序言

<正>"环境计算化学与预测毒理学"是近年来在环境化学、环境毒理学、计算化学、计算生物学和分子生物学等学科之间形成的一个新兴的前沿研究领域,主要应用计算化学和大数据分析的方法开展化学品在环境介质中的转化行为、毒物在生物体内与大分子的相互作用机制以及毒性预测等方面的工作,已成为研究化学污染物的环境行为、毒理作用机制的重要手段,也是化学品生态风险评价与管理的必要工具,可为环境友好的     

微塑料对环境中有机污染物吸附解吸的研究进展

微塑料已成为新的全球性环境污染问题。作为强吸附剂,微塑料可以吸附共存的有机污染物,进而改变其环境行为和毒性;也可以通过解吸作用促进污染物在不同介质中的迁移。因而,微塑料与有机污染物的相互作用强度和机理是全面评估两者的环境风险和深度研究微塑料毒性机制的必要信息。目前微塑料研究处于快速发展的起始阶段,加之微塑料本身成分、粒径、表面风化情况的复杂性及共存有机污染物的多样性使两者的相互作用十分复杂,亟需理清微塑料吸附解吸作用的影响因素和相关机制。因而,本文详细综述了微塑料对有机污染物吸附解吸作用的研究进展,并着重从微塑料性质(成分、粒径和表面风化)、有机污染物性质和水环境介质性质方面探讨了吸附的影响因素和相互作用机制,希望为微塑料吸附有机污染物及吸附的后续影响研究提供借鉴与参考。     

细胞色素P450酶催化烟草特异性亚硝胺N'-亚硝基 新烟草碱和N'-亚硝基假木贼碱代谢活化的分子机制 研究

烟草特异性亚硝胺N’-亚硝基新烟草碱(NAT)和N’-亚硝基假木贼碱(NAB)不仅在所有烟草制品和烟草烟雾中广泛存在,还存在于大气颗粒物中,表明这2类污染物存在不可避免的暴露风险。NAT和NAB被细胞色素P450酶代谢活化是发挥其致癌活性的重要前提,但到目前为止反应机理细节尚未被系统研究。因此,本文通过密度泛函理论(DFT)计算系统揭示了NAT和NAB代谢的α-羟基化致癌路径,明确了反应的机理细节及能量关系。计算表明,P450催化的NAT和NABα-羟基化路径主要包括:(1)氢夺取反应(能垒为12.7～21.6 kcal·mol-1),形成放热但不稳定的Cα自由基中间体;(2)无能垒的羟基转移反应,形成剧烈放热的α-羟基化中间体;(3)α-羟基化中间体的自发分解反应(能垒为14.1～20.1 kcal·mol-1),产生最终有致癌潜力的重氮氢氧化代谢物。进一步比较发现,NAT 2-羟基化和6-羟基化路径都是其代谢的潜在致癌路径,而NAB的2’-羟基化路径是其主要致癌路径。此外,尽管NAT和NAB在结构上具有很大的相似性,但是后者的致癌活性可能要略高于前者。上述研究结果有助于全面理解NAT和NAB的代谢活化机制,并有助于识别潜在的生物标志物用于合理评估这2种亚硝胺污染物暴露的健康风险。     

模拟日光照射下土霉素的复合光化学转化动力学及环境归趋

环境水体中存在众多可解离的有机污染物,而不同的解离形态表现出相异的环境行为,如光化学反应活性和归趋.本文以土霉素(OTC)为例,研究了水中可解离化合物的表观光降解、光氧化等复合光化学转化动力学,并揭示了其相应的环境光化学归趋和贡献.模拟日光(λ290nm)照射下,OTC的光降解遵循准一级反应动力学,光解速率常数(k)对pH表现出明显的依赖性.这是由于随pH值升高,解离形态(i)从OTCH_2~0、OTCH~-到OTC~(2-)渐变,相应的k_i和量子产率(Φ_i)显著增大.竞争动力学实验进一步表明,·OH和~1O_2均可以氧化降解OTC,且降解速率随着pH的增大而加快.这与3种解离形态不同的去质子化程度和氧化反应活性有关.去质子化增加化合物的电子密度,利于活性氧物种的亲电攻击,从而促进光氧化反应.基于以上OTC解离形态的不同光化学转化活性,评估了环境表层水体(pH=6~9)中的复合光化学转化半减期(t_(1/2,E)).t_(1/2,E)值依赖于基质pH和季节,北纬45°晴天正午,t_(1/2,E)在0.131 h(仲夏,pH=9)到3.63 h(仲冬,pH=6)之间.多数情况下,OTC的表观光解是其最主要的光化学转化途径,~1O_2氧化次之,而·OH氧化的贡献非常小.以上结果证明了OTC不同解离形态具有不同的光化学转化动力学.因此,为了准确评价水环境中抗生素等可解离有机污染物的光化学归趋和风险,有必要综合考虑所有解离形态的复合光化学行为.     

Mg^2＋配位作用对磺胺嘧啶结构及吸收光谱影响的计算模拟及验证。

以磺胺嘧啶为模型化合物,基于量子化学密度泛函理论（DFT）,通过结构优化及相互作用能的计算,预测Mg^2＋与磺胺嘧啶形成1：1配合物的结构．结果表明,Mg^2＋和磺酰胺基的N和0原子配位,同时结合一个水分子;配合物磺酰胺基的键长、键角和二面角发生明显变化．基于含时密度泛函理论（TD-DFT）方法,计算磺胺嘧啶及其配合物...     

卤代有机污染物抑制甲状腺激素代谢酶活性的研究进展

甲状腺激素(thyroid hormones,THs)对生物体细胞的正常发育和分化至关重要,甲状腺激素失调可引起中枢神经系统、肺、心血管和其他器官的异常发育。研究表明,环境中的卤代有机污染物(halogenated organic contaminants,HOCs)及其代谢产物具有甲状腺激素干扰效应。抑制参与THs代谢的生物酶,例如磺基转移酶(sulfotransferases,SULTs)和脱碘酶(deiodinases,DIs),是HOCs及其代谢产物干扰THs正常功能的重要方式。本文重点综述了HOCs对不同甲状腺激素代谢酶的抑制效应的研究,讨论了环境计算化学和预测毒理学方法在该领域的重要应用,期望为HOCs干扰甲状腺激素酶代谢活性的深入研究提供借鉴与参考。     

氧氟沙星和诺氟沙星的水环境光化学转化:pH值及溶解性物质的影响

在模拟日光照射下,考察了氧氟沙星和诺氟沙星在纯水和天然水中的光降解行为,结果表明,氧氟沙星和诺氟沙星的光降解随p H增加(p H=4—10)先增快后减慢,两种抗生素以两性离子形态存在时光解最快.氧氟沙星和诺氟沙星在天然水中的光降解显著慢于其在相似p H条件下(p H=8)纯水中的光降解,天然水中的溶解性物质对两种抗生素的光降解总体表现为抑制作用.以Suwannee河富里酸为例,研究了溶解性有机质(DOM)的影响机制,发现淡水中高浓度的DOM主要通过竞争光吸收抑制氧氟沙星和诺氟沙星的光解,而海水中低浓度的DOM可以通过淬灭活性物种抑制两种抗生素的光解.天然水中的金属阳离子(Ca2+和Fe3+)和NO-3分别通过配位作用和光致生成·OH影响氧氟沙星和诺氟沙星的降解.由此可见,氧氟沙星和诺氟沙星在天然水中的光化学行为依赖于水体p H值和溶解性物质的综合影响.