环境毒物靶点毒性的分子机制.docx

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环境毒物靶点毒性的分子机制

环境毒物靶点毒性的分子机制

专业环境科学与工程

年级2012级

姓名XXX

考试科目环境毒物靶点毒性的分子机制研究

目录

摘要I

1环境毒物1

1.1环境毒物的定义1

1.2环境毒物的分类1

2.环境毒物的靶向性2

2.1环境毒物的靶向性2

2.2靶向性的分类2

3.作用机制3

3.1化学物质对生物膜的损害作用3

3.2化学物质对细胞钙稳态的影响3

3.3化学物质对生物大分子的氧化损伤4

3.4化学物质与生物大分子的作用5

参考文献6

摘要

物体进入机体，蓄积达一定的量后，与机体组织发生生物化学或生物物理学变化，干扰或破坏机体的正常生理功能，引起暂时性或永久性的病理状态，甚至危机生命，称该物质为毒物。

环境中的毒物称之为环境毒物。

毒物靶点是指毒物在机体内的作用结合位点。

目前环境污染越来越严重，并且出现了很多复杂毒性物质，它们对环境及人体的危害更严重，通过对环境毒物靶点毒性的研究，可以找到更好的方法去除环境毒物，提高环境毒物净化效果，因此，其机制的研究受到了越来越多人的关注。

本文主要通过几种特殊的环境污染物甲醛和苯研究环境毒物靶点毒性的分子机制。

1环境毒物

1.1环境毒物的定义

环境毒物主要是指存在于空气，水，食物中的各种对人体有害的污染物，例如食品添加物，杀虫剂及重金属等各种污染物。

大多数环境污染物都是毒物.毒物是进入生物机体后能使体液和组织发生生物化学的变化,干扰或破坏机体的正常生理功能,并引起暂时性或持久性的病理损害,甚至危及生命的物质.这一定义受到多种因素的限制,如进入机体的物质数量、生物种类、生物暴露于毒物的方式等。

限制因素的改变，有可能使毒物变成非毒物，反之亦然。

所以毒物于非毒物之间并不存在绝对的界限。

1.2环境毒物的分类

毒物的种类按作用于机体的主要部位，可以分为作用于神经系统、造血系统、心血管系统、呼吸系统、肝、肾、眼、皮肤的毒物等。

根据作用性质，毒物可分为刺激性、腐蚀性、窒息性、致突变、致癌、致畸、致敏的毒物等。

2环境毒物的靶向性

2.1环境毒物的靶向性

环境毒物的靶向性即毒物的选择毒性（selectivetoxicity）:

指一种化学物质只对某种生物产生损害作用，而对其他种类生物无害；或只对机体内某一组织器官发挥毒性，而对其他组织器官不具毒作用。

外源化学物可以直接发挥毒作用的器官就称为该物质的靶器官。

许多化学物质有特定的靶器官，另有一些则作用于同一个或同几个靶器官。

在同一靶器官产生相同毒效应的化学物质，其作用机制可能不同。

某个特定的器官成为毒物的靶器官可能有多种原因。

2.2靶向性的分类

从靶向达到的部位可分为三类，即一级指达特定的靶组织或靶器官，二级指特定的靶细胞，三级指细胞内的某些特定的靶点的靶向。

3作用机制

3.1化学物质对生物膜的损害作用

3.1.1对膜通透性影响

细胞膜的通透性指的是，细胞膜运输物质的能力，也是就细胞膜对物质的运输，包括主动运输和被动运输。

细胞膜的通透性由很多的因素决定，比如说细胞膜的成分，内外物质的浓度比，细胞生存的需要等等。

化学物质对细胞膜的通透性的影响是对细胞膜的成分，也就影响了细胞膜的通透性，使细胞膜的通透性增大。

3.1.2对膜流动性影响

生物膜结构为流体镶嵌模型：

针对生物膜的结构提出的一种模型。

在这个模型中，生物膜被描述成镶嵌有蛋白质的流体脂双层，脂双层在结构和功能上都表现出不对称性。

有的蛋白质“镶“在脂双层表面，有的则部分或全部嵌入其内部，有的则横跨整个膜。

化学物质对生物膜使生物膜流动性增大。

3.1.3对膜上蛋白质影响

某些化学物质对蛋白质合成有抑制作用，且效果明显。

不同的化学物质对不同蛋白质具有抑制作用。

而且作用在蛋白质合成的不同位置，不同事间和不同物质。

3.2化学物质对细胞钙稳态的影响

3.2.1细胞内钙稳态

类型：

游离Ca2+（起信使作用）

结合钙（细胞膜或细胞器膜内的蛋白质、可溶性蛋白质）

3.2.2细胞内钙稳态失调

3.2.2.1细胞内钙稳态失调概念

在细胞受损时可导致Ca2+内流增加，或Ca2+从细胞内贮存部位释放增加，或抑制细胞膜向外逐出Ca2+，表现为细胞内Ca2+浓度不可控制的持续增加，即打破细胞内钙稳态，则称为细胞内钙稳态的失调。

3.2.2.2细胞内钙稳态失调机制

Ca2+失调或紊乱，将完全破坏正常生命活动所必需的由激素和生长因子刺激而产生的短暂的Ca2+瞬变，危及细胞器的功能和细胞骨架结构，最终激活不可逆的细胞成分的分解代谢过程。

这就是所谓中毒机制中钙稳态失调学说。

[Ca2+]变化，可通过下列途径损伤细胞：

正常的激素和生长因子刺激的Ca2+信号的受损

钙依赖性降解酶的活化，包括蛋白酶、磷脂酶和核酸内切酶。

3.2.3细胞内钙稳态失调与细胞毒性

3.2.3.1重金属离子

铅：

与Ca2+及CaM结合，激活Ca-CaM依赖酶系；高浓度时激活巯基，可抑制Ca-CaM依赖酶系，并呈剂量－效应关系。

镉:

可使CaM含量减少；可改变免疫系统、雄性生殖系统以及心肌等钙调素拮抗剂

3.2.3.2农药

拟除虫菊酯为神经毒化合物

结果：

使Ncell内游离钙浓度增高

机制：

可能与其抑制Ca2+，Mg2+-ATPase、CaM和磷酸二酯酶（PEE）有关。

3.2.3.3四氯化碳

可抑制肝细胞微粒体Ca2+-ATPase

表现：

肝内质网酶活性改变及钙的蓄积。

机制；可产生自由基，攻击Ca2+-ATPase上的巯基，使酶活性下降；

3.3化学物质对生物大分子的氧化损伤

3.3.1自由基的来源

自由基是独立游离存在的带有不成对电子的分子、原子或离子。

自由基主要是由于化合物的共价键发生均裂而产生。

共同特点：

具有顺磁性、其化学性质十分活泼、反应性极高，因而半衰期极短，一般以μs计，作用半径短。

最主要的是氧中心自由基。

3.3.2自由基对生物大分子的损害作用

3.3.2.1脂质过氧化作用及后果：

脂质过氧化（lipidperoxidation）：

指主要由自由基引起的多不饱和脂肪酸的氧化作用对生物膜具有强烈的破坏作用。

①启动阶段：

脂质过氧化是由一些脂链侧链甲叉碳上除去一个氢的化合物所启动。

OH·是最重要的脂质过氧化的诱导物。

②发展阶段：

已形成的自由基将作为启动子而产生新的自由基，使反应发展下去。

在发展阶段中，形成的自由基总数保持不变，一种自由基团可经多种反应转变成另一种形式的自由基团。

去氢后的碳原子形成中心自由基（L·）。

与脂质过氧化反应关系最重要的是脂质过氧化自由基和脂质过氧化物的形成。

终止阶段：

只有二个自由基相互作用，才能使自由基反应链终止，消除自由基。

脂质过氧化的后果：

①细胞器和细胞膜结构的改变和功能障碍。

②脂质过氧化物的分解产物具有细胞毒性，其中特别有害的是一些不饱和醛类。

③对DNA影响：

④对低密度脂蛋白（LDL）的作用。

3.3.2.2蛋白质的氧化损伤

机制：

①脂肪族氨基酸氧化

②芳香氨基酸与杂环氨基酸残基的氧化

③含硫氨基酸残基的氧化

④过渡金属介导的氧化

⑤脂质过氧化的自由基中间产物作用

DNA的氧化损害

机理：

碱基损伤:

DNA链断裂－－三种突变：

部分碱基的缺失；被修复的DNA碱基的错误掺入和错误编码；引起癌基因的活化，或抑癌基因的失活

3.4化学物质与生物大分子的作用

3.4.1化学物质与蛋白质的作用

3.4.1.1化学物质与蛋白质的沉淀作用

根据蛋白质的亲水胶体性质，当其环境发生改变时，蛋白质会发生沉淀作用，

因为蛋白质分子量大小不同、表面所代电荷不同、表面的亲水和疏水区域不同，所以可以通过可逆沉淀法将蛋白质分离出来。

3.4.1.2化学物质对蛋白质的稳定作用

蛋白质的稳定性是指蛋白质抵抗各种因素的影响，保持其生物活性的能力。

蛋白质（酶）在生物体外的各种应用中，常常接触到不同类型的化学物质，导致蛋白质变性失去活性。

而利用化学物质或化学方法同样可以使蛋白质稳定化，以有利于蛋白质的应用。

3.4.2化学物质对酶的抑制作用

酶反应的抑制剂可认为是首先与酶分子经分子间作用力如静电引力、疏水键、氢键等形成可逆的酶-抑制剂复合物。

该复合物可以解离回到游离的酶及抑制剂分子，这就是可逆性抑制剂。

若酶与抑制剂之间发生共价键结合，则是不可逆抑制剂。

3.4.3化学物质与核酸的相互作用

核酸是重要的生命物质基础,对生物的生长、发育和繁殖等有重要作用。

许多分子能与核酸发生相互作用,破坏其模板作用,使核酸链断裂,进而影响基因调控和表达功能。

小分子不仅可作为生物探针,还可以核酸为靶目标作为抗肿瘤药物的母体,某些致癌物与核酸结合物还是癌变的预警标示物。

测定小分子与核酸相互作用的亲和力及键合选择性有利于进一步探讨小分子的结构与核酸作用模式及其生物活性之间的关系。

参考文献

[1]冯振明.谈环境毒物对生物体的危害[J].生物学教学,2008,33

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62-63

［2］程伟，江桂斌无铅汽油新型添加剂甲基叔丁基醚（MT-BE）的环境化学行为及其分析方法［J］环境污染治理技术与设备，2001,2（3）:

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