【正文】 第五章 生物體內(nèi)污染物質(zhì)的 運(yùn)動(dòng)過(guò)程及毒性 第三節(jié) 污染物質(zhì)的 生物富集、放大和積累 一、生物富集 概念： 指生物通過(guò) 非吞食方式 ，從周圍 環(huán)境 （水、土壤、大 氣）蓄積某種 元素 或 難降解的物質(zhì) ，使其在機(jī)體內(nèi)濃度 超過(guò)周圍環(huán)境中濃度的現(xiàn)象。 生物濃縮系數(shù)（ Biological Concentration Factoar） 達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)： BCF = Cb/Ce Cb—— 某種元素或難降解物質(zhì)在機(jī)體中的濃度 Ce —— 某種元素或難降解物質(zhì)在機(jī)體周圍環(huán)境中的濃度 物質(zhì)性質(zhì)（降解性、脂溶性和水溶性）、生物特征（生 物種類、大小、性別、器官、生物發(fā)育階段）和環(huán)境條件 （溫度、鹽度、水硬度、氧含量和光照情況） 都會(huì)影響 BCF 值大小。 一般＞ 1 蚯蚓富集＜ 1 農(nóng)作物＜ 1 生物富集的動(dòng)力學(xué)描述： dCf/dt=kaCwkeCfkgCf ka、 ke、 kg—— 水生生物吸收、消除（排泄和生物體內(nèi)分 解）、生長(zhǎng)的速率常數(shù) Cw、 Cf —— 水及生物體內(nèi)瞬時(shí)物質(zhì)濃度 當(dāng)水生生物質(zhì)量增長(zhǎng)不明顯時(shí)， kg可忽略； Cw又通?？? 視為恒定，又設(shè) t=0時(shí)， Cf(0)=0，則可解方程得： Cf=kaCw/ke [1exp(ke)t] 當(dāng) t→∞ 時(shí)， BCF=ka/ke （達(dá)穩(wěn)態(tài)，吸收、消化速率符合一級(jí)動(dòng)學(xué)） BCF與 Kow的關(guān)系 復(fù)雜過(guò)程： 動(dòng)力學(xué)，熱力學(xué) lgBCF = a lgKow+ b 適用于水生生物，對(duì)陸生植物不適用。 二、生物放大 概念 指在同一食物鏈上的 高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物 ，通過(guò) 吞食低 營(yíng)養(yǎng)級(jí) 生物蓄積某種 元素 或 難降解物質(zhì) ，使其在機(jī)體內(nèi) 的濃度隨營(yíng)養(yǎng)級(jí)數(shù)提高而增大的現(xiàn)象。 生物放大并不是在所有條件下都能發(fā)生。據(jù)文獻(xiàn)報(bào) 道，有些物質(zhì)只能沿食物鏈傳遞，不能沿食物鏈放大； 有些物質(zhì)既不能沿食物鏈傳遞也不能沿食物鏈放大。 algae → zooplankton → small fish → big fish bird mankind Kow為 105~107 才易發(fā)生 三、生物積累 概念 指生物從周圍環(huán)境（水、土壤、大氣）和食物鏈蓄 積某種元素或難降解物質(zhì)，使其在有機(jī)體中的濃度 超過(guò)周圍環(huán)境中濃度的現(xiàn)象。 生物放大 和 生物富集 是生物積累的一種情況。 第四節(jié) 污染物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化 物質(zhì)在生物作用下經(jīng)受的化學(xué)轉(zhuǎn)化，稱為 生物轉(zhuǎn)化 或 代謝 。 三大轉(zhuǎn)化類型： 生物轉(zhuǎn)化 化學(xué)轉(zhuǎn)化 光化學(xué)轉(zhuǎn)化 微生物作用： 自然界自凈 廢水處理 污染場(chǎng)址修復(fù) 生物轉(zhuǎn)化 、 化學(xué)轉(zhuǎn)化 和 光化學(xué)轉(zhuǎn)化 構(gòu)成了污染物質(zhì)在環(huán)境中的三大主要轉(zhuǎn)化類型。 一、生物轉(zhuǎn)化中的酶 （大多數(shù)生物轉(zhuǎn)化是在酶的參與和控制下進(jìn)行的） 幾個(gè)概念 a、 酶 ：一種由細(xì)胞制造和分泌的、以蛋白質(zhì)為主要成分 的、具有催化活性的生物催化劑。 b、 底物（或基質(zhì)） ：在酶催化下發(fā)生轉(zhuǎn)化的物質(zhì)。 c、 酶促反應(yīng) ：底物在酶催化下發(fā)生的轉(zhuǎn)化反應(yīng)。 酶催化作用的特點(diǎn)： a、 催化專一性高 。一種酶只能對(duì)一種底物或一類底物起 催化作用，生成一定的代謝產(chǎn)物。 b、 酶催化效率高 。一般酶催化反應(yīng)的速率比化學(xué)催化劑 高 107～ 1013倍。 c、酶催化需要 溫和的外界條件 ，如常溫、常壓、接近中 性的酸堿度。 酶的分類 a、根據(jù)作用場(chǎng)所 胞內(nèi)酶 胞外酶 b、根據(jù)催化反應(yīng)類型 氧化還原酶 轉(zhuǎn)移酶 水解酶 裂解酶 異構(gòu)酶 合成酶 c、根據(jù)成分 單成分酶 雙成分酶 單成分酶 ：只含有 蛋白質(zhì) 雙成分酶 ： 酶蛋白 和 輔酶或輔基 。輔基同酶蛋白結(jié)合比較牢固，輔酶與酶蛋白結(jié)合較為松散。二者區(qū)別僅在此，故以后均用輔酶稱呼。輔酶起著 傳遞電子、原子或某些化學(xué)集團(tuán)的功能 ，酶蛋白起著決定催化專一性和催化高效率的功能。因此，只有 雙成分酶的整體才具有酶的催化活性 。 FMN和 FAD 一些氧化還原酶的輔酶，在酶促反應(yīng)中具有傳遞氫原子的功能。 二、若干重要輔酶的功能 FMN（黃素單核苷酸） FAD（黃素腺嘌呤二核苷酸） F：黃素 flavin M：?jiǎn)?monol N：核苷酸nucleotide A：膘嘌呤 adenine D：二 (核苷酸 ) di FMN和 FAD 一些氧化還原酶的輔酶，在酶促反應(yīng)中具有傳遞 氫原子 的功能。 二、若干重要輔酶的功能 FMN/FAD （ 氧化型 FMN/FAD ） FMNH2/FADH2 （ 還原型 FMN/FAD ） 部分 R—— FMN/FAD的其余 NAD＋ 和 NADP＋( 又分別稱為輔酶 Ⅰ輔酶 Ⅱ ) 某些氧化還原酶的輔 酶，在酶促反應(yīng)中具 有傳遞 氫 的作用。 NAD+（煙酰胺膘嘌呤二核苷酸 ） NADP+（煙酰胺膘嘌呤二核苷酸 ）磷酸 NAD/NADP＋ （ 氧化型 NAD/NADP＋ ） NADH/NADPH （ 還原型 NAD/NADP＋ ） R—— NAD/NADP的其余部分 二、若干重要輔酶的功能 輔酶 Q（又稱泛醌） 是某些氧化還原酶的輔酶，在酶促反應(yīng)中具有傳遞 氫 的作用。 CoQ（ 氧化型 CoQ ） （ n=6~10） CoQH2（ 還原型 CoQ ） 二、若干重要輔酶的功能 細(xì)胞色素酶系的輔酶 細(xì)胞色素酶系是催化底物氧化的一類酶系，主要有細(xì)胞色素 b、 c c、 a、 a3等幾種。它們的酶蛋白部分不同，但輔酶都是鐵卟啉 。起到傳遞電子的作用。 cytnFe3+ cytnFe2+ cyt—— 細(xì)胞色素酶系 n—— b、 c c、 a、 a3 +e e 二、若干重要輔酶的功能 輔酶 A（簡(jiǎn)寫為 CoASH） 轉(zhuǎn)移酶的輔酶，所含的巰基與?；纬闪蝓?，而在酶促反應(yīng) 中起著傳遞 ?；?的功能。反應(yīng)式如下： CoASH + CH3CO+ CH3COSCoA + H+ 二、若干重要輔酶的功能 腺核苷 339。－磷酸 焦磷酸 泛酸 氨基乙硫醇 輔酶 A（ CoASH） 三、生物氧化中的氫傳遞過(guò)程 生物氧化指有機(jī)質(zhì)在機(jī)體細(xì)胞內(nèi)的氧化，并伴隨 能量的釋放。一般多為去氫氧化。所脫落的氫 （ H++e）以原子或電子的形式，由相應(yīng)的氧化 還原酶按一定順序傳遞至受氫體。這一氫原子或 電子的傳遞過(guò)程稱為 氫傳遞或電子傳遞過(guò)程 ， 其受體稱為受氫體或電子受體。受氫體如果為細(xì)胞 內(nèi)的分子氧就是有氧氧化；若為非分子氧的化合物 則是無(wú)氧氧化。 有氧氧化中以分子氧為直接受氫體的遞氫過(guò)程 SH2 （有機(jī)底物） S （被氧化的有機(jī)底物） 2H＋ 2e 2Cu 2＋ 2Cu ＋ 2e 1/2O2 O2 H2O 分子氧作為直接受氫體的氫傳遞過(guò)程舉例 氧化酶 有氧氧化中分子氧為間接受體的遞氫過(guò)程 SH2 （有機(jī)底物） S 被氧化的 有機(jī)底物 NAD＋ 2H 脫氫酶 NADH ＋ H＋ 2H FMNH2 FMN 脫氫酶 2H CoQ CoQH2 2e 2H+ 2Fe3+ 2Fe2+ 細(xì)胞色素酶系 b→ c1→ c → a→a 3 2e 1/2O2 O2 H2O 分子氧作為間接受氫體的氫傳遞過(guò)程舉例 無(wú)氧氧化中有機(jī)底物轉(zhuǎn)化中間產(chǎn)物受氫體的遞氫過(guò)程 葡萄糖 一系列酶促反應(yīng) CH 3 C HO （乙醛） 乙醇脫氫酶 NA DH + H+ NA D+ 2H CH 3 CH 2 OH （乙醇） 兼性厭氧酵母菌 葡萄糖 一系列酶促反應(yīng) CH 3 C O C O O H （丙酮酸） 乳酸脫氫酶 N A D H + H+ N A D+ 2H CH 3 C H ( O H ) C O O H（乳酸） 厭氧乳酸菌 10[H] + 2NO3 + 2H+ N2 + 6H2O 24[H] + 3H2SO4 3H2S + 12H2O 8[H] + CO2 CH4 + 2H2O 兼性厭氧 反硝化菌 兼性厭氧 硫酸還原菌 厭氧甲烷菌 最常見的受氫體：硝酸根、硫酸根和二氧化碳 四、耗氧有機(jī)污染物質(zhì)的微生物降解 有機(jī)物質(zhì)通過(guò)生物氧化以及其他的生物轉(zhuǎn)化，