2022年医学专题-第六节-呼吸毒剂的作用机理

第六节呼吸毒剂的作用(zuòyòng)机理

外呼吸抑制剂：起物理(wùlǐ)作用的，引起昆虫窒息，由于堵塞或覆盖了昆虫气门而不能呼吸，即阻断了昆虫气管内的气体与外界空气的交换。

内呼吸抑制剂：对呼吸酶系的抑制，即内呼吸的抑制，也即抑制了氧化代谢。多数呼吸毒剂属于后一类，如各种熏蒸毒气、鱼藤酮、氟乙酸及其衍生物等。

呼吸(hūxī)毒剂：第一页，共四十四页。呼吸(hūxī)生理生物氧化的涵义

糖、脂、蛋白质等有机物质在活细胞内氧化分解，产生CO2、H2O并放出能的作用称生物氧化。生物氧化实际上是需氧细胞呼吸作用中的一系列氧化还原作用。生物氧化与体外的化学氧化实质相同(xiānɡtónɡ)，即一种物质丢失电子是氧化，得到电子是还原。所不同者，生物氧化是在活细胞内进行，而且必须在有酶参加和在一定条件（温度和pH等都不偏高、偏低）下进行，放出的能主要以ATP及肌酸磷酸形式储存起来供需要时使用。第二页，共四十四页。肌酸磷酸：贮存(zhùcún)能量作用的物质，当ATP浓度高时，肌酸就通过酶的催化，直接接受ATP的高能磷酸基团形成磷酸肌酸；反之，磷酸肌酸又将高能磷酸基团转移至腺苷二磷酸(ADP)或ATP。因此它是ATP高能磷酸基团的贮存库。第三页，共四十四页。生物氧化的一般原理

在生物氧化过程中代谢物质（糖、脂、氨基酸等）首先(shǒuxiān)经脱氢酶催化脱氢，脱出的氢一般须经一或以上的递氢体沿呼吸链的一定方向传递。当氢被传到细胞色素b时，2个氢（2H）放出2个电子（2e-），其本身变为质子（H+）暂留溶液中，电子则通过细胞色素体系传到分子氧。此时氧化酶的金属离子将电子传给分子氧，使之激活变为离子O2-，2H+与O2-结合成水。在氢与电子传递过程中，有三处放出能量，放出的能量通过氧化磷酸化作用产生ATP。

氧化磷酸化是指在生物氧化过程中伴随着ATP生成的作用。具体说，就是代谢物被氧化释放的电子通过一系列电子递体从NADH或FADH2传到O2并伴随将ADP磷酸化产生ATP的过程。

第四页，共四十四页。细胞(xìbāo)“燃烧”一分子葡萄糖产生多少ATP？葡萄糖中大约(dàyuē)40%-50%的能量被转化储存在ATP中，而汽车发动机只有15%-25%转化为动能，细胞呼吸的产能效率高。第五页，共四十四页。

电子传递系统是由NAD或NADP、FMN或FAD，辅酶Q和多种细胞色素所组成，它们都是可逆的氧化还原(huányuán)系统。氧化型递体接受氢原子或电子后变为还原(huányuán)型、还原(huányuán)型递体失去氢或电子又变为氧化型。细胞色素只传递电子，其余递体可递氢亦可递电子，整个体系又称电子传递体系或呼吸链。

生物(shēngwù)氧化的一般原理第六页，共四十四页。

三羧酸循环的每一步都有特殊的酶催化(cuīhuà)。与毒理有关的酶有：从柠檬酸由乌头酸酶催化形成乌头酸，转而再形成异柠檬酸的过程；由琥珀酰辅酶A形成α-酮戊二酸的α-酮戊二酸去氢酶。

呼吸链和三羧酸循环同样重要，因为它是所有物质共同呼吸过程。在糖解和三羧酸循环的多个过程中，NAD+辅因子还原为NADH，琥珀酸盐（或酯）脱氢酶与黄素（FAD）相结合也还原为FADH2，这两个辅因子通过呼吸链携带电子传送而构成氧化-还原，质子最终传送到氧，将氧还原为水。第七页，共四十四页。第八页，共四十四页。1作用于三羧酸循环(xúnhuán)的呼吸毒剂

1.1氟乙酸、氟乙酰胺、氯乙酰苯胺等1.2亚砷酸盐类2作用于呼吸链的呼吸毒剂

2.1在NAD+与辅酶Q之间起作用的抑制剂2.2琥珀酸氧化作用抑制剂2.3在Cytb及CytCl之间起作用的抑制剂2.4细胞色素C氧化酶的抑制剂3氧化磷酸化作用的抑制剂（解偶联剂）3.1

二硝基苯酚类3.2吡咯类化合物4能量转移系统（磷酸化作用）抑制剂内呼吸(hūxī)抑制剂：第九页，共四十四页。1作用(zuòyòng)于三羧酸循环的呼吸毒剂1.1氟乙酸、氟乙酰胺、氯乙酰苯胺等

该类化合物都是在水解转变成氟乙酸后，与乙酰辅酶A结合形成一个复合物，然后与草酰乙酸结合，形成氟柠檬酸而抑制了乌头(wūtóu)酸酶（aconitase）,使柠檬酸不能转变为异柠檬酸，因而阻断了三羧酸循环。第十页，共四十四页。1.2亚砷酸盐类该类化合物主要是抑制(yìzhì)α-酮戊二酸脱氢酶，使得酮戊二酸积累而影响三羧酸循环，更重要的是由于影响氨基酸的相互转化而造成其他代谢的混乱。1作用于三羧酸(suōsuān)循环的呼吸毒剂第十一页，共四十四页。CoASHNADH+H+NAD+CO2NAD+NADH+H+CO2GTPGDP+PiFADFADH2NADH+H+NAD+H2OH2OH2OCoASHCoASH⑧①②③④⑤⑥⑦②H2O①柠檬酸合酶②顺乌头(wūtóu)酸酶③异柠檬酸脱氢酶④α-酮戊二酸脱氢酶复合体⑤琥珀(hǔpò)酰CoA合成酶⑥琥珀酸脱氢酶⑦延胡索酸酶⑧苹果酸脱氢酶GTPGDPATPADP核苷二磷酸激酶氟乙酸亚砷酸盐类第十二页，共四十四页。2作用(zuòyòng)于呼吸链的呼吸毒剂

对呼吸链起作用(zuòyòng)的呼吸毒剂可以分为四大类：2.1在NAD+与辅酶Q之间起作用(zuòyòng)的抑制剂

主要有鱼藤酮及杀粉蝶素A及B。第十三页，共四十四页。2.1.1鱼藤酮

鱼藤对l5个目，137科的800多种害虫具有一定的防治效果，作用谱广，尤其对蚜螨类害虫效果突出。鱼藤酮的作用方式:触杀、胃毒作用、拒食、生长发育抑制作用；抑制(yìzhì)某些病菌孢子的萌发和生长，或阻止病菌侵入植株第十四页，共四十四页。作用机理：

早期的研究表明鱼藤酮的作用机制主要是影响昆虫的呼吸作用，主要是与NADH脱氢酶与辅酶Q之间的某一成分发生作用。鱼藤酮使害虫细胞的电子传递链受到抑制，从而降低生物体内的ATP水平，最终(zuìzhōnɡ)使害虫得不到能量供应，然后行动迟滞、麻痹而缓慢死亡。2.1.1鱼藤酮第十五页，共四十四页。2.1.1鱼藤酮

作为与吡啶核苷酸（NAD）相联系的氧化酶（L-谷氨酸氧化酶）的特异性抑制剂，切断了呼吸链上NAD+与辅酶Q之间的联系。谷氨酸在脑的功能中极为重要，并且它是呼吸过程中大脑中唯一氧化的氨基酸。因作用于呼吸酶而抑制了L-谷氨酸的氧化作用。谷氨酸氧化作用的抑制乃是杀死昆虫的主要原因。鱼藤酮中毒的试虫表现出活动迟滞，随后昏迷、死亡的症状，类似(lèisì)于神经毒剂，只是没有兴奋期。第十六页，共四十四页。2.1.1鱼藤酮

另外，鱼藤酮对许多生物细胞线粒体中的反丁烯二酸还原酶、甘露醇合成酶丁二酸等都具有(jùyǒu)一定的抑制作用。鱼藤酮还可干扰菜粉蝶的正常生长发育，蜕皮异常及畸形虫，可能是由于鱼藤酮抑制了呼吸作用而使能量降低所致。第十七页，共四十四页。

鱼藤酮还可抑制细胞中纺锤体微管的组装，并在体外证明抑制微管的形成，推测鱼藤酮是以一种可逆的方式联接在微管蛋白上而抑制了微管的形成。从遗传学的角度来看，纺锤体形成受到抑制必然影响细胞的正常分裂，从而可推论鱼藤酮可能通过(tōngguò)这一途径影响虫体的生长。此外，鱼藤酮处理菜粉蝶幼虫会使虫体体壁蛋白质组成发生改变，使总蛋白的量降低，体壁蛋白的变化必定影响体壁结构。2.1.1鱼藤酮第十八页，共四十四页。

许多化合物，包括抗生素及麻醉剂放线菌素A某些(mǒuxiē)昆虫的毒素2.1.2杀粉蝶(fěndié)素2.2琥珀酸氧化作用抑制剂

在杀虫药剂中较少。滴滴涕在高浓度时有作用(zuòyòng)。放线菌素A也是该酶的抑制剂。2.3在Cytb及CytCl之间起作用的抑制剂2.1在NAD+与辅酶Q之间起作用的抑制剂第十九页，共四十四页。2.4细胞(xìbāo)色素C氧化酶的抑制剂

细胞色素(sèsù)C氧化酶为一外周蛋白，位于线粒体内膜的外侧，其辅基是血红素，血红素通过共价键与酶蛋白相联。细胞色素(sèsù)C氧化酶是末端氧化酶，它的抑制使呼吸链在末端阻断，结果使所有在呼吸链中的化合物都处于还原态。多数抑制剂是与细胞色素(sèsù)C氧化酶的血红素部分发生化学结合而产生抑制作用。第二十页，共四十四页。

HCN等熏蒸毒气和有机硫氰酸酯类化合物的作用实际上是释放出HCN，CN-与血红素侧链上的甲酰基起反应，而抑制了分子氧与血红素的结合，导致(dǎozhì)死亡。Structureofcytc&cytc1第二十一页，共四十四页。2.4细胞(xìbāo)色素C氧化酶的抑制剂但Boveris等认为氢氰酸抑制昆虫呼吸传递链中的细胞色素(sèsù)氧化酶后，能阻断电子由NADH脱氢酶向氧的传递，使氧气不能被还原，导致线粒体产生0-，0-可被SOD(超氧化物歧化酶)歧化成过氧化氢，从线粒体释放出来。当过氧化氢积累到一定程度时就会对昆虫产生细胞毒性而引起昆虫的死亡。第二十二页，共四十四页。2.4细胞(xìbāo)色素C氧化酶的抑制剂

磷化氢：

磷化氢在有氧的条件下，先形成一个氧化物，然后再和细胞色素C氧化酶的氧化中心(zhōngxīn)起作用。磷化氢对细胞色素氧化酶的抑制作用一直被认为是磷化氢对昆虫致死的主要原因。

第二十三页，共四十四页。

但在体外磷化氢对细胞色素氧化酶活力有明显抑制作用，而体内几乎没有任何抑制作用。所以：磷化氢的作用机制之一是由于磷化氢抑制昆虫线粒体而在呼吸过程中使氧气不能被还原，产生了0-，0-又被SOD歧化为过氧化氢，当昆虫对磷化氢吸收较少时，过氧化氢可及时被过氧化氢酶和过氧化物酶所消除，不会对昆虫造成不可逆毒害，但如果昆虫对磷化氢吸收量较多，产生的过氧化氢不能被过氧化氢酶和过氧化物酶及时地完全消除，过氧化氢就在昆虫体内积累，达到(dádào)一定程度时便对昆虫产生细胞毒性而引起细胞死亡。磷化氢：第二十四页，共四十四页。电子传递抑制剂

NADHFMNCoQFe-SCytc1O2CytbCytcCytaa3Fe-SFMNFe-S琥珀酸复合物II复合物IV复合物I复合物III鱼藤酮安密妥抗霉素A氰化物CO安密妥

安密妥

第二十五页，共四十四页。3氧化(yǎnghuà)磷酸化作用的抑制剂（解偶联剂）

氧化磷酸化是与呼吸链相偶联的，任何作用于呼吸链的毒剂均会影响(yǐngxiǎng)到氧化磷酸化作用。二硝基酚类和溴虫腈可以携带H往返于线粒体膜两侧而消除H弄浓度差故其作用机理就是解除氧化磷酸化的耦联过程。第二十六页，共四十四页。

氧化(yǎnghuà)磷酸化的偶联机理

化学渗透假说

(chemiosmotichypothesis)1961年由PeterMitchell提出(tíchū)。电子经呼吸链传递时，可将质子（H+）从线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内外质子电化学梯度储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动ADP与Pi生成ATP。第二十七页，共四十四页。ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸H+1/2O2+2H+H2OADP+PiATPH+H+H+胞液侧基质(jīzhì)侧++++++++++---------化学(huàxué)渗透假说详细示意图第二十八页，共四十四页。解偶联蛋白作用(zuòyòng)机制（棕色脂肪组织线粒体）ⅢⅠⅡF0F1ⅣCytcQ胞液侧基质(jīzhì)侧解偶联蛋白(dànbái)热能

H+H+ADP+PiATP第二十九页，共四十四页。3.1二硝基苯酚类二硝基苯酚(běnfēn)类的多种杀螨剂（敌螨普、敌螨死、地乐消）均为氧化磷酸化的解偶联剂。其作用机理为：使呼吸链和氧化磷酸化不能偶联起来，电子可以传递，但不能生产ATP。五氯苯酚(běnfēn)也属于这一类。有些带硝基苯的有机磷类杀虫剂、滴滴涕及杀虫脒等在高浓度时也有一定作用。第三十页，共四十四页。2,4-二硝基苯酚的解偶联作用(zuòyòng)NO2NO2O-NO2NO2OHNO2NO2O-NO2NO2OHH+H+线粒体内膜内外第三十一页，共四十四页。3.2吡咯类化合物

链霉菌(méjūn)属真菌Streptomycesfumanus双氧吡咯霉素（dioxapyrrolomycin）溴虫腈（chlorfenapyr,CL303,630）低毒、高效、广谱，具有胃毒和一定的触杀作用及内吸活性，且在作物上有中等持效。对钻蛀、刺吸和咀嚼式害虫以及螨类的防效优异，具有新的作用方式，且与其它杀虫剂无交互抗性，对抗性害虫防效卓越，对作物安全，是一个极具特色的高效杀虫杀螨剂新品种。溴虫腈属中毒农药。第三十二页，共四十四页。作用机理(jīlǐ)：溴虫腈是一个呼吸作用抑制剂，为氧化磷酸化解偶联剂，主要作用于昆虫细胞线粒体膜而阻断质子穿过线粒体膜，使线粒体产生ATP的能力减弱，导致细胞受损，最终死亡。进一步研究表明，溴虫腈实际上是在昆虫体内被微粒体氧化酶和谷胱甘肽转移酶氧化代谢为毒力更高的化合物而起作用的。3.2吡咯(bǐluò)类化合物第三十三页，共四十四页。

化合物前体亲脂性强，但跨膜运输时酸性不够，因此(yīncǐ)在昆虫体内代谢成酸性较强的产物。第三十四页，共四十四页。溴虫腈的解偶联作用(zuòyòng)H+线粒体内膜内外第三十五页，共四十四页。

氧化磷酸化抑制剂（oxidativephosphory-lation

inhibitor）主要是指直接作用于线粒体F0Fl－ATP合酶复合体中的Fl组分而抑制ATP合成(héchéng)的一类化合物。寡霉素（oligomycin）是这类抑制剂的一个重要例子，它与F0的一个亚基结合而抑制Fl；另一个例子是双环己基碳二亚胺（dicyclohexylcarbodiimide，DCC），它阻断F0的质子通道。

4能量转移系统(xìtǒng)（磷酸化作用）抑制剂第三十六页，共四十四页。头部含5种不同的亚基（3、3、1、1、1

）OSCP是能量转换通道F0与线粒体电子传递系统连接（质子通道）第三十七页，共四十四页。1979年Boyer.P提出构象(ɡòuxiànɡ)耦连假说事实上将H+渗透学说与构想耦联假说综合(zōnghé)起来可完整地理解氧化磷酸化原理。1.ATP酶利用质子动力势发生构象改变，改变与底物的亲和力，催化ADP与Pi形成ATP；2.F1具有三个催化位点。在特定时间其催化位点构象不同（L、T、O），与核苷酸的亲和力不同；3.质子通过F0时，引起C亚基构成的环旋转，带动γ亚基旋转。因其不对称性故引起β三个亚基3个催化位点构象