全氟辛酸的水生毒理学效应及其与生物大分子的相互作用

摘要

由于大规模长时间的工业应用，全氟化合物(Perfluororinated Compounds，PFCs)已经对自然环境和人类健康构成了严重威胁。PFCs持久性、广泛分布、生物积累和毒性的特点，引起了全世界的广泛关注。关于PFCs的毒性效应及致毒机制的研究已经成为一个备受关注的全球性的课题。
　　 本课题以全氟辛酸(Perfluoroocatanate acid，PFOA)为PFCs的代表性物质作为主要研究对象，建立了以斑马鱼(Danio rerio)胚胎毒性测试方法，通过急性毒性和致畸性指标评价PFOA的水生毒性。胚胎毒性测试结果表明，PFOA的半数致死浓度值LC50(48h)和LC50(96h)分别为1005 mg·L-1和499 mg·L-1。
　　 PFOA导致斑马鱼胚胎发育中出现多种亚致死反应，包括心房囊肿水肿、心包囊肿、血循环缺失、发育延迟、孵化延迟等，致畸反应包括脊柱畸形、尾部弯曲、尾部两分、背腹鳍畸形、红血球堆积等。PFOA急性暴露最敏感亚致死性毒理学终点为96h孵化，对应EC50=328.0 mg·L-1。PFOA对神经系统造成损伤。
　　 通过平衡透析、荧光光谱、圆二色光谱和等温滴定微量热方法，体外模拟在正常生理条件下，PFOA与生物大分子人血清白蛋白(HSA)和溶菌酶发生的相互作用。全氟辛酸与HSA之间的相互作用符合朗格谬尔等温吸附二步模型。第一步，一个PFOA分子进入到HSA的疏水空腔，第二步12个PFOA分子结合到与HSA的亲水外表面。PFOA与HSA的相互作用是自发性的，非共价键作用导致了HSA构象的变化，部分β-折叠结构变成α-螺旋结构。对PFOA在HSA上可能的结合位点也进行了推测。
　　 PFOA与溶菌酶的相互作用是通过非特异性非共价键结合的，如氢键、F…N和F…O卤键、疏水作用和范德华力，并受单分子层化学吸收的影响。PFOA和溶菌酶的非共价结合导致了溶菌酶构象的变化并且抑制了其生物活性。本研究不仅有助于在分子水平上了解蛋白质结构与功能的关系，而且有助于认识有机污染物毒性作用的分子机理。同时，为细胞和有机体内发生的非特异性结合反应提供了一种新的表征方法，为进一步研究外源物质，如：芳烃类污染物、药物等所带来的酶毒性和人体健康风险提供了理论基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 引言

1.1问题的提出

1.2全氟化合物的性质

1.3全氟化合物的污染现状

1.4全氟化合物的毒性效应

1.5污染物与生物大分子的相互作用

1.6论文研究内容与意义

第二章 全氟辛酸对斑马鱼胚胎的急性毒性

2.1材料与方法

2.1.1实验动物

2.1.2实验试剂及仪器

2.1.3胚胎染毒实验设计

2.1.4统计检验

2.2斑马鱼胚胎毒性试验方法建立

2.2.1斑马鱼胚胎正常发育过程的观察

2.2.2可观察的毒理学终点

2.3染毒时间选择试验

2.4对照组

2.5全氟辛酸对斑马鱼胚胎的急性毒性

2.6分析与讨论

2.7本章小结

第三章 全氟辛酸对斑马鱼胚胎的亚致死及致畸反应

3.1材料与方法

3.2亚致死性反应

3.2.1亚致死反应ECso测定

3.2.2心率

3.2.3发育延迟

3.2.4孵化

3.2.5水肿

3.3致畸反应

3.3.1脊柱畸形

3.3.2尾部畸形

3.3.3其他畸形

3.3.4分析与讨论

3.4本章小结

第四章 全氟辛酸与人血清白蛋白相互作用

4.1材料与设备

4.1.1实验试剂

4.1.2主要仪器

4.2实验方法

4.2.1 PFOA的测定

4.2.2平衡透析

4.2.3等温微量热分析

4.2.4圆二色光谱

4.3结果与讨论

4.3.1全氟辛酸的测定

4.3.2 PFOA的透析平衡时间

4.3.3 PFOA与HSA相互作用的特征

4.4本章小结

第五章 全氟辛酸与溶菌酶相互作用

5.1材料与设备

5.1.1实验试剂

5.1.2主要仪器

5.2实验方法

5.2.1 PFOA的测定

5.2.2平衡透析

5.2.3等温微量热分析

5.2.4圆二色光谱

5.2.5溶菌酶活性测定

5.3结果与讨论

5.3.1 PFOA的透析平衡时间

5.3.2 PFOA与溶菌酶相互作用

5.3.3 PFOA与溶菌酶相互作用的热力学特征

5.3.4溶菌酶二级结构的变化

5.3.5溶菌酶活性的变化

5.4本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

个人简历 博士后期间发表的学术论文与研究成果