环境生物学第二章.ppt
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1、第二章 污染物对生物的影响,生物系统的各级生物学水平: 生物分子 细胞器 细胞 组织 器官 器官系统 个体 种群 群落 生态系统,图 1. 污染物在各级水平上对生物的影响,本章将讨论以下内容: 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,污染物进入机体后导致的生物化学变化包括: 防护性生化反应和非防护性生化反应,防护性生化反应:用来保护生物体抵抗污染物的伤害。其反应机理是通过降低细胞中游离污染物的浓度,从而防止或限制细胞组成部分发生可能的有害反应。如混合功能氧化酶的诱导,金属硫蛋白的生
2、成。 非防护性生化反应:不起保护作用的生化反应。反应机理多样,结果之一是产生对生物体有害影响。如乙酰胆碱酯酶的抑制,DNA加合物的生成。,第一节 污染物在生物化学和分子水平上的影响,表21 对污染物的防护性和非防护性生化反应,1、酶的诱导 许多环境污染物能诱导生物机体内一些酶活性和含量增加,在这些污染物中,大多属于有毒、有害的有机化合物,如:多氯联苯(PCBs)、多环芳烃(PAHs)、表面活性剂等 酶诱导的三基因假说:结构、操纵、调节,一、污染物对生物机体酶的影响,A、混合功能氧化酶(MFO),混合功能氧化酶(MFO) 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
3、发挥了重要作用。 混合功能氧化酶(MFO)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。,B、抗氧化防御系统酶,活性氧(Activiated 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 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、多氯联苯可在生物体内进行生物转化时产
4、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DNA链断裂、脂质过氧化、酶蛋白失活等,从而引起机体氧化应激或氧毒性。,抗氧化防御系统酶 超氧化物歧化酶(SOD) 是一类高诱导酶,催化O2生成H2O2 ,消除活性氧。 谷胱甘肽过氧化酶(G P x) 以H2O2 为底物,催化形成H2O ,消除H2O2 过氧化氢酶(Ct) 分解H2O2,2、酶的抑制作用 与酶的诱导作用相反,一些环境污染物可抑制酶的活性。 普通的情况是:低剂量的环境污染物起诱导作用,高剂量的环境污染物起抑制作用。 酶的抑制作用分为: 不可逆抑制:与酶蛋白的活
5、性中心功能基团不可逆结合。 非竞争性抑制:污染物与酶分子的结合位置不是底物的结合位置,增加底物浓度,不能使抑制作用逆转。 竞争抑制:增加底物浓度,抑制作用减弱。,1、与受体结合 污染物及其活性代谢产物可直接与生物的膜受体或细胞质受体共价结合,如与糖蛋白、磷脂蛋白或其他特殊蛋白结合,导致化学性损伤,从而影响受体功能,引起一系列生物学反应。 受体:能正确识别固有的外界信息,并用适当方式将外界信息转换成生物信息的感受器。 原义:生物体感受外界物理、化学刺激,并转变成神经冲动的感受器。,二、 污染物对其它生物大分子的影响,2、与蛋白质(酶)结合,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
6、损伤:细胞膜结构及通透性改变;影响酶的催化功能等 诱导生物机体内一些功能蛋白的产生:如应激蛋白(Stress Proteins)和金属硫蛋白(Metallothionein)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。 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Zn、Cu和结合有毒金属如Cd、Hg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性影响。,3、对脱氧核糖核酸(DNA)的影响,外源性化合物及其代谢产物能引起DNA损伤,它们与DNA的相互作用过程有以下四个阶段: 形成DNA加合物(DNA
7、 Addcuts) 发生DNA的二次修饰 DNA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DNA突变及其基因功能的改变 DNA加合物的形成是产生DNA损伤最早期的作用,随后产生的最重要影响是DNA结构的改变,如碱基置换、碱基丢失、链断裂等。 DNA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。,第二节 污染物在细胞和器官水平上的影响,一、对细胞膜的影响 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,二、对细胞器的影响,线粒体 线粒体是细胞供能的场所。
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