第二章 外源化学物的生物转化

.,1,一、生物转化的概念,环境化学物质在机体组织或器官中，在系列酶作用下转化为各种代谢产物的过程。1、主要器官：肝（主要）肾、胃肠道、肺、皮肤、胎盘,第三节有害物的生物转化,.,2,2.作用生物转化的意义（结果）代谢解毒：毒性降低，易于排出体外主要是使非营养物质的极性（水溶性）增高，易于从胆汁或尿液中排除体外使一些非营养物质的生物学活性降低或消除（灭活作用，如激素）但生物转化作用解毒作用：代谢活化：毒性增强，甚至具致畸/癌性转化水溶性降低、毒性增加生物活化(bio-acivation)。生成亲电子剂、自由基、亲核剂、氧化还原剂。,.,3,对硫磷（俗称1605，一种硫代有机磷农药）,例,生物转化,对氧磷（毒性加强300倍）,.,4,生物转化的反应类型,.,5,二、相反应：相反应(phasebiotransformation)指经过氧化、还原和水解等反应使外源化学物暴露或产生极性基团，如-OH、-NH2、-SH、-COOH等，水溶性增高并成为适合于相反应的底物。意义：改变外源化学物的毒效学性质。多数情况下，导致毒性降低，也可导致毒性增加。,.,6,（一）氧化：最重要的1相反应,.,7,（一）氧化反应1、微粒体混合功能氧化酶MFOS(microsomalmixedfunctionoxidasesystem)：主要存在于肝细胞内质网中；又称微粒体单加氧酶系或细胞色素P-450酶系特异性低：可催化几乎所有环境化学物的氧化反应；,.,8,(1)组成：由多种酶构成的多酶系统。CytP450血红素蛋白类Cytb-5具有传递电子功能NADPH-cytP-450还原酶黄素蛋白类NADH-cytb-5还原酶传递电子并供电子黄素蛋白单加氧酶（FAD)磷脂类对膜上各种酶起固定作用，促进底物的羟化反应或增强毒物与cytp450的结合促进上述两类酶相互作用,.,9,细胞色素P-450催化的总反应：RHO2NADPHHROHNADPH2O,MFOS,.,10,2、非微粒体混合功能氧化酶催化的氧化反应,肝组织胞液、血浆和线粒体中，有一些专一性不太强的酶，可催化某些外源化合物。1）单胺氧化酶系存在：线粒体反应：RCH2NH2+H2ORCHO+NH3+H2O,O,.,11,2）脱氢酶系,醇脱氢酶：存在于胞液中，醛脱氢酶：存在于肝细胞线粒体和胞液中，体内醛脱氢酶活性低酒后乙醛积累酒精中毒。,甲醇:先被代谢成甲醛，进一步生成甲酸，然后转变为CO2和水。人眼中缺乏醛脱氢酶，所以人接触甲醇后，生成的甲醛不能被进一步代谢转化而在眼部积聚，由于甲醛产生局部损伤，反复接触可能导致失明。,.,12,一个体重60kg的成年人喝一瓶（500ml）酒精度为38%的白酒，约需多长时间才能完全代谢所吸收的乙醇？,50038%0.8(60kg0.1g/hkg)=25h50038%0.8(60kg0.2g/hkg)=12.5h,.,13,（二）还原反应,定位：微粒体机体内细胞通常处于有氧状态，以MFOS催化的氧化反应为主。但存在局部性还原环境：还原性化学物或代谢物在细胞内积累；某些酶可在有氧条件下催化还原反应，如NADPH-CytP450还原酶。氧化反应的可逆反应：NAD(P)+NAD(P)H肠道处于还原环境，存在含还原酶的菌丛，还原反应活跃。,.,14,醛类和酮类可分别还原成伯醇和仲醇。,酮仲醇,1.羰基还原反应,.,15,2、含氮基团还原反应(1)硝基还原反应：硝基还原酶，以NADPH或NADH作为还原剂。R-NO2R-NH2（2）N氧化物还原,.,16,(3)偶氮还原反应：R-N=N-RR-NH2+RNH2脂溶性偶氮化合物（磺胺类药物、偶氮色素等）：易被肠道吸收，主要在肝微粒体和肠道中还原；非脂溶性偶氮化合物：不易吸收，主要在肠道中被肠道菌丛还原。某些偶氮色素还原后具有致癌作用。,.,17,3、含硫基团还原反应二硫化物、亚砜化合物被催化还原。如杀虫剂三硫磷氧化产物三硫磷亚砜可还原为三硫磷：(C2H5O)2PS-S-CH2-SO-C6H4Cl(C2H5O)2PS-S-CH2-S-C6H4Cl4、无机化合物的还原：AsO43-AsO33-+H2O砒霜,.,18,5、含卤基团的还原：与碳原子结合的卤素被氢原子取代。例1：在NADPH-CytP450催化下：CCl4+NADPHCCl3+HClCCl3自由基能破坏肝细胞膜脂质结构，引起肝脂肪变形或坏死。例2：F3CH-CH2BrF3CH-CH2F3CH-CH3破坏肝细胞膜结构。,.,19,（三）水解反应,酶：水解酶酯酶、酰胺酶及糖苷酶等定位：血浆、肝、肾、肠、肌肉和神经组织的微粒体、胞液含有多种水解酶,.,20,人体主要通过水解反应代谢许多有机磷杀虫剂脂类水解反应：脂酶在体内广泛分布。RCOOR+H2ORCOOH+ROH许多有机磷杀虫剂在体内的主要代谢方式：敌敌畏、对硫磷、马拉硫磷等；拟除虫菊脂类杀虫剂的降解。,.,21,三、第二相反应（结合反应，Conjugation)：从极性到亲水性,经过PhaseI反应，使外源物增加了极性基团，易与具有极性基团的内源性化合物（Endogenous)发生结合反应进一步增加极性和水溶性排泄消除。结合反应的意义：使毒物分子上某些功能基团失去活性而丧失全部或部分毒性使其极性增强，脂溶性降低，加速排泄,.,22,六、影响生物转化的因素,（一）物种差异和个体差异1.物种差异a、代谢酶的种类不同；污染物的代谢途径和方式不同，污染危害炯异。例如：猫缺乏N-乙酰转移酶和UDP葡萄糖醛酸转移酶；豚鼠没有甘氨酸结合反应，而猪没有硫酸结合反应。b、代谢酶的活性不同：同一外源化合物在不同物种体内半衰期不同。,.,23,2.个体差异：主要是酶活力的差异例：芳烃羟化酶（AHH）：使芳烃类化合物羟化，产生致癌活性AHH活性高的人，患肝癌的危险度比活性低的人高倍例：羟化酶：使雌酮和雌二醇转化为雌三酮。前者致癌，后者不致癌。活性低的人，易患乳腺癌。生物转化的I相酶和II相等酶均存在多态性，已成为毒理学研究的热点,.,24,（二）生理因素,包括年龄、性别、昼夜节律等1、年龄年龄在生物转化中起着重要作用。I相反应和II相反应的酶活性从出生到老年有着不同的变化过程,I相反应酶活性随发育阶段的变化,不同年龄有害物所表现的毒性不同：凡经代谢转化解毒或降低毒性的外源物对幼年、老年的毒性大。,.,25,、性别与激素雌、雄两性对外源性化合物的生物转化存在性别差异。主要由性激素决定。从性成熟到成年，雄性代谢转化能力和代谢酶活力高于雌性。对雌性毒性更高的有害物：环己巴比妥，对硫磷，甲胺磷，苯硫磷，乐果，敌敌畏，敌百虫，马钱子碱等；对雄性毒性更高的有害物：马拉硫磷、艾氏剂，麦角生物碱，洋地黄毒苷，烟碱等、昼夜节律生物转化的酶活性存在昼夜节律,.,26,（三）饮食营养状况,包括蛋白质、不饱和脂肪酸，维生素等蛋白质缺乏：CytP450和NADP-CytP450还原酶活性降低对外源性化合物的转化速度降低六六六，马拉硫磷，DDT，黄曲酶素等毒性增强不饱和脂肪酸过多或不足：CytP450酶活性降低VA,VE,VC缺乏：CytP450酶活性降低Vc缺乏：苯胺羟化反应减弱VB缺乏：NADP-CytP450还原酶活性降低,.,27,（四）代谢饱和状态,当基质剂量超过某代谢途径的代谢能力时，代谢物的产量不随时间而增加出现新的代谢途径，形成不同的代谢产物产生不同的毒性,溴苯：正常：MFO作用下环氧溴苯70%与GSH结合解毒代谢饱和：GSH消耗环氧溴苯积累肝细胞损害,.,28,例如：氯乙烯。正常代谢：,氯乙烯,醇脱氢酶,氯乙醇,氯乙醛氯乙酸,氯乙烯,代谢饱和时：,MFO,环氧氯乙烯,氯乙醛,诱变、致癌,.,29,(五)代谢酶的抑制和诱导,毒物代谢酶的诱导和阻遏诱导(induction)：有些毒物可使某些代谢酶系合成增加并伴活力增强的现象诱导剂(inducer)：具有诱导效应的毒物阻遏：较少见,加单氧酶系酶可诱导生成：苯巴比妥类药物可诱导加单氧酶的合成，长期服用此类药物的病人，对异戊巴比妥，复方氨基比林等多种药物的转化及耐受能力亦同时增强。,.,30,毒物代谢酶的抑制1、抑制物与酶的活性中心发生可逆或不可逆性结合对氧磷能抑制羧酸酯酶，以致马拉硫磷水解速度减慢，加强马拉硫磷的生物学作用，表现为对昆虫杀虫效果增强，对人畜毒性增高。2、竞争性抑制：两种不同的毒物在同一个酶的活性中心发生竞争性抑制如1，2亚乙基二醇和甲醇中毒，此两种毒物经醇脱氢酶催化代谢而导致毒性，临床上给予乙醇治疗，因乙醇与此酶有更大的亲和力，故可降低1，2亚乙基二醇和甲醇的代谢和毒性。,.,31,3破坏酶如四氯化碳、氯乙烯、肼等的代谢产物可与P450共价结合，破坏其结构和功能。4减少酶的合成如氯化钴抑制涉及血红素合成的氨基酮戊酸合成酶，并增加血红素氧化酶活性，故可抑制P450酶系活性。5变构作用如一氧化碳可与P450结合，引起变构作用，阻碍其与氧结合。6缺乏辅因子马来酸二乙酯可耗尽GSH，抑制其他毒物经GSH结合代谢。,.,32,多种化学物同时作用或先后作用，如果某种化学