1第一页，共五十二页。第二页，共五十二页。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3第三页，共五十二页。4第四页，共五十二页。5作用类型作用类型例子例子后果后果防护性防护性混合功能氧化酶的诱混合功能氧化酶的诱导导加快新陈代谢，生成水溶性加快新陈代谢，生成水溶性代谢物，从而加速排泄代谢物，从而加速排泄金属硫蛋白的生成金属硫蛋白的生成增加对金属的束缚速度，从增加对金属的束缚速度，从而降低金属的生物利用率而降低金属的生物利用率非防护性非防护性乙酰胆碱酯酶的抑制乙酰胆碱酯酶的抑制作用作用5050以上因抑制而产生可见的以上因抑制而产生可见的毒性效应毒性效应DNADNA加合物的生成加合物的生成若导致突变会发生损害作用若导致突变会发生损害作用表21 对污染物的防护性和非防护性生化反应第五页，共五十二页。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）基质（底物），在酶作用下的反应称为酶促反应酶促反应。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。6第六页，共五十二页。污染物对酶辅助因子的影响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。对酶活性中心的影响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。破坏酶的结构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。7第七页，共五十二页。与酶激活剂作用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。污染物与基质竞争同种酶而抑制酶的作用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，也能与酶形成复合物，从而竞相和酶发生作用。酶的抑制酶的抑制不可逆性抑制非竞争性抑制竞争性抑制8第八页，共五十二页。混合功能氧化酶（混合功能氧化酶（MFOMFO）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（混合功能氧化酶（MFOMFO）的作用）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。9第九页，共五十二页。活性氧（活性氧（Activated OxygenActivated Oxygen）带有23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DNADNA链断裂、脂质过链断裂、脂质过氧化、酶蛋白失活氧化、酶蛋白失活等，从而引起机体氧化应激或氧毒性氧化应激或氧毒性。抗氧化防御系统酶抗氧化防御系统酶超氧化物歧化酶（超氧化物歧化酶（SODSOD）谷胱甘肽氧化酶（谷胱甘肽氧化酶（GPxGPx）过氧化氢酶（过氧化氢酶（CtCt）10第十页，共五十二页。污染物对生物大分子的影响主要表现在以下方面：干扰正常的受体干扰正常的受体配体的相互作用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干扰细胞内钙稳态正常情况下细胞内的钙浓度较低（107108 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。11第十一页，共五十二页。干扰细胞能量的合成干扰细胞能量的合成一些环境污染物可干扰糖类的氧化，使细胞不能合成能被生物利用的ATP，ATP使细胞生命活动得不到充足的能量供给脂质过氧化脂质过氧化(lipid peroxidation)(lipid peroxidation)与自由基与自由基 脂质过氧化是细胞损伤的一种特殊方式,是由于产生了自由基而引起的,正常情况下,生物体内氧化、还原和酶促反应过程中，均可产生少量自由基，一般可被体内存在的抗氧化物质（如维生素C、维生素E）所对抗，对生物危害不大。当大量污染物（自由基）进入机体，造成机体抗氧化作用失衡，即可发生脂质过氧化，对生物体造成危害。与生物大分子共价结合与生物大分子共价结合共价结合可改变生物大分子的结构和功能，引起一系列生物学改变，特别是与酶蛋白、脂肪、核酸等重要生物大分子共价结合，能改变其化学结构，影响其生理功能，甚至导致变性和细胞死亡。12第十二页，共五十二页。污染物对蛋白质的影响主要表现在以下方面：污染物对蛋白质的影响主要表现在以下方面：导致蛋白质化学损伤：细胞膜结构及通透性改变；影响酶的导致蛋白质化学损伤：细胞膜结构及通透性改变；影响酶的催化功能等催化功能等诱导生物机体内一些功能蛋白的产生：如应激蛋白（诱导生物机体内一些功能蛋白的产生：如应激蛋白（Stress Stress ProteinsProteins）和金属硫蛋白（）和金属硫蛋白（MetallothioneinMetallothionein）的产生，这些蛋白质的）的产生，这些蛋白质的产生可保护生物机体抵抗污染物的损害。产生可保护生物机体抵抗污染物的损害。注：金属硫蛋白对二价金属离子具有极高的亲和力，在细胞内起贮存必需注：金属硫蛋白对二价金属离子具有极高的亲和力，在细胞内起贮存必需的微量金属如的微量金属如ZnZn、CuCu和结合有毒金属如和结合有毒金属如CdCd、HgHg的作用，它与必需金属的结合起的作用，它与必需金属的结合起调节这些金属在细胞内浓度的作用，而与有毒金属结合则可以保护细胞免受金属毒调节这些金属在细胞内浓度的作用，而与有毒金属结合则可以保护细胞免受金属毒性影响。性影响。13第十三页，共五十二页。外源性化合物及其代谢产物能引起外源性化合物及其代谢产物能引起DNADNA损伤，它们与损伤，它们与DNADNA的相互作用过程有以下四个阶段：的相互作用过程有以下四个阶段：形成形成DNADNA加合物（加合物（DNA AddcutsDNA Addcuts）发生发生DNADNA的二次修饰的二次修饰DNADNA结构的破坏被固定结构的破坏被固定当细胞分裂时，外源性化合物造成的危害可导致当细胞分裂时，外源性化合物造成的危害可导致DNADNA突变及其基突变及其基因功能的改变因功能的改变DNADNA加合物的形成是产生加合物的形成是产生DNADNA损伤最早期的作用，损伤最早期的作用，随后产生的最重要影响是随后产生的最重要影响是DNADNA结构的改变，如碱基置结构的改变，如碱基置换、碱基丢失、链断裂等。换、碱基丢失、链断裂等。DNADNA加合物作为一项生物指标来评价环境中化学污染物加合物作为一项生物指标来评价环境中化学污染物的遗传毒性的研究日益受到重视。的遗传毒性的研究日益受到重视。14第十四页，共五十二页。对细胞膜的影响主要表现在以下方面：污染物引起的脂质过氧化作用导致的损伤污染物引起的脂质过氧化作用导致的损伤污染物可影响膜的离子通透性污染物可影响膜的离子通透性污染物与膜上的受体结合，干扰正常的生理功能污染物与膜上的受体结合，干扰正常的生理功能15（1 1）对细胞膜的影响）对细胞膜的影响第十五页，共五十二页。在逆境胁迫下，植物体内产生大在逆境胁迫下，植物体内产生大量活性氧自由基。活性氧很容易量活性氧自由基。活性氧很容易使植物细胞内膜发生过氧化作用使植物细胞内膜发生过氧化作用或脱脂作用，而丙二醛则是细胞或脱脂作用，而丙二醛则是细胞内膜脂过氧化或脱脂的产物，会内膜脂过氧化或脱脂的产物，会严重地损伤细胞的生物膜，降低严重地损伤细胞的生物膜，降低膜中不饱和脂肪酸的含量，使膜膜中不饱和脂肪酸的含量，使膜的流动性降低，作为间接衡量植的流动性降低，作为间接衡量植物体内氧化损伤程度的指标。物体内氧化损伤程度的指标。16第十六页，共五十二页。同一浓度处理水平下，单一重金属污染对浮萍同一浓度处理水平下，单一重金属污染对浮萍丙二醛丙二醛含量影响的大含量影响的大小依次为小依次为Cd Zn AsCd Zn As。与单一污染相比，复合污染对浮萍丙二醛的。与单一污染相比，复合污染对浮萍丙二醛的生态毒性效应情况则较复杂，生态毒性效应情况则较复杂，As + CdAs + Cd对浮萍丙二醛含量的影响是因为对浮萍丙二醛含量的影响是因为两者呈现拮抗作用的结果，对浮萍细胞膜增透作用较弱。而其他两者呈现拮抗作用的结果，对浮萍细胞膜增透作用较弱。而其他3 3种复种复合污染在低浓度时对浮萍丙二醛含量影响较大，在高浓度时影响作用合污染在低浓度时对浮萍丙二醛含量影响较大，在高浓度时影响作用下降。下降。同一浓度处理水平下，单一重金属污染对浮萍的生态毒性效应表现在对同一浓度处理水平下，单一重金属污染对浮萍的生态毒性效应表现在对叶绿素叶绿素的损伤程度为的损伤程度为Cd Zn AsCd Zn As，与单一污染相比，与单一污染相比，As + CdAs + Cd和和Zn + CdZn + Cd复合污染对浮萍毒性增强，表现为协同作用，加强了对浮萍复合污染对浮萍毒性增强，表现为协同作用，加强了对浮萍叶细胞的伤害；而叶细胞的伤害；而As + ZnAs + Zn和和As + Zn + CdAs + Zn + Cd复合污染对浮萍的联复合污染对浮萍的联合毒性作用趋向于毒性减少的拮抗作用。合毒性作用趋向于毒性减少的拮抗作用。17第十七页，共五十二页。线粒体线粒体线粒体是细胞供能的场所。线粒体是细胞供能的场所。污染物可引起其结构改变，从而影响线粒体的氧化磷酸化和电子污染物可引起其结构改变，从而影响线粒体的氧化磷酸化和电子传递功能传递功能光面内质网和糙面内质网光面内质网和糙面内质网光面内质网和糙面内质网是进行激素和外源性化合物的代谢光面内质网和糙面内质网是进行激素和外源性化合物的代谢场所。场所。糙面内质网：通过附着或解离核糖体控制蛋白质的合成糙面内质网：通过附着或解离核糖体控制蛋白质的合成例：多种化学致癌物如黄曲霉毒素能引起核糖体脱落，导致蛋例：多种化学致癌物如黄曲霉毒素能引起核糖体脱落，导致蛋白质合成控制的改变。白质合成控制的改变。18第十八页，共五十二页。三个概念：靶器官、效应器官和蓄积器官三个概念：靶器官、效应器官和蓄积器官注注1 1：靶器官不同于效应器官，污染物的毒作用可以通过靶器：靶器官不同于效应器官，污染物的毒作用可以通过靶器官表现处来，也可由另外的效应器官表现出来。官表现处来，也可由另外的效应器官表现出来。注注2 2：靶器官不同于蓄积器官，污染物在蓄积器官内的浓