第六章 外源化學(xué)物的毒作用機制

1、食品毒理學(xué)食品毒理學(xué)Food Toxicology程祥程祥第六章第六章 外源化學(xué)物的毒作用機制外源化學(xué)物的毒作用機制二二. .增毒及誘導(dǎo)終毒物形成的機制增毒及誘導(dǎo)終毒物形成的機制一一. .一般毒作用機制一般毒作用機制三三. .終毒物與靶分子結(jié)合的機制終毒物與靶分子結(jié)合的機制四四. .誘發(fā)細胞功能障礙誘發(fā)細胞功能障礙一般毒作用機制一般毒作用機制毒作用機制的研究內(nèi)容： 毒物如何進入機體？ 怎樣與靶分子相互作用？ 怎樣表現(xiàn)其有害作用？ 機體對損害作用的反應(yīng)等。毒作用機制的研究是評價化學(xué)毒物潛在危害的基礎(chǔ)。一、直接損傷一、直接損傷毒作用毒作用是指化學(xué)物質(zhì)進入機體經(jīng)過生物轉(zhuǎn)運和生物轉(zhuǎn)化，化學(xué)物質(zhì)本身或其

2、代謝產(chǎn)物與生物大分子或者靶部位相互作用，產(chǎn)生不良或有害的生物學(xué)效應(yīng)，超過機體自身的解毒、修復(fù)功能。l化學(xué)物質(zhì)對機體的損害作用主要取決于化學(xué)物質(zhì)與機體的接觸途徑、與靶分子的相互作用和對機體損害作用的反應(yīng)。l某些外源性物質(zhì)，如強堿、強酸、尼古丁、重金屬離子、氧化乙烯、一氧化碳等，它們能直接發(fā)回毒作用，叫做直接直接毒物毒物。某些毒物質(zhì)與機體接觸或者進入機體后，直接與機體的重要部位接觸，產(chǎn)生毒性作用。二、化學(xué)物與受體的相互作用二、化學(xué)物與受體的相互作用1.化學(xué)物質(zhì)對生物膜的損害化學(xué)物質(zhì)對生物膜的損害l細胞表面及各種細胞器的表面都覆蓋著特殊的膜狀結(jié)構(gòu)，稱為生物膜。如質(zhì)膜、細胞膜、核膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜及線粒體膜

3、等。l化學(xué)毒物在機體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)運和生物轉(zhuǎn)化過程均與生物膜有關(guān)，而生物膜的正常結(jié)構(gòu)對維持細胞正常生理功能和信息傳遞又至關(guān)重要。 生物膜的化學(xué)組成生物膜的化學(xué)組成膜脂（膜脂（磷脂、少量的糖脂和膽固醇磷脂、少量的糖脂和膽固醇） 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)糖、金屬離子、水糖、金屬離子、水二、化學(xué)物與受體的相互作用二、化學(xué)物與受體的相互作用（1 1）. .對膜通透性的影響對膜通透性的影響 生物膜的通透性指生物膜與周圍環(huán)境極性物質(zhì)交換能力。生物膜的通透性指生物膜與周圍環(huán)境極性物質(zhì)交換能力。膜通透性有選擇性，不同物質(zhì)在膜上有不同的通透率。生物膜是有高度選擇性的通透屏障，并造成某些物質(zhì)的細胞內(nèi)外濃度差；可保持細胞內(nèi)pH和離

4、子組成的相對穩(wěn)定，并可以進行攝取和濃縮營養(yǎng)物，排除廢物，產(chǎn)生神經(jīng)、肌肉興奮所必需的離子強度等重要生理功能。二、化學(xué)物與受體的相互作用二、化學(xué)物與受體的相互作用l可利用生物膜的選擇通透性，研究化學(xué)毒物對生物膜的影響，以通透性作為細胞毒性作用的觀察指標(biāo)。例如，細胞內(nèi)重要離子，如K+濃度可作為評價通透性及膜完整性的指標(biāo)。用胞內(nèi)某些酶如乳酸脫氫酶、酸性磷酸酶的漏出，作為膜通透性損傷的指標(biāo)。l膜的選擇通透性與細胞的功能有密切的聯(lián)系。許多可以改變細胞膜或細胞器膜通透性的物質(zhì)往往具有一定的毒性。l農(nóng)藥DDT，可作用于神經(jīng)軸索膜，改變Na+、K+通透性；二、化學(xué)物與受體的相互作用二、化學(xué)物與受體的相互作用l在

5、離體的神經(jīng)纖維上，可觀察到DDT使其動作電位持續(xù)時間延長和重復(fù)；在整體動物，則可觀察到動物興奮性增高、震顫和痙攣。因此，DDT中毒的癥狀與神經(jīng)細胞膜離子通透性改變有關(guān)。l影響膜通透性的其他因素：脂水分配系數(shù)是膜通透性的決定因素。通過調(diào)節(jié)膜上原有通透途徑而改變通透性。如汞、鉛等重金屬可抑制腎臟有機酸轉(zhuǎn)運系統(tǒng)。通過在原來膜上建造新的通透途徑而改變通透性。二、化學(xué)物與受體的相互作用二、化學(xué)物與受體的相互作用（2 2）. .對膜流動性的影響對膜流動性的影響 “ “流動性流動性”是生物膜的基本特征之一。其定義為膜成是生物膜的基本特征之一。其定義為膜成分的許多不同類型的運動，包括：脂質(zhì)分子的旋轉(zhuǎn)，沿分的許

6、多不同類型的運動，包括：脂質(zhì)分子的旋轉(zhuǎn)，沿長軸的伸縮和振蕩，側(cè)向擴散運動及翻轉(zhuǎn)運動；蛋白質(zhì)長軸的伸縮和振蕩，側(cè)向擴散運動及翻轉(zhuǎn)運動；蛋白質(zhì)分子側(cè)向擴散和旋轉(zhuǎn)運動。還應(yīng)包括膜整體結(jié)構(gòu)的流動分子側(cè)向擴散和旋轉(zhuǎn)運動。還應(yīng)包括膜整體結(jié)構(gòu)的流動性。性。膜流動性具有重要的生理意義，例如，物質(zhì)運輸、細胞融合、細胞識別，細胞表面受體功能調(diào)節(jié)等均與膜流動性有關(guān)。細胞可以通過代謝等方式調(diào)節(jié)控制膜流動性，使其保持相對穩(wěn)定的水平。二、化學(xué)物與受體的相互作用二、化學(xué)物與受體的相互作用側(cè)向運動側(cè)向運動分子的擺動分子的擺動旋轉(zhuǎn)運動旋轉(zhuǎn)運動翻翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運運動動側(cè)向運動側(cè)向運動旋轉(zhuǎn)運動旋轉(zhuǎn)運動二、化學(xué)物與受體的相互作用二、化學(xué)物與

7、受體的相互作用相變溫度相變溫度Tc脂脂質(zhì)質(zhì)凝固態(tài)凝固態(tài)液晶態(tài)液晶態(tài)二、化學(xué)物與受體的相互作用二、化學(xué)物與受體的相互作用l現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)不少化學(xué)毒物可以影響膜脂流動性。溴氰菊酯對膜流動性影響研究發(fā)現(xiàn)：溴氰菊酯可使人工膜的脂質(zhì)流動性升高。而用突觸體膜，其易與脂質(zhì)雙層分子極性頭部和膜蛋白分子極性基團相互作用，增加脂質(zhì)雙層極性基團活動程度，可能削弱了膜脂和膜蛋白相互作用，而導(dǎo)致膜脂流動性降低。人工膜與生物膜流動性表現(xiàn)有一定差異，所以體外研究結(jié)果的外推應(yīng)十分慎重。l有機化合物、無機化合物或重金屬對膜流動性均可產(chǎn)生影響，雖然影響劑量各有不同，有些至今尚不清楚，但是均可通過對膜脂流動性的影響分析其對膜的毒性作用。

8、二、化學(xué)物與受體的相互作用二、化學(xué)物與受體的相互作用（3 3）. .對膜表面電荷的影響對膜表面電荷的影響 膜表面糖脂、糖蛋白形成膜表面極性基團，組成表面膜表面糖脂、糖蛋白形成膜表面極性基團，組成表面電荷。電荷。細胞膜表面電荷的性質(zhì)和密度可以反映細胞表面的結(jié)構(gòu)和功能。因此，可通過測定細胞膜表面電荷來了解化學(xué)毒物與膜作用的途徑和方式。lSiO2在膜表面形成硅醇基，與膜上含膽堿基的磷脂結(jié)合，正電荷減少。同時，可明顯降低細胞膜水化度。表現(xiàn)為細胞電泳速度明顯加快，zeta電位增加。這就可解釋SiO2致膜脂流動性增加，以及膜通透性增加的原因。二價金屬離子在細胞周圍濃度變化可以影響膜表面電荷密度，使zeta

9、電位減少，細胞電泳遷移率逐漸減慢。還可表現(xiàn)為膜脂流動性的變化。二、化學(xué)物與受體的相互作用二、化學(xué)物與受體的相互作用2.2.化學(xué)物質(zhì)對生物膜的組成成分的影響化學(xué)物質(zhì)對生物膜的組成成分的影響 ( (1 1) ). .對膜蛋白質(zhì)的影響對膜蛋白質(zhì)的影響 膜蛋白依其在膜結(jié)構(gòu)的位置可分為兩類：一是在膜外側(cè)，其功能是作為特別的受體位點或作為細胞的標(biāo)志。例如，人類白細胞上組織相容性抗原(HLA)，B淋巴細胞表而的免疫球蛋白受體。二是在胞內(nèi)，它又可分為細胞色素b5和跨膜大分子，如Na+，K+-ATPase。膜蛋白按其功能又可分為：受體蛋白、載體蛋白和酶蛋白。目前已測出質(zhì)膜上有30多種酶。二、化學(xué)物與受體的相互作

10、用二、化學(xué)物與受體的相互作用l各種化學(xué)毒物作用的膜結(jié)合酶并不相同，且作用機制也不盡相同。農(nóng)藥DDT作用細胞膜上的Na+，K+-ATPase，是通過與膜脂結(jié)合，使膜流動性增高，故影響Na+，K+-ATPase，表現(xiàn)為神經(jīng)細胞膜Na+，K+離子通透性改變。有機磷化合物對紅細胞膜乙酰膽堿酯酶(AchE)的抑制作用，是直接作用于酶，通過有機磷分子中活化的磷原子與乙酰膽堿催化活性中心絲氨酸分子的-OH發(fā)生不可逆的結(jié)合，從而抑制AchE的催化活性。對膜結(jié)構(gòu)破壞，使膜結(jié)合酶改變，如Cd2+對腎臟損傷，表現(xiàn)為丙氨酸氨肽酶活力下降，而堿性磷酸酶和-谷氨酰轉(zhuǎn)移酶活性明顯上升，Hg也有類似的作用，但膜結(jié)合酶改變不一

11、樣。化學(xué)毒物對膜結(jié)合酶作用，有的表現(xiàn)為活力下降；有的表現(xiàn)為活力增強；不能單獨以活力改變來判斷其作用。二、化學(xué)物與受體的相互作用二、化學(xué)物與受體的相互作用( (2 2) ). .對膜脂質(zhì)的影響對膜脂質(zhì)的影響 膜脂質(zhì)由磷脂與膽固醇及其他脂類組成。膜脂質(zhì)由磷脂與膽固醇及其他脂類組成。磷脂等組成雙層的脂質(zhì)。其極性一端位于膜的內(nèi)外兩個表面，非極性的一端位于膜的內(nèi)部，構(gòu)成與外界隔離及特定的內(nèi)環(huán)境。膽固醇與磷脂相結(jié)合，調(diào)節(jié)磷脂分子脂肪鏈的流動性。由于不同的細胞及細胞器的功能不同，其所含磷脂種類與比例也不盡相同?；瘜W(xué)毒物對膜脂質(zhì)影響的可能機制有：膜脂質(zhì)組成改變，主要因為影響脂質(zhì)代謝合成的過程。例如，四氯化碳可

12、對肝細胞膜作用，使磷脂總量減少60，但膽固醇含量沒有變化。農(nóng)藥對硫磷，可影響大腸桿菌，主要使磷脂總含量增加，即菌膜的磷脂和膜蛋白的比值發(fā)生變化。二、化學(xué)物與受體的相互作用二、化學(xué)物與受體的相互作用膜脂質(zhì)與化學(xué)毒物結(jié)合，改變膜結(jié)構(gòu)的性質(zhì)。例如，二氧化硅(SiO2)與巨噬細胞一起培養(yǎng)，可見巨噬細胞負電性增加，經(jīng)清洗變化不大。說明二氧化硅與膜固有結(jié)構(gòu)的某基團發(fā)生結(jié)合。膜脂質(zhì)過氧化，指由自由基作用于膜脂質(zhì)，引起膜脂質(zhì)中多不飽和脂肪酸的過氧化反應(yīng)，即多不飽和脂肪酸的氧化破壞。( (3 3) ). .對膜糖的影響對膜糖的影響 膜糖不是單獨存在，往往與脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成蛋白質(zhì)組成糖脂和糖蛋白，蛋白質(zhì)組成糖脂和

13、糖蛋白，分布于質(zhì)膜的外表面。外來刺激如激素、生物因子或其他細胞等，通過跨膜蛋白傳入細胞，引起細胞的應(yīng)答反應(yīng)，即細胞的識別過程。自由基概述自由基概述l概念：一般指含有一個或多個未配對電子的離子、原子或分子。l性質(zhì)：具有順磁性；化學(xué)反應(yīng)性極強；生物半減期極短。l類型： 活性氧族（reactive oxygen species, ROS）： A .氧自由基：O2- 、 OH ；LO、LOO； B.含氧的非自由基衍生物：單線態(tài)氧（1O2）、氫過氧化物、 次氯酸、過氧化物、內(nèi)源性脂質(zhì)和外源化合物的環(huán)氧代謝產(chǎn)物。自由基概述自由基概述 其他自由基：碳中心自由基（ CCl3），硫中心自由基（烷硫自由基R-S

14、），氮中心自由基（苯基二肼自由基C6H5N=N ）；l此外，過渡金屬離子Cu +/ Cu 2+、Fe 2+/ Fe 3+、Ti 3+ / Ti 4+可作為自由基反應(yīng)的催化劑，在自由基的損傷作用中起重要作用。自由基概述自由基概述自由基來源： 外源化學(xué)物代謝產(chǎn)生； 細胞正常生理過程產(chǎn)生。l 機體抗氧化系統(tǒng)機體抗氧化系統(tǒng)： 非酶類非酶類抗氧化系統(tǒng)抗氧化系統(tǒng)GSH、Vc、 VE、 VA、尿酸、尿酸、牛磺酸和次?；撬岬?；?；撬岷痛闻；撬岬?； 酶類酶類抗氧化系統(tǒng)抗氧化系統(tǒng)超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化酶、谷胱甘肽谷胱甘肽過氧化酶、谷胱甘肽還原酶等。還原酶等。對脂質(zhì)過

15、氧化作用及其損害對脂質(zhì)過氧化作用及其損害l脂質(zhì)過氧化損傷：脂質(zhì)過氧化損傷：在O2存在下，自由基或其活性衍生物引發(fā)脂質(zhì)過氧化及其鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。l生物膜是生物體內(nèi)最易發(fā)生脂質(zhì)過氧化的場所。因為它具備脂質(zhì)過氧化的兩個必要條件必要條件：氧氣和多不飽和脂肪酸（PUFA ，polyunsaturated fatty acid） 。對脂質(zhì)過氧化作用及其損害對脂質(zhì)過氧化作用及其損害膜脂質(zhì)的結(jié)構(gòu)：膜脂質(zhì)的結(jié)構(gòu)：lX= -OH 磷脂酸磷脂酸lX= -OCH2CH2N+(CH3)3 磷脂酰膽堿磷脂酰膽堿 lX= -OCH2CH2NH3+ 磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺lX= -OCH2CHCOO 磷脂酰絲氨酸磷脂酰絲氨酸H3

16、N+R1、R2：脂?；臒N基，：脂酰基的烴基， R1多為飽和烴基，多為飽和烴基，R2常為不飽和烴基。常為不飽和烴基。 H2CO C -R1R2-C - OCHH2CO P - X甘油磷脂通式甘油磷脂通式OOHOO脂質(zhì)過氧化反應(yīng)過程脂質(zhì)過氧化反應(yīng)過程膜脂質(zhì)（膜脂質(zhì)（LH）脂質(zhì)自由基（脂質(zhì)自由基（L ）O2抽氫作用抽氫作用脂質(zhì)過氧自由基（脂質(zhì)過氧自由基（LOO）氫過氧化物氫過氧化物（LOOH）脂質(zhì)氧自由基脂質(zhì)氧自由基（LO）Fe3+Fe2+Fenton反應(yīng)反應(yīng)環(huán)過氧化物自由基環(huán)過氧化物自由基環(huán)環(huán)內(nèi)內(nèi)過氧化物自由基過氧化物自由基丙二醛（丙二醛（MDA） + 短鏈的酮、羧酸或烴類短鏈的酮、羧酸或烴類H

17、OH2O分子內(nèi)雙鍵加成分子內(nèi)雙鍵加成過氧化作用過氧化作用LHLLH+ L鏈啟動鏈啟動鏈擴展鏈擴展脂質(zhì)脂質(zhì)（花生四烯酸）（花生四烯酸）過氧化的總過程過氧化的總過程 LHLOOH鏈終止鏈終止LOOLO2，水解或熱裂，水解或熱裂 其他產(chǎn)物其他產(chǎn)物環(huán)化作用環(huán)化作用環(huán)內(nèi)過氧自由基環(huán)內(nèi)過氧自由基對脂質(zhì)過氧化作用及其損害對脂質(zhì)過氧化作用及其損害 脂質(zhì)過氧化中間產(chǎn)物L(fēng)、 LOO 、 LO可作為引發(fā)劑通過抽氫使蛋白質(zhì)變成自由基，后者可以引起鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)聚合，使蛋白質(zhì)的運動和功能受到限制。-CO-NH-C-CO-NH- -CO-NH-C- C-NH-CO-NH-C - C -NH-CO-NH-C-CO-N

18、H-R1R2R1R2自由基自由基蛋白蛋白A蛋白蛋白BHOOH交聯(lián)物交聯(lián)物對脂質(zhì)過氧化作用及其損害對脂質(zhì)過氧化作用及其損害 終產(chǎn)物丙二醛（MDA）可與蛋白質(zhì)分子中的NH2作用導(dǎo)致多肽鏈的鏈內(nèi)交聯(lián)或鏈間交聯(lián)。 此外，醛類產(chǎn)物也能與蛋白質(zhì)中Cys的-SH反應(yīng)，使蛋白質(zhì)失去活性。丙二醛與蛋白質(zhì)分子的交聯(lián)丙二醛與蛋白質(zhì)分子的交聯(lián)鏈鏈內(nèi)內(nèi)交聯(lián)：交聯(lián)：CH2C - H C - HOOH2NH2NPCH - NHCH = NPCH鏈鏈間間交聯(lián)：交聯(lián)：CH2C - H C - HOO2 P NH2CH NH P1CH = N P2CH丙二醛丙二醛 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 交聯(lián)產(chǎn)物交聯(lián)產(chǎn)物 對脂質(zhì)過氧化作用及其損害對脂質(zhì)過

19、氧化作用及其損害脂質(zhì)的過氧化損傷小結(jié)：l直接結(jié)果是使膜PUFA減少，膜脂流動性降低和膜骨架損傷；l過氧化中間產(chǎn)物和終產(chǎn)物引起的膜蛋白共價交聯(lián)與聚合，影響膜蛋白的構(gòu)象及其運動性，必然導(dǎo)致膜功能的異常。蛋白質(zhì)的氧化損傷蛋白質(zhì)的氧化損傷l對蛋白質(zhì)的氧化損傷，主要是自由基對氨基酸氨基酸的作用。l例如，所有氨基酸殘基均可被 OH損傷，其中以含硫氨基酸和芳香氨基酸最為敏感。1. 含硫氨基酸的損傷含硫氨基酸的損傷OH可使甲硫氨酸氧化為甲硫氨酸亞砜；使半胱氨酸（Cys）氧化成Cy-S-S-Cy、Cy-SOH及Cy-SO2H。蛋白質(zhì)的氧化損傷蛋白質(zhì)的氧化損傷- NH3+CH3SCH2CH - COOCH2甲硫氨

20、酸甲硫氨酸CH3SCH2CH - - NH R2R1-C=OCH2含甲硫氨酸的蛋白質(zhì)含甲硫氨酸的蛋白質(zhì)OHO含甲硫氨酸含甲硫氨酸亞砜亞砜的蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)CH3SCH2CH - - NH R2CH2R1-C=O聚合聚合蛋白質(zhì)的氧化損傷蛋白質(zhì)的氧化損傷2. 芳香族與雜環(huán)氨基酸殘基的損傷芳香族與雜環(huán)氨基酸殘基的損傷 如色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸與組氨酸。經(jīng)活性氧作用：Trp的氧化產(chǎn)物為2-、4-、5-、6-或7-羥基色氨酸，甲?；虬彼?，3-羥基犬尿氨酸或硝基色氨酸。Tyr轉(zhuǎn)變?yōu)?-、4-二羥基苯丙氨酸，二酪氨酸交聯(lián)產(chǎn)物或3-硝基酪氨酸。Phe轉(zhuǎn)變?yōu)?-、3-或4-羧基苯丙氨酸，2-、3-二羥基苯丙

21、氨酸。His轉(zhuǎn)變?yōu)?-氧組氨酸。蛋白質(zhì)的氧化損傷蛋白質(zhì)的氧化損傷3. 脂肪族氨基酸殘基的損傷脂肪族氨基酸殘基的損傷 如，Asp、Glu、Pro、Lys、Arg、Leu、Val與Thr?？赡艿膿p傷機制：在-C原子上除去一個氫原子，形成C中心自由基；其上再加O2，生成過氧基衍生物；后者分解成NH3和-酮酸，或是NH3、CO2與醛類或羧酸，從而破壞相應(yīng)氨基酸的結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的氧化損傷蛋白質(zhì)的氧化損傷4. 肽的折斷肽的折斷- NH CH CONH CH CONH CH - CR3R1R2- NH CH CONH C CONH CH - CR3R1R2OHH2OO2過氧化物過氧化物肽的折斷肽的折斷蛋白質(zhì)的

22、氧化損傷蛋白質(zhì)的氧化損傷5. 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)的交聯(lián)蛋白質(zhì)的交聯(lián)蛋白質(zhì)之間的交聯(lián)將形成分子量更大的“分子”，進而限制蛋白質(zhì)的運動性及其功能。DNA的氧化損害的氧化損害1 堿基的損傷堿基的損傷CCNHNCHHCNNNH2C腺嘌呤腺嘌呤CCNHNCHH2N-CHNNOC鳥嘌呤鳥嘌呤DNA的氧化損害的氧化損害CCHCNNHC嘧啶嘧啶CCNHNC-OHH2N-CHNNOC8-羥基羥基鳥嘌呤鳥嘌呤DNA的氧化損害的氧化損害2. 對脫氧核糖的損傷對脫氧核糖的損傷脫氧核糖中的每一個C原子和-OH上的氫都能與 OH反應(yīng)；在C位置上抽氫、加氧，而破壞戊糖的結(jié)構(gòu)。3. 對對DNA鏈的損傷鏈的損傷HCCHHOH

23、2CCCOHOHHOHH脫氧脫氧核糖核糖DNA的氧化損害的氧化損害DNA鏈斷裂的后果：鏈斷裂的后果：可能會造成部分堿基的缺失；修復(fù)的DNA可能存在堿基的錯誤摻入和錯誤編碼；也可能引起原癌基因的活化或抑癌基因的失活等，從而導(dǎo)致細胞的突變或癌變。DNA的氧化損害的氧化損害4. 對多糖的氧化損傷對多糖的氧化損傷ROS中活性很強的自由基如OH可無選擇地攻擊糖類，抽提氫，使其變?yōu)樘贾行淖杂苫笳吲cO2結(jié)合成為過氧化物，然后裂解。三、與生物大分子的結(jié)合三、與生物大分子的結(jié)合概念概念：共價結(jié)合是指化學(xué)毒物或其活性代謝產(chǎn)物與機體內(nèi)一些重要的生物大分子如核酸、蛋白質(zhì)等發(fā)生共價結(jié)合，從而改變這些生物大分子結(jié)構(gòu)或

24、功能的過程。方式方式：一般為親電子劑與大分子的親核基團作用，同過共價鍵形成穩(wěn)定的復(fù)合物 加合物，使外源化學(xué)物或其代謝產(chǎn)物進入大分子內(nèi)而成為其中的組成成分，一般用生化或化學(xué)手段處理不能使其解離。特點特點：永久性、不可逆地改變內(nèi)源性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。 與蛋白質(zhì)的共價結(jié)合與蛋白質(zhì)的共價結(jié)合l蛋白質(zhì)分子中可與外源化學(xué)物共價結(jié)合的功能基團功能基團：氨基和羧基；Ser和Thr的羥基；Cys的巰基；Arg的胍基；His的咪唑基；Tyr的酚羥基；Trp的吲哚基。1. 與白蛋白的共價結(jié)合與白蛋白的共價結(jié)合l白蛋白是血液和組織間質(zhì)中的主要蛋白質(zhì)，也是血液中重要的運輸載體。l血清白蛋白由肝細胞合成，而肝臟正是外源化學(xué)物活

25、化代謝的主要場所，因而白蛋白更易受到由肝細胞活化形成的親電子劑的攻擊。與蛋白質(zhì)的共價結(jié)合與蛋白質(zhì)的共價結(jié)合2. 與血紅蛋白的共價結(jié)合與血紅蛋白的共價結(jié)合l外源化學(xué)物進入血液后，先與紅細胞膜結(jié)合，繼而進入細胞與血紅蛋白共價結(jié)合。l血紅蛋白中參與結(jié)合的基團主要有氨基、巰基和芳香胺基團。l應(yīng)用：血紅蛋白加合物可用于人群接觸外源化學(xué)物的監(jiān)測，具有樣品容易獲得，壽命長的優(yōu)點，方便檢測。與蛋白質(zhì)的共價結(jié)合與蛋白質(zhì)的共價結(jié)合3. 與組織細胞蛋白質(zhì)的共價結(jié)合與組織細胞蛋白質(zhì)的共價結(jié)合l與膜蛋白或胞漿蛋白共價結(jié)合，將影響到細胞的正常代謝或信號傳遞過程；l而與核蛋白的共價結(jié)合將對細胞生長、增殖和分化等的調(diào)控產(chǎn)生影

26、響。 核蛋白核蛋白（nuclear protein）是指在細胞質(zhì)內(nèi)合成，然）是指在細胞質(zhì)內(nèi)合成，然后運輸?shù)胶藘?nèi)起作用的一類蛋白質(zhì)。后運輸?shù)胶藘?nèi)起作用的一類蛋白質(zhì)。與核酸的共價結(jié)合與核酸的共價結(jié)合l毒物類型毒物類型：親電性代謝產(chǎn)物為主，親核性代謝產(chǎn)物和自由基也可。l結(jié)合部位結(jié)合部位：堿基、核糖或脫氧核糖、磷酸均可，但以堿基損傷的毒理學(xué)意義最大。l結(jié)合后果結(jié)合后果：細胞突變、癌變及其他一些細胞損傷。l應(yīng)用應(yīng)用：一般，DNA加合物一旦形成，致癌過程即已啟動。因此，DNA加合物是一類重要的生物標(biāo)志物，可用于化學(xué)物致癌的早期檢測。 與谷胱甘肽結(jié)合與谷胱甘肽結(jié)合l谷胱甘肽（GSH）主要存在于胞液中，可以維

27、持細胞膜的穩(wěn)定性，保持細胞骨架的有序性，參與蛋白質(zhì)和DNA的合成等，對機體有保護作用。l谷胱甘肽（GSH）分子中的半胱氨酸殘基段的巰基，使GSH成為一種強親核物質(zhì)。能為親電子物質(zhì)或其他氧化代謝物提供巰基，形成無毒的結(jié)合物，阻斷親電物質(zhì)與生物大分子共價結(jié)合，防止活性化學(xué)物對細胞的損害。共價結(jié)合的毒理學(xué)意義共價結(jié)合的毒理學(xué)意義 加合物是一類重要的生物標(biāo)志物，可用于反映機體對毒物的接觸、損傷程度； 有助于毒性損傷的早期診斷和防治； 可用于解釋某些化學(xué)毒物的中毒作用機制。增毒及誘導(dǎo)終毒物形成的機制增毒及誘導(dǎo)終毒物形成的機制l終毒物是指外源化學(xué)物可直接與內(nèi)源性靶分子反應(yīng)并造成機體損害時的化學(xué)形態(tài)。終毒物

28、類型親電子反應(yīng)物自由基親核反應(yīng)物氧化還原反應(yīng)物親電物的形成親電物的形成l親電子物質(zhì)親電子物質(zhì)是指帶有正電荷而缺乏電子的分子，它可以與負電子的親核物質(zhì)共享電子對而發(fā)生反應(yīng)。陰離子類親電子物質(zhì)是由細胞色素P-450或其他酶系將母體化學(xué)物氧化而成。陽離子類親電子物質(zhì)是由不同性質(zhì)的基團或元素結(jié)合物的裂解所產(chǎn)生的。自由基的形成自由基的形成l自由基自由基是在原子的外軌道上含有一個或多個不成對電子的分子或基團，可因接受或失去電子或由性質(zhì)相同的元素形成的共價鍵均裂產(chǎn)生。超氧陰離子自由基的形成親核化學(xué)物形成自由基電子向分子轉(zhuǎn)移引起的還原性鍵均裂過程也可形成自由基。親核物的形成親核物的形成l親核物質(zhì)親核物質(zhì)是指具

29、有親核性的化學(xué)物質(zhì)，它的形成在化學(xué)物的活化過程是相對較少的?？嘈尤受毡┣?-羥基伯胺喹啉l親核功能基團被結(jié)合會導(dǎo)致親核物質(zhì)的滅活。羥基化合物酚、對苯二酚巰基、氨基、肼活性氧化還原反應(yīng)物的形成活性氧化還原反應(yīng)物的形成l活性氧化還原反應(yīng)物活性氧化還原反應(yīng)物的生成有特殊的機制。硝酸鹽硝酸鹽亞硝酸酯或硝酸酯亞硝酸酯或硝酸酯谷胱甘肽谷胱甘肽亞硝酸鹽亞硝酸鹽高鐵血紅蛋白高鐵血紅蛋白腸道細菌還原腸道細菌還原終毒物與靶分子結(jié)合的機制終毒物與靶分子結(jié)合的機制促發(fā)毒性效應(yīng)需要考慮以下方面：促發(fā)毒性效應(yīng)需要考慮以下方面：1.靶分子的屬性；2.終毒物與靶分子之間反應(yīng)的類型；3.毒物對靶分子的效應(yīng)；4.一些由于生物學(xué)

30、微環(huán)境改變所引起的而不是直接由終毒物與靶分子反應(yīng)所啟動的毒性。共價結(jié)合共價結(jié)合l化學(xué)毒物與細胞大分子的共價結(jié)合指化學(xué)毒物或其具有活性的代謝產(chǎn)物與機體的一些重要大分子發(fā)生共價結(jié)合，從而改變核酸、蛋白質(zhì)、酶、膜脂質(zhì)等生物大分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)與其生物學(xué)功能。l加合物（adducts）指活性化學(xué)物與細胞大分子之間通過共價鍵形成的穩(wěn)定復(fù)合物。為重要的生物標(biāo)志物之一。共價加合物的形成常見于親電毒物，如非離子和陽離子親電物以及自由基陽離子。l如胺類、肼類與一種脫羧酶底物吡哆醛的共價反應(yīng)。非共價結(jié)合非共價結(jié)合l非共價結(jié)合可能是通過非極性交互作用或氫鍵與離子鍵的形成，具有代表性的是毒物與膜受體、細胞內(nèi)受體、離子通道以及某些酶等靶分子的交互作用。l如番木鱉堿結(jié)合于脊髓運動神經(jīng)元上甘氨酸受體。酶促反應(yīng)酶促反應(yīng)l少數(shù)一些毒素通過酶促反應(yīng)作用于特定靶蛋白上。l例如，蓖麻蛋白誘發(fā)核糖體的水解斷裂，阻斷蛋白質(zhì)的合成。 電子轉(zhuǎn)移電子轉(zhuǎn)移l化學(xué)物能將血