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
第一节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, 首先将导致机体一系列的生物化学变化。这些变化广义上说可分为两种:一种是用来保护生物体抵抗污染物的伤害, 称之为防护性生化反应; 另一种不起保护作用, 称之为非防护性生化反应。
一、对生物机体酶的影响
( 一) 酶活性的诱导
至今发现有许多不同化学结构的化合物, 能诱导混合功能氧化酶和其他酶。这些化合物包括药物、杀虫剂、多环芳烃和许多其他化合物, 其中大量是存在环境中的污染化合物。这些能诱导酶的化合物大都属有机亲脂性化合物, 并且在较长的生物半衰期。其诱导作用是增加酶的合成速度, 或可能降低酶蛋白的分解。
应用 RNA 和 DNA 代谢抑制剂, 发现诱导作用发生在转录水平上, 并不需要新的 DNA 合成,有人认为, 外源性化合物诱导酶蛋白合成, 主要是操纵基因去阻遏作用(Depression)。外源性化合物与阻遏物形成复合物, 使阻遏作用失效, 故操纵基因不受阻遏, 结构基因指导酶蛋白合成增加。
混合功能氧化酶(MFO)
(1)混合功能氧化酶是污染物在体内进行生物转化相 I 过程中的关键酶系。它们对人工合成化学品解毒发挥了重要的作用。
(2)存在于大多数组织的细胞内质网上。
(3)混合功能氧化酶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, 即具多种催化功能。
(4)具有明显的物种差异性和多样性。
(5)许多外源性化合物进入体内, 经混合功能氧化酶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。然而有些则变成高毒甚至变成致癌物。
(6)可以利用混合功能氧化酶诱导反应作为分子水平上敏感性的生物指标,来监测污染物对生态系统的早期影响。
2抗氧化防御系统酶
在长期进化中, 需氧生物发展防御过氧化损害的系统(Antioxidant Defense) 其组成包括: 水溶性组分如谷胱甘肽(GSH) 、维生素C;脂溶性组分, 如维生素E、胡萝卜素。
但当体内抗氧化防御系统不能消除活性氧时, 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(Oxidative Stress) 或氧毒性。
(1)超氧化物歧化酶(SOD):在抗氧化防御系统中起重要的作用。超氧化物歧化酶存在于多种需氧生物中, 有三种典型的同工酶, 并具不同的金属中心。
(2)谷胱甘肽过氧化酶:是以H2O2为底物,催化形成H20,消除H2O2。它也能催化有机过氧化氢物还原成相应的醇。根据植物体谷脱甘肽过氧化酶活性的变化可绘制大气污染图谱。
(3)过氧化氢酶(Ct)
过氧化氢酶仅能分解H2O2。
鱼类暴露于漂白纸浆废水后,过氧化氢酶升高2-7倍。水生生物暴露于受多环芳烃(PAH)污染的底泥后,过氧化氢酶也升高。
3. 谷胱甘肽转移酶(GSTs)
谷胱甘肽转移酶(Glutathione Transferases,GST) 是污染物在体内生物转化相Ⅱ过程中的重要酶, 具有许多同工酶。该酶的生理作用是与不同的亲电性化合物或一些相Ⅰ代谢产物结合, 产生水溶性化合物, 易于排出体外, 因此起到脱毒作用。肝是脊椎动物中 GSTs的主要场所。
( 二) 酶的抑制作用
酶活性的抑制可分为不可逆性抑制、非竞争性抑制和竞争性抑制。
A 不可逆性抑制
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而引起的。如铅、汞等重金属与酶活性中心上的半胱氨酸残基的巯基结合,抑制酶的活性。
B 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底物的结合位置, 因此增加底物浓度, 不能使抑制作用逆转。非竞争性抑制剂能与游离的酶结合, 也可能与酶一底物复合物结合。最常见的非竞争性抑制是某些污染物与酶分子中半胱氨酸残基的巯基可逆性结合, 引起酶构型改变, 使酶活性受到可逆性但非竞争性抑制。
C 竞争性抑制
特点是当底物浓度增加时, 抑制作用减弱。竞争性抑制作用的强弱取决于抑制剂的浓度与底物浓度的相对比例。这是因为竞争性抑制剂与酶的正常底物在化学结构上相似、与酶活性中心结合部位相同, 但竞争性抑制不被酶代谢。如5-氟尿嘧啶。
D 除上述抑制以外, 有些污染物是通过生成中间代谢产物抑制酶活性, 造成生物化学损害。例如, 有机氟代烷的毒性。
E 还有些污染物可消耗辅酶或抑制辅酶的合成, 导致酶活性抑制, 如铅可使体内烟酸量下降。
F 此外有些金属离子是酶的辅基或激活剂, 污染物与这些金属离子结合, 抑制相应的酶。
举例说明污染物对酶的抑制作用:
1腺三磷酶(ATPase)
是生物体重要酶,存在于所有的细胞中。在细胞供能活动、离子平衡等过程中起重要作用。ATPase 抑制已作为–项评价污染应为的指标。
2 乙酰胆碱酯酶(AchE)
乙酰胆碱酯酶(Ac