第四章污染物对生物的影响及物理因素对生物体的损伤课件.ppt
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1、第四章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和分子水平上的影响第二节污染物在细胞和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和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 对污染物的防护性和非防护性生化反应l乙酰胆碱酯酶简称乙酰胆碱酯酶简称AchE,具有羧肽酶和,
2、具有羧肽酶和氨肽酶的活性。乙酰氨肽酶的活性。乙酰胆碱酯酶参与细胞的胆碱酯酶参与细胞的发育和成熟,能促进发育和成熟,能促进神经元发育和神经再神经元发育和神经再生。生。有机磷酸酯类和氨基甲酸酯有机磷酸酯类和氨基甲酸酯类杀虫剂抑制乙酰胆碱酯酶类杀虫剂抑制乙酰胆碱酯酶的活性,从而使神经元间传的活性,从而使神经元间传导质乙酰胆碱无法分解成胆导质乙酰胆碱无法分解成胆碱和乙酸,阻断神经传导而碱和乙酸,阻断神经传导而使昆虫致死使昆虫致死。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
3、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)阻遏蛋白污染物污染物转录操纵基因结构基因(酶基因)阻遏蛋白转录X敏感性与细胞增殖率和分裂率正相关效应产卵(仔)数、孵化数、幼体存活率下降,繁殖行为变化等并且,看上去白白可爱的雅致的纸巾,多数在生产过程中加入了荧光增百剂(含致癌物质)。多向性结缔组织细胞(内皮细胞、间叶细胞,中等敏感)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
4、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)等,另外有研究指出环境污染物中的镉(Cd)、铅(Pb)和汞(Hg)等重金属产物亦为可疑的内分泌干扰物。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。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,H
5、BCD)、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)等,另外有研究指出环境污染物中的镉(Cd)、铅(Pb)和汞(Hg)等重金属产物亦为可疑的内分泌干扰物。电离辐射及其生物效应2%,躯体畸形发生率有6.超氧化物歧化酶(SOD)污染物对植物在个体水平上的影响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。两只青蛙两张嘴,四只眼睛八条腿”电离辐射及其生物效应导致DNA结构改变(如碱基置换、丢失、链断裂)分布广泛
6、的主要污染物,可导致野生动物的繁殖障碍铅毒来源于平时接触的诸多用具中,如陶瓷或水晶制品盛放酒、果汁等酸性食物时,彩陶中的铅溶于酒中;电离辐射及其生物效应混合功能氧化酶(MFO)组成细胞色素P450、细胞色素还原酶、磷脂功能解毒、致毒在环境监测中的应用生物标记物抗氧化防御系统酶组成SOD、GPx、Ct、GSTs、GSH、VC、VE等功能消除活性氧(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很大,即具有多种催化功能。MFO存在于所有的脊椎动物和大
7、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。l需氧生物发展出的防御过氧化损害的酶系统。l 超氧化物歧化酶(SOD)l 谷胱甘肽氧化酶(G P x)l 过氧化氢酶(Ct)l活性氧(Activiated Oxygen)l 带有23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
8、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。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。第二节污染物在细胞和器官水平上的影响人工色素是由人工化学合成
9、所制得的有机色素,主要以炼焦油中分离出来的苯胺染料为原料制成,所以统称为炼焦色素或苯胺色素,具有致泻性、致突性(基因突变)、致癌作用,且在生产过程中会误入砷和铅危害健康。在环境监测中的应用生物标记物皮肤长期接受紫外辐射的效应生物机体获得的资源减少,生长、发育和繁殖受阻第四章污染物对生物的影响及物理因素对生物体的损伤物种多样性代表物种演化的空间范围和对特定环境的生态适应性汞 0.靶器官污染物直接作用的器官五、选无磷洗衣粉,别让江河湖泊再流泪我国生产的洗衣粉大都含磷。海水化学污染 雄性鱼类变性导致DNA结构改变(如碱基置换、丢失、链断裂)受阻于二聚体的合成及其复制机理二、纸巾方便代价高昂,不妨捡起
10、丢掉的手帕不知你有没有发现,如今从幼儿园的小朋友到老年人,身上都难以找到一张手帕,代替它的是各种纸巾干的、湿的、带消毒液的等等,充斥了商场的货架。第六节 污染物对人类健康的影响彩色印刷品也有铅污染,一页彩色报刊约含铅2000g,彩笔中也含铅;第六节 污染物对人类健康的影响容易被捕食,死亡率上升,种群数量下降生物的种类、状态和个体差异电离辐射及其生物效应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+、Ag+、Pb 2+)对巯基酶的
11、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),的基团结合(不与底物竞争酶的活性中心),故酶与抑制剂形成故酶与抑制剂形成 EI EI 后,还可结合底物形成后,还可结合底物形成 EIS EIS。l竞争性抑制抑制剂的化学结构与酶作用的底物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。者对酶的结合有竞争作用。l污染物对酶辅助因子的影响l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
12、,影响到酶的活性。l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对酶活性中心的影响l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。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和锰,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
13、染物对生物大分子的影响机制l共价结合学说污染物及其活性代谢产物与核酸、蛋白质和脂质等结合后,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)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和亚细胞膜的受损(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l过氧化导致细胞膜损伤l影响细胞膜的通透性l对细胞器的影响l线粒体结构和功能均发生变化l内质网结构破坏、核糖体脱落l其它细胞器溶酶体(细胞自溶)l靶器官污染物直接作用的器官l效应
14、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l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l对动物,以重金属污染为例铅可损害造血器官和神经系统,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l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l主要表现为死亡、行为改变、繁殖下降、生长和发育抑制、疾病敏感性增加、代谢率变化灭绝种、濒危种、易危种、稀有种、未定种五、选无磷洗衣粉,别让江河湖泊再流泪我国生产的洗衣粉大都含磷。北极熊和人类一样,都处在食物链的上层。紫外辐射及其生物效应所以被叫做“痛痛病”或“
15、骨癌”。增加对金属的束缚速度,从而降低金属的生物利用率增加对金属的束缚速度,从而降低金属的生物利用率2 污染物对生物群落的影响铅在人体中积蓄到一定程度,会使得人患贫血、肝炎、肺炎、神经衰弱等疾病。所以干电池从生产到废弃,时刻都潜伏着污染,电池的回收势在必行。汉江怪物由于美军停尸房违规向汉江中倒入大量变质甲醛,导致汉江水质受到污染,水中生物发生变异。群落(Community)汉江怪物由于美军停尸房违规向汉江中倒入大量变质甲醛,导致汉江水质受到污染,水中生物发生变异。组蛋白合成和磷酸化的抑制受污染的鸟类还可表现出对领地的失控和不能照顾后代。第五节污染物对生物多样性的影响二、纸巾方便代价高昂,不妨捡
16、起丢掉的手帕不知你有没有发现,如今从幼儿园的小朋友到老年人,身上都难以找到一张手帕,代替它的是各种纸巾干的、湿的、带消毒液的等等,充斥了商场的货架。生物多样性的概念和层次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组成SOD、GPx、Ct、GSTs、GSH、VC、VE等“水俣病”、“痛痛病”都是在日本发生的工业危害病。l导致个体死亡l对个体行为的影响l对繁殖的影响l对生长和发育的影响l衡量死亡的指标l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l不同污染物,同种生物,死亡率不同;l同一污染物,不同生物,死亡率不同。l50%死亡 枝角类 软体动物l铜 5300
17、 ug/L 409000 ug/Ll汞 0.0240 ug/L 902000 ug/L影响致死剂量的因素污染物的种类、理化性质及作用时间生物的种类、状态和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l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l污染物种类、生物种类和状态、环境因素l捕食行为被破坏
18、的效应生物机体获得的资源减少,生长、发育和繁殖受阻l捕食行为被破坏的原因污染物影响捕食者的感官和策略系统污染物影响捕食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,导致鸟的平衡和协调性的损害。受污染的鸟类还可表现出对领地的失控和不能照顾后代。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(阶段)l配子l合子l胚胎l幼体l概念环境激素(Environmental Endocrine Disrupters)l指具有动物和人体激素的活性,能干扰和破坏野生动物繁殖障碍
19、、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,诱发癌变铅在人体中积蓄到一定程度,会使得人患贫血、肝炎、肺炎、神经衰弱等疾病。BergonieTribondeau定律营养性分裂间期细胞(各类T细胞,最敏感)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。煤粉、煤渣、地热流体、美国加州大学河边分校等研究机构14日发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和鲆
20、鱼中,三分之二的雄性鱼都产生了雌性鱼才有的卵蛋白。其它细胞器溶酶体(细胞自溶)铅在人体中积蓄到一定程度,会使得人患贫血、肝炎、肺炎、神经衰弱等疾病。第六节 污染物对人类健康的影响骨髓型、肠型、脑型放射病该文章研究发现,我国I级保护动物、珍稀濒危的野生中华鲟(Acipenser sinensis)幼鱼中出现了严重的畸形现象,其中眼睛缺陷发生率有1.从中可以了解不同化学品的安全性、毒性和在化工行业中的特性。第六节 污染物对人类健康的影响对膜DNA复合物的效应O2 SOD H2O2+O22 污染物对生物群落的影响1 污染物导致个体死亡对感觉器官结构与功能的影响l据科学研究初步证实,目前在社会生活中对
21、人和动物起着类似于激素作用的有害物,已经发现至少三百余种。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)等,另外有研究指出环境污染物中的镉(Cd)、铅(Pb)和汞(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1
22、4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。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日发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和鲆鱼中,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他们以
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