环境化学物的生物转运与生物转化电子课件，格式为PPT
第一节生物转运
一、生物膜的结构与功能
二、环境化学物通过生物膜的方式
三、吸收
四、分布与贮存
五、化学物的排泄
生物膜和生物转运
外源化学物的体内动态
一、生物膜的结构与功能生物膜的功能：
保持细胞和细胞器内部理化性质的稳定。选择性地允许或不允许某些物质透过，以便吸收和排出一些物质。传递信息。
生物膜上的酶类（如混合功能氧化酶类等）还对化学物质的生物转化过程起催化作用。
二、环境化学物通过生物膜的方式
（一）被动转运
1．简单扩散
定义：生物膜两侧的化学物分子从浓度高的一侧向浓度低的一侧（即顺浓度梯度）扩散。影响简单扩散的主要因素如下：
（1）生物膜两侧化学物的浓度梯度
（2）脂/水分配系数
（3）化学物质的解离度和体液的pH
2．滤过：滤过是环境化学物透过生物膜上的亲水性孔道的过程。生物膜上有一些亲水性孔道或间隙，它们是由嵌入脂质双分子层中的蛋白质结构中某些亲水性氨基酸构成。如在膜的两侧存在着流体静压或渗透压差时，水就能携带小分子溶质经亲水性膜孔顺压差而透过生物膜。凡分子直径小于膜孔的化学物，均可随水流透过生物膜。
（二）特殊转运：对于某些非脂溶性的、相对分子质量较大的环境化学物，不能通过上述方式转运，需通过生物膜上的特殊转运系统转运。
1．主动转运定义：化学物伴随能量的消耗由低浓度处向高浓度处转运以透过生物膜的过程称主动转运。主动转运的主要特点是：
①需有载体（或称运转系统）参加。
②化学物可逆浓度梯度而转运，故需消耗一定的代谢能量，因此代谢抑制剂可阻止此转运过程。
③载体对转运的化学物有一定选择性，化学物必须具有一定适配的基本结构才能被转运。
2.易化扩散定义：不易溶于脂质的化学物，利用载体由高浓度处向低浓度处移动的过程，称为易化扩散，又称帮助扩散或载体扩散。
3.吞噬和胞饮
吞噬作用：一些固态颗粒物质与细胞膜上某种蛋白质有特殊亲和力，当其与细胞膜接触后，可改变这部分膜的表面张力，引起外包或内凹，将异物包围进入细胞，这种转运方式称为吞噬作用。
胞饮作用：液滴异物也可通过此种方式进入细胞，称为吞饮或胞饮作用。
吞噬和胞饮作用可合称为入胞作用，或膜动转运。
分布与贮存
（一）分布
定义：环境化学物被吸收进入血液和体液后，随血液和淋巴的流动分散到全身各组织的过程称为分布。同一种环境化学物在体内各组织器官的分布是不均匀的，不同的化学物在体内的分布也不一样。化学物在体内组织器官起始分布取决于血流量，而最终的分布取决于亲和力。
对外源化学物转运有阻碍作用的体内屏障主要有：
1.血脑屏障：血脑屏障对外源化学物质的渗透性较小，对毒物进入中枢神经系统有阻止作用，使许多物质在血液中浓度相当高时仍不能进入大脑。
2.胎盘屏障：胎盘具有阻止一些外源化学物由母体透过胎盘进入胚胎、保护胎儿正常生长发育的作用。
（二）化学物的贮存：进入血液的环境化学物大部分与血浆蛋白或体内各组织成分结合，积聚在特定部位。有的化学物对其积聚的部位可直接发挥毒作用，该部位称为靶部位，即靶组织或靶器官。有的部位化学物含量虽高，但未显示毒作用，称为该化学物的贮存库。
化学物的贮存库主要有以下几种：
1.血浆蛋白：进入血液中的环境化学物可与血液中的蛋白质，特别是清蛋白发生结合，与蛋白质结合的化学物不易透过细胞膜进入靶器官产生毒作用，对化学物的排泄、转化及再分布也有影响。
2．肝和肾：肝和肾组织成分可与许多化学物结合，肝和肾的细胞中含有特殊的结合蛋白，能将与血浆蛋白结合的环境化学物夺过来。
三、二室模型
其模型图示如下：
（一）静注二室模型
当时间t趋于零时，则Ⅰ室的化学物浓度（C1）为:(C1)t→0=D/V1(2-10)式(2-10)中,D代表静脉注射化学物剂量，V1代表Ⅰ室容积。
Ⅱ室中化学物浓度随时间变化率（dC2/dt）的方程式为：dC2/dt=k12C1－k21C2(2-11)当时间t趋于零时，则：(C1)t→0=0(2-12)
（二）非静脉注射二室模型：当外来化学物经口、呼吸道等进入机体时，先分布在接触部位，再逐渐被吸收入血液中，用二室模型表示时就要考虑吸收过程，其吸收速率常数为模型图示的ka。因此，非静脉注射的中心室化学物浓度随时间变化的方程式如下：dC1/dt=kaCa＋k21C2－(k12＋k10)C1(2-25)式(2-25)中Ca代表吸收部位（吸收室）化学物浓度。
关于房室模型，究竟选取几个房室比较好好没有定论。通常的做法是先取一个，如果达不到满意的结果就再多取一个，甚至可以采用非线性结构，直到满意为止。
第三节生物转化：环境化学物在体内经过一系列生物化学变化并形成其衍生物的过程称为生物转化或代谢转化，所形成的衍生物又称代谢物。
生物转化的两重性
代谢解毒和代谢活化：一般情况下外源化学物经生物转化后其极性及水溶性增加而易排出，毒性降低甚至消失。因此，过去常将生物转化过程称为生物解毒或生物失活过程。但并非全部如此，有些外源化学物的代谢产物的毒性反而增高，还有一些的水溶性降低。
一、生物转化的反应类型
（一）氧化反应
1．微粒体混合功能氧化酶系（MFOS） 催化的氧化反应
RH+NADPH+H++O2ROH+H2O+NADP+底物还原型辅酶Ⅱ氧化产物
(2）芳香族羟化芳香环上的氢被氧化形成-OH。
毒性增强
苯链接：苯主要用途 用作溶剂及合成苯的衍生物、香料、染料、塑料、医药、炸yao、橡胶、苯蒸汽可发生急性苯中毒，出现兴奋或酒醉感，伴有黏膜刺激症状。轻则头晕、头痛、恶心、呕吐、步态不稳；重则昏迷、抽搐及循环衰竭直至死亡；短期内吸入较高浓度苯后可发生亚急性苯中毒，出现头昏、头痛、乏力、失眠、月经紊乱等症状，并可发生再生障碍性贫血、急性白血病，表现为迅速发展的贫血、出血、感染等。苯中毒对身体的危害归结为3种：致癌、致残、致畸胎。多环芳烃累化合物在生物体内不稳定，可继续分解，但是其在体内可以生物大分子尤其是核酸发生共价结合，诱发畸变和癌变。
2.非微粒体酶催化的氧化反应：这类酶主要催化具有醇、醛、酮功能基团的外源化学物的氧化反应，主要包括醇脱氢酶、醛脱氢酶及胺氧化酶类。此类酶主要在肝细胞线粒体和胞液中存在，肺、肾也有出现。
3.前列腺素生物合成过程中的共氧化作用：在机体内花生四烯酸经氧化作用形成前列腺素。在此氧化过程中，某些外源化学物可同时被氧化，即共氧化作用。花生四烯酸为多不饱和脂肪酸，在脂肪酸环加氧酶催化下氧化形成前列腺素G2（PGG2）；PGG2经过氧化物酶催化氧化形成PGH2。在第二步氧化反应中一些外源化学物可被过氧化物酶同时氧化，即发生共氧化反应。
（二）还原反应：还原反应可在下述条件下发生：
①某些还原性化学物或代谢物在一定的组织细胞内积聚形成局部还原环境，使还原反应能够进行。
②在外源化学物的生物转化过程中，即使在细胞色素P450单加氧酶系催化的氧化反应中，也有电子的转移，有些外源化学物存在接受电子的可能性，以致被还原。
③氧化还原反应中的可逆反应即还原方向的反应。
1.羰基还原反应：醛类和酮类可分别还原成伯醇和仲醇。
2．含氮基团还原反应（1）硝基还原反应
3．含硫基团还原反应：二硫化物、亚砜化合物等可在体内被还原。杀虫剂三硫磷可被氧化形成三硫磷亚砜，在一定条件下可被还原成三硫磷。
4．含卤素基团还原反应
链接
氟烷（溴氯三氟乙烷）在肝内通过还原反应可转化为氯二氟乙烯（CDF）、氯三氟乙烯（CTF）和无机氟化合物。在低氧条件下，可诱导此还原转化过程的酶系，使其代谢增快。CDF和CTF均为含自由基或负碳离子（碳自由基）的中间代谢物，能与大分子结合并使膜脂质过氧化，造成肝坏死。动物实验证明，在低氧条件下（14%O2），给大鼠吸入氟烷可造成与在人类相似的肝坏死。如在高氧条件下（100%）吸入氟烷，则肝脏无损害。因此，在用氟烷麻醉时，缺氧病人易发生肝坏死。
（三）水解反应：水解反应是在水解酶的催化下，化学物与水发生化学反应而引起化学物分解的反应。
1．酯类水解反应
2．酰胺类水解反应：酰胺是羧酸中羧基的OH被胺基置换而形成的产物，通式为RNH2，其中胺基中的H也可被R′或R″所取代。酰胺酶类催化此类反应。
3．水解脱卤反应：DDT在生物转化过程中形成滴滴伊（DDE）是典型的水解脱卤反应。DDT–脱氯化氢酶可催化DDT和DDD转化为DDE。在此催化过程中需要谷胱甘肽的存在，以维持该酶的结构。人体吸收的DDT约60%可经此反应转化为DDE。DDE的毒性远较DDT为低，且DDE可继续转化为易于排泄的代谢物。
4．环氧化物的水化反应：含有不饱和的双键或三键化合物在相应的酶和催化剂作用下，与水分子化合的反应称为水化反应，又称水合反应。最简单的水化反应是乙烯与水结合形成乙醇的反应。H2C＝CH2+H2O，CH3CH2OH
芳烃类和脂肪族烃类化合物经氧化作用形成的环氧化物，在环氧化物水化酶的催化下通过水化反应可形成相应的二氢二醇化合物。
（四）结合反应：结合反应是进入体内的外源化学物在代谢过程中与某些其他内源性化学物或基团发生的生物合成反应，形成的产物称结合物。
外源化学物可直接发生结合反应，也可经第一相反应后再发生结合反应（第二相反应）。大多数外源化学物及其代谢产物均需经过结合反应，再排出体外。
1.葡糖醛酸结合
2．硫酸结合
3．乙酰结合
4.甲基结合：各种酚类（特别是多羟基酚）、硫醇类、胺类及氮杂环化合物（如吡啶、喹啉、异吡唑等）在体内可与甲基结合，也称甲基化。甲基主要由S-腺苷蛋氨酸提供，其次可由N5-甲基四氢叶酸衍生物和维生素B12（甲基类咕啉）衍生物提供。蛋氨酸的甲基经ATP活化，成为S-腺苷甲硫氨酸，再经甲基转移酶催化，发生甲基化反应。
二、影响生物转化的因素
（一）物种差异和个体差异
1．物种差异：从代谢酶的角度出发，主要表现在两方面：①代谢酶的种类不同，即某种代谢酶的有无。②代谢酶的活力不同。
2．个体差异
（二）饮食营养状况
（三）年龄、性别等生理因素
1．年龄
2．性别
3．激素
4．昼夜节律
（四）代谢饱和状态
毒物的浓度或剂量能影响毒物的代谢状况，并因此影响毒物的毒性作用。机体吸收毒物后，随毒物在体内的浓度增高，单位时间内代谢酶对毒物催化代谢形成的产物量也随之增高，但当毒物量达到一定浓度时，其代谢过程中所需的基质可能被耗尽或者参与代谢的酶的催化能力不能满足其需要，单位时间内的代谢产物量不再随之增高，这种代谢途径被饱和的现象称为代谢饱和。
（五）代谢酶的抑制和诱导
1.抑制
(1)特异性抑制：一种外源化学物对某一种酶有特异性抑制作用，使该酶催化的生物转化受抑制。
(2)竞争性抑制：参与生物转化的酶系统一般对底物的专一性不高，几种不同的化学物均可为同一酶系统的底物；当一种外源化学物在体内过多时，可抑制该酶系对另一种化学物生物转化的催化作用。
2．诱导
有些外源化学物可使某些代谢酶系的活力增强或酶的含量增加，这种现象称为酶的诱导。凡具有诱导效应的化学物称为诱导物。诱导的结果将对其他外源化学物的生物转化产生促进作用。由于外源化学物经生物转化后有的毒性降低、有的毒性增高，所以对酶诱导的后果应全面分析，不能单纯强调其解毒的一面。
检索
1喜欢环境的同学：生物吸附在环境处理中的应用进展
2喜欢生物的同学：肝微粒体酶研究的意义和活性测定
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