环境工程微生物学第二章.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 2.1 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 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。 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。 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） 2.1.2 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