合物，經(jīng)微生物分）氨化：所有生物殘體中的有機氮化合物，經(jīng)微生物分解成氨態(tài)氮的過程稱為氨化。解成氨態(tài)氮的過程稱為氨化。3）硝化：氨在有氧條件下通過微生物作用，氧化成硝）硝化：氨在有氧條件下通過微生物作用，氧化成硝酸鹽的過程稱為硝化。酸鹽的過程稱為硝化。4）反硝化：硝酸鹽在通氣不良的條件下，通過

58、微生物作）反硝化：硝酸鹽在通氣不良的條件下，通過微生物作用而還原的過程為反硝化。通常有三種情形。用而還原的過程為反硝化。通常有三種情形。5）固氮：通過微生物作用將分子氮轉(zhuǎn)化為氨的過程稱為）固氮：通過微生物作用將分子氮轉(zhuǎn)化為氨的過程稱為固氮。固氮必須在固氮酶的催化作用下進行，最主要固氮。固氮必須在固氮酶的催化作用下進行，最主要的固氮微生物為好氧根瘤菌。的固氮微生物為好氧根瘤菌。生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性硝化作用硝化作用 硝化作用主要由亞硝化單胞菌屬和硝化桿硝化作用主要由亞硝化單胞菌屬和硝化桿菌屬引起。這些細菌對環(huán)境條件呈現(xiàn)高度敏感菌屬引起。這些細菌對環(huán)境條件呈現(xiàn)高度敏感性，要求嚴格的高水平

59、氧；中性至微堿性條件，性，要求嚴格的高水平氧；中性至微堿性條件，當當pH9.5以上時硝化細菌受到抑制，以上時硝化細菌受到抑制，pH6.0以下時亞硝化細菌受到抑制；最適宜的溫以下時亞硝化細菌受到抑制；最適宜的溫度為攝氏度為攝氏30度，低于度，低于5度或高于度或高于40度便不能活度便不能活動；參與硝化的微生物為自養(yǎng)型細菌，但在自動；參與硝化的微生物為自養(yǎng)型細菌，但在自然環(huán)境中必須有有機質(zhì)存在條件下才能活動。然環(huán)境中必須有有機質(zhì)存在條件下才能活動。 硝化在自然界和污水處理中很重要。硝化在自然界和污水處理中很重要。生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性反硝化作用反硝化作用 反硝化作用的三種情況：反硝化作用的

60、三種情況：1）微生物將硝酸鹽）微生物將硝酸鹽還原為亞硝酸；還原為亞硝酸；2）微生物使硝酸鹽還原為氮）微生物使硝酸鹽還原為氮氣，在土壤、污水和廄肥中均可發(fā)生；氣，在土壤、污水和廄肥中均可發(fā)生；3）微）微生物將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽和氨，該過程形生物將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽和氨，該過程形成的氨被菌體合成自身的氨基酸等含氮物質(zhì)。成的氨被菌體合成自身的氨基酸等含氮物質(zhì)。 微生物進行反硝化需在厭氧條件下進行。微生物進行反硝化需在厭氧條件下進行。但硝化和反硝化作用可聯(lián)合發(fā)生，這可能是由但硝化和反硝化作用可聯(lián)合發(fā)生，這可能是由于環(huán)境中氧分布不均勻所致。反硝化的其他條于環(huán)境中氧分布不均勻所致。反硝化的其他條件為：