2025年大學(xué)《資源化學(xué)》專業(yè)題庫——環(huán)境化學(xué)物質(zhì)的生物體內(nèi)代謝途徑研究分析考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、1.簡述環(huán)境化學(xué)物質(zhì)生物利用度的概念及其主要影響因素。2.闡述生物轉(zhuǎn)化（Biotransformation）在環(huán)境化學(xué)領(lǐng)域中的意義，并區(qū)分解毒作用與增毒作用。二、3.以某一種具體的持久性有機(jī)污染物（如多氯聯(lián)苯PCB或滴滴涕DDT）為例，詳細(xì)描述其進(jìn)入生物體后的主要代謝途徑，包括涉及的關(guān)鍵酶系（至少兩種）和典型代謝產(chǎn)物。4.比較PhaseI和PhaseII生物轉(zhuǎn)化在反應(yīng)類型、目的和產(chǎn)物性質(zhì)方面的主要區(qū)別。三、5.為什么說遺傳因素是影響環(huán)境化學(xué)物質(zhì)體內(nèi)代謝的重要個(gè)體因素？請(qǐng)結(jié)合具體實(shí)例說明。6.共代謝作用（Cometabolism）在環(huán)境化學(xué)物質(zhì)代謝研究中具有什么意義？請(qǐng)簡述其原理和實(shí)例。四、7.選擇一種常見的環(huán)境重金屬（如鉛Pb、鎘Cd或汞Hg），分析其可能進(jìn)入生物體內(nèi)的主要途徑，并簡述其在生物體內(nèi)可能的生物轉(zhuǎn)化方向（若發(fā)生）及其原因。8.環(huán)境污染物濃度對(duì)生物體內(nèi)代謝途徑有何影響？請(qǐng)從酶誘導(dǎo)和酶抑制兩個(gè)角度進(jìn)行解釋。五、9.簡要介紹環(huán)境化學(xué)物質(zhì)代謝研究中常用的同位素示蹤技術(shù)，并說明其在研究代謝途徑中的優(yōu)勢(shì)。10.結(jié)合某一具體的環(huán)境污染事件或生態(tài)毒理學(xué)研究實(shí)例，分析代謝途徑研究在該事件/研究中的重要作用。試卷答案一、1.生物利用度是指環(huán)境化學(xué)物質(zhì)被生物體吸收、分布并進(jìn)入靶組織達(dá)到有效代謝或毒性作用的速度和程度。主要影響因素包括：物質(zhì)的理化性質(zhì)（如脂溶性、水溶性、分子大小、極性）、環(huán)境介質(zhì)中的濃度和形態(tài)、生物體的接觸方式（如經(jīng)皮、吸入、消化道）、生物體的吸收能力、首過效應(yīng)等。2.生物轉(zhuǎn)化是指生物體（主要是酶促反應(yīng)）對(duì)環(huán)境化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾的過程。其意義在于：通過改變物質(zhì)的理化性質(zhì)（如溶解度、脂溶性）影響其分布和排泄；通過引入極性基團(tuán)促進(jìn)其排泄；某些轉(zhuǎn)化過程可能使毒性降低（解毒），但也可能使毒性增加（增毒）。PhaseI主要引入官能團(tuán)（氧化、還原、水解），PhaseII主要進(jìn)行官能團(tuán)與內(nèi)源性物質(zhì)（葡萄糖醛酸、硫酸鹽、氨基酸等）的結(jié)合，結(jié)合產(chǎn)物通常水溶性增加，易于排出。二、3.（示例：以DDT為例）DDT進(jìn)入生物體后，主要代謝途徑包括：首先在細(xì)胞色素P450酶系（PhaseI）作用下，發(fā)生羥基化生成DDE，DDE可進(jìn)一步羥基化生成DDD，這三個(gè)代謝物統(tǒng)稱為DDE、DDD。其中，DDT→DDE的羥基化是主要途徑。PhaseII代謝中，DDE和DDD可在葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶等作用下，與葡萄糖醛酸結(jié)合，生成水溶性的葡萄糖醛酸結(jié)合物，隨膽汁或尿液排出。關(guān)鍵酶系包括CYP1A1/A2等。代謝產(chǎn)物主要是DDE、DDD及其葡萄糖醛酸結(jié)合物。4.PhaseI：主要反應(yīng)類型為氧化、還原、水解，目的是引入或暴露官能團(tuán)（如羥基、羧基），通常不改變物質(zhì)的電荷，但可能增加極性或改變脂溶性，有時(shí)可降低毒性，但也可產(chǎn)生更具活性的中間體或最終產(chǎn)物。主要酶系為細(xì)胞色素P450單加氧酶系、黃素單加氧酶等。PhaseII：主要反應(yīng)類型為結(jié)合（Conjugation），將PhaseI產(chǎn)生的極性官能團(tuán)或物質(zhì)本身與內(nèi)源性分子（葡萄糖醛酸、硫酸鹽、谷胱甘肽、氨基酸等）結(jié)合，產(chǎn)物水溶性顯著增加，易于通過膽汁或尿液排泄。主要酶系為葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶、硫酸轉(zhuǎn)移酶、谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶等。三、5.遺傳因素，特別是基因多態(tài)性，導(dǎo)致個(gè)體間編碼代謝酶（如CYP450酶家族成員）的基因存在差異，從而影響酶的活性或表達(dá)水平。例如，某些個(gè)體可能因攜帶特定基因變異導(dǎo)致其CYP450酶活性較高，能更迅速地代謝某環(huán)境污染物，使其生物半衰期縮短；而另一些個(gè)體酶活性較低，則可能對(duì)該污染物代謝較慢，導(dǎo)致體內(nèi)污染物積累更多，毒性效應(yīng)更顯著。這就是遺傳因素影響代謝的機(jī)制。6.共代謝作用是指微生物利用環(huán)境中的某種基質(zhì)（通常是碳源或能源）作為生長限制因子，同時(shí)利用另一種非生長必需的物質(zhì)作為電子受體或參與電子傳遞，從而代謝該非生長必需物質(zhì)的過程。在環(huán)境化學(xué)物質(zhì)代謝研究中，共代謝具有重要的意義，它允許微生物降解那些自身不能作為碳源利用的復(fù)雜或有毒有機(jī)污染物（目標(biāo)污染物），通過引入特定的酶促反應(yīng)途徑實(shí)現(xiàn)目標(biāo)污染物的礦化或轉(zhuǎn)化。例如，某些假單胞菌可以利用甲苯作為碳源，同時(shí)共代謝降解苯酚。四、7.（示例：以鎘Cd為例）鎘主要通過食物鏈富集進(jìn)入生物體，也可經(jīng)呼吸道吸入或皮膚接觸吸收。進(jìn)入生物體后，鎘具有高度的軟脂溶性，易分布到富含脂質(zhì)的組織（如肝臟、腎臟、脂肪組織）和含巰基的蛋白質(zhì)（如金屬硫蛋白MT）中。在生物體內(nèi)，鎘可能發(fā)生一定的生物轉(zhuǎn)化。由于鎘本身不是代謝性毒物，其毒性主要源于與體內(nèi)重要酶或蛋白質(zhì)中必需的金屬離子（如鋅、銅、鐵）競爭結(jié)合位點(diǎn)，抑制酶活性或誘導(dǎo)產(chǎn)生氧應(yīng)激。因此，其“生物轉(zhuǎn)化”更多是指其與內(nèi)源性配體（如金屬硫蛋白）的結(jié)合過程，這種結(jié)合雖然不改變鎘的毒性本質(zhì)，但可以調(diào)節(jié)其在體內(nèi)的分布和毒性效應(yīng)的強(qiáng)度，并影響其排泄速率。鎘誘導(dǎo)金屬硫蛋白合成是主要的結(jié)合途徑。8.環(huán)境污染物濃度對(duì)生物體內(nèi)代謝途徑有顯著影響，主要通過酶誘導(dǎo)（EnzymeInduction）和酶抑制（EnzymeInhibition）兩種機(jī)制。酶誘導(dǎo)：低濃度的環(huán)境污染物接觸生物體一段時(shí)間后，會(huì)刺激生物體自身代謝酶（主要是PhaseI酶，如CYP450酶）的合成增加或活性增強(qiáng)。這使生物體對(duì)后續(xù)接觸的污染物或其他化學(xué)物質(zhì)具有更高的代謝能力。例如，長期接觸農(nóng)藥DDT會(huì)導(dǎo)致肝臟中CYP450酶活性升高，從而加速對(duì)DDT自身以及其他多種化合物的代謝。酶抑制：高濃度的環(huán)境污染物可以直接與代謝酶的活性中心或必需基團(tuán)結(jié)合，使其失活或活性降低，從而抑制代謝過程，導(dǎo)致污染物在體內(nèi)蓄積，毒性增強(qiáng)。例如，某些重金屬（如鉛、汞）可以抑制CYP450酶的活性。五、9.同位素示蹤技術(shù)利用具有相同質(zhì)子數(shù)但中子數(shù)不同的穩(wěn)定同位素或放射性同位素來標(biāo)記環(huán)境化學(xué)物質(zhì)，通過追蹤這些標(biāo)記物質(zhì)在生物體內(nèi)的吸收、分布、代謝和排泄過程，來研究其行為和轉(zhuǎn)化途徑。其優(yōu)勢(shì)在于：能夠直接、定量地揭示物質(zhì)在生物體內(nèi)的動(dòng)態(tài)過程和轉(zhuǎn)化位點(diǎn)；靈敏度高，可檢測(cè)低濃度標(biāo)記物；可區(qū)分不同代謝途徑的貢獻(xiàn)；可用于研究代謝酶的活性位點(diǎn)和結(jié)合特性；可用于不同生物之間或同一生物不同組織間的比較研究。10.（示例：以多氯聯(lián)苯PCBs污染為例）PCBs是一類持久性有機(jī)污染物，難以在環(huán)境中降解。代謝途徑研究在理解PCBs的生態(tài)毒理學(xué)效應(yīng)中至關(guān)重要。通過研究PCBs在生物體（如魚類、鳥類）內(nèi)的代謝途徑，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)PCBs在生物體內(nèi)主要發(fā)生羥基化（PhaseI代謝），生成多種羥基代謝物。這些羥基代謝物通常比母體化合物具有更高的極性和水溶性，更容易通過生物體的排泄途徑（如膽汁分泌、糞便排泄