duli4-毒作用机制

第四章 毒作用机制第一节 外源化学物的增毒与终毒物的形成第二节 终毒物与靶分子的反应第三节 细胞功能障碍与毒性Date 1第一节 外源化学的增毒与终毒物的形成概念：o终毒物 （ ultimate toxicant） 是指能与内源靶分子（如受体、酶、 DNA、 微丝蛋白、脂质）反应或严重改变其生物学结构、功能和微环境而表现出毒性的物质。 o终 毒物可为机体所暴露的原化学物（母化合物）；也可以是其代谢产物。o按增毒（代谢活化 )原理可将外源化学物分为： 亲电子剂 、 自由基 、 亲核物 。Date 2亲电子剂的形成o 亲电子剂 是含有一个缺电子原子 （带部分或全部正电荷）的分子。该缺电子原子中的部分或全部正电荷使其很容易通过共享电子对的方式与亲核剂中富含电子的原子反应。o 这些亲电子剂主要是在外源化合物被细胞色素 P-450或其他酶氧化成酮类、环氧化物、芳烃氧化物、 ,-不饱和酮及醛类、醌类或醌亚胺类以及酰基卤等过程中形成。Date 3苯并 (a)芘 benzo (a) pyrene， BaP 7,8-环氧苯并 (a)芘 7,8-二羟 -BaP 7,8-二羟基 -9,10-环氧 BaP (终致癌物 )芳烃羟化酶（ AHH）P-450与 GSH结合排出体外（解毒）环氧化物水解酶 Date 4自由基形成o自由基 （ free radicals） 是指 带有未配对电子的分子或离子 。自由基主要是由于化合物的共价键发生均裂而产生。特点：其化学性质十分活泼、反应性极高。在与生物体有关的自由基中，最主要的是氧中心自由基。Date 5自由基的来源与类型Date 6o活性氧 (reactive oxygen species,ROS)是指具有化学性质活泼的含氧功能基团物质。包括：氧中心自由基如 O2-和 OHH2O2、单线态氧和次氯酸过氧化物、氢过氧化物外源化合物的环氧代谢产物Date 7o 自由基在生物体内来源 ：一是细胞正常生理过程产生；二是化学毒物在体内代谢过程中产生。o 许多外源化合物可通过各种不同途径产生自由基，但其中最主要的途径是通过 氧化还原反应（ redox cycling）。自由基形成Date 8（ 1）亲电子剂的解毒：亲电性毒物较为普遍的解毒方式是与亲核剂 谷胱苷肽结合 。该结合反应可以是自发的，也可由谷胱甘肽 -S-转移酶催化。如 Ag+、 Cd2+、 Hg2+和 CH3Hg+等金属离子易与谷胱甘肽结合而解毒。环氧化物和芳烃环氧化物被 环氧化物水化酶 催化分别生成二醇类及二氢二醇类化合物。其他的解毒方式还有，由 DL-黄递酶 催化氢醌的双电子还原反应； 醛脱氢酶 催化 ,-不饱和醛氧化成酸 ;金属硫蛋白 与有巯基反应活性的金属离子形成复合物；具有氧化 -还原活性的亚铁离子可为 铁蛋白结合解毒。解 毒Date 9（ 2） 自由基的解毒：酶类抗氧化系统（抗自由基系统） SOD： 是一类含有不同辅基的金属结合酶家族，如 CuZn-SOD、 Fe-SOD与 Mn-SOD。 它们在细胞内定位变化很大， CuZnSOD存在于多种脏器内如肝脏、红细胞，而 Mn-SOD主要在线粒体分布。它的唯一生理功能是使超氧阴离子 (O2-) 歧化反应，生成 H2O2和 O2。 过氧化氢酶（ CAT） ： 位于肝细胞和红细胞内过氧化小体中，其主要功能是将 H2O2转化为水和 O2。 谷胱甘肽过氧化物酶（ GSH-Px ） ：在机体内广泛存在，能特异地催化谷胱苷肽对过氧化物的还原反应，使过氧化物转化为水或相应的醇类。可阻断脂质过氧化的链锁反应。 谷胱苷肽还原酶（ GR） ： 其分布同 GSH-Px， 主要功能是产生还原型的谷胱苷肽 (GSH)， 以保护机体解毒功能。解 毒Date 10非酶类抗氧化系统 在生物体系中广泛分布着许多小分子，它们能通过非酶促反应而清除氧自由基。例如，维生素 C、 维生素 E、 GSH、 尿酸、牛磺酸和次牛磺酸等。谷胱苷肽 (GSH)参与 GSH-Px的作用，使过氧化物还原为 H2O和氧化型谷胱苷肽 (GSSG)。 有些毒物可耗竭肝脏 GSH而继发脂质过氧化，如丙烯腈、苯乙烯等。维生素 E 先与氧自由基反应，生成生育酚自由基（反应性较低，再由抗坏血酸 -GSH氧化还原偶联反应而还原。）它通过自己与氧自由基反应，从而防止脂质中不饱和脂肪酸的过氧化。 解 毒Date 11第二节 终毒物与靶分子的反应o所有的内源化合物都是毒物潜在的靶标，然而毒理学上主要的靶标有两种，一是 大分子物质 ，如 核酸（特别是 DNA）和蛋白质 ；二是小分子物质，如膜脂质最为常见。Date 12一、反应的类型：p 共价结合（ convalent binding） :指化学毒物或其代谢产物与机体的一些重要生物大分子（核酸、蛋白质、酶、膜脂质等）发生共价结合，形成加合物，从而改变这些大分子的化学结构与其生物学功能。 加合物 (adducts)指化学物与生物大分子之间通过共价键形成的稳定复合物。如 亲电子剂。p 非共价结合（ nonconvalent binding） :通过非极性交互作用或形成氢键与离子键的形式结合，具有代表性的非共价结合包括：毒物与膜受体、细胞内受体、离子通道以及某些酶等靶分子的交互作用。p 电子转移 ： 如 氧化损伤。Date 13毒物对靶分子的影响(一 )脂质过氧化损害：脂质过氧化脂质过氧化 (lipid peroxidation) ：指主要由自由基引起：指主要由自由基引起的的 多不饱和脂肪酸的氧化作用多不饱和脂肪酸的氧化作用 ,对生物膜具有强烈的破对生物膜具有强烈的破坏作用。坏作用。 Date 14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，其中特别有害的是一些不饱和醛类 。Date 15（二）蛋白质的氧化损伤1机制：(1)脂肪族氨基酸氧化损伤最常见的途径为：在 -位置上将一个氢原子除去，形成 C中心自由基，破坏脂肪族氨基酸的结构。(2)芳香氨基酸多出现羟基衍生物。后者可将苯环打开或在酪氨酸处交联成二聚体。毒物对靶分子的影响Date 16(3)由过渡金属介导出的氧化损伤（ Fenton反应）。其特点为部位特异性。因为，在蛋白质结构内只有一个或几个金属结合部位的氨基酸受到影响。(4)脂质过氧化的自由基中间产物（如烷氧自由基(LO)和过氧自由基 (LOO)）可与脂质紧密联系的蛋白质反应。Date 17（二）蛋白质的氧化损伤2后果蛋白质氧化损伤的后果是使其蛋白质氧化损伤的后果是使其 凝集凝集 、 交联交联 、降解或断裂降解或断裂 ，这主要取决于蛋白质成分及自由，这主要取决于蛋白质成分及自由基的种类。基的种类。Date 18（三）核酸的氧化损伤：1碱基损伤 活性氧攻击 DNA的靶位点是腺嘌呤与鸟嘌呤的 C8， 嘧啶的 C5与 C6双键。毒物对靶分子的影响Date 192 DNA链断裂：OH 对 DNA的攻击，主要针对 DNA分子中的核糖部分，可能在 DNA分子中核糖的 3 和 4 碳位上，造成 DNA链的断裂。 Date 20第三节 细胞功能障碍与毒性一 毒物引起细胞调节功能障碍：（一）基因表达调节障碍： 1.信号转导调节障碍：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转录因子（ TFs）。化学物可通过改变蛋白磷酸化或干扰 G蛋白（ Ras），而引起信号转导的异常。Date 212、转录调节障碍：遗传信息从 DNA转录给 mRNA时，主要受转录因子（ TFs）与基因调节或启动子区域间的相互作用所控制。外源化学物可与基因的启动子区域、转录因子等交互作用，使其激活作用改变。Date 22二、毒物引起的细胞维持功能改变 oATP耗竭：ADP在线粒体中由 ATP合成酶重新磷酸化生成。化学物可阻碍这些过程，干扰线粒体ATP合成。p细胞内 Ca2+稳态失调： Date 23细胞内钙稳态 在细胞静息状态下细胞内的游离 Ca2+仅为 10-7mol/L， 而细胞外液Ca2+则达 10-3mol/L,有很大的浓度差。当细胞受到刺激时，则细胞内游离 Ca2+迅速增高可达 10-5mol/L，使细胞兴奋，此后再降低至 10-7mol/L，恢复细胞静息状态而完成信息转递循环。把上述 Ca2+浓度变化的动态平衡状态，称为 细胞内钙稳态 。Ca2+是体内第二信使。 10-7 10-5 10-7 10-5 10 -710-710-710-3Date 24细胞内钙稳态的作用 ：如肌肉收缩、神经转导、细胞分泌、细胞分化和增殖。Ca2+在细胞功能的调节中起了一种信使作用，负责将激动剂的刺激信号传给细胞内各种酶反应系统或功能性蛋白。 Date 25Ca2+信使作用实现 v钙结合蛋白能介导 Ca2+信使作用 :如钙调蛋白 (CaM)。vCa2+对 cAMP有协调或拮抗。vCa2+对蛋白激酶 C(PKC)、 磷脂酶 C(PLC)的调节。vCa2+对离子通道 有 活化作用。Date 26细胞钙稳态的紊乱与细胞毒性 v重金属离子 v农药 v四氯化碳 Date 27重金属离子 主要有铅和镉。 铅在低浓度时能激活 Ca-CaM依赖酶系。但高浓度时与细胞内巯基结合，可抑制 Ca-CaM依赖酶系，并呈剂量依赖的双相效应。可见铅的中毒机制中 Ca2+有重要意义。 镉可使 CaM含量减少。表