第三章生物转运和转化

外源化学物在体内的生物转运与生物转化

2014年

基本概念

?机体对外源性化合物的处置（disposition）过程，经过吸收

（absorption），分布（distribution），生物转化即代谢

（metabolism）和排泄（excretion）一系列过程（ADME过程）。

?外来化学物从体外吸收、在体内分布和排泄出体外的过程称为生物

转运（biotransport）。

?生物转化（biotransformation），亦称代谢转化（metabolic

transformation），是指外来化学物（毒物）在体内经多种酶催化，转化形成其衍生物以及分解产物的过程。

?消除（elimination）:代谢过程与排泄过程的合称

?毒物动力学（toxicokinetics）研究化学毒物在生物转运和生物转

化过程中，其数量随时间推移而发生动态变化的规律。

第一节

外源化学物在体内的生物转运

一生物膜和生物转运

脂质分子在水溶液中的排列

圆粒结构双分子层结构

?

（二）外来化学物通过生物膜的方式

简单扩散

①被动转运

滤过

主动转运

②特殊转运易化扩散

膜动转运胞吞

胞吐

被动转运之一

简单扩散（simple diffusion），又称顺流转运。在膜两侧的外来化学物从高浓度向低浓度扩散，直至达到动态平衡，此过程不消耗能量，也不与膜起反应。

Fick定律： R=K×A(c1-c2)/d

简单扩散的影响因素

（1）浓度梯度

（2）脂/水分配系数

（lipid-water partition coefficient）

是指当一种物质在脂相和水相的分配达到平衡时，其在脂相和水相中溶解度的比值。

（3）解离度和体液pH值

解离型，脂溶性低；

非解离型，脂溶性高。

外来化合物的离解程度取决于本身的离解常数（pKa）和体液的pH值。

有机酸：pKa－pH＝log（非解离态HA）/（解离态A－）

有机碱：pKa－pH＝log（解离态BH＋）/（非解离态B）

被动转运之二

膜孔滤过（filtration）

是化学物通过细胞膜上的亲水性孔道的过程。

动力为生物膜两侧的液体静压梯度差和渗透压梯度差

与毒理学的关系

水溶性差的化合物低渗染毒

化合物的肾小球滤过特殊转运之一

主动转运(active transport)

特点

1.需要通过蛋白载体——结构的选择性，竞争性抑制，可饱和性

2.逆浓度差，需要耗能

与毒理学的关系

主动转运方式对于被吸收后化学物的不均匀分布及从肾和肝排

泄过程特别重要。

主动转运体系：

ATP-结合盒转运蛋白（ABC蛋白）：①多药耐受蛋白（Mdr）

②多耐受药物蛋白（Mrp） UDP和GSH

③乳腺癌耐受蛋白（Bcrp) 硫酸结合产物

溶质载体（SLC)蛋白家族：

①有机阴离子转运多肽（Oatp）肝

②有机阴离子转运蛋白（Oat）肾

③肽类转运蛋白（Pept)

特殊转运之二

易化扩散（facilitated diffusion），又称促进扩散

特点：

1. 需要蛋白载体

2. 不能逆浓度梯度进行转运，不耗能

?SLC蛋白家族——有机阳离子转运蛋白（Oct)

膜动转运（cytosis)

二外来化学物的吸收

?吸收(absorption)就是外来化学物在多种因素影响下，自接触部位

透过生物膜屏障进入血液循环的过程。

?首过消除（first-pass elimination）：外源化学物在从吸收部位转运

到体循环的过程中已开始被消除。

（一）经胃肠道吸收

消化道是外来化合物的主要吸收部位。

吸收方式：

1．简单扩散脂溶性化合物

简单扩散被认为是化合物通过消化道吸收最基本最重要的吸收方式。简单扩散主要取决于外源化合物的pka、脂溶性和胃肠道腔内的pH。

2．主动转运水溶性化合物及金属离子；甲基汞

3．吞噬作用主要吸收颗粒物质，如偶氮染料

影响毒物在胃肠道吸收的因素：

毒物的理化性质

胃肠状况：肠蠕动，存留的食物量

机体状况：饥饿，病理状态

（二）经呼吸道吸收

空气中的化学物是以气体，蒸气和气溶胶等形式存在，因而呼吸道是气态化学物进入机体的主要途径。

气溶胶（aerosol）是指悬浮在空气中的烟、雾和粉尘的总称。1.气体和蒸气

机制：简单扩散

影响因素：

（1）气态化学物的浓度 CO

(2) 气态化学物在呼吸道的吸收部位的深浅决定于水溶性。

气体吸收的影响因素

（3）气态化学物在血液中的溶解度：

血/气分配系数（blood/gas partition coefficient）——在饱和状态时，气体在血液中的浓度（mg/L）与肺泡气中的浓度（mg/L）之比

血/气分配系数高的化合物，吸收取决于肺通气量

血/气分配系数低的化合物，吸收取决于肺血流量

2.气溶胶

气溶胶经呼吸道吸收时，首要条件是和呼吸道表面接触，从而积聚（deposition或称附着）并被溶解。

直径在5μm及以上的颗粒——鼻咽部

直径在2～5μm ——气管支气管区域

直径在1μm及以内的颗粒物——肺泡

附着在呼吸道的微粒的去向：

①随粘液咳出或被咽入胃肠道；

②溶解后被吸收入血；西玛津

③附着在肺泡表面的难溶颗粒，有的可达淋巴间隙和淋巴腺，部分微粒

还可随淋巴液到达到血液；有的被阻留。

（三）经皮吸收

1.外来化学物经皮吸收的两条途径

（1）通过表皮脂质屏障

表皮的角质层是化学物经皮吸收的限速屏障

（2）通过肝腺、毛囊，皮脂腺等附属器

2.外来化学物经皮吸收的两个阶段

（1）穿透相化合物的脂溶性

（2）吸收相化合物的水溶性

3.影响皮肤吸收的因素

（1）化学物本身的理化性质

溶解度，分子大小和分散度

（2）化学物与皮肤接触条件

接触皮肤的面积，持续时间、皮温和湿度等

（3）皮肤的结构和状况

不同部位的角质层厚薄不同

（四）其它吸收途径

?经眼焦磷酸四乙酯

?经静脉注射、腹腔注射

?经皮下注射和肌肉注射等

三分布

(一)外源化合物分布的毒理学意义

分布的概念：化学毒物通过吸收进入血液和体液后，随血流和淋巴液分散到全身各组织的过程称为分布（distribution）

研究分布的意义：不同的化学毒物在体内各器官组织的分布也不一样。

研究化学毒物在体内的分布规律，有利于了解化学毒物的靶器官和贮存库。

在分布的开始阶段，器官和组织内化学物的分布主要取决于器官和组织的血液供应量。

再分布（redistribution）：化学毒物的最终分布受化学毒物经膜扩散速率和器官对化学毒物的亲和力的影响，在机体内的不均匀分布。

如铅一次经口染毒后2h，剂量的50％在肝内。1个月后铅体内残留剂量的90％与骨的晶格结合。

一次静脉注射二恶英（TCDD）后5分钟，剂量的15％在肺内，仅约1％在脂肪中，但24小时后仅有剂量的0.3％在肺中，约20％在脂肪中。

组织细胞与化合物的亲和力不同:

①高度亲和力的化学物：代谢转化

贮存库

②低亲和力的化学物：不易进入该组织

特殊的屏障

(二) 贮存库

定义：

进入血液的化学毒物在某些器官组织蓄积而浓度较高，如果化学毒物对这些器官组织未显示明显的毒作用，称为贮存库

（storage depot）。

主要有下列几种：

血浆蛋白贮存库

肝、肾贮存库

脂肪贮存库

骨骼贮存库

?（1）血浆蛋白贮存库：

血浆中各种蛋白均有结合其他化学物的功能，尤以白蛋白的结合量最高。故外源化合物在血中存在的形式有血浆蛋白结合型和未结合的游离型两者之间存在动态平衡。

白蛋白结合型可以认为是暂时性储存外源化合物的一种保护机制，使游离型的外源化合物浓度降低；结合是可逆的。

不同的外源性化合物与血浆蛋白的结合是有竞争性的。

（2）肝、肾贮存库：

可能的机制：①肝血管窦是一种高度多孔性膜

②肝、肾细胞中含有一些特殊的结合蛋白，与毒物的亲

和力很强金属硫蛋白（metallothionein，MT）

③在肝细胞浆中，还有其他载体蛋白，如γ蛋白（配体

蛋白）

（3）脂肪贮存库：

脂溶性高的化合物如PCB、有机氯农药如DDT等，由于不易被机体代谢，所以进入体内后容易储存在脂肪组织。

（4）骨骼贮存库：

由于骨骼组织中某些成分与某些化学毒物有特殊亲和力，因此这些物质在骨骼中的浓度很高：

?氟离子可替代羟基磷灰石晶格基质中的OH－，

使骨氟含量增加，

?铅和锶则替代了骨质中的钙而贮存在骨中。

化学毒物在骨中的沉积和贮存是否有损害作用，取决于化学毒物的性质：

?铅对骨并无毒性，

?放射性锶可致骨肉瘤及其他肿瘤，

?骨氟增加可引起氟骨症，

故骨骼也是氟和锶的靶组织。

（2）氟骨症

贮存库的毒理学意义：

一方面，贮存库对急性中毒具有保护作用，可减缓化学物到达毒作用点的量。

另一方面，成为二次污染源，是慢性中毒的重要条件。

(三) 特殊的屏障

屏障是阻止或减少化学物由血液进入某种组织器官的一种生理保护机制。

主要的屏障有血脑屏障和胎盘屏障等。

（1）血脑屏障（blood-brain barrier）：

解剖学和生理学基础：

①中枢神经系统（CNS）的毛细血管内皮细胞间相互连接很紧密；

②毛细血管周围被星形胶质细胞突包围；

③在CNS间液中蛋白质浓度很低；

④脑毛细血管内皮细胞含有Mdr，Mrp,Bcrp。

因此，化学毒物必须穿过上述屏障才能进入大脑，其通透速度主要取决于化学毒物的脂溶性和解离度。

例如，按每日0.1mg/kg.bw剂量的汞隔日给大鼠注射不同汞化合物，注射硫酸汞，2周后大鼠脑组织中汞含量为0.024mg/kg，而注射甲基汞时，则为0.755mg/kg，差别显著。

（2）胎盘屏障（placental barrier）：

是胎盘有选择地阻止某些物质进入胎盘的功能与结构。

胎盘的屏障作用是很有限的，许多物质可以穿透胎盘。

化学毒物经过胎盘屏障的主要方式是简单扩散。

胎盘还具有一定的生物转化功能，Mdr

四外来化学物的排泄

排泄（excretion）是化学物及代谢产物向机体外转运的过程。

被机体吸收的化合物可通过各种不同的途径排出体外。

一经肾脏排泄

1.肾小球滤过

肾小球的毛细血管有较大的膜孔（约70nm），并有滤过压，因此除与大分子蛋白结合的化学毒物外，分子量＜ 60000Da的化学物分子几乎都能通过肾小球滤过而到达肾小管。

2 肾小管细胞简单扩散

经肾小球滤过后，肾小管原尿中水被重吸收，脂溶性化学毒物的浓度增高，可经简单扩散从肾小管回到血液中。

调节尿液pH可减少毒物经肾小管重吸收。

尿呈酸性时，有利于碱性毒物的解离和排出；

尿呈碱性时则酸性化学毒物较易排出。

如苯巴比妥中毒时可服用碳酸氢钠使尿呈碱性而促进排泄。

3.肾小管细胞主动转运

肾小管细胞共有两个主动转运系统：

有机阳离子转运系统，以排出甲基烟酰胺为典型例子；

有机阴离子转运系统，以排出对－氨基马尿酸为典型例子，还包括羧酸，磺酸，尿酸和磺酰胺等有机酸。

（二）经肝脏排泄

胆汁排泄可看作为经尿排泄的补充途径，小分子经肾排泄，较大分子经胆汁排泄

谷胱甘肽和葡萄糖醛酸结合物，主要就是经胆汁排出

2. 外来化学物从胆汁进入小肠后的去路

?化学毒物及其代谢物由胆汁进入肠道。一部分可随粪便排出，一部

分由于肠液或细菌的酶催化，增加其脂溶性而被肠道重吸收，重新返回肝脏，形成肠肝循环（enterohepatic circulation）。

肠肝循环具有重要的生理学和毒理学意义：

生理学上，可使一些机体需要的化合物被重新利用。

毒理学上，可使化学毒物从肠道排泄的速度显著减慢，生物半减期延长，毒作用持续时间延长。

例如甲基汞主要通过胆汁从肠道排出，由于肠肝循环,使其生物半减期平均达70天。

（三）经肺排出

?在体温下优先以气态存在的物质，主要经肺排泄，如一氧化碳、醇

类等可通过简单扩散经肺排出。

?经肺排泄速率与其吸收速率成反比。

血／气分配系数低的物质（如乙烯）排泄快；

血／气分配系数高的物质（如氯仿）排泄慢。

（四）其他排泄途径

经乳腺排入乳汁

汗腺和唾液

头发和指甲

毛发中重金属等含量可作为生物监测的指标

第二节外源化合物在体内的生物转化

一、生物转化和毒物代谢酶

生物转化（biotransformation），亦称代谢转化（metabolic transformation），是指外来化学物（毒物）在体内经历酶促反应或非酶促反应，转化形成其衍生物以及分解产物的过程。

?原形排出

?外来化学物机体

?代谢

?参与催化外源物质生物转化的酶为外源物质代谢酶

一、生物转化的意义

?(一)代谢解毒和代谢活化

?代谢解毒：化学物（毒性）中间产物（低毒性或无毒

性）产物（无毒性）

?代谢活化：化学物（无毒性）活性中间产物（毒性）

产物（无毒性）

(二)化学毒物溶解度的变化

二、生物转化酶

(一)生物转化酶的基本特性

? 1. 底物谱较广

? 2. 编码基因一般都构成家族或超家族，家族内不同成员编码的产

物（同工酶）,各有其最适底物谱。

(一)生物转化酶的基本特性

? 3.结构酶和诱导酶

代谢酶持续少量地表达，可称为结构酶；

外源化学物可诱导很多代谢酶类的合成，称为诱导酶。

(一)生物转化酶的基本特性

? 4.具有多态性

造成化学毒物生物转化速度出现个体差异的根本原因。

日本人CYP1A1(m2/m2)和GSTM1(+)基因型患肺癌的危险度是3.2，而CYP1A1(m2/m2)和GSTM1(－) 基因型患肺癌的危险度是21.9。

? 5.代谢酶具有立体结构选择性

?代谢酶对底物中的一种对映体或立体异构体的转化速率比另一种

快；或受到某些对映体或立体异构体选择性的抑制；或选择性地生成某种占优势的对映体或立体异构体产物。

(三)生物转化酶的分布

生物转化酶在机体各组织的分布广泛，其中以肝脏的代谢功能最强、最活跃、最重要。在细胞内则分布于几种亚细胞组分中，如：主要位于内质网（微粒体）和细胞质（胞浆）中。

三、生物转化反应类型

Ⅰ相反应的功用主要是修饰外来化合物的结构，引入/暴露一个适于进行结合反应的功能基。经Ⅰ相反应，毒物可能带有的极性基团有：—OH、—SH、—COOH 、—NH2等。

Ⅱ相反应是进入机体的外来化合物及其代谢产物与体内某些内源性化合物或基团结合，发生生物合成反应。所形成的产物称为结合物（Conjugate）。结合反应就是在此基础上引入一个GA、硫酸、aa等。

I相代谢反应：

? 1.氧化反应：环氧化作用；羟基化作用；O-，N-，S-去烷基化作

用，以氧取代杂原子；脱氢作用。

? 2.还原反应：重氮还原；N还原；羰基还原。

? 3.水解反应：酯水解；胺水解；环氧化物水解

II相代谢反应：

．谷胱甘肽结合。

．葡萄糖醛酸化。

．硫酸结合。

．乙酰化作用。

．甲基化作用。

．氨基酸结合。

（一）Ⅰ相反应

? 1.氧化作用（oxidation）

1. 细胞色素P-450酶系——又称微粒体混合功能氧化酶（microsomal

mixed function oxidase，MFO）

其特点是需要一个氧分子，其中一个氧原子被还原为H2O，另一个则掺入底物，与其结合，即在被氧化的化合物分子上增加一个氧原子，故又称为加单氧酶（monooxygenase）。

P-450催化的氧化的总反应为：

底物（RH）+O2+NADPH+H+产物（ROH）+H2O+ NADP+

混合功能氧化酶的组成：

血红素蛋白类：细胞色素P-450和细胞色素b5还原酶，

黄素蛋白类：NADPH细胞色素P- 450还原酶和NADH一细胞色素b5还原酶。是电子传递体系。

磷脂类: 磷脂酰胆碱

?所有的细胞色素P - 450基因都属于一个超基因家族。

分类原则：

?氨基酸序列相同< 40%,划归为不同基因家族;

?>40%以上，划归为同一基因家族；

?40%～50%之间，划分为不同的亚家族；

?>50% ，则为同一亚家族的成员。

命名方法

?用斜体字CYP代表除小鼠和果蝇之外（用Cyp表示）所有

物种的细胞色素P-450基因，其后的阿拉伯数字代表基因族，再后的大写英文字母代表基因亚族，字母后的阿拉伯数字代表基因亚族中的一个基团。其等位基因还可以在后面加*1、*2、*3等。如CYP1A1表示细胞色素P-450的第1基因族A亚族第1基因。

细胞色素P-450酶系催化的主要反应类型

?①脂肪族和芳香族羟化

?②环氧化

③杂原子（S-、N-、I-）氧化和N-羟化

?R—S—R’ ——→R—SO—R’ ——→R—SO2—R’

?C6H5—NH3——→C6H5—NH2OH

④杂原子（O-、S-、N-）脱烷基

R—（NH·O·S）—CH3——→ R—（NH2·OH·SH）＋HCHO

?⑤氧化基团转移为MFO催化的氧化脱氨、氧化脱硫、氧化脱卤

素作用。

⑥酯裂解

R1COOCH2R2＋[O]——→R1COOH＋R2CHO

⑦脱氢

对乙酰氨基酚N-乙酰苯醌亚胺肝毒性

2 .还原反应(reduction)

3.水解反应

(二）II相代谢反应：

．葡萄糖醛酸结合。

．硫酸结合。

．谷胱甘肽结合。

．乙酰化作用。

．甲基化作用。

．氨基酸结合。

1.葡萄糖醛酸结合

?尿苷二磷酸葡糖醛酸转移酶（UDP-glucuronyl transferases, UGT）

催化多种外源化学物质和尿苷二磷酸葡糖醛酸（UDPGA）的结合，UGT是细胞内质网定位酶，主要分布在肝脏内。葡糖醛酸结合代

谢主要发生在亲核杂原子（O、N或S）上，合适底物包括羟基,羧基,胺基和巯基的化合物等。

?从所负担代谢量的角度看，葡糖醛酸结合可能是最重要的II相代

谢反应。

2. 硫酸结合

?磺基转移酶（sulfotransferases，SULT，EC 2.8.3）负责催化磺

酸基由供体3 ’—磷酸腺苷5’—磷酰硫酸（PAPS）向底物亲核中心的转移。SULT的底物谱基本上同尿苷二磷酸葡糖醛酸转移酶相同，SULT不能以羧酸为底物，一些羧酸，如苯甲酸、萘甲酸、萘乙酸、水杨酸反而是SULT的竞争性抑制剂。

3.谷胱甘肽结合

?谷胱甘肽S—转移酶（glutathione S - transferases, GST）催

化内源还原性谷胱甘肽GSH与遗传毒物或其代谢中间物（大多是I

相反应酶催化反应的结果）分子上的亲电子碳原子的结合，此外它还可催化底物分子上亲电子杂原子（如O，N及S）和GSH的结合，增加分子的亲水性。

谷胱甘肽结构

GST的底物的共同点：

疏水性

亲电子物

可与GSH发生非酶促反应

4.甲基化反应

?该反应主要涉及内源性底物如组胺、氨基酸、蛋白质、糖和多胺

等的甲基化，如儿茶酚、脂肪胺和芳香胺等。

?甲基供体是S-腺苷甲硫氨，在甲基转移酶（methyl transferase）催

化攻击富含电子的O、N或S杂原子而转移到外源或内源性底物上形成结合物。酶主要定位于微粒体和胞液。

5.乙酰化作用(acetylation)

?乙酰化作用是含有芳香胺或肼基团的化学毒物代谢的主要途径，

反应产物分别是芳香酰胺和酰肼。催化该反应的酶是N-乙酰转移

酶(N-acetyltransferase, NAT) 。乙酰辅酶A是反应所需的乙酰基的供体。

6. 氨基酸结合(amino acid conjugation)

?氨基酸结合是羧酸和芳香羟胺的主要代谢途径。该反应的第一步

是外来化学物的羧酸基被活化，并形成相应的辅酶A硫酯。然后，羧酸被转移到氨基酸的氨基，借此外源化学物与氨基酸结合。四、影响化学毒物生物转化的某些因素

(一）毒物代谢酶的遗传多态性

遗传多态性(genetic polymorphism of metabolic enzyme)系指在群体中出现了频率大于1%的多种等位基因形式。

(二) 毒物代谢酶的诱导和阻遏

?许多化学毒物可引起某些代谢酶的含量增加并伴有活力增强，这

种现象称为酶的诱导（enzyme induction）。凡具有诱导效应的毒物称为诱导剂(inducer)。

?诱导剂分为双功能诱导剂和单功能诱导剂两类。

酶诱导的毒理学意义

诱导的结果可促进其它外来化合物的生物转化过程，使其增强或加速。

①酶诱导可使长期接触毒物时耐受性增强;

②酶诱导能增强毒物的代谢而解毒，也可增强其毒性.

(三) 毒物代谢酶的抑制与激活

毒物代谢酶的激活（activation）指化学毒物直接作用于酶蛋白，使其活性增加，但不涉及酶蛋白的诱导合成。

竞争性抑制

?抑制

非竞争性抑制

生物细胞的物质转运方式

细胞膜对物质转运形式 （一）单纯扩散 单纯扩散是指某些脂溶性小分子物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧的扩散过程。扩散量的多少，既取决于膜两侧该物质的浓度梯度（浓度差），也取决于膜对该物质通过的阻力或难易程度，即膜对该物质的通透性。浓度梯度大、通透性大，则扩散量就多；反之就少。由于细胞膜是以液态的脂质双分子层为基架，因而仅有脂溶性强的物质（如O2 和CO2）才真正依靠单纯扩散通过细胞膜。 （二）易化扩散 非脂溶性或脂溶性很小的物质，借助于细胞膜上的运载蛋白或通道蛋白的帮助，顺浓度梯度和（或）顺电位梯度（电位差）通过细胞膜的转运过程，称为易化扩散。根据细胞膜蛋白质特性不同，易化扩散一般可分为两种类型： 1.载体转运这是以载体为中介的易化扩散。载体是指膜上运载蛋白，它在细胞膜的高浓度一侧能与被转运的物质相结合，然后可能通过其本身构型的变化而将该物质运至膜的另一侧。某些小分子亲水性物质 如葡萄糖、氨基酸就是靠载体转运进出细胞的。载体转运的特点是：①特异性。即一种载体只转运某一种物质，如葡萄糖载体只转运葡萄糖而不能转运氨基酸。②饱和性。即载体转运物质的能力有一定的限度，当转运某一物质的载体已被充分利用时，转运量不再随转运物质的浓度增高而增加。③竞争性抑制。即当一种载体同时转运两种结构类似的物质时，一种物质浓度的增加，将会减弱对另一种物质的转运。 2.通道转运这是以通道为中介的易化扩散。通道是指通道蛋白，它像贯通细胞膜的一条管道，开放时，被转运的物质顺浓度梯度通过管道进行扩散；关闭时，该物质不能通过细胞膜。当膜电位改变或膜受到某些化学物质的作用时，通道蛋白的构型可发生改变，于是出现通道的开放或关闭。由膜电位改变引起开或关的通道称为电压依从性通道；由化学物质引起开或关的通道称为化学依从性通道。通道对被转运的物质也具有一定的特异性，K+、Na+、Ca2+等都借助于专用通道即钾通道、钠通道、钙通道等进行顺浓度梯度转运。易化扩散和单纯扩散一样，物质转运过程所需能量主要来自浓度梯度所包含的势能转运的当时不需细胞另外供给能量，属于被动转运。 （三）主动转运 小分子物质在膜上泵蛋白的作用下，从低浓度一侧向高浓度一侧耗能性跨膜转运的过程，称为主动转运或泵转运。泵有多种，如钠-钾泵（简称钠泵）、钙泵、负离子泵、氢泵和碘泵等，其中最重要的和研究得最充分的是钠泵。钠泵是细胞膜上的一种Na+－K+依赖式ATP酶，当细胞内Na+或细胞外K+增加时，钠泵就被激活，于是分解ATP，释放能量，并利用此能量逆浓度梯度将细胞内的Na+移出膜外，同时将细胞外的K+移入膜内从而形成和维持了细胞内外Na+、K+的不均匀分布和一定的浓度差。如静息状态时的神经和骨胳肌，其细胞内K+浓度约为细胞外的30 倍，细胞外Na+浓度约为细胞内的12 倍。此浓度差即是一种势能贮备，它对于保持细胞的正常兴奋能力和葡萄糖、氨基酸的吸收等都是非常必的。主动转运是人体最重要的物质转运形式。 （四）出胞与入胞 出胞与入胞是细胞膜对某些大分子物质或团块的耗能性转运过程。 1.出胞又称胞吐，是指物质由细胞排出的过程。如各种细胞的分泌活动，其分泌物大都在内质网形成，经高尔基复合体加工，形成分泌颗粒或分泌囊泡，渐渐向胞膜移动，贴靠以后膜融合并出现裂孔，于是将内容物一次性全部排空。 2.入胞又称内吞，是指物质进入细胞的过程。如进入的物质是固体，称为吞噬；进入的是液体，则称吞饮。入胞进行时，首先是细胞膜伸出伪足，将物质包围，然后发生膜的融合和断裂，异物进入细胞内。

污染物在生物体内的生物转运和生物转化

《环境生物学》第二次研讨课程论文 污染物在生物体内的生物转运和生物转化 院系：生命科学学院 班级：2015级生物科学1班 组号：5 组员: 葛鹏冲高海霞高文慧 联系电话： 教师：陈福龙 2016-2017第一学期

污染物在生物体内的生物转运和生物转化 摘要： 生物转运，环境污染物经各种途径和方式同机体接触而被吸收、分布和排泄等过程的总称这些过程都有类似的机理，即环境污染物在被机体吸收、分布和排泄的每一过程都需要通过细胞的膜结构细胞膜包括细胞外层的细胞膜（质膜）、细胞内的内质网膜、线粒体膜和核膜等，这些膜也称为生物膜。这些膜也就成为了生物转运的必经之路，也是生物转运转化的研究对象。 关键字： 生物转运生物转化细胞膜载体蛋白 正文： 污染物到达生物体之后，通过生物体内的生物转运和生物转化发生作用。其中进入生物体的方式主要是通过呼吸系统，消化管的吸收以及少部分的皮肤吸收，进去人体首先生物转运就发挥作用。 生物转运：接触机体的环境污染物透过生物膜的生物转运过程，主要分为被动转运和特殊转运两种形式。①被动

转运。其特点是生物膜不起主动作用，不消耗细胞的代谢能量。这种转运形式包括简单扩散和滤过两种方式。简单扩散过程是环境污染物由生物膜的高浓度一侧，透过生物膜向低浓度一侧转运，这是脂溶性有机化合物的主要转运方式。滤过过程是环境污染物通过生物膜上的亲水性孔道的转运过程，亲水性孔道由生物膜中蛋白质分子的亲水性氨基酸组成，直径小的约为4埃(如肠道上皮细胞),直径大的为40埃（如肾小球和毛细血管上皮细胞）。滤过是分子直径小于生物膜亲水性孔道直径的水溶性化合物的主要转运方式。②特殊转运。其特点是具有特定结构的环境污染物和生物膜中的蛋白质构成的载体形成可逆性复合物进行转运，生物膜有主动选择性。这种转运形式包括主动转运和易化扩散两种形式。主动转运是环境污染物由生物膜低浓度一侧逆浓度梯度向高浓度一侧转运，这种转运需要消耗细胞代谢能量，是水溶性大分子化合物的主要转运形式。易化扩散也称促进扩散或载体扩散，是环境污染物与生物膜的载体结合，由生物膜高浓度一侧向低浓度一侧转运。这种转运不能逆浓度梯度，也不消耗细胞代谢能。 当污染物进入人体之后，接触机体的环境污染物通过多种途径透过生物膜进入血液的过程。吸收的途径主要经皮肤、肺和胃肠道。皮肤是人体的一道相当良好的屏障，能将环境污染物隔绝于体外，但也有不少有毒的环境污染物可通过皮肤被吸收，引起全身性中毒。肺的肺泡上皮细胞层极薄，表面积大，血管丰富，许多气体、挥发性液体和气溶胶，特别是脂溶性的环境污染物能通过简单扩散的方式被肺迅速和完全地吸收。胃肠道更是环境污染物的主

环境化学物的生物转运和生物转化

第二章环境化学物的生物转运和生物转化 【选择题】 1.外源化学物经消化道吸收的主要方式是 A．通过营养物质作载体 B．滤过 C．简单扩散 D．载体扩散 2.影响化学物质经呼吸道吸收的因素是 A．肺泡的通气量与血流量之比 B．溶解度 C．气血分配系数 D．以上都是 3.pKa为 4.2的有机酸（苯甲酸）在消化道中吸收最好的部位是 A．胃 B．十二指肠 C．小肠 D．结肠 4.血脑及胎盘屏障受以下因素的影响 A．动物种属 B．年龄 C．生理状态 D．以上都是 5.毒物排泄的主要途径是 A．肠道 B．唾液 C．汗液 D．肾脏 6.肾脏排泄主要的机理是 A．肾小球简单扩散 B．肾小球主动转运 C．肾小球滤过 D．肾小管主动转运 7.外源化学物生物转化的两重性表现在 A．N一氧化．苯胺N羟基苯胺（毒性增强） B．脱硫反应，对硫磷对氧磷（水溶性增加，毒性增强） C．环氧化，苯并（α）芘7，8-二醇-9，10环氧化物（致癌） D．以上都是生物转化两重性的典型例子 8.外来化合物代谢酶的诱导是指 A．某些化合物可使某些代谢酶活力增强 B．酶的含量增加 C．生物转化速度增高

D．以上都是 9.对于呈气体状态或易挥发的化学毒物的排泄，下列哪一项描述是正确的A．通过主动转运的方式经肺泡壁排出气体 B．排出的速度与吸收的速度成正比 C．血液中溶解度低可减缓其排除速度 D．肺通气量加大可加速其排除速度 10.能沿浓度梯度扩散，需要载体参加但不消耗能量的转运方式称为A．简单扩散 B．主动转运 C．易化扩散 D．滤过 11.外源化学物在体内生物转化的最主要器官是 A．肝 B．肾 C．肺 D．小肠 12.外源化学物生物转化的I相反应，不包括下列哪一种反应 A．甲基化 B．羟化 C．共氧化 D．环氧化 13.外源化学物在器官和组织中的分布最主要受哪项因素影响 A．化学毒物与器官的亲和力 B．血流量 C．特定部位的屏障作用 D．器官和组织所在部位 14.外源化学物在胃肠道吸收的主要方式为 A．简单扩散 B．主动转运 C．易化扩散 D．胞吞 15.外源化学物经皮吸收必须具备下述哪项条件 A．水溶性 B．脂溶性 C．水溶性和脂溶性 D．分子量小于100 16.外源化学物在消化道吸收的主要部位是 A．食管 B．胃 C．小肠 D．大肠 17. 外源化学物体内生物转化I相反应的酶主要存在于

2-1 生物转运

第一节生物转运 一、生物转运的概念 外来化合物在机体的吸收、分布和代谢过程，统称为生物转运。 二、生物转运机理 外来化合物在体内的生物转运主要通过下列机理： ㈠简单扩散外来化合物在体内的扩散是依其浓度梯度差决定物质的扩散方向，即由生物膜的分子浓度较高的一侧向浓度较低的一侧扩散，当两侧达到动态平衡时，扩散即中止。简单扩散过程，不需要消耗能量，外来化合物与膜不发生化学反应，生物膜不具有主动性，只相当于物理过程，故称为简单扩散。简单扩散是外来化合物在体内生物转运的主要机理。在一般情况下，大部分外来化合物通过简单扩散进行生物转运。除生物膜两则浓度梯度差可以影响简单扩散外，还有其他因素亦可对简单扩散过程发生影响。 １、外来化合物在脂质中的溶解度，可以脂水分配系数来表示，即外来化合物在脂相中的浓度与在水相中浓度的比值(脂相中的浓度/水相中的浓度)。脂水分配系数越大，越容易透过生物膜而进行扩散。但外来化合物在生物转运过程中，除经过脂相外，还要通过水相，因为生物膜的构造包括脂相和水相，所以一种外来化合物如在水中溶解度过低，即使脂水分配系数很大，也不容易透过生物膜进行扩散，只有既易溶于脂肪又易溶于水的外来化合物，才最容易透过生物膜进行扩散。 ２、外来化合物的电离或离解状态。呈离子状态的外来化合物不易通过生物膜；反之，非离解状态的外来化合物则容易透过。外来化合物的离解程度决定于本身的离解常数(pK)和所处介质中的酸碱度(pH)。除上述两种主要因素外，还有许多其他因素也可对简单扩散发生影响。 ㈡滤过 滤过是外来化合物透过生物膜上亲水性孔道的过程。大量的水可借助渗透压梯度和液体静压作用通过孔道进入细胞。外来化合物可以水作为载体，随之而被动转运。 ㈢主动转运 外来化合物透过生物膜由低浓度处向高浓度处移动的过程。其主要特点是：①可逆浓度梯度转运，故消耗一定的代谢能量；②转运过程需要载体参加。载体往往是生物膜上的蛋白质，可与被转运的外来化合物形成复合物而转运至膜的另一侧，然后释放外来化合物，载体又回到原处，并继续进行第二次转运；③载体既然是生物膜的组成成分，所以有一定的容量；当化合物浓度达到一定程度时，载体可以饱和，转运即达到极限；④主动转运有一定的选择性。即化合物必须具有

第三章生物转运和转化

外源化学物在体内的生物转运与生物转化 2014年 基本概念 ?机体对外源性化合物的处置（disposition）过程，经过吸收 （absorption），分布（distribution），生物转化即代谢 （metabolism）和排泄（excretion）一系列过程（ADME过程）。 ?外来化学物从体外吸收、在体内分布和排泄出体外的过程称为生物 转运（biotransport）。 ?生物转化（biotransformation），亦称代谢转化（metabolic transformation），是指外来化学物（毒物）在体内经多种酶催化，转化形成其衍生物以及分解产物的过程。 ?消除（elimination）:代谢过程与排泄过程的合称 ?毒物动力学（toxicokinetics）研究化学毒物在生物转运和生物转 化过程中，其数量随时间推移而发生动态变化的规律。 第一节 外源化学物在体内的生物转运 一生物膜和生物转运 脂质分子在水溶液中的排列 圆粒结构双分子层结构 ? （二）外来化学物通过生物膜的方式 简单扩散 ①被动转运 滤过 主动转运 ②特殊转运易化扩散 膜动转运胞吞 胞吐

被动转运之一 简单扩散（simple diffusion），又称顺流转运。在膜两侧的外来化学物从高浓度向低浓度扩散，直至达到动态平衡，此过程不消耗能量，也不与膜起反应。 Fick定律： R=K×A(c1-c2)/d 简单扩散的影响因素 （1）浓度梯度 （2）脂/水分配系数 （lipid-water partition coefficient） 是指当一种物质在脂相和水相的分配达到平衡时，其在脂相和水相中溶解度的比值。 （3）解离度和体液pH值 解离型，脂溶性低； 非解离型，脂溶性高。 外来化合物的离解程度取决于本身的离解常数（pKa）和体液的pH值。 有机酸：pKa－pH＝log（非解离态HA）/（解离态A－） 有机碱：pKa－pH＝log（解离态BH＋）/（非解离态B） 被动转运之二 膜孔滤过（filtration） 是化学物通过细胞膜上的亲水性孔道的过程。 动力为生物膜两侧的液体静压梯度差和渗透压梯度差 与毒理学的关系 水溶性差的化合物低渗染毒 化合物的肾小球滤过特殊转运之一 主动转运(active transport) 特点 1.需要通过蛋白载体——结构的选择性，竞争性抑制，可饱和性 2.逆浓度差，需要耗能 与毒理学的关系 主动转运方式对于被吸收后化学物的不均匀分布及从肾和肝排