15年12级毒理学讲义-6 2毒性机制Pt2

1、1靶分子的属性(Attributes of Target)n 最终确认引起毒性的靶分子：必须证实F终毒物必须在靶部位达到有效浓度F终毒物与靶分子反应并对其功能产生不良影响F终毒物以所观察的毒效应相关的机制改变靶标6靶分子的属性(Attributes of Target)n 作为靶分子必须具备的条件：F合适的反应性(Reactivity)：足够高浓度的终毒物接近反应活性化学物形成部位代谢酶或邻近细胞结构或活性代谢物扩散至靶向部位核内靶DNAF合适的空间构型(易接近性Accessibility)：容许终毒物发生结合F具有关键功能(Critical Function)5靶分子的属性(Attribut

2、es of Target)n 毒物潜在的靶分子：所有的内源性分子F最常见的是：生物大分子核酸(DNA)、蛋白质(酶、受体)()小分子膜脂质、辅因子(CoA、吡哆醛)F并非都是“一毒一靶”，更多见的是“一毒多靶”n “一毒一靶”和“一毒多靶”F毒物化学反应性/空间结构特定内源分子F毒物一种类型以上化学反应性/空间结构不同机制不同靶分子/靶标4毒物与靶分子的反应(Target Sites & its Response)3思考题n 1) 毒性n 2) 增毒/代谢活化最主要形式n 3) 亲电物的形成n 4) 自由基及其特点n 5) 活性氧(ROS)及其组成实例n 6) 靶分子及其属性n 7) 终毒物与

3、靶分子反应的类型(共价结合)n 8) 毒物对靶分子结构破坏和影响n 9) 细胞应激及其分类和过程n 10) 细胞稳态失调的机制及其后果n 11) 细胞毒性死亡的主要形式(自噬/凋亡/坏死性凋亡/坏死)n 12) 损伤修复的主要形式n 13) 修复障碍及其毒性作用n 2毒作用机制(Toxicological Mechanism)外源化学物中毒(细胞损害)的机理1软、硬亲电物和亲核物软亲电物(electrophiles)特征: 低正电外 层电例如: a,b-不饱和羰基化合物；醌和亚醌硬正电荷、体积小、没有易激发的层电子芳基碳鎓离子；芳基氮宾离子；苄基碳鎓离子；烷基碳鎓离子亲核物(nucleophi

4、les)特征:高极性、低电负性、易氧化例如:半胱氨基/GSH上巯基/蛋氨酸的硫低极性、高电负性、不易氧化赖/精/组AA的一/二级氨基； DNA/RNA嘌呤碱基上的氨基； DNA/RNA嘌呤和嘧啶碱基上的氧8终毒物与靶分子反应的类型(2)n 非共价结合：(noncovalent binding)F以非极互作用、氢键、离子键的形式F与膜受体、胞内受体、离子通道、酶、DNA双链等结合甘氨酸受体AhRCa2+/Cl- 通 道 PKCDNA双螺旋EB / 阿霉素Cd2+PME番木鳖碱TCDDF空间结构与内源性分子的结合部位互补(“钥匙与锁”)F通常是可逆性结合(结合键能相对较低)92终毒物与靶分子反应的

5、类型(5)n 酶促反应：(enzymatic reaction)F毒素作用于特定的靶分子蓖麻蛋白白喉毒素霍乱毒素蛇毒酶核糖体水解 阻断延伸因子 激活G蛋白破坏生物分子12终毒物与靶分子反应的类型(4)n 电子转移(Electron transfer)：如：Hb-Fe3+ Fe2+11终毒物与靶分子反应的类型(3)n 去氢反应(Hydrogen abstraction)：F自由基内源性分子去除氢原子内源性自由基启动级联反应内源性分子破坏毒性损伤自由基R-SH游离AA或Pr氨基Pr酪AA残基脱氧核糖脂肪酸酸残基的CH2硝基化去氢反应R-S 羰基化合物酪氨酰自由基与 C-4-自由基 脂质自由基巯基氧

6、化物NO2共价结合蛋白质变性DNA交联信号转导途径障碍 DNA断裂 脂质过氧化酶/受体失活蛋白质交联10终毒物与靶分子反应的类型(1)n 共价结合：(covalent binding)F实际是不可逆性结合(持久地改变内源分子)F常见于亲电毒物与生物大分子的亲核原子反应非离子/阳离子亲电物蛋白质、核酸自由基阳离子也见于中性自由基与生物分子的共价结合 OH、 NO2、Cl3C 脂质、DNA碱基少见于亲核毒物与亲电内源性分子的反应胺类、肼类吡哆醛CO、CN-、H2S、-N3(Hb)Fe2+F亲电原子对亲核原子结合的选择性取决于电荷/半径比：软亲电物软亲核物 (较低的电荷/半径比)硬亲电物硬亲核物 (

7、较高的电荷/半径比)7毒物对靶标靶分子的影响(1)靶分子功能失调毒物模拟内源性配体激活靶受体如：受体；氯苯丁酯PPAR；毒物抑制/阻断(膜)通道/离子(电子)转运如：河豚毒vNa2+开放；Cd2+离子转运蛋白；毒物蛋白质构型改变功能受损 如：骨架蛋白聚合/解聚损害；毒物蛋白质(巯基)修饰催化/转录/信号调控功能受损如：酶活性；Ca2+泵；TFs甲基化；信号转导；毒物核苷酸碱基/序列/结构异常干扰DNA模板功能如：AFB1错配/突变；阿霉素框移；F受体F通道F蛋白质F核酸133毒物对靶标微环境的影响生物学微环境F酸/解偶联剂H+改变/质子分离Mj质子梯度消失ATP合成障碍如：酸/代谢酸、(疏质子

8、解偶联剂)硝基酚/五氯酚；F 膜脂质生物理化性状改变、跨膜溶质梯度破坏膜功能改变如：(穿膜溶质梯度)溶剂、去垢剂；F 占据生物理化位置或空间如：乙二醇沉淀；磺胺类胆红素结合位点；CO2窒息；18毒物对靶标靶分子的影响(3)靶分子蛋白变性/外源蛋白(抗原性)F外源物/代谢物共价结合变性蛋白激发免疫应答如： 高反应性化学物(青霉素、Ni、化妆品)自发结合于Pr 漆酚(毒长春藤)自氧化醌类氟烷CYP酶促转化三氟乙酰氯半抗原诱导抗体 肝炎样综合征亲核性药物(芳香胺、巯基化合物)激活粒细胞POase/ROS/RNS氧化活性代谢物+细胞表面蛋白抗原17毒物对靶标靶分子的影响(2)靶分子结构破坏/异常F断裂

9、脂质降解：/降解如：自由基脂肪酸去氢脂质过氧化级联破坏细胞膜/膜蛋白反应反应蛋白质降解：如：毒素/辐射蛋白/多肽水解降解；ONOO- 破坏乌头酸酶辅基影响柠檬酸循环氨基酸残基自由基攻击蛋白变性/降解DNA断裂：如：OH碱基环破坏“复制断裂”阻断复制 OH核糖去H C-4SSBs/DSBs 致死效应16毒物对靶标靶分子的影响(2)靶分子结构破坏/异常F交联交联初级结构改变功能抑制如：双功能亲电物骨架蛋白/DNA/DNA-蛋白交联 OH大分子活性亲电物与亲核部位反应(交联) OH大分子活性自由基自由基交互反应(交联)15毒物对靶标靶分子的影响(2)靶分子结构破坏/异常F加合物形 DNA加合物、蛋白

10、质加合物、DNA-蛋白加合物成如：加合物复制/转录/翻译改变表达异常加合物脱嘌呤/嘧啶无嘌呤/嘧啶部位致突变144小结(复习8) 毒物对靶分子结构破坏和影响靶分子生物学微环境功能失调 结构破坏/异常蛋白变性/外源蛋白(抗原性)F受体F加合物形成F通道F交联F蛋白质F断裂F核酸/降解23小结(复习7) 终毒物与靶分子反应的类型(1)n 共价结合：(convalent binding)F实际是不可逆性结合(持久地改变内源分子)F常见于亲电毒物与生物大分子的亲核原子反应非离子/阳离子亲电物蛋白质、核酸自由基阳离子也见于中性自由基与生物分子的共价结合 OH、 NO2、Cl3C 脂质、DNA碱基少见于亲

11、核毒物与亲电内源性分子的反应胺类、肼类吡哆醛CO、CN-、H2S、-N3(Hb)Fe2+F亲电原子对亲核原子结合的选择性取决于电荷/半径比：软亲电物软亲核物 (较低的电荷/半径比)硬亲电物硬亲核物 (较高的电荷/半径比)22小结(复习6) 靶分子及其属性n 毒物潜在的靶标：所有的内源性分子F最常见的是：生物大分子核酸(DNA)、蛋白质(酶、受体)()小分子膜脂质、辅因子(CoA、吡哆醛)F并非都是“一毒一靶”，更多见的是“一毒多靶”n 作为靶分子必须具备的条件：F合适的反应性(Reactivity)：足够高浓度的终毒物接近反应活性化学物形成部位代谢酶或邻近细胞结构或活性代谢物扩散至靶向部位核内靶DNAF合适的空间构型(易接近性Accessibility)：容许终毒物发生结合F具有关键功能(Critical F