污染物对生物的影响及物理因素对生物体的损伤-课件.pptx
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1、污染物对生物的影响及物理因素对生物体的损伤第一节污染物在生化与分子水平上的影响第二节污染物在细胞与器官水平上的影响第三节污染物在个体水平上的影响第四节污染物在种群与群落水平上的影响第五节污染物对生物多样性的影响第六节 污染物对人类健康的影响作用类型例子后果防护性混合功能氧化酶的诱导加快新陈代谢,生成水溶性代谢物,从而加速排泄金属硫蛋白的生成增加对金属的束缚速度,从而降低金属的生物利用率非防护性乙酰胆碱酯酶的抑制作用50以上因抑制而产生可见的毒性效应DNA加合物的生成若导致突变会发生损害作用表21 对污染物的防护性与非防护性生化反应l乙酰胆碱酯酶简称AchE,具有羧肽酶与氨肽酶的活性。乙酰胆碱酯
2、酶参与细胞的发育与成熟,能促进神经元发育与神经再生。有机磷酸酯类与氨基甲酸酯类杀虫剂抑制乙酰胆碱酯酶的活性,从而使神经元间传导质乙酰胆碱无法分解成胆碱与乙酸,阻断神经传导而使昆虫致死。BAY区K 区苯并芘98107细胞色素P-450单氧化酶+NADPH+O2O环氧化物水解酶+H2OOHOHHO细胞色素P-450单氧化酶+NADPH+O2HOO+DNA最终致癌剂ONHNHNHOHONNDNA主要加成物 l1、1对生物机体酶的影响l1、2对生物大分子的影响lA、酶的诱导污染物诱导酶活性的机制去阻遏作用操纵基因结构基因(酶基因)阻遏蛋白污染物转录操纵基因结构基因(酶基因)阻遏蛋白转录X混合功能氧化酶
3、(MFO)l组成:细胞色素P450、细胞色素还原酶、磷脂l功能:解毒、致毒l在环境监测中的应用:生物标记物抗氧化防御系统酶l组成:SOD、GPx、Ct、GSTs、GSH、VC、VE等l功能:消除活性氧(自由基),解毒a、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中发挥了重要作用。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特别大,即具有多种催化功能。MFO存在于所有的脊椎动物与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,包括内源性化合物与外源性化合物。从解毒作用来看,许多外源性化合物进入体内,经MFO作用
4、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。l需氧生物发展出的防御过氧化损害的酶系统。超氧化物歧化酶(SOD)谷胱甘肽氧化酶(G P x)过氧化氢酶(Ct)l活性氧(Activiated Oxygen)带有2-3个电子的分子氧还原产物,主要有:OH、O2-、H2O2l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。l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
5、,从而引起机体氧化应激或氧毒性。l超氧化物歧化酶(SOD)l O2-SOD H2O2+O2l 2H+l谷胱甘肽氧化酶(G P x)l 2GSH+H2O2 GPX GSSG+2H2l过氧化氢酶(Ct)l 2H2O2 Ct 2H2O+O2l是相过程中的重要酶,具多种同工酶。可由有机氯农药、多环芳烃、多氯联苯等诱导。l生理作用:与不同的亲电性化合物或一些代谢产物结合成水溶性化合物,易于排出。B酶的抑制作用不可逆性抑制可逆性抑制l非竞争性抑制l竞争性抑制 不可逆性抑制作用的抑制剂以共价键与酶的活性中心功能基团结合,使酶的活性降低或丧失。丧失活性的酶不能用透析、过滤等物理的方法解除。l如某些重金属(Hg
6、+、Ag+、Pb 2+)对巯基酶的作用,有机磷农药对胆碱酯酶的抑制。l l非竞争性抑制:抑制剂可逆地与酶活性中心以外的基团结合(不与底物竞争酶的活性中心),故酶与抑制剂形成 EI 后,还可结合底物形成 EIS。l竞争性抑制:抑制剂的化学结构与酶作用的底物十分类似,它们都能与酶的活性中心结合,两者对酶的结合有竞争作用。l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,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。l对酶活性中心的
7、影响污染物还能与酶的其它活性基团结合,如汞与砷与某些酶的活性基团结合就特别牢固,从而使酶失去活性。小结:污染物对生物体内酶的抑制方式l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与锰,破坏了酶的正常结构,使酶失去活性。l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。l污染物对生物大分子的影响机制共价结合学说:污染物及其活性代谢产物与核酸、蛋白质与脂质等结合后,产生不同的生物学效应l污染物对蛋白质的影响导致蛋白质的化学损伤诱导机体生成功能蛋白对抗污染物(如金属硫蛋白
8、)l污染物对DNA的影响导致DNA结构改变(如碱基置换、丢失、链断裂)DNA损伤的修复(如光修复、切除修复、SOS修复)l脂质的过氧化导致细胞膜与亚细胞膜的受损(如细胞器破裂)l对细胞的影响l对组织器官的影响l对细胞膜的影响过氧化导致细胞膜损伤影响细胞膜的通透性l对细胞器的影响线粒体:结构与功能均发生变化内质网:结构破坏、核糖体脱落其它细胞器:溶酶体(细胞自溶)l靶器官:污染物直截了当作用的器官l效应器官:表现出中毒症状的器官l蓄积器官:污染物在体内的蓄积部位l对组织器官的影响对植物,表现为叶面出现点、片伤害斑,造成叶、蕾、花、果实等的脱落对动物,以重金属污染为例:铅可损害造血器官与神经系统,
9、镉可损害肝脏、肾脏,导致骨痛病。l污染物对植物在个体水平上的影响:主要表现为生长减慢、发育受阻、失绿黄化、早衰等l污染物对动物在个体水平上的影响:主要表现为死亡、行为改变、繁殖下降、生长与发育抑制、疾病敏感性增加、代谢率变化l导致个体死亡l对个体行为的影响l对繁殖的影响l对生长与发育的影响l衡量死亡的指标死亡率:死亡比例的大小,为评价污染物毒性大小的生物学指标不同污染物,同种生物,死亡率不同;同一污染物,不同生物,死亡率不同。50%死亡 枝角类 软体动物铜 5-300 ug/L 40-9000 ug/L汞 0、02-40 ug/L 90-2000 ug/Ll影响致死剂量的因素污染物的种类、理化
10、性质及作用时间生物的种类、状态与个体差异环境因素:温度、pH、光照、营养等多种污染物的综合作用l行为毒性(Behavioral Toxicity)指一种污染物或其他因素(如温度、光照、辐射)使得动物一种行为超过正常变化的范围。水环境污染可影响的生物行为:回避、捕食、警惕、学习、社会行为l回避行为的定义:生物主动避开污染区域,迁移到清洁区域的行为l回避行为的效应:改变生态系统中的生物分布,打乱原有的生态平衡l影响回避行为的因素:污染物种类、生物种类与状态、环境因素l捕食行为被破坏的效应生物机体获得的资源减少,生长、发育与繁殖受阻l捕食行为被破坏的原因污染物影响捕食者的感官与策略系统污染物影响捕食
11、者的运动系统污染物影响食物的消化l警惕行为被破坏的结果容易被捕食,死亡率上升,种群数量下降l对鸟类行为的影响有机磷农药可影响鸟的神经系统,导致鸟的平衡与协调性的损害。受污染的鸟类还可表现出对领地的失控与不能照顾后代。l效应:产卵(仔)数、孵化数、幼体存活率下降,繁殖行为变化等l水环境污染对鱼类繁殖影响的位点(时期)配子合子胚胎幼体l概念:环境激素(Environmental Endocrine Disrupters)指具有动物与人体激素的活性,能干扰与破坏野生动物繁殖障碍、诱发人类重大疾病的天然物质或人工合成物质。也叫做外源性雌激素或环境内分泌干扰物。l环境激素的种类与特性天然与合成雌激素植物
12、雌激素具有雌激素活性的环境化学物质l分布广泛的主要污染物,可导致野生动物的繁殖障碍l通过污染饮用水,危害人类的生殖健康,诱发癌变l据科学研究初步证实,目前在社会生活中对人与动物起着类似于激素作用的有害物,差不多发现至少三百余种。l常见的环境激素包括有机锡、二乙基人造雌性激素、多溴联苯醚(PBDEs)、六溴环十二烷(hexabromocyclododecane,HBCD)、二恶英(dioxin)、双酚A(Bisphenol A)与其衍生物、多氯联苯(Polychlorinated biphenyls,PCB)、Methomyl、烷基酚聚氧乙烯醚(APE)、壬基酚(Nonyl phenol,NP)
13、等,另外有研究指出环境污染物中的镉(Cd)、铅(Pb)与汞(Hg)等重金属产物亦为可疑的内分泌干扰物。l2005年11月16日02:22 现代快报l据新华社洛杉矶11月14日电 美国科学家最新研究发现,在洛杉矶附近海域捕捞的鱼类出现了奇特的“变性”现象,一些雄性鱼长出了卵巢甚至带有卵子。l美国加州大学河边分校等研究机构14日公布的三项研究成果显示,在洛杉矶附近橙县海域捕捞出的大比目鱼与鲆鱼中,三分之二的雄性鱼都产生了雌性鱼才有的卵蛋白。l生态学家施伦克说,洛杉矶周边地区每天向附近海域排放大量污水。研究人员在海水中检测出了几十种类激素化学物质。这类化学污染物能产生相当于雌性激素的效果,是造成海中
14、雄性鱼“雌性化”的罪魁祸首。l挪威科学家对90头北极熊进行了调查,发现:有4只幼熊既有雄性生殖器官,又有雌性生殖器官,成了两性熊。l他们往常也做过调查,雌雄同体的北极熊也间或见过,但没有如此之高的比例。经过环境检测,他们认为这种现象与环境被环境激素有机氯农药与多氯联苯污染有关。北极熊与人类一样,都处在食物链的上层。有机氯农药在海鱼内脏中积累,海豹食鱼,有机氯农药再沉积在海豹的脂肪之内,北极熊的主要食物又是海豹,有机氯农药再积累于北极熊体内,干扰熊体的内分泌系统,使生殖系统紊乱,产生熊幼崽两性畸变。在北极熊的体内已检测出较高水平的有机氯化合物。l2010年8月25日,一家国际环保组织发表了24页
15、纸的题为“毒”隐于江长江鱼体内有毒有害物质调查的报告。调查报告显示,在取自长江上、中、下游不同城市的鲤鱼与鲶鱼体内,均测出了被称为“环境激素”的壬基酚与辛基酚,这两种物质可导致雌性性早熟等性发育与生殖系统问题。28日,记者从整篇调查报告中发现,该组织在来自重庆、武汉、南京以及马鞍山四市的野生鲤鱼与鲶鱼体内,检测出了广受国际关注的持久性有机污染物全氟辛烷磺酸,部分鱼体内还检测出了汞、铅与镉等重金属。l“壬基酚与辛基酚是洗涤剂、纺织产品与皮革涂饰中极为常见的化学原料,属于环境激素,即能够干扰内分泌并影响性发育水平的内分泌干扰素。l生长指示器(Scope for Growth,SFG)P =A-(R
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