食品毒理学-第四章-毒性作用机理

1、第四章 毒物作用的机理( Mechanisms of Toxicity)研究内容 毒物如何进入机体 怎样与靶分子相互作用 怎样表现出其有毒害作用 机体对损害作用的反应目的要求 掌握外源性化合物增毒现象 熟悉外源性化合物主要毒性机制 终毒物的种类与形成 终毒物与靶分子的反应 细胞功能障碍与毒性内容 外源性化学物增毒现象，终毒物类型 亲电子物 自由基 亲核物 解毒途径，解毒过程失效的原因 终毒物与靶分子的反应：类型，毒物对靶分子的影响 毒物引起的细胞调节功能障碍：基因表达调节障碍、细胞瞬息活动调节障碍 毒物引起的细胞维持功能改变：细胞内部维持自身功能的损害、细胞外部维持功能的损害研究毒性机制应明确

2、： 毒性效应是由毒物引起正常细胞发生生理和生化改变的结果 毒性效应的程度除毒物本身外，还与剂量与靶部位有关。 靶器官和靶组织具有代偿能力，可超常发挥解毒功能 毒效应包括一般毒性效应和特殊毒性效应研究中毒机制的步骤 整体动物有无毒性 找出靶器官、靶组织 进一步找出受损的细胞、亚细胞 分子水平：DNA、RNA或蛋白质化学毒物产生毒性的可能途径化学毒物吸收、分布、代谢、排泄与靶分子相互作用细胞功能失调、损伤毒性毒性机制涉及多个层次和步骤毒物被转运到一个或多个靶部位毒物或代谢产物与内源性靶分子相互作用细胞结构与功能紊乱启动细胞或分子水平修复 毒物引起的靶分子结构改变或功能紊乱超过修复能力或修复障碍时，

3、即产生毒性效应机制毒理学（Mechanistic toxicology) 主要研究化学物对生物体产生毒性作用的细胞、生化和分子机制，为建立敏感、特异的预测试验，安全性评价与管理，安全性化学物（或药物）的设计与生产以及疾病的诊断和治疗提供科学依据机制毒理学研究成果在应用毒理学（Applied Toxicology)领域的主要用途 证实与人类直接相关的实验动物中所观察到的损害作用（CANCER Birth defects) 验证可能与人类无关的发生于实验动物中的有害效应(Organophosphate insecticide inhibition of acetyl cholinesterase、

4、Artificial sweetener saccharin to cause bladder cancer in rats)机制毒理学研究成果在应用毒理学（Applied Toxicology)领域的主要用途 设计和生产较为安全的化学物以及合理治疗化学中毒和临床疾病 进一步加深对生理学、药理学、细胞生物学、生物化学等基础学科的了解第一节 外源性化学物的增毒与终毒物的形成 终毒物（ultimate toxicant) 终毒物：指与内源性靶分子（如受体、酶、DNA等）反应或严重地改变生物学（微）环境、启动结构和（或）功能改变 而表现出毒性的物质终毒物在其作用位点的浓度及持续时间决定了毒性的效应的

5、强度增毒 增毒（Toxication)或代谢活化（metabolic activation )：外源性化合物经生物转化使其毒性增强，甚至可产生致畸、致癌效应的过程 增毒过程主要是使外源性化学物转变为： 亲电物（electrophiles) 自由基(free radicals) 亲核物(nucleophiles) 氧化还原性反应物（redox-active reductions)一、亲电物的形成（formation of eletrophiles) 亲电物：是一类缺少电子而使整个分子部分或全部带正电的物质 亲电物可与含电子的亲核物共享电子 常常是外源性化合物经Cpy450或其他酶氧化成酮、环氧化

6、物、不饱和酮和醛、醌和酰卤化物 阳性亲电子物常常由化学键断裂而形成自由基形成（formation of free radicals) 自由基：指独立游离存在的带有不成对电子的分子、原子或离子. 主要由化合物的共价键的耗能均裂而产生，也可以通过俘获电子而产生 CH3:H -CH3+H+ CCl4+e - CCl3+Cl-均裂电子俘获自由基的特点 顺磁性 化学性质十分活泼 反应性极高，半衰期极短 自由基过多：机体损害作用 自由基适量：发挥重要的生理功能自由基的类型 人体内以氧形成的自由基最为重要，包括 超氧阴离子（O2-）、 羟自由基（OH ）、 过氧化氢分子（H2O2） 氢过氧基（ HO2- ）

7、 烷氧基（RO ） 烷过氧基（ROO ）、 氢过氧化物（ROOH） 单线态氧（1 O2） 统称为活性氧（active oxygen species） 存在于体内的非氧自由基有氢自由（H ）和有机自由基（R ）。机体内活性氧自由基的产生途径物理因素1. X-射线水射解 H + OH O2- 光离 R R+ O2-2. 光 光激发 O2-化学因素1.无机的 M+O2M2+ O2-2.有机的 RH+ O2 R + O2- +H+R+O2-生化因素1.非催化的（正铁血红蛋白Fe2+）+ O2（正铁血红蛋白Fe3+）+O2-2.催化的 膜上的酶：线粒体、微粒体、质膜 可溶性酶：胞内（黄嘌呤氧化酶、髓过氧

8、化氢酶） 胞外（血浆铜蓝蛋白酶）+O2+O2+O2+O2生物系统产生的自由基 胞浆中的小分子：自氧化促使氧还原，产生氧自由基 吞噬细胞的吞噬过程及呼吸爆发 线粒体电子传递过程 过氧化酶体系 人体细胞内所含的黄嘌呤氧化酶、髓过氧化物酶和NADPH氧化酶在酶促反应时，会诱导产生大量的自由基。次黄嘌呤+H2O2+2O2 黄嘌呤+2O-2+2H+ 黄嘌呤+H2O2+2O2 尿酸+2O-2+2H+生物体内自由基的生成 机体在代谢中不断产生的自由基，种类繁多，其中以活性氧最多。活性氧的生成活性氧的生成 1活性氧种类： O2可呈现两种状态： 1.单线态（singlet state）又称为激发态，以1O2 表

9、示； 2.三线态（triplet state），又称为基态，以3O2表示，3O2可吸收能量变为激发态；3O2+h1O2活性氧 氧是一个重要的电子受体，因所得电子数不同，氧可产生多种还原产物：O2-、OH及H2O2，他们的E01均比O2高，具有强的氧化能力。 O2+eO2- O2+2e+2H+H2O2 O2+3e+3H+OH+H2O O2-的消除主要经超氧化物歧化酶（SOD）催化生成O2和H2O2：过氧化氢（H2O2）的生成 过氧化氢（H2O2）：H2O2可由O2-的歧化反应生成，在D-氨基酸氧化酶、L-氨基酸氧化酶、葡萄糖氧化酶及亚硫酸盐氧化酶等作用下，把O2作为电子受体，经两个电子还原生成H

10、2O2，在线粒体中也能直接生成H2O2。 H2O经放射线照射，一次生成OH，再生成H2O2。H2O2的消除 H2O2较稳定，反应性低，在体内浓度也比较低，（大鼠肝脏中为10-9M），对机体几乎无毒性；H2O2可与铁离子生成反应性非常高的OH： H2O2+Fe2+H+OH+Fe3+H2O H2O2的消除依赖于两种酶， 1.过氧化氢酶，催化H2O2歧化反应： 2H2O22H2O+O2 2.谷胱甘肽过氧化物酶。 在GSH参与下使H2O2分解，GSH则变成氧化型谷胱甘肽。 这两种酶可消除体内H2O2及过氧化物，防止血红蛋白及肝细胞膜部分被氧化破坏的可能。（3）氢氧自由基（OH） 体内OH从O2直接生成

11、的反应尚不清楚，机体可由O2-生成系与H2O2生成系共同形成OH自由基。水经放射线照射后的一级反应产物是OH，由于OH氧化能力很强，因此对机体毒性很大。 H2O2+Fe2+H+OH+Fe3+H2O H2O2+O2-+H+OH+H2O+O2- OH在水中寿命很短，一般不易以自旋共振（ESR）方法检出（4）单线态分子氧（1O2）：1O2是一个强的亲电子性的氧化剂，可用化学方法生成，也可由H2O2经氧化生成，即H2O2由次氯酸氧化生成1O2： NaClO+H2O21O2+NaCl+H2O21O2可与芳香族碳氢化合物进行一系列的反应。1O2可将能量转移给其他物质而变成3O2， 在此过程中，物质（A）作

12、为1O2的淬灭剂，接受能量变为激发态（A*），然后以热的形式放出能量回到基态A。水也可作为1O2的淬灭剂。由于 1O2在水中寿命短，要检测出1O2有一定困难，最直接的证明是经1O23O2+h的化学发光观察，1O2单分子发光波长为1269微米及760微米。过氧化脂类 人体内主要有亚油酸、亚麻酸及花生四烯酸，多以磷脂形式存在于质膜等生物膜中。 这些不饱和脂肪酸可受1O2氧化，也可经OH氧化生成过氧化脂质，生物膜上脂类既可在O2-作用下生成过氧化脂质（LO、 LOO、LOOH），也可经放射线照射生成脂类自由基（L）自由基的连锁反应 自由基有很大的自由能和很强的氧化反应能力，很容易与其他分子或自由基反

13、应形成新的自由基。 O2- +H+ HOO 2 O2- +2H+ H2O2+O2 H2O2+ O2- OH-+O2+OH OH +RHR + H2O R +O2ROO ROO +RHROOH+R 亲核物的形成 是毒物活化作用较少见的一种机制 硒化氢是由亚硒酸盐与谷胱甘肽或其他巯基反应形成的一种强亲核物 CO经由氧化取卤反应而形成的毒性代谢产物第二节一般毒性作用毒作用的一般作用机制 一、局部刺激和腐蚀作用 二、扰乱正常代谢 三、损害机体的生理功能二、扰乱正常代谢 化学物质经吸收进入血液分布全身后，引起化学反应，导致机体生理生化功能紊乱 1. 影响组织对氧的利用 引起机体缺氧，使组织的代谢机能发生

14、障碍 亚硝酸盐可使血红蛋白（Hb）氧化成为高铁血红蛋白（MHb），失去携氧能力，导致机体缺氧。 氰化物（CN-）可抑制组织内的生物氧化过程，阻止组织对氧的利用，导致机体缺氧。 2. 影响酶的活性2. 影响酶的活性 (1) 与酶活性中心的金属离子结合 (2) 与酶的激活剂结合 (3) 与酶的辅酶结合 (4) 与酶的底物发生竞争性抑制 (5) 抑制酶的活性三、损害机体的生理功能 毒物对机体的生理功能的损害是多方面的 可对消化功能、血液系统、免疫系统、肝脏、肾脏、心血管系统、呼吸系统、神经系统、生殖系统、内分泌系统发生毒作用毒物对靶分子的影响( effects of toxicants on tar

15、get molecules)靶分子的属性（attributes of targets molecules) 理论上所有内源性化学物都是毒物潜在的靶标。 主要有： 机体大分子：核酸（DNA）、蛋白质 脂膜质 其他成分并不是所有的毒物与靶标的反应都是有害的 终毒物与内源性分子反应，引起靶分子的功能失调和结构破坏 1 靶分子功能失调 2 靶分子结构破坏 3 新抗原形成 4 化学物引起的生物学微环境改变与毒性1 靶分子功能失调 化学物抑制靶分子的功能 阻断神经递质的传递 阻断离子的转运，抑制线粒体电子传送的功能 毒物作用于蛋白质的关键部位 毒物干扰DNA模板功能2 靶分子结构破坏 除形成DNA加合物外

16、，还可通过交联和分子断裂而改变内源分子的主体结构 脂质过氧化分解作用 蛋白质降解作用 DNA断裂作用3 新抗原形成 抗原性变化 新的免疫反应 光敏性皮炎：外源性光敏感物接触皮肤或吸收后经血液到达皮肤，在长波紫外线、中波紫外线（UVA、UVB）照射下使皮肤中某些正常成分发生变化形成新抗原，这类新抗原最初为外源性的光化学物质作为半抗原和机体载体蛋白共价结合成为全抗原，引起局部的过敏，由于伴随慢性炎症的反应及淋巴细胞的不断从血管外渗到炎症处，使新抗原的抗原性不断产生，通过持续刺激免疫系统而引起迟发性超敏反应4 化学物引起的生物学微环境与毒性改变 1）改变生物水相中H+离子浓度的化学物 使细胞膜脂质相

17、发生物理化学改变以及破坏细胞功能所必需的穿膜溶质梯度 3）通过占据位置或空间引起危害的其他外源性化学物化学物质毒作用的分子机制 一、细胞膜损伤 二、钙稳态失调 三、生物大分子的氧化损伤化学毒物对生物膜的损害作用 对生物膜组成成分的影响 对生物膜生物物理性质的影响abcde生物膜的损伤作用 1。对生物膜的组成成分的影响 如：四氯化碳可引起大鼠肝细胞膜磷脂和 胆固醇含量的下降 影响膜上某些酶的活力 2。对生物膜的生物物理性质的影响 对膜的通透性的影响：阻断钠-钾通道：如DDT就是作用于神经细胞膜上的受体部位而产生毒性作用。 对膜的流动性的影响：有机溶剂 对膜的表面电荷的影响对生物膜生物物理性质的影

18、响 对膜的通透性的影响 膜通透性：生物膜与周围环境极性物质的交换能力 膜的选择通透性 考察指标：K+， 乳酸脱氢酶，酸性磷酸酶的漏出对膜流动性的影响 膜的流动性： 脂质分子的旋转，沿长轴的伸缩和振荡，侧向扩散运动和翻转运动； 蛋白质分子侧向扩散运动和翻转运动 膜流动性的生理意义 物质运输 细胞融合 细胞识别 细胞表面受体功能的调节 检测手段 荧光偏振 核磁共振 激光拉曼光谱 激光漂白荧光恢复法 电镜冷冻蚀刻技术对膜表面电荷的影响 膜表面的电荷由膜表面的糖脂、糖蛋白形成的极性基团构成。 膜表面电荷的性质和密度电荷的性质和密度可以反映细胞表面的结构和功能二、对钙稳态的影响细胞内钙稳态细胞内钙稳态

19、细胞钙稳态的紊乱与细胞毒性细胞钙稳态的紊乱与细胞毒性 钙稳态失调的机制钙稳态失调的机制细胞内钙稳态细胞内钙稳态(Calcium homeostasis) 细胞内钙离子的形式： 结合钙与蛋白质结合与钙结合的蛋白有两种类型与钙结合的蛋白有两种类型 一是结合在细胞膜或细胞器膜内的蛋白质上一是结合在细胞膜或细胞器膜内的蛋白质上 二是结合在可溶性蛋白质上。二是结合在可溶性蛋白质上。 离子钙具有生理活性正常情况下游离的钙离子的浓度： 细胞在静息状态下细胞在静息状态下细胞内：细胞内：10-7mol/L，细胞外：细胞外：10-3mol/L。 细胞处于兴奋状态下细胞处于兴奋状态下细胞内细胞内10-5mol/L细

20、胞内钙稳态细胞内钙稳态 在细胞静息状态下细胞内游离的在细胞静息状态下细胞内游离的Ca2+仅为仅为10-7mol/L，而细胞外液而细胞外液Ca2+则达则达10-3mol/L。当细胞处于当细胞处于兴奋状态，第一信使转递信息，则细胞内游离兴奋状态，第一信使转递信息，则细胞内游离Ca2+迅迅速增多可达速增多可达10-5mol/L，此后再降低至此后再降低至10-7mol/L，完完成信息转递循环。认为成信息转递循环。认为Ca2+是体内第二信使是体内第二信使。上述。上述Ca2+浓度的变化过程呈稳态状，称为浓度的变化过程呈稳态状，称为细胞内钙稳态细胞内钙稳态。 细胞内钙的功能细胞内钙的功能 激动剂刺激引起细胞

21、激动剂刺激引起细胞Ca2+动员，可调节细胞的多动员，可调节细胞的多种生物功能，包括肌肉收缩、神经转导、细胞分种生物功能，包括肌肉收缩、神经转导、细胞分泌、细胞分化和增殖。泌、细胞分化和增殖。Ca2+在细胞功能的调节中起了在细胞功能的调节中起了一种信使作用一种信使作用，负，负责将激动剂的刺激信号传给细胞内各种酶反应系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。统或功能性蛋白。 CaCa2+2+信使作用实现信使作用实现 Ca2+与钙结合蛋白与钙结合蛋白:如钙调蛋白如钙调蛋白(CaM)。 Ca2+与与cAMP： Ca2+与蛋白激酶与蛋白激酶C(PKC)、磷脂酶磷脂酶C(PLC)： Ca

22、2+与离子通道与离子通道： 钙稳态失调的机制钙稳态失调的机制 细胞内钙稳态的失调细胞内钙稳态的失调 细胞细胞CaCa2+2+信号的改变在各种病理及毒理学过程中信号的改变在各种病理及毒理学过程中起重要的作用。在细胞受损时可导致起重要的作用。在细胞受损时可导致CaCa2+2+内流增加，内流增加，或或CaCa2+2+从细胞内贮存部位释放增加，或抑制细胞膜向从细胞内贮存部位释放增加，或抑制细胞膜向外逐出外逐出CaCa2+2+，表现为细胞内表现为细胞内CaCa2+2+浓度不可控制的持续浓度不可控制的持续增加，即打破细胞内钙稳态，或称为增加，即打破细胞内钙稳态，或称为细胞内钙稳态的细胞内钙稳态的失调失调。

23、 钙稳态失调的机制钙稳态失调的机制 钙稳态失调学说钙稳态失调学说 CaCa2+2+这种失调或紊乱，将完全破坏正常生命活动这种失调或紊乱，将完全破坏正常生命活动所必需的由激素和生长因子刺激而产生的短暂的所必需的由激素和生长因子刺激而产生的短暂的CaCa2+2+瞬变，危及细胞器的功能和细胞骨架结构，最终激瞬变，危及细胞器的功能和细胞骨架结构，最终激活不可逆的细胞成分的分解代谢过程。这就是所谓活不可逆的细胞成分的分解代谢过程。这就是所谓中毒机制中钙稳态失调学说。中毒机制中钙稳态失调学说。 钙稳态失调的机制钙稳态失调的机制 钙的浓度变化，可通过下列途径造成细钙的浓度变化，可通过下列途径造成细胞损伤：胞

24、损伤： 正常的激素和生长因子刺激的正常的激素和生长因子刺激的CaCa2+2+信号的受损信号的受损 钙依赖性降解酶的活化，包括蛋白酶、磷脂酶和核钙依赖性降解酶的活化，包括蛋白酶、磷脂酶和核酸内切酶酸内切酶 损伤细胞骨架损伤细胞骨架 损害线粒体损害线粒体 与细胞凋亡有关与细胞凋亡有关 细胞钙稳态的紊乱与细胞毒性细胞钙稳态的紊乱与细胞毒性 重金属离子重金属离子 农药农药 四氯化碳四氯化碳 重金属离子重金属离子 主要有铅和镉。主要有铅和镉。 铅一方面与铅一方面与CaCa2+2+及及CaMCaM结合，激活结合，激活Ca-Ca-CaMCaM依赖酶系。依赖酶系。另一方面高浓度时与细胞内巯基激活，可抑制另一方

25、面高浓度时与细胞内巯基激活，可抑制Ca-Ca-CaMCaM依赖酶系，并呈剂量依赖的双相效应。可见铅的依赖酶系，并呈剂量依赖的双相效应。可见铅的中毒机制中中毒机制中CaCa2+2+有重要意义。有重要意义。 镉可使镉可使CaMCaM含量减少。表现为免疫系统、雄性生殖系含量减少。表现为免疫系统、雄性生殖系统以及心肌等改变，有的可用钙调素拮抗剂来预防统以及心肌等改变，有的可用钙调素拮抗剂来预防或减轻损伤作用。或减轻损伤作用。农药农药 拟除虫菊酯为神经毒化合物，有研究发现拟除虫菊酯为神经毒化合物，有研究发现它可使神经细胞内游离钙浓度增高，可能它可使神经细胞内游离钙浓度增高，可能与其抑制与其抑制Ca2+，

26、Mg2+-ATPase、CaM和磷和磷酸二酯酶酸二酯酶(PEE)有关。当然，拟除虫菊酪有关。当然，拟除虫菊酪对钙稳态的影响有复杂的机制，且与其具对钙稳态的影响有复杂的机制，且与其具体化学结构有关。体化学结构有关。 四氯化碳四氯化碳 它可抑制肝细胞微粒体它可抑制肝细胞微粒体CaCa2+ 2+ - - ATPaseATPase，表现为肝内表现为肝内质网酶活性改变及钙的蓄积。其机制可能是质网酶活性改变及钙的蓄积。其机制可能是CClCCl4 4可可在肝脏氧化产生自由基，后者攻击在肝脏氧化产生自由基，后者攻击CaCa2+ 2+ - -ATPaseATPase上上的巯基，使酶活性下降；另外，的巯基，使酶活

27、性下降；另外，CaCa2+2+浓度增加，可浓度增加，可激活某些酶，如磷酸化酶激活某些酶，如磷酸化酶a a。 三、机体内生物大分子的氧化损伤 自由基的来源与类型 自由基（free radical）是指含有未配对电子的基团、原子或分子。 生物体内的自由基 1. 正常参与线粒体电子转运过程 2. 自由的非结合状态的，能与各种组织成分相互作用的自由基对生命大分子的损害 OH 是最活泼的自由基，也是毒性最大的自由基。它可以使活细胞中的任何分子发生反应而造成损害，且反应速度极快，被破坏的分子涉及糖类、氨基酸、磷脂、核苷和有机酸等。 O2- 的毒性是机体发生氧中毒反应的主要原因，由它引 起的损伤表现为： 1

28、.核酸链断裂、 2.多糖解聚、 3.不饱和脂肪酸的过氧化作用。 结果造成膜损伤、线粒体氧化磷酸化作用的改变等。 所有能产生O2- 的生物系统都通过歧化反应生成H2O2，后者能使少数酶的-SH氧化失活。 1.自由基对核酸的损害 自由基作用于核酸类物质会引起一系列的化学变化，诸如氨基或羟基的脱除、碱基与核糖连接键的断裂、核糖的氧化和磷酸酯键的断裂等。 大剂量的辐射可直接使DNA断裂，小剂量的辐射可使DNA主链断裂、碱基降解和氢键破坏，反应过程主要为辐射引起核酸环境中水分子电解产生OH和O2-等自由基。 C=O C=O HN C-CH3 + OH HN C -CH3 O=C CH O=C CH-OH

29、 N N R RH2O核酸的氧化损伤：核酸的氧化损伤： 1 1碱基损伤碱基损伤 活性氧攻击活性氧攻击DNADNA的靶位点是腺嘌呤与鸟嘌呤的的靶位点是腺嘌呤与鸟嘌呤的C C8 8，嘧啶的嘧啶的C C5 5与与C C6 6双键。其可能的机制为：双键。其可能的机制为：氧自由基直接作用于双键部位，使之获得一个加合氧自由基直接作用于双键部位，使之获得一个加合基而改变其结构。基而改变其结构。OHOH使脱氧核苷脱嘌呤，即自由基可使使脱氧核苷脱嘌呤，即自由基可使DNADNA链上出链上出现无嘌呤或无嘧啶部位。现无嘌呤或无嘧啶部位。OHOH可以自动从胸嘧啶的甲基中除去可以自动从胸嘧啶的甲基中除去H H原子。原子。

30、毒物对靶分子的影响毒物对靶分子的影响核酸的氧化损伤：核酸的氧化损伤：2 2DNADNA链断裂：链断裂： OHOH对对DNADNA的攻击，主要针对的攻击，主要针对DNADNA分子中的核糖部分子中的核糖部分，可能的位置在分，可能的位置在DNADNA分子中核糖的分子中核糖的33和和44碳位上，碳位上，造成造成DNADNA链的断裂。链的断裂。自由基对胸腺嘧啶碱基作用，造成的损害经修复酶自由基对胸腺嘧啶碱基作用，造成的损害经修复酶切除，可产生类似的单链断裂。切除，可产生类似的单链断裂。氧化应激可启动细胞内的一系列代谢过程，激活核氧化应激可启动细胞内的一系列代谢过程，激活核酸酶，导致酸酶，导致DNADNA

31、链的断裂。链的断裂。核酸的氧化损伤：核酸的氧化损伤：DNADNA链断裂在基因突变的形成过程中有重要意义。链断裂在基因突变的形成过程中有重要意义。DNADNA链断裂后，有下列途径产生突变：链断裂后，有下列途径产生突变：DNADNA链断裂造成部分碱基的缺失；链断裂造成部分碱基的缺失；DNADNA链断裂后，正常的细胞将启动修复过程，多种酶链断裂后，正常的细胞将启动修复过程，多种酶可以辨别可以辨别DNADNA内异常，并通过切割、再合成、重合等途内异常，并通过切割、再合成、重合等途径使之修复。如酶也受自由基破坏或功能难以达到修复的径使之修复。如酶也受自由基破坏或功能难以达到修复的要求，可能造成被修复的要

32、求，可能造成被修复的DNADNA碱基的错误掺入和错误编碱基的错误掺入和错误编码；码；可能引起癌基因的活化，或抑癌基因的失活。可能引起癌基因的活化，或抑癌基因的失活。2.自由基对蛋白质的损害 自由基可直接作用于蛋白质，也可通过脂类过氧化物间接作用于蛋白质产生破坏作用。如过氧自由基（ROO）可使蛋白质分子发生交联生成变性的高聚物，其他自由基则可使蛋白质的多肽链断裂，并使个别氨基酸发生化学变化。 ROO +PHROOH+P P：P（聚合反应） NH3+CHCOO-+OH NH3+HOCHCOO R R （氨基酸改变）P （二）蛋白质的氧化损伤（二）蛋白质的氧化损伤1 1机制：机制： (1)对脂肪族氨

33、基酸氧化损伤最常见的途径为：在对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，形成位置上将一个氢原子除去，形成C中心自由基，中心自由基，再加氧其上，生成过氧基衍生物。后者分解成再加氧其上，生成过氧基衍生物。后者分解成NH3及及-酮酸，或生成酮酸，或生成NH3、CO2与醛类或羧酸，破坏与醛类或羧酸，破坏脂肪族氨基酸的结构。脂肪族氨基酸的结构。 (2)芳香氨基酸很少出现芳香氨基酸很少出现-除氢，而多出现羟基衍生除氢，而多出现羟基衍生物。后者可将苯环打开或在酪氨酸处交联成二聚体。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毒物对靶分子的影响（二）蛋白质的氧化损伤

34、（二）蛋白质的氧化损伤 2 2后果后果 3.自由基对糖类的损害 自由基通过氧化性降解使多糖链断裂。如影响脑脊液中的多糖，从而影响大脑的正常功能。 自由基使核糖、脱氧核糖形成脱氢自由基，导致DNA主链断裂或碱基破坏，还可使细胞膜寡糖链中糖分子羟基氧化生成不饱和的羰基或聚合成双聚物，从而破坏细胞膜上的多糖结构，影响细胞免疫功能的发挥。 C=O+OH+H2O CHOH+OH COH+H2O COH COH4.自由基对脂质的损害 4.自由基对脂质的损害 脂质中的多不饱和脂肪酸由于含有多个双键而化学性质活泼，最易受自由基（O2-或OH）的破坏发生过氧化反应。 （CHCHCH2）+R （CHCHCH）+R

35、H （CHCHCH）+O2（ CHCHCH） O O （ CHCHCH）+ （CHCHCH2） O O （ CHCHCH）+ （CHCHCH） O OH（）（）（）（）（）（）（）（）2 2脂质过氧化的后果：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有害的是一些不饱和醛类。对对DNADNA影响：影响： 一是脂质过氧化自由基和烷基自由基可引起一是脂质过氧化自由基和烷基自由基可引起DNADNA碱基，特别是鸟嘌呤碱基的氧化；碱基，特别是鸟嘌呤碱

36、基的氧化； 一是脂质过氧化物的分解产物，丙二醛可以共价一是脂质过氧化物的分解产物，丙二醛可以共价结合方式导致结合方式导致DNADNA链断裂和交联。链断裂和交联。 对低密度脂蛋白对低密度脂蛋白(LDL)(LDL)的作用。的作用。 OOHOOHOOHOOHOOOOHOOO O H夺氢反应双键重排吸收氧五元氧环形成键断裂OOR+O2+RH+RH+R图 氢过氧化脂肪酸通过自由基反应形成共轭双键和丙二醛 引起损伤的因素引起损伤的因素: 自发性损伤自发性损伤(复制中的损伤、碱基的自发性化学改变、复制中的损伤、碱基的自发性化学改变、 自发脱碱基、自发脱碱基、 细胞的代谢产物对细胞的代谢产物对DNA的损伤的损

37、伤) 物理因素引起的损伤物理因素引起的损伤(电离辐射、紫外线电离辐射、紫外线) 化学因素引起的损伤化学因素引起的损伤（烷化剂、碱基类似物）（烷化剂、碱基类似物） 引起损伤的类型：引起损伤的类型： 碱基脱落、碱基（或核苷）改变、错误碱基（碱基的取碱基脱落、碱基（或核苷）改变、错误碱基（碱基的取 代）、碱基的插入或缺失、链的断裂、链交联（链内、链代）、碱基的插入或缺失、链的断裂、链交联（链内、链 间）、间）、嘧啶二聚体嘧啶二聚体等等等等 一一 、DNA损伤的原因及后果损伤的原因及后果电离辐射电离辐射可可见见光光氧自氧自由基由基H+烷化剂烷化剂8-oxoGP/P复制错误复制错误核苷类似物核苷类似物m

38、CUDNA损伤的类型 DNA损伤 碱基损伤 碱基错配 平面大分子嵌入DNA 碱基类似物 碱基化学结构的改变或破坏 DNA链损伤 二聚体的形成 DNA 加成物 DNA-蛋白质交联物 烷化剂引起烷化剂引起DNADNA损伤损伤n 碱基烷基化碱基烷基化: GC ATn 碱基脱落碱基脱落: 甲基磺酸甲酯可使鸟嘌呤7N烷基化，活化糖苷键，连接碱基与五碳糖间的共价键变弱，容易折断缺失碱基，造成脱嘌呤作用。 导致导致DNA断链断链: 磷酸二酯键上的氧被烷基化 导致导致DNA链交联链交联化学损伤化学损伤甲基化甲基化甲基化甲基化甲基化甲基化氧化损伤氧化损伤氧化损伤氧化损伤缺失碱基位点缺失碱基位点DNA受到大剂量紫

39、外线照射时，形成二聚体受到大剂量紫外线照射时，形成二聚体紫外线可引起紫外线可引起DNA的交联的交联, DNA与蛋白质的交联。与蛋白质的交联。电离辐射引起电离辐射引起DNADNA损伤的机理损伤的机理电离辐射引起电离辐射引起DNADNA损伤的机制损伤的机制 自由基损害自由基损害 损伤损伤DNA修复系统修复系统 MCI 假说假说电离辐射引起电离辐射引起DNADNA损伤的类型损伤的类型 产生产生 OH自由基，导致自由基，导致碱基碱基变化变化 脱氧核糖脱氧核糖分解分解 DNA链链断裂断裂 DNA链、蛋白质的链、蛋白质的交联交联第四节解毒（detoxication)解毒（detoxication) 解毒：是指通过生物转化而将终毒物排除，或者阻止毒性产物形成的过程。 在某些情况下，解毒可能与中毒竞争同一化学物解毒途径 1。无功能基团毒物的解毒 无功能基团化学物（苯和甲苯）+功能基团（羟基和羧基） 含功能基团产物+内源性酸如葡萄糖醛酸、硫酸或氨基酸 不活泼、高度亲水的有机酸排除体外cyp4502。亲电子物的解毒 一般亲电子物的解毒是通过与巯基亲核物谷胱甘肽共轭结合而解毒 金属离子Ag2+、Cd2+、Hg2+很容易与谷胱甘肽反应而解毒 酶性抗氧化系统酶性抗氧化系统 a a SODSOD：是一类含有不同辅基的金属结合酶家族，如是一类含有不同辅基的金属结合酶家族