第五章殺蟲劑的代謝

1、1第五章：第五章：殺蟲劑在昆蟲體內(nèi)的代謝殺蟲劑在昆蟲體內(nèi)的代謝1.殺蟲劑的初級(jí)代謝2.殺蟲劑的次級(jí)代謝3.一些殺蟲劑在昆蟲體內(nèi)的代謝2昆蟲對(duì)殺蟲劑代謝的結(jié)果： 解毒作用 活化作用昆蟲對(duì)殺蟲劑的代謝類型：脂溶性水溶性殺蟲劑殺蟲劑其 它 外 來其 它 外 來化合物化合物次級(jí)產(chǎn)物初級(jí)次級(jí)氧化、還原、水解、基團(tuán)轉(zhuǎn)移和糖、氨基酸、硫酸、磷酸等共軛次級(jí)產(chǎn)物次級(jí)產(chǎn)物初級(jí)產(chǎn)物初級(jí)產(chǎn)物次級(jí)產(chǎn)物次級(jí)產(chǎn)物第一節(jié)殺蟲劑的初級(jí)代謝3一殺蟲劑的氧化代謝 殺蟲劑代謝中所涉及到的酶系很多，主要酶系有：脫殺蟲劑代謝中所涉及到的酶系很多，主要酶系有：脫氯化氫酶（氯化氫酶（deyudrochlorinasedeyudrochlor

2、inase）、微粒體多功能氧化）、微粒體多功能氧化酶（酶（microsomal mixed-function oxidasesmicrosomal mixed-function oxidases）、谷胱）、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶（甘肽轉(zhuǎn)移酶（glutathionetransferasesglutathionetransferases）、各種酯酶）、各種酯酶（esterasesesterases）等。由于微粒體多功能氧化酶具有底物）等。由于微粒體多功能氧化酶具有底物的極大的廣譜性，他們能參與各種殺蟲劑（的極大的廣譜性，他們能參與各種殺蟲劑（包括有機(jī)包括有機(jī)氯、有機(jī)磷、氨基甲酸酯、擬除蟲菊酯、化學(xué)不育劑氯

3、、有機(jī)磷、氨基甲酸酯、擬除蟲菊酯、化學(xué)不育劑和昆蟲生長調(diào)節(jié)劑等）和昆蟲生長調(diào)節(jié)劑等）的解毒作用，以及催化生物變的解毒作用，以及催化生物變化也很廣泛的特點(diǎn)，所以微粒體多功能氧化酶在殺蟲化也很廣泛的特點(diǎn)，所以微粒體多功能氧化酶在殺蟲劑的代謝中起著中心作用。劑的代謝中起著中心作用。4一殺蟲劑的氧化代謝一殺蟲劑的氧化代謝多功能氧化酶的研究歷史多功能氧化酶的研究歷史MFO的組成及作用機(jī)制的組成及作用機(jī)制細(xì)胞色素細(xì)胞色素P450的特性的特性細(xì)胞色素細(xì)胞色素P450的作用機(jī)理的作用機(jī)理MFO對(duì)外來化合物的反應(yīng)類型對(duì)外來化合物的反應(yīng)類型MFO的抑制劑的抑制劑外來化合物對(duì)外來化合物對(duì)MFO的誘導(dǎo)作用的誘導(dǎo)作用影

4、響影響MFO活性的一些因子活性的一些因子5 1. 1943年年Claude把不同離心作用所分離出來的把不同離心作用所分離出來的亞細(xì)胞顆粒（直徑約亞細(xì)胞顆粒（直徑約200nm），稱之為微粒體。），稱之為微粒體。 2. 1958年，年，Brodie證明了離體微粒體氧化酶需證明了離體微粒體氧化酶需要氧和還原性輔酶要氧和還原性輔酶（NADPH）。）。 3. 昆蟲中的微粒體氧化酶是昆蟲中的微粒體氧化酶是1961年首次在德國年首次在德國蜚蠊中發(fā)現(xiàn)的。蜚蠊中發(fā)現(xiàn)的。1.多功能氧化酶的研究歷史多功能氧化酶的研究歷史6粗勻漿粗勻漿沉 淀 、 細(xì) 胞沉 淀 、 細(xì) 胞碎 片 及 細(xì) 胞碎 片 及 細(xì) 胞核核 離心

5、離心10min, 3000g上清液上清液10,000g, 20min線粒體線粒體上清液上清液105,000g, 20min微粒體微粒體可溶性部分可溶性部分MFO的分離差速離心的分離差速離心72.MFO的組成及作用機(jī)制的組成及作用機(jī)制包括：細(xì)胞色素P450（血紅素蛋白）NADPH-細(xì)胞色素P450還原酶（黃素蛋白）NADH-細(xì)胞色素b5還原酶磷脂1. 鐵硫蛋白83.細(xì)胞色素細(xì)胞色素P450的特性的特性 1）光學(xué)特性）光學(xué)特性微粒體被還原后可以與CO結(jié)合形成復(fù)合體，通過雙光束掃描分光光度計(jì)掃描，在波長450nm處出現(xiàn)一個(gè)最大吸收峰。 除了與CO結(jié)合外，細(xì)胞色素P450可以與許多物質(zhì)結(jié)合，結(jié)合后所誘

6、導(dǎo)產(chǎn)生的光譜，按其性質(zhì)分為三類：型：波峰在390-410，波谷在425-435nm；型：波峰在425-435nm，波谷在390-410nm；IIIIII型：最大和最小吸收峰分別在325和420nm。9棉鈴蟲中腸細(xì)胞色素棉鈴蟲中腸細(xì)胞色素P450 CO 差光譜圖差光譜圖400.0450500.0-0.0311-0.025-0.020-0.015-0.010-0.005-0.0005nmA 102)不穩(wěn)定性不穩(wěn)定性400.0420440460480500.00.00970.0120.0140.0160.0181nmA 結(jié)合光譜113)多樣性多樣性 控制P450的基因是基因超家族，目前P450基因超

7、家族包括70個(gè)家族，120個(gè)亞家族（Nelson,1998），且數(shù)量增長很快。124) 可誘導(dǎo)性可誘導(dǎo)性 現(xiàn)已證明，許多化合物，如藥物、殺蟲劑、以及植物他感化和物都能誘導(dǎo)P450的生物合成。目前研究比較清楚的是苯巴比妥和3-甲基膽蒽對(duì)P450的誘導(dǎo)合成。13細(xì)胞色素細(xì)胞色素P450酶系的作用機(jī)理酶系的作用機(jī)理 1.）底物與酶結(jié)合，酶上的鐵原子由于NADPH-細(xì)胞色素P450還原酶供給一個(gè)電子使得三價(jià)鐵還原為二價(jià)鐵。 2.）鐵的還原作用使其與分子氧結(jié)合。 3.）另一個(gè)電子和質(zhì)子加到鐵上形成FeOOH復(fù)合體。 4.）失去一分子水后形成（FeO）3+復(fù)合體，此復(fù)合體將其氧原子轉(zhuǎn)移到底物上。 5.）被

8、氧化的底物釋放出來，游離的細(xì)胞色素P450又重復(fù)下一個(gè)循環(huán)。144.細(xì)胞色素細(xì)胞色素P450酶系的作用機(jī)理酶系的作用機(jī)理Fe3+P450底物OHFeOOHP450底物HFe2+ O2 P450底物HFe2+P450底物He-Fe3+P450底物HFe3+P450底物OH底物He-(FeO)3+P450底物HH+H2OH+1155. MFO對(duì)外來化合物的反應(yīng)類型對(duì)外來化合物的反應(yīng)類型O、S和N-烷基的羥基化作用脂族羥基化作用和環(huán)氧化作用芳香族羥基化作用有機(jī)磷酸酯的脂族氧化作用氮和硫醚的氧化作用161. 脫硫氧化和酯鍵斷裂OPSCH2O5CH2O5NO2OPSCH2O5CH2O5NO2OOPOCH

9、2O5CH2O5NO2NO2OHOHPSCH2O5CH2O5對(duì)硫磷中間體對(duì)氧磷二乙基磷酸對(duì)硝基苯酚172.環(huán)氧化和芳基羥基化OMFOOHHHOH環(huán)氧化物水解酶苯并芘苯并芘 9,10-苯并芘二醇苯并芘二醇苯胺苯胺對(duì)氨基苯酚對(duì)氨基苯酚NH2NH2OHMFOClClClClClClClClClClClClO艾氏劑艾氏劑 狄氏劑狄氏劑 183.脂肪族羥基化CH3NO3CH2OHNO3MFO對(duì)硝基甲苯 對(duì)硝基苯甲醇 ClCClClClClHClCClClClClOHMFO DDT 三氯殺螨醇194. 雜環(huán)羥基化NNCH3NNCH3OHNNCH3OMFOMFO煙堿5-羥基煙堿 cotinine205.N,

10、O,S-脫烷基化ClNHCH3ClNH2MFOOCH3NO2OHNO2MFON-甲基對(duì)氯苯胺甲基對(duì)氯苯胺 對(duì)氯苯胺對(duì)氯苯胺 對(duì)硝基苯甲醚對(duì)硝基苯甲醚 對(duì)硝基酚對(duì)硝基酚可根據(jù)對(duì)硝基酚在可根據(jù)對(duì)硝基酚在412nm的的光吸收測(cè)定光吸收測(cè)定MFO的活性的活性在昆蟲的離體研究中還沒有發(fā)現(xiàn)在昆蟲的離體研究中還沒有發(fā)現(xiàn)S-脫烷基化作用脫烷基化作用 216.硫氧化(亞砜，砜) CH3SCCH3CH3CHNOCONH2CH3SCCH3CH3CHNOCONH2OCH3SCCH3CH3CHNOCONH2OOMFOMFO涕滅威涕滅威亞砜涕滅威砜 226.硫氧化(亞砜，砜)甲拌磷 甲拌磷亞砜PSC2H5C2H5S CH

11、2SC2H5PSC2H5C2H5SCH2SC2H5OMFO 236.MFO的抑制劑的抑制劑內(nèi)源性抑制劑Endogenous inhibitor眼黃質(zhì)Eye pigment蛋白質(zhì)水解酶RNA酪氨酸酶Tyrosinase外源性抑制劑Exogenous inhibitor重金屬heavy metal有機(jī)巰基試劑orgnic sulfhydryl reagent1.甲撐二氧苯基化合物methylenedioxyphenyl(MDP)247.外來化合物對(duì)外來化合物對(duì)MFO的誘導(dǎo)作用的誘導(dǎo)作用 能夠使處理物的生物活性增加的物質(zhì)稱為誘導(dǎo)劑。這種現(xiàn)象叫誘導(dǎo)現(xiàn)象。 誘導(dǎo)的多樣性 誘導(dǎo)的表現(xiàn) 誘導(dǎo)的機(jī)制258.影

12、響影響MFO活性的一些因子活性的一些因子生理因子physological factors發(fā)育階段stage of development性別 sex營養(yǎng)狀態(tài)state of nutrition食性feeding habits組織器官tissue and apparatus 其它因子other factors26二殺蟲劑的其它初級(jí)代謝二殺蟲劑的其它初級(jí)代謝一）一） 殺蟲劑的水解代謝殺蟲劑的水解代謝A 酯酶和 B 酯酶的鑒定 酯酶分類 對(duì)有機(jī)磷抑制劑 的敏感性 水解對(duì)硝基酚 乙酸酯速度 水解對(duì)硝基酚 丁酸酯的速度 A 酯酶 不敏感 快 慢 B 酯酶 敏感 慢 快 大多數(shù)殺蟲劑都含有酯鍵， 容易被水

13、解酶水解， 有機(jī)磷酸酯、氨基甲酸酯和擬除蟲菊酯都含有酯鍵，可以被水解酶降解為酸和醇。動(dòng)物體內(nèi)的水解酶主要是酯酶。酯酶的命名根據(jù)Aldridge(1953)將其分為兩類：A 酯酶和 B 酯酶。A 酯酶和 B酯酶是按照下表的標(biāo)準(zhǔn)鑒定的。 A酯酶酯酶：主要是芳基酯酶，能水解某些含芳基的磷酸酯類殺蟲劑，B酯酶酯酶：包括膽堿酯酶，羧酸酯酶和酯酶。27殺蟲劑的水解代謝主要包括：（一）磷酸三酯的水解（二）羧酸的水解（三）酰胺的水解28（一）：磷酸三酯的水解磷酸三酯水解酶，主要作用于磷酯和酐鍵。其曾用名很多，例如：對(duì)氧磷酶、A酯酶、磷酸酯酶、磷?；姿崦?、芳基酯酶等。實(shí)際上都屬于磷酸三酯水解酶。一般水解磷酸酯

14、的酶系多半是根據(jù)其水解底物來命名的。目前發(fā)現(xiàn)的水解酶主要包括：（Fluorohydrolases, DFP酶)、芳族酯水解酶、O-烷基水解酶、磷酸二脂水解酶。1.氟水解酶(DFP酶)2.芳族酯水解酶3.O-烷基水解酶4.磷酸二脂水解酶29+H2O+HX+H2OPHOS(O)XROPROS(O)OHROPROS(O)XROPROS(O)XRO+ROH301.氟水解酶（氟水解酶（DEF）POHC(H3C)2OOHOHC(H3C)2POHC(H3C)2OFOHC(H3C)2+ H2O+ HF31PH5C2OOH5C2OONO2PH5C2OOH5C2OOHOHNO2H2O+2.芳族酯水解酶芳族酯水解酶

15、32PH3COOH3COOCH CCl2POHOH3COOCH CCl2 H2O+ CH2OH3. O-烷基水解酶烷基水解酶33+H2OPOHOH3COOCHCCl2POH3COOHOH+4. 磷酸二酯的水解HOCH=CCL234（二） 羧酸酯的水解 羧酸酯酶(Carboxylesterase)，屬于B酯酶，又稱脂族酯酶，能催化各種脂族酯和芳族酯的水解，但不能水解膽堿酯。 目前研究表明羧酸酯酶在一些有機(jī)磷和擬除蟲菊酯的代謝中起著重要的作用，這種酶的活性一般在正常的昆蟲品系中是比較低的而在某些抗性品系中比較高。 羧酸酯酶通過附加一分子水而將底物裂解成酸酸和醇醇兩部分。例如：將馬拉硫磷水解，形成，

16、單酸以及醇。35（二） 羧酸酯的水解H2O+ 2C2H5OHPH3COOH3COS CHOOC2H5CH2OOC2H5PH3COOH3COS CHOOHCH2OOC2H5PH3COOH3COS CHOOC2H5CH2OOH馬拉硫磷馬拉硫磷-單酸馬拉硫磷-單酸+36（三） 酰胺的水解H2OOPH3COSH3COSCH2COH+ CH3NH2樂果樂果酸酰胺酶可以水解含酰胺鍵的化合物。例如將樂果水解成樂果酸。OPH3COSH3COSCH2CNHCH337（四）環(huán)氧化物水解環(huán)氧化物的水解由環(huán)氧化物水解酶催化，在家蠅、紅頭麗蠅、黃粉甲、亞熱帶粘蟲等昆蟲中存此酶。OCH3CH3ROHROHH2O38二）還

17、原代謝二）還原代謝 還原代謝沒有氧化代謝那么普遍。在動(dòng)物體內(nèi)這種代謝多發(fā)生于那些含硝基苯核或含鹵原子的化合物，在酶或細(xì)菌的作用下，被轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的氨基化合物及脫鹵代謝物。如：DDT轉(zhuǎn)變?yōu)榈蔚我恋姆磻?yīng)，就是通過脫氯化氫酶的作用，一個(gè)鹵原子被氫所取代。含硝基苯母核的農(nóng)藥，如：苯硫磷、對(duì)硫磷、殺螟松等化合物在動(dòng)物體內(nèi)容易被還原為氨基衍生物。 在昆蟲中發(fā)現(xiàn)了硝基還原和偶氮還原兩類。如對(duì)硫磷在（依賴于NADPH的）硝基還原酶的作用下被還原成胺基對(duì)硫磷。39PH5C2OOH5C2OOOHPH5C2OOH5C2OONO2對(duì)硫磷氨基對(duì)硫磷NADPH 硝基還原酶NH240三）以谷胱甘肽為介質(zhì)的代謝三）以谷胱甘肽為

18、介質(zhì)的代謝 許多外來化合物的代謝都與谷胱甘肽（GSH）有關(guān)，殺蟲劑及其代謝產(chǎn)物也能夠被以谷胱甘肽為介質(zhì)的系統(tǒng)代謝。這種代謝有兩類：第一，GSH純粹以催化劑的形式被利用；第二， GSH直接與底物結(jié)合而被消耗，至少在反應(yīng)初期是這樣的，并不能再生，而是排除體外。41 谷胱甘肽催化代謝 DDT脫HClClClClClClGSHClClClGSClClClClClDDEGSHCHCCl-ClC+ GSH + HCl + GSHCHDDTDDE42 2.GSH消耗代謝消耗代謝GSH-S-轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移酶 此酶屬于共軛反應(yīng)類型，在以后還會(huì)介紹。GSH和底物結(jié)合，一般有兩種類型。第一：GSH代替底物中不穩(wěn)定的部分

19、：第二：直接進(jìn)攻底物分子二乙基順丁烯二酸 ISGCHICHGSH.33522225252222252HCCOCCH(SG)CHOHCHCCOCHCCHOHCGSH431）GSH-S-烷基轉(zhuǎn)移酶PCH3OOOCH3ONO2POHOOCH3ONO2 GSH+ CH3-SG甲基對(duì)氧磷GSH代替底物中的不穩(wěn)定部分代替底物中的不穩(wěn)定部分442）GSH-S-芳基轉(zhuǎn)移酶PC2H5OOOC2H5ONNCH3CH3CH3PC2H5OOC2H5OOHNNCH3CH3GSCH3二嗪農(nóng)+453）GSH-S-芳烷基轉(zhuǎn)移酶CH2ClCH2SG+ GSH+ HCl芐基氯461.GSH-S-鏈烯轉(zhuǎn)移酶CHCOOC2H5CHC

20、OOC2H5+ GSH馬來酸二乙酯CHCOOC2H5GSCHCOOC2H5GSH-S-轉(zhuǎn)移酶直接將轉(zhuǎn)移酶直接將GSH轉(zhuǎn)移到底物分子中轉(zhuǎn)移到底物分子中472.GSH-S-環(huán)氧基轉(zhuǎn)移酶OHCH2CH-SGOCH2HC+ GSH1,2環(huán)氧乙基苯48第二節(jié)殺蟲劑的次級(jí)代謝第二節(jié)殺蟲劑的次級(jí)代謝共軛代謝共軛代謝 次級(jí)代謝：初級(jí)代謝的產(chǎn)物（主要是具有-OH、-SH、-NH2、-COOH的化合物）與內(nèi)源物質(zhì)（軛合劑）結(jié)合，最后排除體外。農(nóng)藥在昆蟲體內(nèi)的軛合形式主要是氨基酸反應(yīng)，包括與單氨基酸類、復(fù)氨基酸、硫酸酯和谷胱甘肽等的軛合，還有烷基化和?；磻?yīng)等。形成的軛合物比農(nóng)藥本身的親水性更強(qiáng)，更容易從動(dòng)物體內(nèi)排

21、出。49共軛反應(yīng)共軛反應(yīng) 共軛反應(yīng)主要指天然的或外來的化合物及其代謝物與內(nèi)源性的中間產(chǎn)物結(jié)合。具有中間代謝和解毒的雙重作用昆蟲中主要有三種類型的共軛反應(yīng)。501.外來化合物或其代謝產(chǎn)物和內(nèi)源性的活化供體反應(yīng)要求外來化合物或其它代謝產(chǎn)物有-OH， NH2， SH，-COOH基團(tuán)，這些基團(tuán)與脲苷二磷酸葡萄糖（UDPG）反應(yīng)。-萘酚 + UDPG(活化供體)-萘基葡萄糖苷512.外來化合物形成活化供體，再與內(nèi)源性受體酶促反應(yīng)對(duì)硝基苯甲酰CoA（活化供體）對(duì)硝基苯甲酸活化活化CoA甘氨酸甘氨酸共軛共軛對(duì)硝基苯甲酰甘氨酸523.外來化合物或其產(chǎn)物與GSH酶促反應(yīng) 在第一種和第二種類型的共軛反應(yīng)中，需要形

22、成高能量的或活化的中間產(chǎn)物，雖然第三種類型不需要但它反應(yīng)所需要的GSH的合成需要ATP。因此，總的來說， 共軛代謝需要額外能量。芐基氯+GSH芐基SG53（二）幾種共軛代謝的類型（二）幾種共軛代謝的類型1.葡萄糖苷的形成 在昆蟲體內(nèi)的轉(zhuǎn)葡萄糖作用主要以UDPG作為葡萄糖供體（活化的供體），由UDP葡萄糖轉(zhuǎn)移酶催化。這個(gè)反應(yīng)要求底物（受體）具有（-OH）或巰基（-SH）作為受體基團(tuán)。472OPDUDPUDPDUDPG葡萄糖葡萄糖焦磷酸酶在昆蟲體內(nèi)許多有機(jī)磷和氨基甲酸酯類殺蟲劑經(jīng)氧化和水解后，產(chǎn)生苯酚和醇類，形成O-葡萄糖苷。54OOUDPHHHOHOHHOHHCH2OHOHHHOHOHHOHORCH2OHROHUDP-葡萄糖轉(zhuǎn)移酶UDP-D-葡萄糖UDP-D-葡萄糖苷葡萄糖苷的形成552.氨基酸