环境化学第五章 污染物在生物体内的迁移转化.ppt

2. 有毒有机物的生物转化类型 有毒有机污染物主要是指具有生物毒性的有机污染物质，它们不仅对生物和人类具有明显的毒性，能引起急、慢性中毒，有些有毒物质还能导致癌症、畸胎和细胞遗传基因突变，即“三致”作用。 主要包括：（l）酚类化合物；（2）有机农药；（3）其他有机有毒物质，如多氯联苯、多环芳烃、芳香族氨基化合物及各种人工合成的高分子化合物（如塑料、合成橡胶、人造纤维等） 生物转化的结果：一方面往往使有机毒物水溶性和极性增加易于排除体外；另一方面也会改变有机毒物的毒性，多数使毒性减小，少数毒性反而增大。 有机毒物的生物转化途径：氧化、还原、水解和结合反应四种。 有机毒物生物转化的第一阶段反应通过氧化、还原、水解反应将活泼的极性基团引入亲脂的有机毒物分子中， 使之不仅具有比原毒物较高的水溶性及极性，而且还能与机体内某些内源性物质进行结合反应，形成水溶性更高的结合物，而容易排出体外。 第二阶段反应：第一阶段反应的产物或具有适宜功能基团的原毒物所进行的结合反应。 （1）氧化反应类型 ①混合功能氧化酶加氧氧化：混合功能氧化酶又称单加氧酶。混合功能氧化酶的功能是利用细胞内分子氧，将其中的一个氧原子与有机底物结合，使之氧化，而使另一个氧原子与氢原子结合形成水。混合功能氧化酶的成分之一?细胞色素P450酶起着关键作用。P450酶的活性部位是铁卟啉的铁原子，它在二与三价态间进行变换。 混合功能氧化酶的专一性较差，能催化许多有机毒物氧化，包括：碳双键环氧化，碳羟基化，氧脱烃，硫脱烃、硫-氧化及脱硫，氮脱烃、氮-氧化及脱氮 ②脱氢酶脱氢氧化：脱氢酶是伴随有氢原子或电子转移，以非分子氧化合物为受氢体的酶类。脱氢酶能使相应的底物脱氢氧化。例如：醇氧化成醛 RCH2OH→ RCHO+2H 醇氧化成酮 R1CHOHR2 → R1COR2+2H 醛氧化成羧酸 RCHO+H20→ RCOOH+2H ③氧化酶氧化: 氧化酶是伴随有氢原子或电子转移，以分子氧为直接受氢体的酶类。氧化酶使相应底物氧化。例如: RCH2NH2+H2O→ RCHO+NH3+2H 2. ? （2）还原反应类型 ①可逆脱氢酶加氢还原：可逆脱氢酶是指起逆向作用的脱氢酶类，能使相应的底物加氢还原成醇。 ②硝基还原酶还原：硝基还原酶能使硝基化合物还原，生成相应的胺。 ③偶氮还原酶还原：偶氮还原酶能使偶氮化合物还原成相应的胺 。 ④还原脱氯酶还原：还原脱氯酶能使含氯化合物脱氯(用氢置换氯)或脱氯化氢而被还原。 （3） 水解反应类型 ① 羧酸酯酶使脂肪族酯水解 RCOOR?+H20→ RCOOH+R?OH ② 芳香酯酶使芳香族酯水解 ③ 磷酯酶使磷酸酯水解 ④ 酰胺酶使酰胺水解 （4）若干重要结合反应类型 ①葡萄糖醛酸结合：在葡萄糖醛酸基转移酶的作用下，生物体内尿嘧啶核苷二磷酸葡萄糖醛酸中，葡萄糖醛酸基可转移至含羟基的化合物上，形成O-葡萄糖苷酸结合物。所涉及的羟基化合物有醇酚、烯醇、羟酰胺、羟胺等。芳香及脂肪酸中羧基上的羟基，也可与葡萄糖醛酸结合成O-葡萄糖苷酸。伯胺、酰胺、磺胺等中的氮原子和大部分含巯基化合物中硫原子，也能与葡萄糖醛酸分别形成N-、S-葡萄糖苷酸结合物。 ②硫酸结合：在硫酸基转移酶的催化下，可将3?-磷酸-5?-磷硫酸腺苷中硫酸基转移到酚或醇的羟基上，形成硫酸酯结合物。一般，形成硫酸酯后的结合物极性增加，而容易排出体外，实际上起到解毒作用。但是有些N–羟基芳胺或N–羟基芳酰胺与硫酸结合后毒性增加。这一结合不如葡萄糖醛酸结合重要。 (3) 谷胱甘肽结合：在相应转移酶催化下谷胱甘肽中的半胱氨酸及乙酰辅酶A的乙酰基，将以N-乙酰半胱氨酸基形式加到有机卤化物(氟除外)、环氧化合物、强酸酯、芳香烃、烯等亲电化合物的碳原子上，形成疏基尿酸结合物。谷脱甘肽的结合，有力地解除了对机体有害亲电化合物的毒性。 3. 有毒有机污染物质的微生物降解 （1）烃类的微生物降解 在环境中烃类微生物降解以有氧氧化条件占绝对优势。 ①烷烃的微生物降解 碳原子数大于 1 的正烷烃, 其降解途径有三种 : 通过烷烃的末端氧化；或次末端氧化；或双端氧化，逐步生成醇、醛及脂肪酸，而后经?-氧化进入三羧酸循环 , 最终降解成二氧化碳和水。 甲烷的降解途径一般认为是： CH4→CH3OH →HCHO →CO2+H2O 许多微生物都能降解碳原子数大于1的正烷烃。能降解甲烷