《a学二次课机制》PPT课件.ppt

第四章 毒性机制 （mechanisms of toxicitymechanisms of toxicity） 1 第二节 终毒物与靶分子的反应 reaction of the ultimate toxicant with the target molecule 2 三、毒物对靶分子的影响 3 （1）毒物模拟内源性配体，活化靶蛋白分子。 1靶分子功能失调 吗啡激活鸦片受体； 4 （2）化学物抑制靶分子的功能 河豚毒素抑制Na+通道开放; DDT,除虫菊酯抑制Na+通道关闭。 某些毒物阻断离子转运蛋白； 毒物抑制线粒体电子转移复合物； 损害细胞骨架蛋白的组装的拆装过程。 5 （3）作用于蛋白质结构的关键部位 毒物改变酶的结构，使酶活性丧失 如：金属离子与含-SH酶蛋白结合 （4）毒物改变DNA结构 如：DNA加合物 8-OHdG 碱基错误配对 G:C G:A “移动读码框架改变”即移码突变 6 （1) DNA链断裂（DNA molecular breakage ） OH 嘌呤碱的咪唑环打开 嘧啶环收缩 GN-7加合物 脱嘌呤 磷酸二酯键 断裂 HO DNA核糖 C-4自 由基 电离辐射 DNA双链断裂 2靶分子的破坏 7 (2)DNA-DNA交联（DNA cross-linkage）、 DNA-蛋白质交联(DPC) 所谓交联，是指生物分子活泼基团之间相互作用引起 的化学结合和分子联结。 交联使被连接的分子发生结构与功能的抑制。 8 (3) 膜脂质过氧化分解作用 氯甲过氧自由基 Cl3COO和OH自由基可通过从脂肪酸去除 氢而启动脂质的过氧化降解，形成脂质自由基（L） 脂质过氧自由基（LOO）。 形成脂质氢过氧化物（LOOH）， Fenton反应形成脂质烷氧自由基（LO）， 随后的断裂引起活性醛（如4-羟壬醛和丙二醛）的形成。 9 脂质过氧化的后果： 细胞器和细胞膜结构的改变和功能障 碍。 脂质过氧化物的分解产物具有细胞毒 性。 对DNA影响： 可引起DNA碱基（尤其鸟嘌呤碱基）氧 化； 丙二醛可以共价结合方式导致DNA链断 裂和交联。 10 3新抗原形成 (1)毒物直接与蛋白质结合形成新抗原 (2)毒物经氧化、活化后与蛋白质结合形成 新抗原 氟烷 P-450 三氟乙酰氯 与细胞表面蛋白结合 抗 原 (3)药物-蛋白质加合物 毒物被粒细胞的髓过氧化物酶氧化 毒物 HOCl 抗原 11 四、化学物引起生物学微环境改变与毒性 12 第三节 细胞功能障碍与毒性 cellular dysfunction and toxicity 13 一、毒物引起的细胞调节功能障碍 激素、递质、生长因子等 (第 一信使) 膜受体（特异受体） (感受器) G蛋白等 (换能器) 核苷酸环化酶、磷脂脂酶等 (放 大器) cAMP、IP3、Ca2+等 (第二信 使) 蛋白激酶/磷酸酶 (转 换器) 蛋白质磷酸化/去磷酸化 (活化 器) 转录因子、基因模版片段 (核内) 基因复制、转录 (加工车间) 细胞 (效应器) 信号传导通路模式“模式图” 14 （一）基因表达调节障碍 1.转录调节障碍 激活 (配体激活、信号激活) TFs 启动区 前起始复合物 调节区 结构基因 15 细胞外信号分子，如生长因子、细胞因 子、激素和神经递质能利用细胞表面受体和 细胞内信号转导网络激活TFs。这些TFs控制 着影响细胞周期进展、决定细胞结局的基因 的转录活性。 2信号转导调节障碍 16 RTK- Ras信号通路： 配体活化酪氨酸激酶RTK活化的酪氨酸 激酶RTK 结合接头蛋白adaptor GRF（鸟苷 酸释放因子）促进GDP释放Ras（GTP结合蛋白 ）活化，活化了的Ras启动连接物蛋白激酶（ MAPK）的级联反应，涉及一系列蛋白激酶的磷 酸化，即MAPK活化进入细胞核其它激酶或 基因调控蛋白（转录因子）的磷酸化修饰。 17 c-Fos+c-Junc-Myc +Mas 细胞表面受体 信号转导网络 AP-1 TPA-TRE 同源核苷酸序列 D D,E 信号分子 TGF- 18 3 细胞外信号产生的调节障碍 19 （二）细胞瞬息活动的调节障碍 化学物引起的瞬息细胞活动的障碍可能是 由于4方面的改变 神经递质浓度； 受体功能； 细胞内信号转导； 信号终止过程。 20 二、毒物引起的细胞维持功能改变 ADP + Pi + H+ ATP + H2O O2 损害线粒体能量产生功能和控制基因组功能蛋白质合成 的毒物均可危及生命并可引起中毒性细胞死亡。 此时，有三种关键的生化反应失调发生： ATP减少，细胞内Ca2+的持续升高，ROS与RNS的过度产生 。 21 1 能量合成障碍 A类物质干扰氢向电子传 递链传递； B类化学物抑制电子沿电 子传递链转移到分子氧； C类毒物干扰氧传递到终 末电子转运蛋白细胞色 素氧化酶； D类化学物抑制ATP合酶 的活性； E类引起线粒体DNA损伤 和损害关键线粒体蛋白转录 的化学物。 22 2 细胞内Ca2+的持续升高的后果 （1） 对细胞能量平衡产生不良影响 23 （2)胞浆Ca2+持续增高引起细胞微丝解离 细胞借助骨架蛋白的微丝与质膜中的肌动 蛋白维持细胞形态。 Ca2+持续增高使肌动蛋 白纤丝与-辅肌动蛋白和胞影蛋白解离,导致 质膜大疱形成，质膜变得易于破裂。 24 （3）胞浆Ca2+持续增高激活降解蛋白 质、 磷脂和核酸的水解酶 钙蛋白酶介导的肌动蛋白结合蛋白水解，引起膜大 疱； 激活磷脂酶，膜磷脂水解； 激活Ca-Mg-依赖的核酸内切酶，对DNA进行水解 切割； 总之，细胞内钙升高激活了干扰细胞维持其结构和 功能完整性的过程。25 3 ROS与RNS的过度产生-导致线粒体DNA突变 1) Ca2+活化柠檬酸循环中的脱氢酶加速氢从柠檬酸循环中产出 ，然后，电子沿电子传递链流动，这一过程与ATP合酶活性的抑 制共同增加由线粒体电子传递链形成的O2-。 2) Ca2+激活的蛋白酶通过蛋白质水解过程使黄嘌呤脱氢酶转变为黄嘌 呤氧化酶，其副产品是O2-和HOOH。 3) Ca2+激活神经元和内皮细胞表达的NO合酶(NOS)。NO合成而产 生ONOO-。 26 4.线粒体渗透转变 (mitochondrial permeability transition, MPT)及其后果 线粒体刺激 ATP Ca 2+ ROS/RNS MPT 在少数线粒体中在多数线粒体中在所有线粒体中 线粒体的自体吞噬Caspase活化作用 ATP耗竭 细胞存活凋亡坏死 27 5 凋亡（apoptosis） 程序性细胞死亡（Programmed cell death, PCD） （1）是一种基因控制的细胞自主性的死亡过程，是维持内 环境稳定的重要机制之一 。 确保正常发育、生长 维持内环境稳定 发挥积极的防御功能 28 细胞凋亡的过程大致可分为以下几个阶 段：接受凋亡信号凋亡调控分子间的相 互作用蛋白水解酶的活化（Caspase 半 胱天冬蛋白酶）进入连续反应过程。各 种外界因素是细胞凋亡的启动剂，它们可 以通过不同的信号传递系统传递凋亡信号 ，引起细胞凋亡。 （2 ）凋亡过程 29 凋亡时细胞的形态学 改变 空泡化 固缩 出芽边集 凋亡小体 (3)形态学特征： （4）细胞凋亡与坏死的区别 坏死 凋亡 1.性质 2.诱导因素强烈刺激，随机发生较弱刺激，非随机发生 3.生化特点 4.形态变化 5.DNA电泳 6.炎症反应 7.凋亡小体 8.基因调控 被动过程，无新蛋白合成， 不耗能 主动过程，有新蛋白合成 ，耗能 细胞结构全面溶解、破坏、 细胞肿胀 胞膜及细胞器相对完整 细胞皱缩，核固缩 弥散性降解，电泳呈均一 DNA片状 DNA片段化（180-200bp），电 泳呈“梯”状条带 溶酶体破裂，局部炎症 反应 溶酶体相对完整，局部无炎症 反应 有 病理性，非特异性生理性或病理