第3章_生物转运和生物转化06.ppt

1、1,第3章 外源化合物在体内的生物转运与转化,2,机体对化学物质的处置可以简单地分成相互有关的吸收、分布、代谢及排泄四个过程，即ADME过程，A：absorption; D: distribution; M: metabolism; E: excretion。其中: 化学物质在体内的吸收、分布和排泄过程，称为生物转运； 化学物质在体内的代谢过程，称为生物转化。,3,主要内容,第1节 生物膜和生物转运 第2节 吸 收 第3节 分 布 第4节 排 泄 第5节 毒物的代谢转化 第6节 毒物代谢动力学,4,第一节 生物膜和生物转运,外源性化学物的生物转运过程（吸收、分布、排泄）是通过生物膜屏障的过程。

2、 生物膜包括细胞膜（质膜）和细胞器膜的总称。,5,生物膜,组成,脂质: 磷脂双分子层,糖,蛋白质：结构蛋白、受体、酶、载体、 离子通道等,结构：液态镶嵌模型,功能,隔离功能,生化反应和生命活动的场所,内外环境物质交换的屏障,生物膜的结构,6,生物转运,主动转运 (active transport),被动转运,膜动转运,简单扩散(simple diffusion),易化扩散(facilitated diffusion),滤过(filtration),胞吞(endocytosis),胞吐(exocytosis),生物转运的主要方式,7,一、简单扩散,1、简单扩散的概念: 外来化合物在体内的扩散是依

3、其浓度梯度差决定物质的扩散方向，即由生物膜的分子浓度较高的一侧向浓度较低的一侧扩散，当两侧达到动态平衡时，扩散即中止。 2. 简单扩散的特点： 不需要消耗能量，不需要载体，不受饱合限速与竞争性抑制的影响。,8,3、简单扩散能够进行的条件： 膜两侧存在浓度梯度。如O2由肺泡进入血液和CO2由血液进入肺泡细胞。 外源化合物有脂溶性。外源化合物的脂溶性可以脂水分配系数来表示，即当一种物质在脂相和水相的分配达到平衡时，其在脂相和水相中溶解度的比值。一般来说，脂水分配系数越大，越容易透过生物膜而进行扩散。 外源化学是非解离状态。解离型，极性大，脂溶性小，不易通过生物膜；反之，非离解状态的化学物容易透过。

4、因此弱有机酸在酸性环境中，弱有机碱在碱性环境中多处于非解离状态，易于透过生物膜。,9,二、易化扩散,1、易化扩散的概念： 非脂溶性的化学物，不能以简单扩散形式透过生物膜，它们可以与膜 上的载体结合由高浓度向低浓度处转运。 如葡萄糖、某些氨基酸、甘油、嘌呤碱等亲水化合物，可在特定载体和顺浓度梯度的情况下进行转运。,2、易化扩散的特点： 顺浓度梯度进行，不消耗谢能量。 需要载体。 转运非脂溶性化学物； 具有特异性和饱合性。,11,三、滤过,1、滤过的概念 滤过是指化学物质透过生物膜上亲水性孔道的过程。 主要动力是：渗透压梯度和液体静压。 主要转运物质：分子直径小于膜孔的水溶性化学物，以水作为载体而

5、转运。,2、滤过的特点 不同生物膜孔径差别很大。肾小球中的生物膜孔径大（约70 nm)，能够允许分子量小于白蛋白(约 60 kD)的物质通过。相反，其它细胞膜孔比较小，仅允许100-200D以下的物质通过。除水分子外，有些无机离子和有机离子等外源化学物，亦可滤过。,12,13,四、主动转运,1、主动转运的概念 外来化合物透过生物膜由低浓度处向高浓度处移动的过程。 主动转运对于已吸收的化学物在体内的不均匀分布和排泄具有重要意义。如: 许多外源化学物的代谢产物经由肾脏和肝脏排出； 机体需要的某些营养物质如某些糖类、氨基酸、核酸和无机盐等由肠道吸收进入血液。,14,2、主动转运的主要特点 可逆浓度梯

6、度转运，消耗能量； 转运过程需要载体参加； 载体对转运的化学物有特异选择性； 受饱合限速和竞争性抑制的影响。载体是生物膜的组成成分，所以有一定的容量；当化合物浓度达到一定程度时，载体可以饱和，转运即达到极限；如果两种化合物基本结构相似，在生物转运过程中又需要同一转运系统，两种化合物之间可出现竞争，并产生竞争抑制。,15,五、膜动转运,胞吞：液体或固体外来化合物被伸出的生物膜包围，然后将被包围的液滴或较大颗粒并入细胞内，达到转运的目的，前者称为胞饮，后者称为吞噬。入侵的细菌、病毒、死亡的细菌、组织碎片、铁蛋白等可通过吞噬作用被细胞清除。 胞吐：某些颗粒物液态大分子物质可从细胞内转运到细胞外，如腺

7、体分泌及递质释放。 膜动转运对外源化学物或异物的清除转运具有重要意义。,16,第二节 吸收,一、基本概念 1、吸收（absorption) 吸收是指外源化学物从接触部位，通常是机体的外表面或内表面的生物膜转运至血循环的过程。外源性化学物主要是通过消化道、呼吸道和皮肤吸收。 2、首过效应（first-pass effect） 外源性化学物在从吸收部位转运到体循环的过程中，已经开始被消除，此即首过效应或首过消除。,17,对于经胃肠道吸收的化学物，首过消除非常多见。因为它们在经体循环到达机体其它部位前，首先要经过胃肠道粘膜细胞、肝和肺的首过消除。 首过效应可以减少经体循环到达靶器官组织的外源性化学物

8、的数量，可能减轻毒性效应。 乙醇可被胃粘膜的醇脱氢酶氧化； 吗啡在胃肠道粘膜细胞和肝脏与葡糖醛酸结合； 锰经门静脉进入肝脏后排泄到胆汁。,18,二、主要吸收途径,经胃肠道吸收 经呼吸道吸收 经皮肤吸收 其它途径吸收,19,1.经胃肠道吸收,、经胃肠道吸收 胃肠道是外来化合物最主要吸收途径。许多外来化合物可随同食物或饮水进入消化道并在胃肠道中吸收。外来化合物在胃肠道的吸收可在任何部位进行，但主要在小肠。 毒物经胃肠道的吸收途径，绝大数物质是经简单扩散方式进行。相对来说，经主动转运吸收的毒物比较少。,20,经简单扩散吸收,经简单扩散吸收，主要取决于外源性化学物的脂溶性、pKa, 以及胃肠道腔内的P

9、H值。 如由于胃液酸度极高(pH 1.0)，弱有机酸类物质多以未能解离形式存在，所以容易吸收；但弱有机碱类物质，在胃中离解度较高，一般不易吸收。 有机碱易在肠道中吸收。小肠内内酸碱度相对趋向中性(pH 6.6)，化合物离解情况与胃内不同。例如，弱有机碱类在小肠主要呈非离解状态，因此易被吸收。,21,一些外源性化学物的结构或者性质与机体的营养素相似时，可以借助这些相同的特殊转运系统而吸收。 钴、锰可以利用铁的转运系统； 铅可以利用钙的转运系统； 5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil）可以利用嘧啶转运系统；,22,2. 经呼吸道吸收,空气中的外源性化学物主要从呼吸道吸收，其中以肺泡吸收为主。

10、 （1）气态物质的吸收 A、气态物质的水溶性影响其吸收部位。 易溶于水的气体在上呼吸道吸收，如二氧化硫、氯 气等； 水溶性差的气体则可深入到肺泡，如光气、NO2。 B、气态物质到达肺泡后，主要通过简单扩散透过呼吸膜而进入血液，这一过程受血气分配系数的影响。,23,呼吸膜由6层结构组成：含有表面活性物质的液体分子层、肺泡上皮细胞、肺泡上皮基膜、组织间隙、毛细血管基膜和毛细血管内皮细胞。,24,血气分配系数: 气态物质在呼吸膜两侧的分压达到动态平衡时，在血液中的浓度与在肺泡空气中浓度之比，称为血气分配系数。血气分配系数越大，即溶解度越高，表示该气体越易被吸收。 血气分配系数低的气态化学物质经肺吸收

11、的速率主要取决于肺血流量； 血气分配系数高的气态化学物质经肺吸收的速率主要取决于呼吸频率和深度。,25,（2） 气溶胶物质的吸收 影响气溶胶物质的吸收的重要因素是气溶胶中颗粒的大小和化学物质的水溶性。 A、气溶胶沉积的部位主要取决于颗粒物的大小。 直径在5 um以上的颗粒物质通常在鼻咽部吸收； 直径在2-5 um的颗粒物质主要沉积在肺的气管支气管区域； 直径在1 um及以内的颗粒物可以到达肺泡。 B、颗粒物质的水溶性。 可溶性有毒颗粒很快能被吸收入血，引起中毒； 不溶性颗粒则可引起尘肺病。,26,3. 经皮肤吸收,皮肤是机体与外界环境的屏障。许多化学物能通过皮肤大量地吸收，产生全身毒性。,27

12、,化学物质经皮肤吸收，一般可分为两个阶段。 第1阶段：外源物质以简单扩散透过皮肤表皮，即角质层（stratum corneum）的过程，为穿透阶段。 第2阶段：即由角质层进入表皮深层（颗粒层、棘层和生发层）和真皮（dermis），并被吸收入血，为吸收阶段。 经皮肤吸收主要机理是简单扩散，扩散速度与很多因素有关。在穿透阶段主要影响因素是外来化合物分子量的大小、角质层厚度和外来化合物的脂溶性。,28,影响皮肤吸收的化学物本身因素,与化学物的脂溶性有关。非极性化合物通过表皮的速度与脂溶性高低，即脂/水分配系数成正比。 与分子量成反比。分子量大于300的物质不易通过无损的皮肤。 尽管脂溶性高的物质能够

13、容易透过角质层，但到了真皮就成了限速因素。在吸收阶段，外来化合物必须具有一定的水溶性才易被吸收。同时具有一定的脂溶性和水溶性的化合物（脂/水分配系数接近于1），易被吸收进入血液。而高脂溶性或高水溶性都难于通过皮肤吸收。,29,影响皮肤吸收的其它因素,皮肤的完整性，尤其是角质层的完整性； 气温、湿度的影响：水对皮肤的通透性有重要影响。通常情况下，角质层含水7%左右，当与水接触后重量增加5倍，通透性增加2-3倍。温度升高能通过加快皮肤血流，增加皮肤通透性，增加毒物吸收。这一点对于某些毒物的职业暴露尤为重要。如农民的杀虫剂中毒。 人体不同部位的皮肤（角质层厚度）毒物的通透性不同。阴囊腹部额部手掌足底

14、。 不同物种动物的皮肤通透性不同，大鼠、兔的皮肤通透性大于人，豚鼠、猪和猴的皮肤通透性与人相似。,30,4. 其它途径吸收,其它途径吸收 静脉注射： 腹腔注射： 肌肉和皮下注射。,31,第三节 分布,.分布概念 分布是外源化学物通过吸收进入血液或其它体液后，随着血液或淋巴液的流动分散到全身各组织的过程。 .影响外源性化学物分布的主要因素 器官或组织的血流量。 器官或组织与外源性物质的亲和力。,32,在外源性化学物的初始分布阶段主要取决于器官或组织和灌注速率，因此在初始分布阶段，灌注好的器官中毒物的浓度高。灌注速率高的器官有肺肾肝心脑等，灌注速率低的器官组织有皮肤、骨胳肌、脂肪等。 随着时间的延

15、长，受到外源性化学物经膜扩散速率和器官组织对化学物质亲和力的影响，引起外源性化学物的再分布。 如铅一次经口染毒后二小时，剂量的50%在肝内，一个月后铅在体内的残留剂量的90%与骨结合。,33,.毒物在组织中的贮存的意义 对急性中毒具有保护作用，可减少在靶器官中的外源性化学物的浓度； 贮存库的毒物与血浆中的毒物之间存在动态平衡，当血浆中的游离毒物被除之后，贮存库中的化学物就会重新释放进入血液，而成为血液中游离型毒物的来源，具有潜在的危害。,34,. 体内主要的贮存库 血浆蛋白。外源化学物进入血液之后往往与血浆蛋白，尤其是血浆白蛋白结合。这种结合是可逆的。 肝肾。肝肾既是一些外源性化学物的贮存库，

16、又是体内有毒物质转化和排泄的重要器官。 肝内有一种配体蛋白，能与多种有机酸结合； 肝肾还有金属硫蛋白：能与镉、铅、汞等结合。,35,脂肪组织。脂溶性有机物易于蓄积在体脂内，如有机氯农药等，并不呈现生物学活性。因此这一类毒物对肥胖者比消瘦者毒性小。但值得注意的是，当脂肪迅速动员时，可使血中的毒物浓度突然升高，而引起中毒。 骨骼。骨骼也可作为许多外来化合物的贮存沉积场所。骨骼中某些成分与某些外源性化学物具有特殊亲和力。 铅可取代骨骼中的钙，而贮存于骨中。 氟离子可替代羟基磷灰石中的OH，使骨氟含量上升，引起氟骨病。,36,、体内特殊屏障 血脑屏障(blood-brain barrier) 血脑屏障

17、并非是对毒物的进入中枢神经系统的完全屏障，仅表现为较身体其他多数部位的通透性小。炎症时可改变其通透性。新生儿由于血脑屏障没有发育完全，因此吗啡、铅等物质对他们的毒性大。,37, 胎盘屏障(placental barrier) 关于胎盘屏障是否能够防止毒物从母体进入胚胎，至今没有得出明确的结论。相反，有些毒物则可以通过胎盘进入胚胎。 如致畸物通过胎盘引起畸形； 致癌物也可通过胎盘致癌。,38,第四节 排泄,一、 排泄的概念 排泄是外来化合物及其代谢产物向机体外转运的过程，是生物转运的最后一个环节。 二、排泄的主要途径 经肾脏排泄； 经胆汁排泄； 其它途径排泄。,39,1 经肾脏排泄,肾脏是机体最

18、重要、最有效的排泄器官。经肾脏排泄涉及3个过程： 肾小球的被动滤过 肾小管的重吸收； 肾小管的主动分泌。,40,肾小球过滤：肾小球的孔径大。一般来说分子量小于60KD的物质就能滤过。主要动力是静水压。 肾小管重吸收：滤入肾小管腔的毒物有两条去路：一是随尿排出体外，一是经肾小管重吸收。重吸收主要发生于近曲小管，占75%。可通过主动机制和被动机制吸收。脂水分配系数高的毒物可以通过简单扩散的方式进入肾小管上皮细胞，并重新吸收入血，而水溶性高的毒物则随尿液体排出。,41,PH能影响其排泄。 尿呈酸性时，易于碱性物质的解离和排泄； 尿呈碱性时，易于酸性物质的排泄。 如苯巴比妥中毒性服用碳酸氢钠使尿呈碱性

19、加速排泄。 肾小管分泌：外源性化学物质也可以通过主动转运的方式分泌进入尿液排泄。肾脏具有不同的转运系统如有机阴离子转运蛋白家族、有机阳离子转运蛋白家族，通过这些转运系统可将进入肾小球细胞的毒物排入管腔，随尿液体排出。,42, 经胆汁排泄,胆汁是另一重要排泄途径。现在的观点认为存在一个阈值，即分子量小的物质通过肾脏排泄，而分子量大者通过胆汁排泄。胆汁是许多结合性产物的主要排泄途径，如谷胱甘肽结合物、葡萄糖醛酸结合物等。 肠肝循环（hepatoenteral circulation) ：外源性化学物及其代谢产物，由胆汁进入肠道后，一部分可以随粪便排泄，但另一部分由于肠道微生物的酶（-葡萄糖苷酶）作

20、用下，增加其脂溶性而重新被肠道吸收，重新返回肝脏，形成肠肝循环。,43,肠肝循环,肠肝循环的毒理学意义：毒物的排泄速度显著减慢，能延长外源性化学物的生物半减期，毒作用持续时间延长。 对策：引入外源性的化学物来结合水溶性的代谢物阻断肠肝循环。如临床上给予甲基汞患者巯基树脂，阻断其重吸收。,44,.其它排泄途径,经呼吸道排泄： 呼气呼出：挥发性物质。 通过呼吸道粘液纤毛系统排出：颗粒状物质。 消化道排泄：大多数不吸收的物质可以通过消化道排泄，这类物质对机体一般不产生作用。但对可以吸收的物质来说，此途径是比较次要的。 乳汁排泄：许多外来化合物可通过简单扩散进入乳汁。有机氯杀虫剂、乙醚、多卤联苯类和某

21、些金属都可随同乳汁排出。对婴儿影响。 其它途径：如毛发、汗腺等。可作用生物检测指标。,45,第5节 外源化学物的生物转化,一、生物转化 (biotransformation) 生物转化的概念：指外源化合物在机体内经多种酶催化的代谢转化。 生物转化是机体对外源性化学物处置的重要环节，是机体维持稳态的重要机制。,46,2外源性化学物的生物转化过程： 相反应(Phasereaction):包括氧化(oxidation)、还原(reduction)和水解(hydrolysis)。这些反应涉及暴露或引入一个功能基团，如-OH、-COOH、-SH、和-NH2等。 相反应 ( Phasereaction):

22、主要为结合反应(conjugation)。即外源性化合物经一相反应所形成的中间代谢产物与某些内源性化学物的中间代谢产物相互反应形成结合物的过程。包括：与葡萄糖醛酸、谷胱甘肽、氨基酸结合等。,47,3. 生物转化的意义 引起外源性化合物水溶性的增加，加速其排泄。相反应通常仅导致水溶性少量增加，但多数相反应可导致外源性化学物的水溶性显著增加，易于通过肾脏经尿液或随同胆汁混入粪便排出体外； 生物转化能改变外源性化学物的毒效学性质。 代谢解毒(metabolic detoxication)：经生物转化大部分外源化学物的代谢产物，毒性降低，易于排出体外。 代谢活化(metabolic activatio

23、n)：经生物转化其毒性被增强的现象。生成亲电子剂、自由基、亲核剂、氧化还原剂。,48,二、生物转化反应的类型,I相反应的类型： 氧化反应 还原反应 水解反应 相反应的类型 结合反应,49,氧化反应,催化氧化反应的酶系主要有: 细胞色素P-450酶系； 微粒体含FAD单加氧酶； 醇脱氢酶和醛脱氢酶； 胺氧化酶。 其中和主要发生于微粒体中，是微粒体酶催化的反应；和主要发生在线粒体和胞浆中，是非微粒体酶催化的氧化反应：,50,细胞色素P-450酶系,细胞色素P-450酶系：即微粒体混合功能氧化酶系(MFO). 微粒体 (microsome)：并非单独的细胞器，是内质网在细胞匀浆过程中形成的碎片，此种

24、碎片存在于细胞匀浆经超速离心去除线粒体后的上清液部分(postmitochondral supernatant fraction)。 细胞色素P-450催化反应的种类、底物的数量都高居各酶系首位。,51,P450的分布,P450是血红素蛋白的一种酶类。因细胞色素P450含有的血红素铁在还原态时与CO结合形成的复合体的最大吸收波长在450nm而命名。 P450在机体内的分布：在机体内广泛存在，最主要的器官是肝脏，其次如皮肤、肺等也存在。分布模式反映了生物的进化防御机制，即在毒物能够进入机体的所有的门户部位都有P450分布。 P450在细胞内的分布：主要位于内质网上，滑面内质网比粗面内质网更加丰富

25、。线粒体以及核膜中也存在P450。超速离心提取，即微粒体。,52,P450的分类,1、分类原则：相同氨基酸序列大于等于40%归于1个家族，大于等于55%归于1个亚家族。 2、命名原则： （1）细胞色素P450 (cytochrome P450) 缩写为CYP。斜体表示基因，大写CYP表示小鼠、果蝇外其它物种的基因；Cyp：表示小鼠、果蝇的基因。 （2）接着1个数字，表示家族； （3）接着1个字母，表示亚家族； （4）最后1个数字，表示基因。 如：CYP12A1，表示P450 12家族A亚家族1号基因； CYP1A2，表示P450 1家族A亚家族2号基因； CYP17，表示P450 17家族基因

26、（无亚族）。 （5）基因表达产物（蛋白）的命名与相应的基因相同，但需将全部斜体字改为正体字，全部小写字母改为大写字母。适合于所有物种。如CYP12A1，CYP2E1。,53,P450在外源性化学物代谢中的作用,54,P450在内源性物质代谢中的作用,P450参与机体多种内源性物质的合成，如类固醇激素、胆汁酸盐、脂溶性微生素（A、D）以及前列腺素(prostaglandin)、血栓噁烷、白三烯(leukotrienes)等的合成。,55,P450催化氧化的总反应为： 底物（RH）+O2+NADPH+H+ 产物+H2O+NADPH+ 电子来源：NADPH（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）。,56,P4

27、50的催化机制，共有7步： 氧化型细胞色素P450 (e3+)与底物 (RH)结合形成复合物； 上述复合物在NADPH-细胞色素P450还原酶作用下，由NADPH提供1个电子使其转变为还原型细胞色素P450（e2+)复合物； 上述复合物和1个分子氧结合形成含氧复合物； 含氧复合物(e2+O2)再加上1个H+和由NADPH-细胞色素P-450还原酶提供的第2个电子，转变成e2+ OOH超氧阴离子复合物； 第2个H+加入,e2+OOH复合物裂解，形成水和(eO)3+ 复合物； (eO)3+ 复合物将氧原子转移到底物，生成产物(ROH)； 释放产物(ROH)，此时P450 (e2+) 变成 P450

28、 (e3+)。,57,P-450的催化机制,58,P450酶系催化的反应,（1）脂肪族与芳香族的氧化反应。 丁烷、戊烷和己烷等直链烷烃的氧化，其羟化产物为相应的醇类，如正已烷。芳香族化学物芳香环的碳上加氧，形成酚类。例如萘可形成萘酚。,59,（2）双键的环氧化反应（epoxidation of double band） 在微粒体混合功能氧化酶催化下，一个氧原子在外源化学物的两个相邻碳原子之间构成一桥式结构，形成环氧化物(epoxide)。 环氧化是许多外源性化学物代谢活化的重要步骤，如苯并(a)芘和黄曲霉素B1的活化。,60,B(a)P首先由P-450酶系催化生成B(a)P-7,8环氧化物，进

29、一步在环氧化物水化酶的作用下生成二氢二醇衍生物，7，8-二氢二醇可由细胞色素P450的作用进一步作用形成7,8-二氢二醇-9,I0-环氧化物。 7,8-二氢二醇-9,I0-环氧化物为终致癌物，可以与核酸中的鸟嘌呤和腺嘌呤结合，产生DNA损伤而引起突变致癌。,61,（3）N-羟化反应（N-hydroxylation） N-羟化反应是外源化学物的氨基（H2N-）发生羟化，毒性往往增高。 如苯胺 (aniline, C6H5NH2) 经羟化后形成苯基羟胺(phenylhydroxylamine)。苯基羟胺的毒性较苯胺本身为高，可使血红蛋白氧化成为高铁血红蛋白。,62,具有重要毒理学意义的是有些芳香胺

30、类本身并不致癌，经N-羟化后具有致癌作用。如：2-乙酰氨基芴 (2-acetylamino fluorene, AAF), 其N-羟化后形成近致癌物N-羟基-2-乙酰氨基芴，并可继续转化为终致癌物。,63,（4）杂原子（S-，N-和I-）氧化 如含有硫醚键（-C-S-C-）的有机磷化学毒物，在MFO的催化下进行S-氧化反应，转化成亚砜(sulphoxide)或砜(sulphone)，这些氧化产物毒性可增高510倍。 如内吸磷在体内通过此反应而毒性增强。,64,（5）脱烷基反应（dealkylation）,N-脱烷基反应：反应中将由N-原子上脱去1个或2个烷基。如烟碱（nicotine）可脱去甲

31、基形成去甲烟碱（nornicotine）。 O-脱烷基反应（O-dealkylation）：毒虫畏（chlorfenvinphos）等有机磷杀虫剂可在O-脱烷基反应中分别脱去1个乙基和1个甲基。 S-脱烷基反应（S-dealkylation）：可发生在硫醚类（thioether，R-S-R）化合物。如麻醉药甲硫巴比妥钠（methitural）在反应中由S原子上脱去甲基，形成含硫基的代谢产物和甲醛。,65,微粒体含黄素单加氧酶,在肝、肺、肾的微粒体中，还有一种能催化氧化反应的酶，以FAD(黄素腺嘌呤二核苷酸)为辅酶，称微粒体FAD单加氧酶，或称为黄素蛋白单加氧酶 (flavin-containi

32、ng monooxygenase,FMO)。 其功能与反应机理与细胞色素P-450单加氧酶相似，反应过程亦需要NADPH和O2，但借助辅酶FAD进行电子传递。很多由FMO催化的反应，也可为P-450催化。,66,与P-450不同之处在于： 它不能在碳位上催化氧化反应，但可以在N位上加氧。 FMO种类较少，目前发现只有5 种，而P450有400多种。 FMO在种属间表达不同，与P450相互补。即P450活性强的，则FMO活性就弱，反之亦然。,67,醇脱氢酶和醛脱氢酶,催化某些外源化学物氧化反应的酶类除前述几种外，在细胞胞浆、线粒体中还有一些主要催化具有醇、醛和酮基团外源性化学物的氧化反应。 主要

33、包括醇脱氢酶、醛脱氢酶等，属于非微粒体氧化酶。,68,（1）醇脱氢酶,醇脱氢酶（Alcohol Dehydrogenase，ADH）可催化醇类氧化成醛或酮。反应过程中需要辅酶和辅酶。 上述反应为可逆反应，当达到平衡时，易于出现逆向反应。 ADH是一种含锌酶，位于胞浆，分布于肝脏、肾脏、肺脏及胃粘膜。,69,（2）醛脱氢酶（ALDH）,醛脱氢酶（Aldehyde Dehydrogenase，ALDH）：以辅酶为辅酶催化醛类的氧化反应，并形成相应的酸类。 肝细胞的胞液和线粒体中都含有醛脱氢酶。因摄入乙醇经醇脱氢酶催化而形成的乙醛将继续氧化，主要由线粒体中的乙醛脱氢酶催化。,70,ALDH在人群中具

34、有多态性，黄种人大约有45-53%的人Glu487变成Lys487，因点突变而缺乏ALDH活性，因此他们在饮酒后易产生红晕综合征、醉酒以及酒精中毒。其原因就是乙醛迅速堆积，造成局部血管因释放儿茶酚胺而扩张。乙醇对机体的毒性主要来自乙醛。 戒酒硫（disulfiram）可抑制醛脱氢酶，使体内乙醛浓度增高，造成不适而戒酒。 另外，头孢类抗菌素、甲硝唑等均可引起戒酒硫样反应。,71,胺氧化酶,胺氧化酶（amine oxidase）：可催化单胺类和二元胺类氧化反应，形成醛类。 根据底物不同，可分为单胺氧化酶和二元胺氧化酶。 单胺氧化酶（MAO）：存在于肝、肾、肠和神经组织的线粒体中；其中MAO-A主要

35、氧化5-羟色胺，去甲肾上腺素单胺氧化酶抑制剂抗抑郁药！ 二胺氧化酶：存在于肝、肾、肠和神经组织的胞液中。 它们可将伯、仲、叔胺等脂肪族胺类氧化脱去胺基，形成相应的醛类,并释放出NH3。,72,二、还原反应,1、硝基还原反应硝基基团特别是芳香族硝基化学物，如硝基苯，在还原过程中先生成亚硝基化合物，最后还原为相应的胺类。硝基苯-亚硝基苯-苯胺。 2、偶氮还原反应 偶氮（ R-N=N-R ）类化合物可还原成两分子胺。 脂溶性的偶氮化合物：主要在肝微粒体以及肠道中还原；水溶性的偶氮化合物：主要在肠道菌丛还原； 3、羰基还原醛类和酮类的还原反应，可分别生成伯醇和仲醇。如乙醇经醇脱H酶催化生成乙醛，反应可

36、逆。,73,三、水解反应,外源性化学物的水解反应主要由酯酶、酰胺酶、肽酶和环氧水化酶催化。 1、酯酶、酰胺酶酯类物质被酯酶水解生成醇和酸；酰胺类物质被酰胺酶水解生成酸和胺。 2、肽酶血液和组织中含有多种肽酶可水解肽类。 3、环氧水化酶如苯并芘代谢过程中的环氧化物水化过程。,74,四、结合反应,结合反应 (conjugation reaction)是外源化学物经过第一相反应，已经具有羟基、羧基、氨基等极性基团之后，与另外一些具有极性基团的内源化学物进一步结合的反应。 绝大多数外源化合物在第一相反应中，无论已发生氧化、还原和水解反应，最后必须进行结合反应，再排出体外，因此结合反应也称为第二相反应。

37、,主要的结合反应,根据与外源化学物结合的结合剂不同，可分为: 葡萄糖醛酸结合; 硫酸结合; 氨基酸结合; 乙酰基结合; 甲基结合; 谷胱甘肽结合.,76,1葡萄糖醛酸结合（glucuronidation）,与葡萄糖醛酸结合是相反应中最普遍进行的一种，对化学物的代谢具有重要作用。反应在肝细胞的微粒体中进行。 葡萄醛酸供体是来自胞液的尿苷二磷酸葡萄糖醛酸（UDPGA）。 外源性底物包括羟基、羧基、胺基和巯基化学物。 催化酶为UDP-葡萄糖醛酸基转移酶。 产物是-葡萄糖醛酸苷，具有高度水溶性的，易于从尿和胆汁排出。,77,2硫酸结合,硫酸反应的供体是3-磷酸腺苷-5-磷酰硫酸（PAPS）在磺基转移酶

38、(sulfotransferase)作用下生成硫酸酯。外源化学物的硫酸结合物主要由尿排出，少部分从胆汁排出。 该酶主要存在于肝、肾、肠、肺等组织的细胞液中，底物是含有-OH、-NH2、-SH的毒物。 由于PAPS前体-游离半胱氨酸数量有限，因此PAPS的生理浓度低(75mol/l，仅为UDPGA的1/5)直接影响了PAPS的结合容量。与UDPGA相比，其结合力强但结合容量低。,78,3乙酰基结合 乙酰基由乙酰辅酶A提供。由乙酰转移酶催化，将乙酰基转移到含伯胺、羟氨或巯基的毒物上。 4甲基化反应 甲基化反应不是化学毒物结合的主要方式。甲基化反应由S-腺嘌呤蛋氨酸（SAM）供给甲基。 甲基化可分为

39、N-，O-，S-甲基化。结合产物虽然可能比母体化学毒物水溶性降低，但一般都使外源性化学物解毒。,79,5氨基酸结合,两类毒物可与AA结合：羧酸和芳香羟胺。A、羧酸与AA结合是解毒反应：如苯甲酸在乙酰辅酶A的参与下，与甘AA (氨基)结合生成马尿酸；B、芳香羟胺与AA结合是活化反应：如芳香羟胺与AA的羧基反应，生成N-酯，后者可形成亲电子的氮宾离子和碳宾离子，因此是活化反应。,80,6谷胱甘肽结合,谷胱甘肽S-转移酶（GST）能催化GSH与含有亲电子C、N、S、O的化学毒物反应，生成结合物。GSH结合物具有极性和水溶性，可经胆汁排泄，并可经体循环转运至肾。在肾内GSH结合物经一系列酶催化反应变为

40、硫醚氨酸（mercapturic acid）衍生物，由尿排泄。 GST底物的共同点：有一定的疏水性，含有亲电子原子，并可与GSH发生非酶促反应。,81,GST在细胞内含量很高，可高达细胞总蛋白的10%，主要存在于胞液中，在微粒体中含量很低，GST是可诱导酶。 GST催化的与GSH结合反应是亲电子剂解毒的一般机制，并在自由基解毒也起重要作用。,第6节 毒物动力学,（Toxicokinetics）,概述,1. 定义：毒物动力学是以速率论的观点出发，用数学模型分析和研究外源化学物数量在生物转运和转化过程中的动态变化规律。,教材61页,毒物动力学（toxicokinetics）是研究机体对化学毒物的作

41、用（ADME过程）和靶器官中化学毒物或其活性代谢物的量。 毒物效应动力学（toxicodynamics）研究在靶器官中化学毒物或其活性代谢物与大分子（靶分子）的作用，及其所引起的局部的或整体的毒性效应。,概述,2. 目的： 有助于毒理学研究的设计（如剂量和染毒途径）； 通过对暴露、时间依赖性的靶器官剂量与毒作用关系研究，解释毒作用机制； 确定有关剂量、分布、代谢和消除的参数，用以进行对人的危险性评价。,教材61页,非静注染毒的时量曲线可分为三个期：,潜伏期 （latent period ) -染毒后到开始出现毒作用的一段时间，毒物的吸收和分布过程 持续期 ( persistent period

42、 ) -毒物持续有害浓度的时间，其长短与毒物的吸收及消除速率有关 残留期 ( residual period ) -体内毒物已降到有害浓度以下，但尚未从体内完全消除。残留期的长短与消除速率有关,静注染毒的时量曲线一般无潜伏期。,血毒物浓度,一、经典毒物动力学,基本理论：速率论和房室模型。 基本思想：外源化学物的血液或血浆浓度与其组织中的浓度保持动态平衡，血浆浓度的变化可以反映组织中的浓度变化。 研究的核心问题： 时间与毒物水平的关系时量曲线,教材61页,房室模型（compartment model）是用来描述毒物在体内的分布情况，房室模型是假设机体象房室，毒物进入体内可分布于房室中，由于分布速

43、率的快慢，可分为一室开放模型、二室开放模型或多室开放模型。,化学毒物内转运的速率过程分为一级、零级和非线性。,（一）基本概念,1、速率类型：按化学物在体内转运或转化的速率不同分：,（1）一级速率过程（first order rate process） 概念：指毒物在机体内某一瞬间的变化速率与其瞬间含量的一次方呈正比。,公式： dc/dt=-KeC dc/dt 为毒物浓度随时间的变化率 Ke 为速率常数 C 为体内毒物浓度 多数毒物在体内过程符合一级速率过程。,特点*： 毒物任何时间的消除速率与毒物该时间在体内的量成正比。 血浆浓度的对数值对时间作图可得一直线。 毒物的半减期恒定，不因毒物本身数

44、量、染毒途径或方式而发生变化。 血浆和其他组织的毒物浓度以单位时间某恒定分值减少，即恒比衰减。,（2）零级速率过程( zero order rate process ) 概念： 当化合物的量超过机体的转运能力时，它们的转运速度与其本身数量无关，即转运速度与化合物数量的零次方呈正比。,公式： dc/dt=-Ke 说明毒物在体内随时间变化速率过程与毒物浓度无关。 部分需要载体转运或限速酶代谢的毒物的体内过程符合零级速率。,特点*： 血浆浓度对时间作为一直线； 毒物在任何时间的消除速率是一常数，为恒量衰减 毒物半减期随初始浓度或剂量增加而增加。,（3）非线性动力学（non-linear toxica

45、l kinetics）,非线性动力学是指外源化学物剂量较大，化学物在体内的某些过程不符合线性速度过程的要求，存在明显的非线性特征。当血毒物浓度很高时，毒物消除慢、血毒物浓度的变化相当于零级，为非线性动力学过程；当血毒物浓度较低时转为线性动力学过程。,具有非线性动力学特征的毒物，在重复染毒时血毒物浓度的增加与剂量增加不成正比关系，剂量增加，会使稳态血毒物浓度的增加超过按比例的增加量，毒性效应增强。,2、房室模型（compartment model） 是按照动力学的特点将机体分为若干部分，每个部分叫做房室，用以描述毒物在体内的分布状态，并因此推导出代谢动力学的有关参数和数学方程。,说明：房室不是具

46、备解剖学位置或生理学功能的概念。是指在动力学上相互之间难以区分，转运、转化性能相近的组织、器官和体液。凡是转运、转化相似者均可以视为一个房室。 由于分布速率的快慢，可分为一室开放模型、二室开放模型或多室开放模型。,当毒物吸收入血循环后，立即均匀分布到全身体液和各组织器官中，迅速达到动态平衡，将整个机体视为一个房室，称为一室开放模型。以一室模型处置的化学毒物从机体消除通常符合一级动力学。,（1） 一室开放模型（open one compartment model）,一室开放模型时量曲线：,（2） 二室开放模型（open two compartment model） 当毒物在体内组织器官中分布速率不同，毒物先进入中央室，然后较缓慢地进入周边室。中央室和周边室之间的转运是可逆的，达到动态平衡时， 两室间的转运速率相等。,二室开放模型时量曲线 iv：时量曲线在半对数坐标上表现为二项指数衰减曲线。 前段下降迅速，反应毒物从中央室向周边室分布过程，称为分布相、快相；后段曲线下降趋缓，反应毒物消除过程，称为消除相或慢相。,多房室模型由一个中央室和若干个周边室相互连接而成。 -中央室多由血液及供血丰富、血流通畅的组织、脏器组成，如细胞外液、心、肝、肾、腺体等。 -周边室则由供血量少、血流缓慢或化学物不易通过的脏