第五章--污染物的毒激活及其影响因素.ppt

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biotransformation,）。,其转化生成的衍生物称为代谢物,（,metabolite),。,反应场所：,肝、,肾,、胃、肠、,肺,、皮肤和胎盘,;,主要在肝内进行,其次是在肾和肺内。,生物活化作用和生物钝化作用,根据化合物结构和反应性，经过生物代谢转化，原无毒或毒性小的化合物，能够被转化成有毒或毒性大的产物，这种转化叫,生物活化作用,（,bioactivation,）,或,生物增毒作用,（,biotoxication,）。,相反，有毒的化学物，经代谢转化成无毒或低毒的产物，这种转化叫,生物钝化,作用,（,bioinactivation,）,或,生物解毒作用,（,biodetoxication,）,通常，生物转化过程是将亲脂性毒物转化成极性较强的亲水性物质，以降低其通透细胞膜的能力，从而加速排出，这属于解毒过程。,但有些毒物经生物转化，在体内生成新的毒性更强的化合物。,例如：,1,）有机磷农药,:,对硫磷和乐果,-,对氧磷和氧乐果；,2,）,3,，,4,苯并芘及各种芳香胺转化后致癌,;,3,）六六六 环氧化物，致突变。,不完全羟化,决定因素,（,3,）受体的存在：机体内是否存在与这些被转化后物质结合，并产生不利效应的受体。,（,1,）污染物本身结构：转化后 活性基团表露，参与反应,（,2,）体内酶系统的差异：不同物种、不同个体,转化产物、中间产物的保留时间、最终转化产物不同,因此，同一种物质，即使经过同一种生物转化，在不同机体上所表现出来的生物效应并不一样。,污染物在体内的生物转化，与体内各组织器官的酶活性及其相应的物理、化学、生化、生理效应的综合作用密切相关。,某些与嘌呤、类固醇、生物胺类衍生物结构类似的毒物，可按体内营养物的代谢途径进行生物转化，而大多数污染物则通过一些非特异性酶的催化作用完成其生物转化过程。,第一阶段（,phase,）,:,或第一相（相,）反应：,指经过氧化、还原和水解等反应使外源化学物暴露或产生极性基团，如,-OH,、,-NH,2,、,-SH,、,-COOH,等，水溶性增高并成为适合于,相反应的底物。,第二阶段（,phase,），,或第二相（相,）反应,:,指具有一定极性的外源化学物与,内源性辅因子,(,结合基团,),进行化学结合的反应。,2,、污染物的生物转化过程,生物转化,氧化,还原,水解,结合,第一相反应,第二相反应,外源化学物,排出体外,生物转化的反应类型,引入极性基团，,增加分子极性,与内源亲水物质结,合，增加亲水性,常见的生物转化酶,（一,),微粒体混合功能氧化酶,MFOS(microsomal mixed function oxidase system),：,最主要的催化酶，镶嵌在细胞内质网上，,称为混合功能氧化酶或微粒体单加氧酶，可简称为单氧酶。,微粒体混合功能氧化酶,的主要功能是催化体内许多内源和外源化学物在生物转化过程中的氧化反应。,组成：由多种酶构成的多酶系统,血红蛋白类：（细胞色素,P-450,；细胞色素,b,5,）；,黄素蛋白类：（还原型辅酶,-,细胞色素,P-450,还原酶（,NADPH-cytochrome P-450 reductase,；还原型辅酶,-,细胞色素,b,5,还原酶（,NADH-cytochrome b,5,reductase,）,脂类：磷脂酰胆碱,反应：在这一过程中还需要,NADPH,提供电子，使细胞色素,P-450,还原，并与底物形成复合物，才能完成这一反应过程。,RH+NADPH+H,+,+O,2,ROH+H,2,O+NADP,+,底物 还原型辅酶,氧化产物,MFOS,主要存在于肝细胞内质网膜上；,特异性低：可催化几乎具有一定脂溶性的所有环境化学物的氧化反应。,细胞色素,P-450,氧化酶功能在不同组织器官中也存在一定的差异。,肝脏中细胞色素,P-450,氧化酶主要催化许多外源化学物的氧化反应，也参与少数内源化学物的代谢过程，例如类固醇等；,具有重要毒理学意义的外源化学物和多环芳烃类的氧化反应主要由肺、皮肤和小肠粘膜中细胞色素,P-450,氧化酶催化。,（二）环氧化物水化酶,(epoxide hydrase,，,EH),也称为水合酶,(epoxide hydratase),及水解酶,(eposide hydrase),，主要催化脂肪环氧化物和芳烃类环氧化物的水化反应。例如苯乙烯环氧化物水化可形成苯代乙二醇。环氧化物萘,-1,，,2-,环氧化物水化产物为萘,-,二氢二醇。,一般认为,EH,为解毒酶，但实际它在某些外源化学物的生物转化中具有活化和失活化双重性。,MFOS,如苯并芘 几种环氧化合物后，其中苯并芘,7,8-,环氧化物再经水化反应形成苯并芘,7,8-,二氢二醇，苯并芘,7,8-,环氧化物和苯并芘,7,8-,二氢二醇,已为近致癌物，后者将继续进行代谢转化并形成终致癌物，其它环氧化物异构体经重排形成相应的酚，不具有致癌性，且有利于参加各种,相结合反应。,亲电子剂的形成,苯并,(a),芘,benzo(a)pyrene,，,BaP,7,8-,环氧苯并,(a),芘,7,8-,二羟,-BaP,7,8-,二羟基,-9,10-,环氧,BaP,P-450,环氧化物水解酶,(,终致癌物,),主要存在于肝细胞及肺、脾以及胃粘膜等，催化许多化合物的乙酰化反应，例如伯胺（,RNH,2,）、磺胺类和肼类及酰肼等，乙酰基由乙酰辅酶,A,提供。,胺是氨的氢原子被烃基代替后的有机化合物。氨分子中的一个、两个或三个氢原子被烃基取代而生成的化合物，分别称为第一胺（伯胺）、第二胺（仲胺）和第三胺（叔胺）。它们的通式为：,RNH,2,伯胺、,R,2,NH,仲胺、,R,3,N,叔胺,（三）,N-,乙酰转移酶（,N-acetyltrans,ferase,NAT,）,如抗结核药物对氨基水杨酸在体内可乙酰化并以乙酰结合物的形式排出体外。,肼类化合物在,N-,乙酰转移酶催化下，也可与乙酰基结合。抗结核药异烟肼摄入机体后绝大部分以乙酰结合物形式排出体外。,磺胺类药物在生物转化过程中，可进行乙酰结合。磺胺类化合物的乙酰结合反应在毒理学中有特殊意义。有些磺胺类化合物的结合产物，水溶性降低，如磺胺吡啶和磺胺噻唑的乙酰结合物，易于在肾小管中结晶并造成肾小管损伤。,谷胱甘肽,S-,转移酶是谷胱甘肽结合反应的关键酶，催化谷胱甘肽结合反应的起始步骤，主要存在于胞液中。谷胱甘肽,S-,转移酶有多种形式，根据作用底物不同，至少可分为下列,5,种：,谷胱甘肽,S-,烷基转移酶,谷胱甘肽,S-,芳基转移酶,谷胱甘肽,S-,芳烷基转移酶,谷胱甘肽,S-,环氧化物转移酶,谷胱甘肽,S-,烯烃转移酶,（四）谷胱甘肽,S-,转移酶,谷胱甘肽,S-,转移酶在毒理学上有一定的重要性。它可以催化亲核性的谷胱甘肽与各种亲电子外源化学物的结合反应。许多外源化学物在生物转化第一相反应中极易形成某些生物活性中间产物，它们可与细胞生物大分子重要成分发生共价结合，对机体造成损害。谷胱甘肽与其结合后，可防止发生此种共价结合，起到解毒作用。,它们的主要作用就是催化过氧化物或,H,2,O,2,，使得不致于生成非常有害的,-,.,OH,。,（五）谷胱甘肽过氧化物酶,（六）超氧化物歧化酶,（七）过氧化氢酶,第一相反应：从亲脂性到极性（一）氧化：最重要的,1,相反应,醛,脱,氢,酶,醇,脱,氢,酶,胺,氧,化,酶,氧化反应,微粒体混合功能氧化酶,非微粒体混合功能氧化酶,脂,肪,族,羟,化,芳,香,族,羟,化,环,氧,化,反,应,S-,氧,化,反,应,O-,脱,烷,基,反,应,S-,脱,烷,基,反,应,N-,羟,化,反,应,金,属,脱,烷,基,反,应,氧,化,脱,卤,反,应,N-,脱,烷,基,反,应,脱,硫,反,应,第一阶段反应（氧化、还原和水解）,（一）氧化反应,1,、,MFOS,催化的氧化反应,催化的反应类型,A.,脂肪族羟化反应,亦称脂肪族氧化，是脂肪族化合物侧链,(R),末端倒数第一个或第二个碳原子发生氧化，并形成羟基。,常见于丁烷、戊烷和已烷等直链脂肪族化合物烷烃类，其羟化产物为醇类。,RCH,3,RCH,2,OH,O,八甲磷,N-,羟甲基八甲磷,毒性增加,10,倍,B.,芳香族羟化反应,芳香环上的氢被氧化，形成酚类。,例如苯可形成苯酚，苯胺可形成对氨基酚或邻氨基酚。常用的氨基甲酸酯类农药残杀威经机体内氧化亦可形成羟化产物。,对乙酰氨基酚,扑热息痛,在微粒体混合功能氧化酶催化下，一个氧原子在外源化学物的两个相邻碳原子之间构成一桥式结构，形成环氧化物。,C,：环氧化反应,脂肪族烯烃：,芳香环氧化反应,有些环氧化物可以致癌，例如氯乙烯的环氧化产物,环氧氯乙烯,即为致癌物。,有些外源化学物的环氧化物性质极为稳定，可长期在环境和机体脂肪组织中存留，例如,有机氯杀虫剂艾氏剂,的环氧化物锹氏剂已造成严重的生态问题。,还有些化学物的环氧化物性质极不稳定，将继续发生羟化，形成,二氢二醇化合物,。,环氧化反应可分为脂肪族环氧化反应和芳香族环氧化反应。,后者的环氧化产物不稳定，将继续发生羟化。,D,、氧化性脱烷基反应,是与外源化学物分子中,N,，,S,，或,O,原子相连的烷基,-,碳原子被氧化并脱去一个烷基的反应。,反应产物为分别含有氨基、羟基、或巯基的化合物并有醛或酮生成。,由于反应中有一个,O,原子插入外源化学物的,-C-H,键，所以称为氧化脱烷基反应，可分,N-,脱烷基反应,(,如烟碱,),、,O-,脱烷基反应,(,如对硝基茴香醚,),和,S-,脱烷基反应。,脱除烷基是药物、杀虫剂和,N-,烷基外源化学物的共同反应。,烟碱,去甲基烟碱,R-O-CH,3,R-O-CH,2,OH ROH+HCHO,R-S-CH,3,R-S-CH,2,OH RSH+HCHO,E,、脱氨基反应,伯胺类化合物，在邻近,N,原子的,C,原子上发生氧化：,R-CH,3,-NH,2,R-CHO+NH,3,RNH,2,伯胺、,R,2,NH,仲胺、,R,3,N,叔胺,F,、,N-,羟化反应,外源化学物的氨基（,H,2,N-,）上的一个氢与氧结合的反应。由于是在氨基上加入一个氧原子，所以也称为,N-,氧化反应。苯胺可代表一种类型。苯胺经羟化后形成羟胺，羟胺的毒性较苯胺本身为高，可使血红蛋白氧化成为高铁血红蛋白。具有毒理学意义的是有些芳香胺类本身并不致癌，经,N-,羟化后才具有致癌作用。,不致癌,致癌,可使血红蛋白氧化,G,、烷基金属脱烷基反应,四乙基铅可在混合功能氧化酶催化下，脱去一个烷基，形成三乙基铅。借此，四乙基铅可在机体内表现毒作用。,Pb(C,2,H,5,),4,Pb(C,2,H,5,),3,Pb(C,2,H,5,),2,H.P-,氧化反应,如二苯甲磷，通过氧化反应可生成二苯甲磷氧化物。,I.S-,氧化反应,硫醚类化合物，,S,原子被氧化，形成亚砜、砜,R-S-R,R-SO-R,R-SO,2,-R,硫醚 亚砜 砜,杀虫剂内吸磷（,1059,）、甲拌磷、灭虫威和药物氯丙嗪等可发生硫氧化反应。内吸磷氧化后毒性比母体化合物提高,8-10,倍。,在微粒体细胞色素,P-450,依赖性单加氧酶催化下，卤代烃类化合物可先形成不稳定的中间代谢产物，即卤代醇类化合物；后者可再脱去卤族元素，形成最终代谢物,。,J,、氧化脱卤反应,卤代烃氧化成卤代醇，不稳定，脱去卤素。,R-CH,2,X,R-CH,X,OH,RCHO+HX,DDT DDE DDA,醇脱氢酶、醛脱氢酶、过氧化物酶、黄嘌呤氧化酶和单胺氧化酶等。,甲醇，乙醇,细胞色素,P450,：甲醛和乙醛；,醇脱氢酶：酸,CO,2,和,H,2,O,；,过氧化氢酶：（乙醇：,-,乙醛和,H,2,O,）,2,、非,MFOS,催化的氧化反应,1.,醇与醛类脱氢反应,分别由醇脱氢酶与醛脱氢酶催化。醇脱氢酶催化醇类氧化形成醛或酮，醛类氧化反应主要由肝组织中的醛脱氢酶催化。,（,1,）醇脱氢酶：,存在于胞液中：,RCH,2,OH+NAD(P),+,RCHO+,N,AD(P)H,2,+,(2),醛脱氢酶：存在于肝细胞线粒体和胞液中：,RCHO+NAD(P),+,RCOOH+,N,AD(P)H,2,+,体内醛脱氢酶活性低酒后乙醛积累酒精中毒。,2.,胺氧化反应,胺氧化酶主要存在于线粒体，可催化单胺类和二胺类氧化反应，形成醛类。,根据底物不同，可分为单胺氧化酶（,MAO,）和二胺氧化酶（,DAO,）。,MAO,可将伯胺、仲胺、叔胺等脂肪族胺类氧化脱去胺基，形成相应的醛类并释放出,NH,3,。带有芳香结构的脂肪胺类，例如对氯次苄基胺亦可被氧化，但含有异苯基的胺类，例如苯丙胺和麻黄碱两种胺类是经微粒体细胞色素,P-450,单加氧酶催化的。,DAO,主要催化二胺类的氧化反应，例如腐胺、尸胺等。,单胺氧化酶（,monoamine oxidase):,RCH,2,NH,2,+ORCHO+NH,3,+H,2,O,二胺氧化酶：催化二胺类氧化形成醛。,腐胺,(,四亚甲基二胺,),尸胺,(1,5-,戊二胺,),（二）还原反应,机体内通常细胞通常处于有氧状态，以,MFOS,催化的氧化反应为主。,存在局部性还原环境：还原性化学物或代谢物在细胞内积累；,某些酶可在有氧条件下催化还原反应，如,NADPH-,Cyt,P450,还原酶。,氧化反应的可逆反应：,NAD(P),+,NAD(P)H,还原反应还可能是氧化还原可逆反应中的还原反应部分。例如醇脱氢酶和醛脱氢酶催化的醇、醛氧化反应皆属于可逆反应，当氧化反应达到平衡状态时，即有可能转为还原反应。,催化还原反应的酶类,在氧化反应中一般以,NAD,或,NADP,为辅酶，而在还原反应中的辅酶为,NADH,或,NADPH,。催化还原反应的酶类可能与催化氧化反应为同一种酶，但有时也可能由另一种酶进行催化。,主要存在于肝、肾和肺的微粒体和胞液中。,肠道处于还原环境，存在含还原酶的菌丛。,（,1,）微粒体还原,主要包括硝基还原、偶氮还原、还原性脱卤。,硝基还原反应,硝基基团，特别是芳香族硝基化合物如硝基苯，在还原反应过程中先形成中间代谢物亚硝基化合物，最后还原为相应的的胺类。,催化硝基化合物还原的酶类主要是微粒体,NADPH,依赖性硝基还原酶。典型的硝基还原反应可以硝基苯为例。在反应过程中先形成亚硝基苯和苯羟胺，终产物为苯胺。,硝基苯 亚硝基苯 苯羟胺 苯胺,偶氮还原反应,脂溶性偶氮化合物：易被肠道吸收，主要在肝微粒体和肠道中还原；,非脂溶性偶氮化合物：不易吸收，主要在肠道中被肠道菌丛还原。,脂溶性偶氮化合物,以百浪多息,经偶氮还原反应先形成含联亚氨基,(-NHNH-),的中间产物，然后形成氨苯磺胺。偶氮化合物中还有一些色素，例如苏丹,，经还原后形成邻氨基偶氮甲苯。,R-N=N-R R-NH,2,+RNH,2,（,2,）非微粒体还原,如醛类和酮类还原反应，可分别生成伯醇和仲醇。乙醇在氧化还原反应中可经醇脱氢酶催化氧化为乙醛，同时醇脱氢酶也可催化乙醛还原为乙醇，这是可逆反应中相反方向的反应。,RCHO,RCH,2,OH;,RCORRCOHR,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。在水解反应中，水离解为,H,+,和,OH,-,，并分别与外源化学物分解部分结合，一般不会形成新的功能基团，这是与氧化反应或还原反应的不同之处。,（三）水解反应,水,解,反,应,酯类水解反应,酰胺类水解反应,水解脱卤反应,环氧化物的水化反应,水解酶：血浆、肝、肾、肠、肌肉和神经组织,酯酶在体内广泛分布。,RCOOR+H,2,O,RCOOH+ROH,许多有机磷杀虫剂在体内的主要代谢方式：,敌敌畏、对硫磷、马拉硫磷等；拟除虫菊脂类杀虫剂的降解。,敌敌畏,:,又名,DDVP,，学名,O,O-,二甲基,-O-(2,2-,二氯乙烯基,),磷酸酯，,有机磷杀虫剂,的一种,;,毒性大，急性毒性,LD50,值：对大白鼠经口为,56,80mg/kg,，经皮为,75,210mg/kg,。,拟除虫菊脂类,:,一类仿生合成的,杀虫剂,，是改变天然除虫菊酯的化学结构衍生的合成酯类。天然除虫菊酯是古老的植物性杀虫剂，是除虫菊花的有效成分，其杀虫毒力比老一代杀虫剂如有机氯、有机磷、氨基甲酸酯类提高,10,100,倍,1,、酯类水解反应,2,、酰胺类水解反应：,酰胺：羧酸中的,-OH,被,-NH,2,所取代。通式：,R-CO-NH,2,或,R-CO-NH-R,。,R-CO-NH-R+H,2,O R-COOH+RNH,2,乐果的水解。,乐果：中等毒杀虫剂。,O,，,O-,二甲基,-S-,（,N-,甲基氨基甲酰甲基）二硫代磷酸酯。,有机磷内吸杀虫剂中用途较广、产量较大的品种之一。,1951,年美国人,E.I.,霍伯格和,J.T.,卡萨迪发现有杀虫作用。也可用于杀螨。,原药雄大鼠急性经口,LD,50,为,320-380,毫克,/,千克，小鼠经皮,LD50,为,700-1150,毫克,/,千克。,例如：,DDT,水解脱卤,DDE(,毒性降低、可继续转化为易排泄物）,人体吸收的,DDT,，,60%,可经此途径转化。,(Cl-C,6,H,4,),2,CH-CCl,3,+H,2,O (Cl-C,6,H,4,),2,C=CCl,2,+HCl,3,、水解脱卤反应：,4,、环氧化物的水化反应,芳香烃和脂肪族烃类化合物氧化反应产生的环氧化物可在环氧化物酶催化下可通过水化反应形成相应的二氢二醇化合物。,BaP BaP-7,8,环氧化物,BaP-7,8,二氢二醇,BaP-7,8,二氢二醇,-9,，,10-,环氧化物（致癌物）。,水化反应在致癌物活化中有重要作用。,三、第二相反应（结合反应，,Conjugation),：从极性到亲水性,指进入机体的毒物在代谢过程中与某些内源化合物或基团发生的生物合成反应。有机毒物和含羟基、氨基、羰基以及环氧基的代谢物最容易发生。,经过,Phase I,反应，使外源物增加了极性基团，易与具有极性基团的内源性化合物发生结合反应,进一步增加极性和水溶性排泄消除。,直接结合；氧化、还原和水解后再结合。,(1),失去活性，降低毒性；极性增强，脂溶性降低。,也有例外。,(2),不稳定的中间体化合物，,可能是亲电性物质，可与某些蛋白、,RNA,、,DNA,发生反应，导致细胞死亡或致肿瘤。,结合反应,葡,萄,糖,醛,酸,结,合,甲,基,结,合,氨,基,酸,结,合,乙,酰,结,合,谷,胱,甘,肽,结,合,硫,酸,结,合,根据与外源化学物结合的结合剂不同，可将结合反应分为以下几种类型：,葡萄糖醛酸；,硫酸：含硫氨基酸代谢产物；,谷胱甘肽：,G-SH,；,乙酰基：乙酰辅酶,A,；,氨基酸：,甲基：主要由,S-,腺苷蛋氨酸提供。,Endogenous compounds:,发生结合反应的功能基团的类型,结合反应,功能基团,葡萄糖醛酸,-OH,-COOH,-NH,2,-SH,-CH,硫酸,Aromatic-OH,aromatic-NH,2,alcohols,谷胱甘肽,环氧化物（,Epoxides,）,organic halides,（有机卤）,乙酰基,-NH,2,-SO,2,NH,2,hydrazines,（,肼）,氨基酸,Aromatic-NH,2,-COOH,甲基,Aromatic-OH,-NH,2,-NH,-SH,(,一,),葡萄糖醛酸结合反应（,Glucuronic conjugation),在葡萄糖醛酸基转移酶（,Glucuronyl,transferase,GT),催化下，将葡萄糖醛酸基结合到外源化学物的,-OH,、,-COOH,等极性基团上。,主要在肝微粒体中进行，肾、肠粘膜和皮肤中也可进行。在结合反应中占有最重要的地位。,葡萄糖首先需要经过,UTP,活化。,G-1-P+UTP,UDP-G,UDP-G,脱氢酶,COOH,O,O,UDP,(UDP-GA,葡萄糖醛酸,),NAD,+,NADH,+,+H,+,形成,O-,葡萄糖醛酸化物,形成,N-,葡萄糖醛酸化物,形成,S-,葡萄糖醛酸化物,（二）、硫酸结合反应,(Sulfate Conjugation),在磺基转移酶（,Sulfotransferase),的作用下，将内源性硫酸结合到醇类、酚类和胺类化合物上，形成硫酸酯。,主要在肝、肾、胃和肠中进行。,硫酸首先需要被激活,:,SO,4,2-,+ATP,APS+PPi(ATP,硫酸化酶,),APS+ATP PAPS(,3,磷酸腺苷,5,磷酸硫酸,),+PAP,（,ATP,激酶）,通常，硫酸结合后，亲水性大大加强,，,毒性降低。,但也存在毒性增加的情况。,再在磺基转移酶的催化下与醇类、酚类或胺类结合为硫酸酯。,（三）谷胱甘肽结合,(Glutathione conjugation),在谷胱甘肽,S-,转移酶的催化下进行,存在于肝、肾细胞的微粒体中,可与卤代芳香烃、卤代硝基苯、环氧化物等结合,体内重要解毒机制。,谷胱甘肽的结构：,(G-SH),环氧化物的解毒,！体内大量亲电子化合物的出现，将使,GSH,耗竭，出现严重损害,（四）其他结合反应,1,、乙酰结合：,可与芳香胺类，酰肼类、磺胺类化合物等结合,可掩盖胺类毒物中具有重要生物活性的氨基，但乙酰化后，水溶性降低。,2,、氨基酸结合,带,COOH,的外源化合物,(,多发生在芳香羧酸，例如芳基乙酸,),与氨基酸肽式结合，参与结合反应的氨基酸主要有甘氨酸、谷氨酰胺以及牛磺酸，较少见的还有天冬酰胺、精氨酸、丝氨酸以及,N-,甘氨酰甘氨酸等。,外源化学物的羧基与氨基酸的氨基结合，形成肽或酰胺。,C,6,H,5,COOH+NH,2,CH,2,COOH,C,6,H,5,CONHCH,2,COOH+H,2,O,苯甲酸甘氨酸 马尿酸,3,、甲基结合,由甲基转移酶催化，由,S-,腺苷氮氨酸提供甲基,可甲基化的化合物：多酚类、硫醇类、胺类、氮杂环化合物、重金属等,甲基嵌入位置：,-O,-N,-S,NOTE:,有许多内源性和外源化学物可以进行甲基结合反应，与其它结合反应相比，甲基结合后，外源化学物的功能基团未被遮盖，水溶性没有明显的增强，有的反而下降；生物学作用并未减弱，有的反而增强。,甲基化反应有解毒作用，体内生物胺失活的主要方式，但产物水溶性常降低,。,4.,磷酸化,系在,ATP,和,Mg,2+,存在下，由磷酸转移酶催化,ATP,的磷酸基转移到相应的外源化学物的反应。,在结合反应中不太普遍，常见于,1-,萘酚和对硝基酚的反应。,1-,萘酚,对硝基酚,生物活化,通常：,转化,极性及水溶性增加易于排泄毒性降低或消失,生物失活,(bio-inactivation),例外：,转化,水溶性降低、毒性增加,生物活化,(bio-acivation),。,I,相反应过程中的生物活化：,肝细胞坏死,神经毒性,肝癌,可使血红素变性,CCl,4,CHCl,3,CCl,3,肝、肾细胞坏死,（二）通过,II,相反应活化,苯胺葡萄糖醛酸结合产物在酸性条件下分解，形成羟基苯胺，亲电子化合物，导致膀胱癌。,硫酸结合产物，转化为具有高度活性的化合物。,二溴乙烷，谷胱苷肽结合产物，转化为高度亲电子化合物。致畸，致癌。,生物转化的复杂性,1.,生物转化的多样性,同一污染物在体内可能存在不同的代谢方式,形成不同的代谢产物,产生不同的毒性,.,2.,生物转化的连续性,毒物在体内的转化常由一系列反应构成,当其转化的连续性受到干扰时,常会引起毒性的变化,3.,代谢转化的两重性,解毒与生物活化,(,毒性加强,),4.,代谢饱和状态,毒物的代谢途径,可因剂量的不同产生差异,例如：氯乙烯。正常代谢：,氯乙烯,醇脱氢酶,氯乙醇,氯乙醛,氯乙酸,氯乙烯,代谢饱和时：,MFO,环氧氯乙烯,氯乙醛,诱变、致癌,溴苯：,正 常：,MFO,作用下,环氧,溴苯,70%,与,GSH,结合解毒,代谢饱和：,GSH,消耗 环氧,溴苯积累,肝细胞损害,指进入机体的污染物与受体结合，并产生生物学效应的能力，也就是污染物的实际毒性。,经生物转化，生物有效性可能降低或升高。,由于生物转化的过程千变万化，因此同一种污染物对不同生物，乃至对一个个体的不同生命阶段的生物有效性都是不同的，,另外，比较不同污染物的生物有效性时，要选用一致的效应指标。,四、污染物的生物有效性（,biological validity,）,1.,毒激活机理,有的化学物形成的代谢物毒性反而较母体化学物高。,LD,50,：对硫磷：,13mg/kg,；对氧磷：,3.5mg/kg,大多数致癌物本身并不致癌，但在生物转化过程中形成的中间代谢物才具有致癌作用，这一过程称为致癌物的活化或毒激活。,二、污染物的毒激活过程,机理,某些化学性质稳定的化合物转变成有化学反应性的代谢产物。这些代谢产物能与机体组织的大分子物质形成共价结合造成损害。,转化过程中生成水溶性较低的产物,环氧化物的形成：芳族化合物,N,羟基化作用：与硫酸或乙酸结合不稳定，致癌、突变,胃肠道内的活化作用：亚硝酸盐和某些胺；苏铁素,肾脏内的活化作用：氯仿；对乙酰氨基酚；溴苯,其他方式：四氯化碳；乙醇；脂族腈,在呼吸道中被代谢活化：苯并芘,2.,致癌物在体内的激活方式,（,1,）微生物酶的代谢活化,某些肠道细菌水解致癌物的结合物产生高毒性的致癌物，如苏铁素水解产物甲基偶氮氧化甲醇致癌；致癌产物的葡糖醛酸苷；,致癌物灭活：,N,脱羟基酶,（,2,）化学方式的代谢活化（无酶反应）,烷基亚硝基脲类或烷基亚硝基脲烷类水解释放出亲电子性的致癌物，给药部位致癌；远处致癌，穿过血脑屏障，脑癌。,苯并,(a),芘,benzo(a)pyrene,，,BaP,7,8-,环氧苯并,(a),芘,7,8-,二羟,-BaP,7,8-,二羟基,-9,10-,环氧,BaP,P-450,环氧化物水解酶,(,终致癌物,),3.,几种常见化学致癌物的代谢活化,1.,多环和杂环芳烃,:,环氧化物,（苯并芘，,3-,甲基胆蒽和二苯蒽为代表）,2.,芳香胺和偶氮染料,：典型的间接致癌物，绝大多数引起远离给药部位的癌症。,N-,羟基化形成相应的羟基氨基衍生物；要求特殊的立体结构。,3.,卤代烃,：四氯化碳：三氯甲烷自由基；氯乙烯：氧化氯乙烯。,4.,汞的甲基化,：通过甲基钴胺素作用将无机汞转化为甲基汞。,难溶的汞,生物吸收困难，,毒性很小,易溶的汞,容易吸收，,毒性很强,（其中,甲基汞,的毒性,最强,）,毒性体现：神经麻痹以致引起死亡。,日本的,水俣湾甲基汞中毒事件,就是典型的汞污染事件。这类汞中毒一般都不是通过直接饮用水被汞污染造成，而是由于甲基汞在食物链积累并由水中的鱼类向上传递给人而引起的。水中的甲基汞到底是怎么来的,汞的甲基化,汞的甲基化是由,微生物,依靠,甲基化辅酶,形成的,。,汞甲基化微生物：,细 菌,甲烷菌、匙形梭菌、荧光假单胞菌、大肠埃希氏菌、产气肠杆菌、巨大芽孢杆菌,真 菌,粗糙链孢霉、黑曲霉、酿酒酵母等。,过程如下：,甲基化辅酶 甲基化辅酶,Hg,2+,Hg,+,-CH,3,Hg(CH,3,),2,-CH,3,-CH,3,鱼类体表粘液中,有许多含有甲基化辅酶,的微生物,，他们将无机汞转化为甲基汞，动物和人体,肠道中的细菌,大部分也具有这种功能，因此甲基汞中毒是由微生物造成的,。,甲基汞的降解,甲基汞降解微生物,：柠檬酸杆菌、假单胞菌、节杆菌、,隐球菌,提问：,为什么微生物进行甲基汞的降解？,甲基能源,汞的甲基化与脱甲基化通常保持着一个动态的平衡，从而,使环境中的甲基汞浓度维持在低水平,。但是，,在有机污染严重、,pH,较低的环境中，更容易形成和释放甲基汞，对生物的危害巨大,。,事实上通常情况甲基汞在天然水体中的浓度十分低,？,有机汞,Hg,还原,（,1,）温度,（,2,）湿度,（,3,）光照,（,4,）环境,PH,值,（,5,）环境氧化还原电位,（,6,）噪声、震动和紫外线,三、环境因子的作用,（,1,）温度,吸收和排泄：,皮肤和呼吸道；胃；尿量,1,）,55,种化学物在,36,时毒性最大，,26,时毒性最小。,2,）引起代谢增高的毒物，如五氯酚、,2,4-,二硝基酚及,4,6-,硝基酚等，在,8,下毒性最低，,3),引起体温下降的毒物如氯丙嗪在,8,毒性最大。,代谢过程,:,毒物形态,：二氧化硫 三氧化硫,反应强度和持续时间,:,秋水仙碱和洋地黄,温度影响生物转化。,一般情况下高温促进毒物的吸收，使毒性增大；但有些情况下，温度升高和下降均可引起外源化学物毒性增高。,（,2,）湿度,皮肤吸收,水合作用,;,接触时间,化合物的刺激作用：,HCL,、,HF,和,H,2,S,水解作用：有机磷农药在干燥和湿润的土壤中,影响机体散热,增加机体体温调节负荷,大气湿度能直接影响植物的受害程度，即大气相对湿度与植物受害程度成正比，与植物的抗性成反比。这是因为高的相对湿度使有害气体和烟尘能吸附在表面，并使这些污染物溶解，慢慢从气孔、表皮渗透到叶片内，特别是酸碱性污染物，溶解在表面后，能直接伤害叶片。,（,3,）光照,转化：氮氧化物、醛类,代谢过程：谷胱甘肽；细胞色素,P450,依赖性单加氧酶活力,光照强度直接影响植物气孔开闭,光照度,(,植物吸收光量子的数量,),影响有机氯农药的分解,:,同分异构体,;,光脱氯反应,.,（,4,）环境,PH,值,毒物的溶解度,镉：中性环境下生物体内可溶性镉最低；酸性条件大多为无机盐游离态；碱性条件下和蛋白质结合。,化学性质的稳定性,沉积物镉和锌，,Ph,高稳定。,鱼体的含汞量：,Ph,低，甲基汞，溶于水，吸收，高；,Ph,高，二甲基汞，不稳定，不溶于水，易挥发，低。,pH,还影响毒物存在的形态及比例,：,如,SO,2,，,PH 2,5,：,HSO,3,-,为主，毒性大；,PH 6,8,：,SO,3,2-,为主、毒性小；,非离子氨,(,有毒,),和离子铵,（,5,）环境氧化还原电位,沉积物中重金属的结合形态在不同氧化还原电位下可互相转化。有机结合态镉：还原条件，稳定；氧化条件，转化成水溶态、可交换态或溶解络合态。,硫化物是重金属难溶化合物的主要形态，随,Eh,的降低，硫化物大量形成，土壤溶液中重金属离子相对减少。镉污染区稻米的含镉量，,Eh,高时含镉量高。湿润条件下水稻根的含镉量为淹水条件的,2,倍，茎叶,5,倍，糙米,6,倍。因为还原条件下，土壤中的,SO,4,2-,还原成硫化物态，与镉形成难溶的硫化镉，不易被植物吸收。,含砷量相同的土壤，水稻易受害，旱地作物几乎不产生毒害。还原态的三价砷比五价砷毒性高。,（,6,）噪声、震动和紫外线,噪声、振动与紫外线等物理因素与化学物共同作用于机体，可影响化学物对机体的毒性。如发现噪声与二甲替甲酰胺（,DMF,）同时存在时可有协同作用。紫外线与某些致敏化学物联合作用，可引起严重的光感性皮炎。,1.,植物,（,1,）不同植物种类,（,2,）生态型,（,3,）生态类型,（,4,）同一植物的不同部位吸收污染物也有差异,（,5,）不同生育期吸收量差别很大,四、生物因子的作用,1,、不同植物种对污染物的吸收、积累量差异很大。,蕨类植物,吸收镉的量特别多，体内含镉量可高达,l200 mg,kg,；,双子叶植物,吸镉的量也相当高，如向日葵、菊花体内含镉量可高达,400 mg/kg,和,180mg/kg,单子叶植物,含镉量比双子叶植物少。水稻。玉米。甘蔗 小麦,教一个容易的方法，剥开一个种子，里面只有一颗的，就是单子叶植物。米就是其中之一，花生是双子叶，因为一颗花生米（注意，是花生米，不是花生）剥开表皮，有两半的，就是双子叶。,吸收镉较多的植物,在酸性土壤中，石松科植物的,铺地蜈松、石松、地刷子、野牡丹科的野牡丹及铺地锦,能富集大量的铝，有的竟高达,1,以上,(,占干重,),，而酸性土上生长的其他植物只有,O.05,。,生长在含硒土壤上的黄芪，灰分中,硒,的含量可高达,15000mg,kg,，而伴生的牧草却小于,0.01mg,kg,，两者相差高达,100,万倍。,再如：,2,、生态型之间的差异也很明显,把生长在冶炼厂的,hisbiscuss,（木槿）的种和生长在非污染区的种同时栽种在含铅量相同的土壤上，结果前者比后者的吸铅量要少得多。这是因为生长在污染区的生态型在生理、生化和遗传上发生相应的变化，形成与环境相适应的抗铅生态型。,（,3,）生态类型,湿生、沼生,植物吸收重金属量比,中、旱,生植物多还是少？,湿生、沼生,植物吸收重金属量比,中、旱,生植物少。是因为它们生长在终年淹水的还原性土壤环境中，重金属多与硫化物等结合、沉淀，植物不易吸收；中生、旱生植物的土壤处于氧化状态，重金属多呈离子态，容易被吸收。,水生维管束植物对水体铅污染吸收、富集铅的能力与植物的生态习性有关：,沉水植物,整个植株都是吸收面，相对吸收量就比,浮水、挺水,植物高。,（,4,）同一植物的不同部位吸收污染物也有差异,如：第一叶位桑叶表面吸氟变化幅度,(9.13,u,g,dm,2,),明显大于第五叶位桑叶,(4.24,u,g,dm,2,),，这可能与它处于桑树顶端，较易受环境因素影响有关，而第五叶位桑叶由于上面叶片的阻挡作用，其吸附氟变化量明显减少。,5,、不同生育期吸收量差别很大,如：水稻对镉的吸收大部分在抽穗期、开花期和灌浆期：,2.,动物,（,1,）遗传因子,（,2,）性别,（,3,）发育因子,（,4,）健康状况,（,5,）生活方式,(1),遗传因子,生物转化过程中,有关催化酶,活力的物种、品系差异,外源化学物在生物转化过程中的,代谢速度和途径,的物种差异,同一外源化学物对机体的,毒性作用,的个体、品系和物种的差异,不同种类的动物对毒物的,反应性差别、解毒能力、先天性代谢缺陷,生物转化过程中有关催化酶活力的物种、品系差异,物种差异（小鼠,/,大鼠：苯胺羟化酶（,3,倍）、脱甲基酶（,2,倍）、,NADPH,cyt450,还原酶（,8,倍以上）,品系差异（雌性大鼠,Wistar,品系,/Sprague,Dawleg,品系：环己巴比妥氧化酶,(2,倍以上）；雄性也高,个体差异（乙醇）乙醛脱氢酶,外源化学物在生物转化过程中的代谢速度和途径的物种差异,生物半衰期不同：如镇痛抗炎药保泰松在大鼠、兔和豚鼠为,6-7h,，而人类达,3,天。,代谢途径的物种差异：,酚：硫酸结合（人和大鼠）；葡萄糖醛酸结合（豚鼠）,苯丙胺：大鼠：芳烃羟化为主；人：脱氨基途径为主,反应停事件,代谢物的生物学作用不同,不同物种,：,2,乙酰氨基芴：,N-,羟化,-,硫酸结合（致