第二節(jié)殺蟲劑在昆蟲體內的代謝

第二節(jié)殺蟲劑在昆蟲體內的代謝第1頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一第二章昆蟲的體壁一、初級代謝氧化代謝：微粒體多功能氧化酶（microsomalmixedfunctionoxidase,MFO）還原代謝：水解：酯酶（esterases）脫鹵化代謝：第2頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一第二章昆蟲的體壁微粒體多功能氧化酶（microsomalmixedfunctionoxidase,MFO）:是分布于動物某些細胞的光滑內質網上的一種氧化酶系，在還原型輔酶Ⅱ及分子氧的參與下，催化各種各樣的外源物和內源物氧化。

氧化代謝分布：脊椎動物中主要分布于肝、肺、腎、腸等器官中，在昆蟲體內則主要分布于中腸、脂肪體、馬氏管等器官中。組成：多功能氧化酶的主要組分包括二種類型的細胞色素(細胞色素P450和細胞色素b5)、二種黃素蛋白(NADPH―細胞色素P450還原酶和NADH－細胞色素b5還原酶)及磷酯等。第3頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一第二章昆蟲的體壁催化機制：單氧加氧酶

RH+NADPH+O2NADP++ROH+H2OMFO催化的反應類型：羥基化反應、脫烷基反應、硫醚氧化及酯氧化反應、環(huán)氧化反應微粒體多功能氧化酶MFO第4頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一第二章昆蟲的體壁農藥在動物體內進行還原形式的代謝較多地發(fā)生于那些含硝基苯核或含鹵原子的化合物中。它們經細菌或酶的作用，被轉化為相應的氨基化合物及脫鹵的代謝物。不過農藥結構上鹵原子的脫除，還原并非是唯一的途徑。還原第5頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一第二章昆蟲的體壁在農藥的初級代謝中，以微粒體多功能氧化酶最為重要，但也有一部分農藥的初級代謝是水解作用。特別是有機磷農藥中有許多種是以水解為主的，其他如氨基甲酸酯類、擬除蟲菊酯類殺蟲劑的代謝也涉及水解。下面將根據(jù)化合物的類別及相關酶系分別加以敘述。酯酶(esterases)是催化水解代謝的主要酶系，但酯酶的分類比較混亂。有時所用的術語僅描述某些反應。如“磷酸酯酶”水解P-O-C鍵，“酰胺酶”水解酰胺鍵，“羧酸酯酶”水解羧酯鍵等。水解

第6頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一第二章昆蟲的體壁很多農藥都是含鹵素的化合物，在動物體內脫鹵素反應的解毒代謝非常普遍。例如已證明在昆蟲體內DDT由脫氯化氫酶的作用而變成DDE，而在哺乳動物體內則變成DDD和DDA。又如林丹，在昆蟲體內，先在谷胱甘肽轉移酶作用下和谷胱甘肽作用，然后再脫去HCl而生成苯硫酚。而在哺乳動物體內則逐步脫氯化氫形成三氯苯，再羥基化成三氯苯酚。脫鹵化代謝第7頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一第二章昆蟲的體壁二、次級代謝動物體內的初級代謝產物往往仍沒有足夠的水溶性，尚需經過次級代謝，生成完全溶于水的軛合物，通過排泄系統(tǒng)排出體外。軛合作用是一種生物合成過程，具有下述幾個特點:（1）與軛合作用有關的酶系分布廣泛，因此，軛合作用在胞液、線粒體或內質網中都可發(fā)生。（2）軛合作用是合成反應，要消耗能量，需要ATP、乙酰輔酶A等的供應。（3）一般被軛合的化合物都含有－OH，－NH2，－COOH等基團。不帶這些基團的化合物需先經氧化、水解、還原等初級反應后才能被軛合。動物體內主要的軛合作用有：葡萄糖醛酸軛合、葡葡糖軛合、硫酸鹽軛合、谷胱甘肽軛合及氨基酸軛合等。第8頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一谷胱甘肽(GSH)軛合是農藥在動物中解毒代謝的重要途徑，與前述4種軛合作用不同的是，谷胱甘肽并非一定要和強極性的初級代謝產物反應，而是可以直接參與農藥的初級代謝，和親脂性強的農藥直接軛合，尤其在有機磷酸酯農藥的解毒代謝中，在谷胱甘肽-S-轉移酶的作用下脫烷基反應。一般來說，脫去甲基比較容易，脫去乙基、丙基就比較困難，而且往往只脫去1個甲基，2個甲基同時脫去就十分困難。谷胱甘肽軛合過程如下：首先是底物（RX）與谷胱甘肽在谷胱甘肽－S－轉移酶的作用下軛合形成一個軛合物。這個軛合物由谷氨酰轉移酶作用轉變?yōu)榘腚装彼彳椇衔铮腚装彼彳椇衔镌僖来谓洶腚装滨＾D移酶和乙酰轉移酶作用，最后形成硫醚氨酸。谷胱甘肽軛合作用中關鍵酶稱為谷胱甘肽－S－轉移酶（glutathioneS-transferase，簡稱GST）。在哺乳動物中，GST主要分布在肝細胞中。在昆蟲中，GST主要分布在脂肪體中。GST實際上是一酶系，按其底物特異性可分成：（1）谷胱甘肽－S-烷基轉移酶該酶轉移的烷基包括硝基烷烴、鹵代烷或烯烴、烷基有機磷化合物。例如甲氧基有機磷農藥轉化為去甲基有機磷。（2）谷胱甘肽－S－芳基轉移酶該酶轉移的芳基包括簡單的、復雜的芳環(huán)、硝基呋喃、三嗪等。如二嗪農的代謝。第9頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)殺蟲劑的作用方式與作用機理概述作用方式：指殺蟲劑進入昆蟲體內并到達作用部位的途徑和方法。作用機理：指殺蟲劑進入蟲體后與靶標的作用，即對昆蟲的酶系、受體及其他物質的作用，及由此對蟲體產生的影響和后效應。第10頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一第二章昆蟲的體壁一、殺蟲劑的作用方式觸殺作用胃毒作用熏蒸作用內吸作用常規(guī)殺蟲劑特異性殺蟲劑拒食作用忌避作用引誘作用不育作用生長發(fā)育調節(jié)作用第11頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一第二章昆蟲的體壁二、殺蟲劑的作用機理殺蟲劑

神經毒劑呼吸毒劑消化毒劑：

B.t等生長調節(jié)劑

生殖毒劑：喜樹堿等行為干擾劑軸突毒劑：

DDT、除蟲菊酯類前突觸膜毒劑：環(huán)戊二烯類膽堿酯酶抑制劑：有機磷類、氨基甲酸酯類乙酰膽堿受體毒劑：煙堿類、沙蠶毒素類GABA受體毒劑：銳勁特、Avermectin、環(huán)戊二烯類章魚胺受體毒劑：殺蟲脒類其它外呼吸毒劑：礦物油、砷素劑等內呼吸毒劑：磷化氫、魚藤酮等保幼激素類似物：雙氧威、滅幼寶等抗保幼激素類似物：早熟素等幾丁質合成抑制劑：磺酰脲類、噻嗪酮蛻皮激素類似物：蟲酰肼等信息素：性信息素、聚集信息素等拒食劑：印楝素忌避劑：某些植物源物質拒產卵劑：某些植物源物質其它其它類：吡蚜酮等第12頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)昆蟲的神經生理作用方式：指殺蟲劑進入昆蟲體內并到達作用部位的途徑和方法。作用機理：指殺蟲劑進入蟲體后與靶標的作用，即對昆蟲的酶系、受體及其他物質的作用，及由此對蟲體產生的影響和后效應。第13頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一第五節(jié)神經毒劑殺蟲藥劑中絕大部分是神經毒劑，均是阻斷神經傳導，而不是直接殺死神經細胞。張宗炳按照神經毒劑的毒理機制分為六大類：（1）影響軸突傳導的藥劑，如DDT及除蟲菊酯類化合物；（2）影響突觸的乙酰膽堿傳導的藥劑，又可分為四類：（a）引起乙酰膽堿過度釋放的，如六六六、狄氏劑等；（b）抑制膽堿酯酶的，如有機磷及氨基甲酸酯類等；（c）抑制膽堿乙?；笇е乱阴Ｄ憠A消耗盡的藥物；（d）占領乙酰膽堿受體的藥物，如煙堿、沙蠶毒素等；（3）影響突觸其他神經傳導體的，可能還涉及到膜的敏感性的藥物，如殺蟲脒等。第14頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)神經的傳導機制

——靜息電位

離子在神經細胞膜內、外分布的不均一性和神經細胞膜對離子通透的選擇性，使神經細胞膜在無外來刺激時，處于外正內負的極化狀態(tài)，膜內外這時的電位差叫靜息電位（restpotential）。

——動作電位

當神經細胞接受到傳入信號刺激后，膜對離子的通透性發(fā)生改變，產生去極化，從而引發(fā)了瞬時的內正外負的動作電位（actionpotential）。

神經活動的基礎是神經細胞的跨膜電位，刺激使膜的通透性發(fā)生變化，引起動作電位的發(fā)生。神經傳導包括軸突傳導和突觸傳導。神經生理軸突傳導

第15頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)神經的傳導機制＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－動作電流去極化區(qū)極化區(qū)軸突膜軸漿K+膜極化（董南平衡）靜息電位Na+膜去極化動作電位刺激——動作電位的產生與傳導第16頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)神經的傳導機制——突觸結構

突觸（synapses）是神經元間、神經與肌肉間、神經與腺體間的連接點，是神經傳導的聯(lián)絡區(qū)。由突觸前膜、突觸后膜和突觸間隙3部分組成。1個神經元細胞通常與多個神經細胞形成輸入和輸出突觸?！挥|類型

分化學突觸和電突觸兩類。電突觸——間隙很窄（3.5nm），靠直接電偶合即可傳遞信息，且速度很快，但在昆蟲中很少存在。化學突觸——間隙較寬（20～25nm），靠化學遞質傳遞神經活動信息，速度較慢，在昆蟲中普遍存在。突觸傳導第17頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)神經的傳導機制電突觸電突觸電源前突觸膜后突觸膜間隙連接蛋白復合體電流通過間隙匯合處突觸傳導第18頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)神經的傳導機制——化學突觸樹-樹突觸刺激脈沖化學突觸軸-體突觸興奮性突觸電流抑制性突觸電流抑制性軸突興奮性前突觸軸突神經-肌肉突觸肌肉興奮性神經元前突觸上神經末梢抑制性神經元肌纖維上神經末梢突觸傳導第19頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一——化學突觸及其傳導

化學突觸的前膜膨大成突觸小結（synapticknob），小結中含有許多內含神經遞質的突觸小泡。在以乙酰膽堿（acetycholine，Ach）為遞質的突觸中，每個小泡內含數(shù)萬個Ach分子。動作電位傳導到突觸前膜時，引起膜上對電壓敏感的Ca2+通道打開，使膜外的Ca2+進入膜內，促使突觸小泡與突觸膜融合成“?”狀，Ach從開口處釋放到突觸間隙。

突觸后膜略膨大，膜上有與Ach特異性結合的受體蛋白。Ach到達后膜便與之結合，引起受體分子構象發(fā)生改變，離子通道隨之打開，使Na+

、K+的通透性改變，導致膜去極化，產生突觸后電位，將沖動傳遞到下一個神經元。第三節(jié)神經的傳導機制突觸傳導第20頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)神經的傳導機制——昆蟲神經元突觸間Ach傳導示意圖

在突觸間隙存在有乙酰膽堿酯酶（AchE），可將Ach及時水解成乙酸（Ac）和膽堿（Ch）；二者又被突觸前膜吸收，在膽堿乙?；缸饔孟拢铣葾ch備用。CH3CH3CH3CH3乙酰膽堿酯酶膽堿乙?；福ㄒ阴Ｄ憠A）（乙酸）（膽堿）CH3COOCH2CH2-N-CH3+H2OCH3COOH+HOCH2CH2-N-CH3突觸間隙突觸前膜（半膽堿）突觸小泡突觸前端叢遞質釋放點軸丘樹突端叢EPSP遞減傳布突觸前電位峰ChHC-3Ac+Ch—AchAchAchAchAchAchCa2+AchRAc+ChAchE突觸后膜突觸傳導第21頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一神經突觸結構和突觸傳導第三節(jié)神經的傳導機制突觸傳導第22頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)神經的傳導機制

——昆蟲神經遞質與脊椎動物的不同脊椎動物昆蟲乙酰膽堿谷氨酸谷氨酸乙酰膽堿中樞神經系統(tǒng)神經-肌肉系統(tǒng)中樞神經系統(tǒng)神經-肌肉系統(tǒng)突觸傳導第23頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一擬除蟲菊酯類殺蟲劑，主要作用于軸突膜上的離子通道（主要是Na+通道），通過延遲鈉離子通道的關閉，使負后電位上升到去極化的閾值，導致重復后放，破壞神經傳導引起中毒。第四節(jié)殺蟲劑對神經系統(tǒng)的影響4.1對軸突傳導的影響4.2對乙酰膽堿酯酶的影響

有機磷和氨基甲酸酯類殺蟲劑，都是乙酰膽堿酯酶的抑制劑，進入突觸間隙后，能象Ach那樣與AchE結合，且結合后很難水解，結果使酶的正常作用受阻，造成突觸部位的Ach大量積累，致使昆蟲過度興奮，行動失調，最后麻痹死亡。第24頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一4.3對突觸后膜的影響

——沙蠶毒素和吡蟲啉等氯化煙酰類化合物，主要作用于神經突觸后膜上的乙酰膽堿受體，前者抑制突觸后膜的興奮性，使昆蟲癱瘓死亡，后者則增加突觸后膜的興奮性，使昆蟲不斷出現(xiàn)神經沖動，產生顫抖癥狀，隨之發(fā)生痙攣，最后麻痹而死。

——阿維菌素類殺蟲劑的作用靶標是神經—肌肉接點的突觸后膜，阻斷神經與肌肉間的聯(lián)系，破壞肌肉的興奮收縮功能，是昆蟲中毒死亡。

第四節(jié)殺蟲劑對神經系統(tǒng)的影響第25頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一一、軸突毒劑

藥劑對軸突傳導的抑制主要是通過改變膜的離子通透性，從而影響正常膜的電位差，使電沖動的發(fā)生與傳導失常。而離子通透性的改變主要與離子通道（ionchannel）有關。離子通道使鈉、鉀、鈣等離子順電化學梯度擴散，通過雙分子膜。離子通道必須能夠開放和關閉，才能實現(xiàn)其產生和傳導電信號的生理功能。根據(jù)通道開關的調控機制又稱門控機制的不同，離子通道可分為：(1)配體門控離子通道或稱受體控制性通道，Ach受體、GABA受體等都是配體門控通道，將化學信息轉變?yōu)殡娦盘枺?2)電壓門控離子通道，或稱電壓依賴性通道，其開、關一方面由膜電位決定，另一方面與電位變化的時間有關(時間依賴性)，這類通道在維持可興奮性細胞的動作電位方面起相當重要的作用，鈉通道、鉀通道等都是電壓門控的離子通道；(3)環(huán)核苷酸門控(CNG)通道，這類通道在視覺和嗅覺方面的信號傳導中相當重要。(4)機械力敏感的離子通道，即當細胞受各種各樣的機械力刺激時開啟的離子通道。第26頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一鈉離子通道

滴滴涕、除蟲菊酯類擬除蟲菊酯類殺蟲劑，主要作用于軸突膜上的離子通道（主要是Na+通道），通過延遲鈉離子通道的關閉，使負后電位上升到去極化的閾值，導致重復后放，破壞神經傳導引起中毒。第27頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一二、前突觸毒劑

六六六和環(huán)戊二烯類殺蟲劑主要對中樞神經系統(tǒng)中的突觸部位起作用，刺激前突觸膜大量釋放乙酰膽堿，造成乙酰膽堿在前后兩個神經元的間隙中大量積累，因而阻礙了神經元之間的神經傳導。近年來，隨著毒理學研究手段的改進，特別是放射性標記的配體結合技術和膜片鉗技術的引入，發(fā)現(xiàn)此類殺蟲劑能抑制GABA誘導的氯離子流，并能抑制二氫苦毒寧（DXPTX）與受體的結合，認為該類藥劑為GABA受體抑制劑。至于GABA受體和突觸前膜，這兩個靶標中，哪個是初始靶標，哪種機理是致毒機理，到目前為止尚未見報道。

第28頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一三、膽堿酯酶抑制劑乙酰膽堿的釋放是化學傳遞所必需，但是，它必須迅速地被除去，否則連續(xù)的刺激會引起乙酰膽堿的積累，而積累過多反而引起神經傳遞的阻斷。因此，乙酰膽堿酯酶是十分重要的，抑制了這種酶就會引起神經傳導的阻斷(有一個先期的興奮)。分解后產生的膽堿重新被突觸前膜所吸收，乙酸被一般細胞均能吸收。它們與輔酶A結合，形成乙酰輔酶A，然后，運送到前突觸中，在膽堿乙酰轉移酶的作用下重新合成乙酰膽堿。有機磷和氨基甲酸酯類殺蟲劑，都是乙酰膽堿酯酶的抑制劑，進入突觸間隙后，能象Ach那樣與AchE結合，且結合后很難水解，結果使酶的正常作用受阻，造成突觸部位的Ach大量積累，致使昆蟲過度興奮，行動失調，最后麻痹死亡。第29頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一四、乙酰膽堿受體毒劑以昆蟲神經系統(tǒng)的受體為作用靶標的一類藥劑稱為受體毒劑。昆蟲體內作為殺蟲靶標的有乙酰膽堿受體、GABA受體、章魚胺受體這三類主要的神經受體，另外還有多巴胺受體、5-羥色胺受體、谷氨酸受體等。乙酰膽堿受體AcetylcholineReceptor——沙蠶毒素和吡蟲啉等氯化煙酰類化合物，主要作用于神經突觸后膜上的乙酰膽堿受體，前者抑制突觸后膜的興奮性，使昆蟲癱瘓死亡，后者則增加突觸后膜的興奮性，使昆蟲不斷出現(xiàn)神經沖動，產生顫抖癥狀，隨之發(fā)生痙攣，最后麻痹而死。

——阿維菌素類殺蟲劑的作用靶標是神經—肌肉接點的突觸后膜，阻斷神經與肌肉間的聯(lián)系，破壞肌肉的興奮收縮功能，是昆蟲中毒死亡。第30頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一乙酰膽堿受體AcetylcholineReceptor以昆蟲神經系統(tǒng)的受體為作用靶標的一類藥劑稱為受體毒劑。昆蟲體內作為殺蟲靶標的有乙酰膽堿受體、GABA受體、章魚胺受體這三類主要的神經受體，另外還有多巴胺受