第二章 污染物对生物的影响.ppt

第二章污染物对生物的影响
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
污染物在生物化学和分子水平上的影响
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
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
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。
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
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(G P x)
过氧化氢酶(Ct)
污染物对生物大分子的影响
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——配体的相互作用
受体(receptor)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
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
正常情况下细胞内的钙浓度较低(10-7~10-8 mol/L),细胞外浓度较高(103 mol/L )。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。
干扰细胞能量的合成
一些环境污染物可干扰糖类的氧化,