《duli毒作用机制》PPT课件

1,11May2020,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,2,11May2020,第一节外源化学的增毒与终毒物的形成,概念：终毒物（ultimatetoxicant）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。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。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。,3,11May2020,亲电子剂的形成,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。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。,4,11May2020,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,5,11May2020,自由基形成,自由基（freeradicals）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。,6,11May2020,自由基的来源与类型,7,11May2020,活性氧(reactiveoxygenspecies,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,8,11May2020,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。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（redoxcycling）。,自由基形成,9,11May2020,（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,10,11May2020,（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,11,11May2020,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,12,11May2020,第二节终毒物与靶分子的反应,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。,13,11May2020,一、反应的类型：,共价结合（convalentbinding）: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。非共价结合（nonconvalentbinding）: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。电子转移：如氧化损伤。,14,11May2020,毒物对靶分子的影响,(一)脂质过氧化损害：脂质过氧化(lipidperoxidation)：指主要由自由基引起的多不饱和脂肪酸的氧化作用,对生物膜具有强烈的破坏作用。,15,11May2020,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。,16,11May2020,（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,17,11May2020,(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。,18,11May2020,（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凝集、交联、降解或断裂，这主要取决于蛋白质成分及自由基的种类。,19,11May2020,（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,20,11May2020,2DNA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。,21,11May2020,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。,22,11May2020,2、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。,23,11May2020,二、毒物引起的细胞维持功能改变ATP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。细胞内Ca2+稳态失调：,24,11May2020,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。,10-710-510-710-510-7,10-7,10-7,10-3,25,11May2020,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。,26,11May2020,Ca2+信使作用实现,钙结合蛋白能介导Ca2+信使作用:如钙调蛋白(CaM)。Ca2+对cAMP有协调或拮抗。Ca2+对蛋白激酶C(PKC)、磷脂酶C(PLC)的调节。Ca2+对离子通道有活化作用。,27,11May2020,细胞钙稳态的紊乱与细胞毒性,重金属离子农药四氯化碳,28,11May2020,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。表现为免疫系统、雄性生殖系统以及心肌等异常，可用钙调素拮抗剂来预防或减轻损伤作用。,29,11May2020,农药,拟除虫菊酯为神经毒化合物，有研究证实它可使神经细胞内游离Ca2+浓度增高。,30,11May2020,四氯化碳,它可抑制肝细胞微粒体Ca2+-ATPase，表现为肝内质网酶活性改变及钙的蓄积。其机制可能是CCl4可在肝脏氧化产生自由基，后者攻击Ca2+-ATPase上的巯基，使酶活性下降,31,11May2020,钙稳态失调的机制,细胞内钙稳态的失调在细胞受损时可导致Ca2+内流增加，或Ca2+从细胞内贮存