芳香烃的环境毒理效应和重金属毒理效应1.pdf

长安大学水利与环境学院 一、芳香烃的环境毒理效应 芳香烃是最早被发现的环境致癌物，也是数量最多的一类 致癌物质，占已经发现的1000多种致癌物的1/3左右。 稠环芳烃是环境中分布最广的一类致癌物质，分布在空气、 土壤、水体、动植物等中，来源于现代工业生产和日常生活交 通。稠环芳烃是与人类日常生活最密切的环境致癌物质。 稠环芳烃是苯环形成的共轭体系，导致整个分子的能量处 于最稳定态。 一、芳香烃的环境毒理效应 不是直接与生物分子进行化学反应。在反应之前， 稠环 经过代谢，转变为极性或者活性更大的代谢中间 芳烃 产物，与生物体内的大分子通过共价结合，形成 DNA 的配合物。 对于单环芳香烃化合物，可以利用传统的Hammett参 数描述单取代芳烃的电子特性，lgP适用于描述非专一性 的毒性效应，而分子轨道理论，(EHOMO-ELUMO)适用于描述 化合物毒性。研究表明，(EHOMO-ELUMO)越小，苯酚毒性越 大，即电子越容易跃迁进入空轨道，化合物毒性越大。 一、芳香烃的环境毒理效应 除了代谢激活之外，光照也可能激活稠环芳烃 化合物的活性。在光照条件下，有些稠环芳烃，其 毒性会成倍增加。 稠环芳烃分子能够吸收光子的能量，转变为激 发态，并将激发态的能量传递给氧分子，产生高活 性的超级氧化物自由基或者单氧原子，导致细胞死 亡。因此，芳香烃的光致毒性与其对光线的吸收及 其结构活性相关。 一、芳香烃的环境毒理效应 芳香烃的光致毒性与化合物的(EHOMO-ELUMO)差值相关 研究 性最好(Mekenyan 等,1994 ) 。 认为 以对水蚤(Daph-nia magna)的毒性为例，如下式所示: n 15 r 0.825 s 0.20 l 在(EHOMO-ELUMO)差值为6.7-7.5eV范围内，芳香烃经过光照容易 导致毒性增加； l 烷基和羟基未改变(EHOMO-ELUMO)差值，因而对光致毒性影响并 不显著； l 硝基、烯烃基团和氯原子等，由于与芳环电子相互作用，导致 (EHOMO-ELUMO)差值变化比较大，光致毒性得到强化和提高。 二、金属化合物的环境毒理效应 基本特点： 一些金属离子是生命所必需的，但是另外一些金属离子是 剧毒的，还有一些金属具有两面性。 许多金属离子由于其本身的氧化还原或者络合性质而在生 命系统发挥作用。然而，研究也发现，有些金属由于人类的活 动的影响在生命体内积累，甚至达到了毒性水平。 一些低等的生命能够容忍比较高浓度的金属水平，因此， 一些有毒的金属在低等生命体内得到积累，然后通过食物链对 高等级生命产生毒性影响。 二、金属化合物的环境毒理效应 （一）金属离子的毒性 多元回归分析发现，金属离子的毒性与其氧化还原 电位密切相关，并得到以下具有代表性的方程： n 30 r 0.85 s 0.32 氧化还原电位越大，该金属离子的毒性越强。氧化还 原电位大，说明该金属离子的电子亲和性比较高，在生物 体内容易形成自由基，可能是导致其毒性高的机理之一。 二、金属化合物的环境毒理效应 （一）金属离子的毒性 对于小半径的金属离子，其毒性与氧化还原电位的关联 性较差。但是，该种金属离子的毒性与极化能力相关。极化 能力用离子的半径平方及其静电势能的比值表示 （Q/r2 ）， 离子的极化能力代表了离子跨越细胞膜的传质能力。 Nernst-Planck方程： 离子跨越细胞膜的迁移传质过程的自由能与膜两边离子 的浓度和电荷相关。 二、金属化合物的环境毒理效应 （一）金属离子的毒性 在生物系统中，离子的传输是特定蛋白质执行的。 这些蛋白质只允许特定大小的离子通过，对于离子的传 质起着控制性的作用。因此，主动传输的调控机理与离 子的大小相关。 离子的极化能力与离子的水合作用，离子的电负性， 以及形成共价键的能力等相关。