环境毒理学第二讲生物转运和转化

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1、第二章环境化学物的生物转运和生物转化环境污染物与机体接触进入血液分布到组织代谢排泄化学物的吸收、分布和排泄具有类似的机理，都是反复通过生物膜的过程，统称为生物转运（biotransport）。化学物质在组织细胞中发生的结构和性质的变化过程，称为生物转化（biotransformation）。主要内容第一部分：生物转运外源化学物在体内的吸收、分布和排泄过程第二部分：生物转化外源化学物在机体内经多种酶催化的代谢转化可使污染物发生化学结构和性质的改变，转变为新的代谢产物第三部分：代谢动力学用数学方法研究毒物的吸收、分布、生物转化和排泄等代谢过程随时间变化的规律；研究毒物代谢的量变的经时

2、过程污染物在体内的吸收、分布与排泄第一部分：生物转运生物膜真核细胞质膜(细胞膜)：包围在细胞外的膜内膜：各种细胞器的膜核膜、线粒体膜、内质网膜等生物机体对环境化学污染物的生物转运过程，均需要通过各种生物膜屏障才能进出细胞、组织和机体。生物膜细胞、细胞器和其环境接界的所有膜结构的总称。细胞器是细胞质中具有一定结构和功能的微结构1）脂质双分子层主要成分为磷脂，每一脂质分子的一端为头部，由磷酸和碱基组成，具亲水性，朝向膜的内外表面；另一端为尾部，由两条脂肪酸链组成，具有疏水性，朝向膜的中部脂质的1.1生物膜的结构2）蛋白质分布具有不对称性，有的镶嵌在膜表面，有的嵌入或横跨脂质双分子层。细胞

3、膜表面存在有少量3）糖类，形成糖脂糖和脂质结合所形成的物质的总称4）糖蛋白一种结合蛋白质，由短的寡糖链与蛋白质共价相连脂质双分子层是生物膜的基本骨架，膜中脂类和蛋白质含量的变化与膜的功能有关。镶嵌在脂质层中的蛋白质功能物质转运的载体、接受化学物质的受体、能量转换器、具有催化作用的酶等。生物膜功能物质转运、能量转换、物质代谢、细胞识别及信息传递等过程中起着重要作用1.2生物膜的功能1.3化学物通过生物膜的方式被动转运（passivetransport）简单扩散滤过特殊转运（specializedtransport）主动转运易化扩散吞噬和胞饮（一）被动转运1、简单扩散simplediff

4、usion生物膜两侧的化学物分子顺浓度梯度扩散，称为简单扩散。大多数环境化学物可以此方式通过生物膜。影响因素有：（1）膜两侧化学物的浓度差（2）脂/水分配系数：物质在脂质中的溶解度与其在水中的溶解度之比。脂/水分配系数越大越易透过生物膜。但过大也不易透过。只有脂溶性和水溶性均高的物质容易经过简单扩散的方式进入生物膜。乙醇（3）化学物质的解离度和体液的pH：解离度越大越难以简单扩散的方式透过生物膜。体液的pH可以影响弱酸、弱碱的解离度。2、滤过是化学物透过生物膜上的亲水性孔道的过程。孔道由嵌入脂质双分子层的蛋白质中的亲水性氨基酸组成，凡直径小于膜孔的化学物质都可随水流透过。滤过影响因素

5、1）膜孔大小：一般<4nm；毛细血管和肾小球细胞膜上有较大的膜孔70nm2）分子量<100-200的化合物可通过4nm孔，如Pb、Mn、Cd盐；3）肾小球滤过：除蛋白质外，其余溶于血浆中的物质均可滤过（二）特殊转运1、主动转运activetransport化学物伴随能量的消耗由低浓度向高浓度转运透过生物膜的过程。主要特点：需有载体（蛋白）消耗能量载体具有选择性载体有一定容量共用一个载体的化学物之间可发生竞争性抑制。每一循环消耗一个ATP,转运出三个Na+，转进两个K+2、易化扩散facilitateddiffusion不易溶于脂质的化学物，利用载体由高浓度向低浓度移动的过程。特点：有

6、载体参加；不消耗能量。3、吞噬和胞饮——膜动转运cytosis吞噬作用phagocytosis：一些固态颗粒物与细胞膜上的某种蛋白质发生作用，引起膜的外包或内凹，将异物包围进入细胞。吞入物通常是较大的颗粒。吞噬作用只限于几种特殊的细胞类型，如巨噬细胞和中性粒细胞。胞饮作用（pinocytosis）是一种非选择性的连续摄取细胞外基质中液滴的内吞过程。吞入的物质通常是液体或溶解物。入侵机体细胞的细菌、病毒、死亡的细菌、组织碎片、偶氮色素都可通过吞噬作用被细胞清除。外来毒物以何种方式通过细胞膜，主要取决于毒物本身的化学结构，理化性质及各种组织细胞膜的结构特征。吸收环境化学物经各种途径透过机

7、体的生物膜而进入血液的过程称为吸收。主要通过消化道、呼吸道和皮肤吸收1、消化道吸收是吸收环境化学物的主要途径。消化道的任何部位均有吸收作用，主要在小肠。经胃肠道吸收的外源化合物主要通过下列转运方式：（1）简单扩散是外源化学物在胃肠道吸收的主要方式。（2）滤过小肠粘膜细胞膜上有直径0.4nm左右的亲水性孔道，分子量100左右，直径小于亲水性孔道的小分子，可随同水分子一起滤过而被吸收。（3）主动转运机体需要的某些营养物质如糖类、氨基酸、核酸、无机盐可由肠道通过