食品毒理學(xué)-第四章-毒性作用機理

1、第四章 毒物作用的機理( Mechanisms of Toxicity)研究內(nèi)容 毒物如何進入機體 怎樣與靶分子相互作用 怎樣表現(xiàn)出其有毒害作用 機體對損害作用的反應(yīng)目的要求 掌握外源性化合物增毒現(xiàn)象 熟悉外源性化合物主要毒性機制 終毒物的種類與形成 終毒物與靶分子的反應(yīng) 細(xì)胞功能障礙與毒性內(nèi)容 外源性化學(xué)物增毒現(xiàn)象，終毒物類型 親電子物 自由基 親核物 解毒途徑，解毒過程失效的原因 終毒物與靶分子的反應(yīng)：類型，毒物對靶分子的影響 毒物引起的細(xì)胞調(diào)節(jié)功能障礙：基因表達調(diào)節(jié)障礙、細(xì)胞瞬息活動調(diào)節(jié)障礙 毒物引起的細(xì)胞維持功能改變：細(xì)胞內(nèi)部維持自身功能的損害、細(xì)胞外部維持功能的損害研究毒性機制應(yīng)明確

2、： 毒性效應(yīng)是由毒物引起正常細(xì)胞發(fā)生生理和生化改變的結(jié)果 毒性效應(yīng)的程度除毒物本身外，還與劑量與靶部位有關(guān)。 靶器官和靶組織具有代償能力，可超常發(fā)揮解毒功能 毒效應(yīng)包括一般毒性效應(yīng)和特殊毒性效應(yīng)研究中毒機制的步驟 整體動物有無毒性 找出靶器官、靶組織 進一步找出受損的細(xì)胞、亞細(xì)胞 分子水平：DNA、RNA或蛋白質(zhì)化學(xué)毒物產(chǎn)生毒性的可能途徑化學(xué)毒物吸收、分布、代謝、排泄與靶分子相互作用細(xì)胞功能失調(diào)、損傷毒性毒性機制涉及多個層次和步驟毒物被轉(zhuǎn)運到一個或多個靶部位毒物或代謝產(chǎn)物與內(nèi)源性靶分子相互作用細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能紊亂啟動細(xì)胞或分子水平修復(fù) 毒物引起的靶分子結(jié)構(gòu)改變或功能紊亂超過修復(fù)能力或修復(fù)障礙時，

3、即產(chǎn)生毒性效應(yīng)機制毒理學(xué)（Mechanistic toxicology) 主要研究化學(xué)物對生物體產(chǎn)生毒性作用的細(xì)胞、生化和分子機制，為建立敏感、特異的預(yù)測試驗，安全性評價與管理，安全性化學(xué)物（或藥物）的設(shè)計與生產(chǎn)以及疾病的診斷和治療提供科學(xué)依據(jù)機制毒理學(xué)研究成果在應(yīng)用毒理學(xué)（Applied Toxicology)領(lǐng)域的主要用途 證實與人類直接相關(guān)的實驗動物中所觀察到的損害作用（CANCER Birth defects) 驗證可能與人類無關(guān)的發(fā)生于實驗動物中的有害效應(yīng)(Organophosphate insecticide inhibition of acetyl cholinesterase、

4、Artificial sweetener saccharin to cause bladder cancer in rats)機制毒理學(xué)研究成果在應(yīng)用毒理學(xué)（Applied Toxicology)領(lǐng)域的主要用途 設(shè)計和生產(chǎn)較為安全的化學(xué)物以及合理治療化學(xué)中毒和臨床疾病 進一步加深對生理學(xué)、藥理學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、生物化學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的了解第一節(jié) 外源性化學(xué)物的增毒與終毒物的形成 終毒物（ultimate toxicant) 終毒物：指與內(nèi)源性靶分子（如受體、酶、DNA等）反應(yīng)或嚴(yán)重地改變生物學(xué)（微）環(huán)境、啟動結(jié)構(gòu)和（或）功能改變 而表現(xiàn)出毒性的物質(zhì)終毒物在其作用位點的濃度及持續(xù)時間決定了毒性的效應(yīng)的

5、強度增毒 增毒（Toxication)或代謝活化（metabolic activation )：外源性化合物經(jīng)生物轉(zhuǎn)化使其毒性增強，甚至可產(chǎn)生致畸、致癌效應(yīng)的過程 增毒過程主要是使外源性化學(xué)物轉(zhuǎn)變?yōu)椋?親電物（electrophiles) 自由基(free radicals) 親核物(nucleophiles) 氧化還原性反應(yīng)物（redox-active reductions)一、親電物的形成（formation of eletrophiles) 親電物：是一類缺少電子而使整個分子部分或全部帶正電的物質(zhì) 親電物可與含電子的親核物共享電子 常常是外源性化合物經(jīng)Cpy450或其他酶氧化成酮、環(huán)氧化

6、物、不飽和酮和醛、醌和酰鹵化物 陽性親電子物常常由化學(xué)鍵斷裂而形成自由基形成（formation of free radicals) 自由基：指獨立游離存在的帶有不成對電子的分子、原子或離子. 主要由化合物的共價鍵的耗能均裂而產(chǎn)生，也可以通過俘獲電子而產(chǎn)生 CH3:H -CH3+H+ CCl4+e - CCl3+Cl-均裂電子俘獲自由基的特點 順磁性 化學(xué)性質(zhì)十分活潑 反應(yīng)性極高，半衰期極短 自由基過多：機體損害作用 自由基適量：發(fā)揮重要的生理功能自由基的類型 人體內(nèi)以氧形成的自由基最為重要，包括 超氧陰離子（O2-）、 羥自由基（OH ）、 過氧化氫分子（H2O2） 氫過氧基（ HO2- ）

7、 烷氧基（RO ） 烷過氧基（ROO ）、 氫過氧化物（ROOH） 單線態(tài)氧（1 O2） 統(tǒng)稱為活性氧（active oxygen species） 存在于體內(nèi)的非氧自由基有氫自由（H ）和有機自由基（R ）。機體內(nèi)活性氧自由基的產(chǎn)生途徑物理因素1. X-射線水射解 H + OH O2- 光離 R R+ O2-2. 光 光激發(fā) O2-化學(xué)因素1.無機的 M+O2M2+ O2-2.有機的 RH+ O2 R + O2- +H+R+O2-生化因素1.非催化的（正鐵血紅蛋白Fe2+）+ O2（正鐵血紅蛋白Fe3+）+O2-2.催化的 膜上的酶：線粒體、微粒體、質(zhì)膜 可溶性酶：胞內(nèi)（黃嘌呤氧化酶、髓過氧

8、化氫酶） 胞外（血漿銅藍蛋白酶）+O2+O2+O2+O2生物系統(tǒng)產(chǎn)生的自由基 胞漿中的小分子：自氧化促使氧還原，產(chǎn)生氧自由基 吞噬細(xì)胞的吞噬過程及呼吸爆發(fā) 線粒體電子傳遞過程 過氧化酶體系 人體細(xì)胞內(nèi)所含的黃嘌呤氧化酶、髓過氧化物酶和NADPH氧化酶在酶促反應(yīng)時，會誘導(dǎo)產(chǎn)生大量的自由基。次黃嘌呤+H2O2+2O2 黃嘌呤+2O-2+2H+ 黃嘌呤+H2O2+2O2 尿酸+2O-2+2H+生物體內(nèi)自由基的生成 機體在代謝中不斷產(chǎn)生的自由基，種類繁多，其中以活性氧最多?；钚匝醯纳苫钚匝醯纳?1活性氧種類： O2可呈現(xiàn)兩種狀態(tài)： 1.單線態(tài)（singlet state）又稱為激發(fā)態(tài)，以1O2 表

9、示； 2.三線態(tài)（triplet state），又稱為基態(tài)，以3O2表示，3O2可吸收能量變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)；3O2+h1O2活性氧 氧是一個重要的電子受體，因所得電子數(shù)不同，氧可產(chǎn)生多種還原產(chǎn)物：O2-、OH及H2O2，他們的E01均比O2高，具有強的氧化能力。 O2+eO2- O2+2e+2H+H2O2 O2+3e+3H+OH+H2O O2-的消除主要經(jīng)超氧化物歧化酶（SOD）催化生成O2和H2O2：過氧化氫（H2O2）的生成 過氧化氫（H2O2）：H2O2可由O2-的歧化反應(yīng)生成，在D-氨基酸氧化酶、L-氨基酸氧化酶、葡萄糖氧化酶及亞硫酸鹽氧化酶等作用下，把O2作為電子受體，經(jīng)兩個電子還原生成H

10、2O2，在線粒體中也能直接生成H2O2。 H2O經(jīng)放射線照射，一次生成OH，再生成H2O2。H2O2的消除 H2O2較穩(wěn)定，反應(yīng)性低，在體內(nèi)濃度也比較低，（大鼠肝臟中為10-9M），對機體幾乎無毒性；H2O2可與鐵離子生成反應(yīng)性非常高的OH： H2O2+Fe2+H+OH+Fe3+H2O H2O2的消除依賴于兩種酶， 1.過氧化氫酶，催化H2O2歧化反應(yīng)： 2H2O22H2O+O2 2.谷胱甘肽過氧化物酶。 在GSH參與下使H2O2分解，GSH則變成氧化型谷胱甘肽。 這兩種酶可消除體內(nèi)H2O2及過氧化物，防止血紅蛋白及肝細(xì)胞膜部分被氧化破壞的可能。（3）氫氧自由基（OH） 體內(nèi)OH從O2直接生成

11、的反應(yīng)尚不清楚，機體可由O2-生成系與H2O2生成系共同形成OH自由基。水經(jīng)放射線照射后的一級反應(yīng)產(chǎn)物是OH，由于OH氧化能力很強，因此對機體毒性很大。 H2O2+Fe2+H+OH+Fe3+H2O H2O2+O2-+H+OH+H2O+O2- OH在水中壽命很短，一般不易以自旋共振（ESR）方法檢出（4）單線態(tài)分子氧（1O2）：1O2是一個強的親電子性的氧化劑，可用化學(xué)方法生成，也可由H2O2經(jīng)氧化生成，即H2O2由次氯酸氧化生成1O2： NaClO+H2O21O2+NaCl+H2O21O2可與芳香族碳?xì)浠衔镞M行一系列的反應(yīng)。1O2可將能量轉(zhuǎn)移給其他物質(zhì)而變成3O2， 在此過程中，物質(zhì)（A）作

12、為1O2的淬滅劑，接受能量變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)（A*），然后以熱的形式放出能量回到基態(tài)A。水也可作為1O2的淬滅劑。由于 1O2在水中壽命短，要檢測出1O2有一定困難，最直接的證明是經(jīng)1O23O2+h的化學(xué)發(fā)光觀察，1O2單分子發(fā)光波長為1269微米及760微米。過氧化脂類 人體內(nèi)主要有亞油酸、亞麻酸及花生四烯酸，多以磷脂形式存在于質(zhì)膜等生物膜中。 這些不飽和脂肪酸可受1O2氧化，也可經(jīng)OH氧化生成過氧化脂質(zhì)，生物膜上脂類既可在O2-作用下生成過氧化脂質(zhì)（LO、 LOO、LOOH），也可經(jīng)放射線照射生成脂類自由基（L）自由基的連鎖反應(yīng) 自由基有很大的自由能和很強的氧化反應(yīng)能力，很容易與其他分子或自由基反

13、應(yīng)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 親核物的形成 是毒物活化作用較少見的一種機制 硒化氫是由亞硒酸鹽與谷胱甘肽或其他巰基反應(yīng)形成的一種強親核物 CO經(jīng)由氧化取鹵反應(yīng)而形成的毒性代謝產(chǎn)物第二節(jié)一般毒性作用毒作用的一般作用機制 一、局部刺激和腐蝕作用 二、擾亂正常代謝 三、損害機體的生理功能二、擾亂正常代謝 化學(xué)物質(zhì)經(jīng)吸收進入血液分布全身后，引起化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致機體生理生化功能紊亂 1. 影響組織對氧的利用 引起機體缺氧，使組織的代謝機能發(fā)生

14、障礙 亞硝酸鹽可使血紅蛋白（Hb）氧化成為高鐵血紅蛋白（MHb），失去攜氧能力，導(dǎo)致機體缺氧。 氰化物（CN-）可抑制組織內(nèi)的生物氧化過程，阻止組織對氧的利用，導(dǎo)致機體缺氧。 2. 影響酶的活性2. 影響酶的活性 (1) 與酶活性中心的金屬離子結(jié)合 (2) 與酶的激活劑結(jié)合 (3) 與酶的輔酶結(jié)合 (4) 與酶的底物發(fā)生競爭性抑制 (5) 抑制酶的活性三、損害機體的生理功能 毒物對機體的生理功能的損害是多方面的 可對消化功能、血液系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、肝臟、腎臟、心血管系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)發(fā)生毒作用毒物對靶分子的影響( effects of toxicants on tar

15、get molecules)靶分子的屬性（attributes of targets molecules) 理論上所有內(nèi)源性化學(xué)物都是毒物潛在的靶標(biāo)。 主要有： 機體大分子：核酸（DNA）、蛋白質(zhì) 脂膜質(zhì) 其他成分并不是所有的毒物與靶標(biāo)的反應(yīng)都是有害的 終毒物與內(nèi)源性分子反應(yīng)，引起靶分子的功能失調(diào)和結(jié)構(gòu)破壞 1 靶分子功能失調(diào) 2 靶分子結(jié)構(gòu)破壞 3 新抗原形成 4 化學(xué)物引起的生物學(xué)微環(huán)境改變與毒性1 靶分子功能失調(diào) 化學(xué)物抑制靶分子的功能 阻斷神經(jīng)遞質(zhì)的傳遞 阻斷離子的轉(zhuǎn)運，抑制線粒體電子傳送的功能 毒物作用于蛋白質(zhì)的關(guān)鍵部位 毒物干擾DNA模板功能2 靶分子結(jié)構(gòu)破壞 除形成DNA加合物外

16、，還可通過交聯(lián)和分子斷裂而改變內(nèi)源分子的主體結(jié)構(gòu) 脂質(zhì)過氧化分解作用 蛋白質(zhì)降解作用 DNA斷裂作用3 新抗原形成 抗原性變化 新的免疫反應(yīng) 光敏性皮炎：外源性光敏感物接觸皮膚或吸收后經(jīng)血液到達皮膚，在長波紫外線、中波紫外線（UVA、UVB）照射下使皮膚中某些正常成分發(fā)生變化形成新抗原，這類新抗原最初為外源性的光化學(xué)物質(zhì)作為半抗原和機體載體蛋白共價結(jié)合成為全抗原，引起局部的過敏，由于伴隨慢性炎癥的反應(yīng)及淋巴細(xì)胞的不斷從血管外滲到炎癥處，使新抗原的抗原性不斷產(chǎn)生，通過持續(xù)刺激免疫系統(tǒng)而引起遲發(fā)性超敏反應(yīng)4 化學(xué)物引起的生物學(xué)微環(huán)境與毒性改變 1）改變生物水相中H+離子濃度的化學(xué)物 使細(xì)胞膜脂質(zhì)相

17、發(fā)生物理化學(xué)改變以及破壞細(xì)胞功能所必需的穿膜溶質(zhì)梯度 3）通過占據(jù)位置或空間引起危害的其他外源性化學(xué)物化學(xué)物質(zhì)毒作用的分子機制 一、細(xì)胞膜損傷 二、鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào) 三、生物大分子的氧化損傷化學(xué)毒物對生物膜的損害作用 對生物膜組成成分的影響 對生物膜生物物理性質(zhì)的影響abcde生物膜的損傷作用 1。對生物膜的組成成分的影響 如：四氯化碳可引起大鼠肝細(xì)胞膜磷脂和 膽固醇含量的下降 影響膜上某些酶的活力 2。對生物膜的生物物理性質(zhì)的影響 對膜的通透性的影響：阻斷鈉-鉀通道：如DDT就是作用于神經(jīng)細(xì)胞膜上的受體部位而產(chǎn)生毒性作用。 對膜的流動性的影響：有機溶劑 對膜的表面電荷的影響對生物膜生物物理性質(zhì)的影

18、響 對膜的通透性的影響 膜通透性：生物膜與周圍環(huán)境極性物質(zhì)的交換能力 膜的選擇通透性 考察指標(biāo)：K+， 乳酸脫氫酶，酸性磷酸酶的漏出對膜流動性的影響 膜的流動性： 脂質(zhì)分子的旋轉(zhuǎn)，沿長軸的伸縮和振蕩，側(cè)向擴散運動和翻轉(zhuǎn)運動； 蛋白質(zhì)分子側(cè)向擴散運動和翻轉(zhuǎn)運動 膜流動性的生理意義 物質(zhì)運輸 細(xì)胞融合 細(xì)胞識別 細(xì)胞表面受體功能的調(diào)節(jié) 檢測手段 熒光偏振 核磁共振 激光拉曼光譜 激光漂白熒光恢復(fù)法 電鏡冷凍蝕刻技術(shù)對膜表面電荷的影響 膜表面的電荷由膜表面的糖脂、糖蛋白形成的極性基團構(gòu)成。 膜表面電荷的性質(zhì)和密度電荷的性質(zhì)和密度可以反映細(xì)胞表面的結(jié)構(gòu)和功能二、對鈣穩(wěn)態(tài)的影響細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)

19、細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)的紊亂與細(xì)胞毒性細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)的紊亂與細(xì)胞毒性 鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)的機制鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)的機制細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)(Calcium homeostasis) 細(xì)胞內(nèi)鈣離子的形式： 結(jié)合鈣與蛋白質(zhì)結(jié)合與鈣結(jié)合的蛋白有兩種類型與鈣結(jié)合的蛋白有兩種類型 一是結(jié)合在細(xì)胞膜或細(xì)胞器膜內(nèi)的蛋白質(zhì)上一是結(jié)合在細(xì)胞膜或細(xì)胞器膜內(nèi)的蛋白質(zhì)上 二是結(jié)合在可溶性蛋白質(zhì)上。二是結(jié)合在可溶性蛋白質(zhì)上。 離子鈣具有生理活性正常情況下游離的鈣離子的濃度： 細(xì)胞在靜息狀態(tài)下細(xì)胞在靜息狀態(tài)下細(xì)胞內(nèi)：細(xì)胞內(nèi)：10-7mol/L，細(xì)胞外：細(xì)胞外：10-3mol/L。 細(xì)胞處于興奮狀態(tài)下細(xì)胞處于興奮狀態(tài)下細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)10-5mol/L細(xì)

20、胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài) 在細(xì)胞靜息狀態(tài)下細(xì)胞內(nèi)游離的在細(xì)胞靜息狀態(tài)下細(xì)胞內(nèi)游離的Ca2+僅為僅為10-7mol/L，而細(xì)胞外液而細(xì)胞外液Ca2+則達則達10-3mol/L。當(dāng)細(xì)胞處于當(dāng)細(xì)胞處于興奮狀態(tài)，第一信使轉(zhuǎn)遞信息，則細(xì)胞內(nèi)游離興奮狀態(tài)，第一信使轉(zhuǎn)遞信息，則細(xì)胞內(nèi)游離Ca2+迅迅速增多可達速增多可達10-5mol/L，此后再降低至此后再降低至10-7mol/L，完完成信息轉(zhuǎn)遞循環(huán)。認(rèn)為成信息轉(zhuǎn)遞循環(huán)。認(rèn)為Ca2+是體內(nèi)第二信使是體內(nèi)第二信使。上述。上述Ca2+濃度的變化過程呈穩(wěn)態(tài)狀，稱為濃度的變化過程呈穩(wěn)態(tài)狀，稱為細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)。 細(xì)胞內(nèi)鈣的功能細(xì)胞內(nèi)鈣的功能 激動劑刺激引起細(xì)胞

21、激動劑刺激引起細(xì)胞Ca2+動員，可調(diào)節(jié)細(xì)胞的多動員，可調(diào)節(jié)細(xì)胞的多種生物功能，包括肌肉收縮、神經(jīng)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞分種生物功能，包括肌肉收縮、神經(jīng)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞分泌、細(xì)胞分化和增殖。泌、細(xì)胞分化和增殖。Ca2+在細(xì)胞功能的調(diào)節(jié)中起了在細(xì)胞功能的調(diào)節(jié)中起了一種信使作用一種信使作用，負(fù)，負(fù)責(zé)將激動劑的刺激信號傳給細(xì)胞內(nèi)各種酶反應(yīng)系責(zé)將激動劑的刺激信號傳給細(xì)胞內(nèi)各種酶反應(yīng)系統(tǒng)或功能性蛋白。統(tǒng)或功能性蛋白。 CaCa2+2+信使作用實現(xiàn)信使作用實現(xiàn) Ca2+與鈣結(jié)合蛋白與鈣結(jié)合蛋白:如鈣調(diào)蛋白如鈣調(diào)蛋白(CaM)。 Ca2+與與cAMP： Ca2+與蛋白激酶與蛋白激酶C(PKC)、磷脂酶磷脂酶C(PLC)： Ca

22、2+與離子通道與離子通道： 鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)的機制鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)的機制 細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)的失調(diào)細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)的失調(diào) 細(xì)胞細(xì)胞CaCa2+2+信號的改變在各種病理及毒理學(xué)過程中信號的改變在各種病理及毒理學(xué)過程中起重要的作用。在細(xì)胞受損時可導(dǎo)致起重要的作用。在細(xì)胞受損時可導(dǎo)致CaCa2+2+內(nèi)流增加，內(nèi)流增加，或或CaCa2+2+從細(xì)胞內(nèi)貯存部位釋放增加，或抑制細(xì)胞膜向從細(xì)胞內(nèi)貯存部位釋放增加，或抑制細(xì)胞膜向外逐出外逐出CaCa2+2+，表現(xiàn)為細(xì)胞內(nèi)表現(xiàn)為細(xì)胞內(nèi)CaCa2+2+濃度不可控制的持續(xù)濃度不可控制的持續(xù)增加，即打破細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)，或稱為增加，即打破細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)，或稱為細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)的細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)的失調(diào)失調(diào)。

23、 鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)的機制鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)的機制 鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)學(xué)說鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)學(xué)說 CaCa2+2+這種失調(diào)或紊亂，將完全破壞正常生命活動這種失調(diào)或紊亂，將完全破壞正常生命活動所必需的由激素和生長因子刺激而產(chǎn)生的短暫的所必需的由激素和生長因子刺激而產(chǎn)生的短暫的CaCa2+2+瞬變，危及細(xì)胞器的功能和細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)，最終激瞬變，危及細(xì)胞器的功能和細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)，最終激活不可逆的細(xì)胞成分的分解代謝過程。這就是所謂活不可逆的細(xì)胞成分的分解代謝過程。這就是所謂中毒機制中鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)學(xué)說。中毒機制中鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)學(xué)說。 鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)的機制鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)的機制 鈣的濃度變化，可通過下列途徑造成細(xì)鈣的濃度變化，可通過下列途徑造成細(xì)胞損傷：胞

24、損傷： 正常的激素和生長因子刺激的正常的激素和生長因子刺激的CaCa2+2+信號的受損信號的受損 鈣依賴性降解酶的活化，包括蛋白酶、磷脂酶和核鈣依賴性降解酶的活化，包括蛋白酶、磷脂酶和核酸內(nèi)切酶酸內(nèi)切酶 損傷細(xì)胞骨架損傷細(xì)胞骨架 損害線粒體損害線粒體 與細(xì)胞凋亡有關(guān)與細(xì)胞凋亡有關(guān) 細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)的紊亂與細(xì)胞毒性細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)的紊亂與細(xì)胞毒性 重金屬離子重金屬離子 農(nóng)藥農(nóng)藥 四氯化碳四氯化碳 重金屬離子重金屬離子 主要有鉛和鎘。主要有鉛和鎘。 鉛一方面與鉛一方面與CaCa2+2+及及CaMCaM結(jié)合，激活結(jié)合，激活Ca-Ca-CaMCaM依賴酶系。依賴酶系。另一方面高濃度時與細(xì)胞內(nèi)巰基激活，可抑制另一方

25、面高濃度時與細(xì)胞內(nèi)巰基激活，可抑制Ca-Ca-CaMCaM依賴酶系，并呈劑量依賴的雙相效應(yīng)?？梢娿U的依賴酶系，并呈劑量依賴的雙相效應(yīng)?？梢娿U的中毒機制中中毒機制中CaCa2+2+有重要意義。有重要意義。 鎘可使鎘可使CaMCaM含量減少。表現(xiàn)為免疫系統(tǒng)、雄性生殖系含量減少。表現(xiàn)為免疫系統(tǒng)、雄性生殖系統(tǒng)以及心肌等改變，有的可用鈣調(diào)素拮抗劑來預(yù)防統(tǒng)以及心肌等改變，有的可用鈣調(diào)素拮抗劑來預(yù)防或減輕損傷作用?；驕p輕損傷作用。農(nóng)藥農(nóng)藥 擬除蟲菊酯為神經(jīng)毒化合物，有研究發(fā)現(xiàn)擬除蟲菊酯為神經(jīng)毒化合物，有研究發(fā)現(xiàn)它可使神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)游離鈣濃度增高，可能它可使神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)游離鈣濃度增高，可能與其抑制與其抑制Ca2+，

26、Mg2+-ATPase、CaM和磷和磷酸二酯酶酸二酯酶(PEE)有關(guān)。當(dāng)然，擬除蟲菊酪有關(guān)。當(dāng)然，擬除蟲菊酪對鈣穩(wěn)態(tài)的影響有復(fù)雜的機制，且與其具對鈣穩(wěn)態(tài)的影響有復(fù)雜的機制，且與其具體化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)。體化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)。 四氯化碳四氯化碳 它可抑制肝細(xì)胞微粒體它可抑制肝細(xì)胞微粒體CaCa2+ 2+ - - ATPaseATPase，表現(xiàn)為肝內(nèi)表現(xiàn)為肝內(nèi)質(zhì)網(wǎng)酶活性改變及鈣的蓄積。其機制可能是質(zhì)網(wǎng)酶活性改變及鈣的蓄積。其機制可能是CClCCl4 4可可在肝臟氧化產(chǎn)生自由基，后者攻擊在肝臟氧化產(chǎn)生自由基，后者攻擊CaCa2+ 2+ - -ATPaseATPase上上的巰基，使酶活性下降；另外，的巰基，使酶活

27、性下降；另外，CaCa2+2+濃度增加，可濃度增加，可激活某些酶，如磷酸化酶激活某些酶，如磷酸化酶a a。 三、機體內(nèi)生物大分子的氧化損傷 自由基的來源與類型 自由基（free radical）是指含有未配對電子的基團、原子或分子。 生物體內(nèi)的自由基 1. 正常參與線粒體電子轉(zhuǎn)運過程 2. 自由的非結(jié)合狀態(tài)的，能與各種組織成分相互作用的自由基對生命大分子的損害 OH 是最活潑的自由基，也是毒性最大的自由基。它可以使活細(xì)胞中的任何分子發(fā)生反應(yīng)而造成損害，且反應(yīng)速度極快，被破壞的分子涉及糖類、氨基酸、磷脂、核苷和有機酸等。 O2- 的毒性是機體發(fā)生氧中毒反應(yīng)的主要原因，由它引 起的損傷表現(xiàn)為： 1

28、.核酸鏈斷裂、 2.多糖解聚、 3.不飽和脂肪酸的過氧化作用。 結(jié)果造成膜損傷、線粒體氧化磷酸化作用的改變等。 所有能產(chǎn)生O2- 的生物系統(tǒng)都通過歧化反應(yīng)生成H2O2，后者能使少數(shù)酶的-SH氧化失活。 1.自由基對核酸的損害 自由基作用于核酸類物質(zhì)會引起一系列的化學(xué)變化，諸如氨基或羥基的脫除、堿基與核糖連接鍵的斷裂、核糖的氧化和磷酸酯鍵的斷裂等。 大劑量的輻射可直接使DNA斷裂，小劑量的輻射可使DNA主鏈斷裂、堿基降解和氫鍵破壞，反應(yīng)過程主要為輻射引起核酸環(huán)境中水分子電解產(chǎn)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核酸的氧化損傷：核酸的氧化損傷： 1 1堿基損傷堿基損傷 活性氧攻擊活性氧攻擊DNADNA的靶位點是腺嘌呤與鳥嘌呤的的靶位點是腺嘌呤與鳥嘌呤的C C8 8，嘧啶的嘧啶的C C5 5與與C C6 6雙鍵。其可能的機制為：雙鍵。其可能的機制為：氧自由基直接作用于雙鍵部位，使之獲得一個加合氧自由基直接作用于雙鍵部位，使之獲得一個加合基而改變其結(jié)構(gòu)?；淖兤浣Y(jié)構(gòu)。OHOH使脫氧核苷脫嘌呤，即自由基可使使脫氧核苷脫嘌呤，即自由基可使DNADNA鏈上出鏈上出現(xiàn)無嘌呤或無嘧啶部位?，F(xiàn)無嘌呤或無嘧啶部位。OHOH可以自動從胸嘧啶的甲基中除去可以自動從胸嘧啶的甲基中除去H H原子。原子。

30、毒物對靶分子的影響毒物對靶分子的影響核酸的氧化損傷：核酸的氧化損傷：2 2DNADNA鏈斷裂：鏈斷裂： OHOH對對DNADNA的攻擊，主要針對的攻擊，主要針對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鏈的斷裂。鏈的斷裂。自由基對胸腺嘧啶堿基作用，造成的損害經(jīng)修復(fù)酶自由基對胸腺嘧啶堿基作用，造成的損害經(jīng)修復(fù)酶切除，可產(chǎn)生類似的單鏈斷裂。切除，可產(chǎn)生類似的單鏈斷裂。氧化應(yīng)激可啟動細(xì)胞內(nèi)的一系列代謝過程，激活核氧化應(yīng)激可啟動細(xì)胞內(nèi)的一系列代謝過程，激活核酸酶，導(dǎo)致酸酶，導(dǎo)致DNADNA

31、鏈的斷裂。鏈的斷裂。核酸的氧化損傷：核酸的氧化損傷：DNADNA鏈斷裂在基因突變的形成過程中有重要意義。鏈斷裂在基因突變的形成過程中有重要意義。DNADNA鏈斷裂后，有下列途徑產(chǎn)生突變：鏈斷裂后，有下列途徑產(chǎn)生突變：DNADNA鏈斷裂造成部分堿基的缺失；鏈斷裂造成部分堿基的缺失；DNADNA鏈斷裂后，正常的細(xì)胞將啟動修復(fù)過程，多種酶鏈斷裂后，正常的細(xì)胞將啟動修復(fù)過程，多種酶可以辨別可以辨別DNADNA內(nèi)異常，并通過切割、再合成、重合等途內(nèi)異常，并通過切割、再合成、重合等途徑使之修復(fù)。如酶也受自由基破壞或功能難以達到修復(fù)的徑使之修復(fù)。如酶也受自由基破壞或功能難以達到修復(fù)的要求，可能造成被修復(fù)的要

32、求，可能造成被修復(fù)的DNADNA堿基的錯誤摻入和錯誤編堿基的錯誤摻入和錯誤編碼；碼；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.自由基對蛋白質(zhì)的損害 自由基可直接作用于蛋白質(zhì)，也可通過脂類過氧化物間接作用于蛋白質(zhì)產(chǎn)生破壞作用。如過氧自由基（ROO）可使蛋白質(zhì)分子發(fā)生交聯(lián)生成變性的高聚物，其他自由基則可使蛋白質(zhì)的多肽鏈斷裂，并使個別氨基酸發(fā)生化學(xué)變化。 ROO +PHROOH+P P：P（聚合反應(yīng)） NH3+CHCOO-+OH NH3+HOCHCOO R R （氨基酸改變）P （二）蛋白質(zhì)的氧化損傷（二）蛋白質(zhì)的氧化損傷1 1機制：機制： (1)對脂肪族氨

33、基酸氧化損傷最常見的途徑為：在對脂肪族氨基酸氧化損傷最常見的途徑為：在-位置上將一個氫原子除去，形成位置上將一個氫原子除去，形成C中心自由基，中心自由基，再加氧其上，生成過氧基衍生物。后者分解成再加氧其上，生成過氧基衍生物。后者分解成NH3及及-酮酸，或生成酮酸，或生成NH3、CO2與醛類或羧酸，破壞與醛類或羧酸，破壞脂肪族氨基酸的結(jié)構(gòu)。脂肪族氨基酸的結(jié)構(gòu)。 (2)芳香氨基酸很少出現(xiàn)芳香氨基酸很少出現(xiàn)-除氫，而多出現(xiàn)羥基衍生除氫，而多出現(xiàn)羥基衍生物。后者可將苯環(huán)打開或在酪氨酸處交聯(lián)成二聚體。物。后者可將苯環(huán)打開或在酪氨酸處交聯(lián)成二聚體。毒物對靶分子的影響毒物對靶分子的影響（二）蛋白質(zhì)的氧化損傷

34、（二）蛋白質(zhì)的氧化損傷 2 2后果后果 3.自由基對糖類的損害 自由基通過氧化性降解使多糖鏈斷裂。如影響腦脊液中的多糖，從而影響大腦的正常功能。 自由基使核糖、脫氧核糖形成脫氫自由基，導(dǎo)致DNA主鏈斷裂或堿基破壞，還可使細(xì)胞膜寡糖鏈中糖分子羥基氧化生成不飽和的羰基或聚合成雙聚物，從而破壞細(xì)胞膜上的多糖結(jié)構(gòu)，影響細(xì)胞免疫功能的發(fā)揮。 C=O+OH+H2O CHOH+OH COH+H2O COH COH4.自由基對脂質(zhì)的損害 4.自由基對脂質(zhì)的損害 脂質(zhì)中的多不飽和脂肪酸由于含有多個雙鍵而化學(xué)性質(zhì)活潑，最易受自由基（O2-或OH）的破壞發(fā)生過氧化反應(yīng)。 （CHCHCH2）+R （CHCHCH）+R

35、H （CHCHCH）+O2（ CHCHCH） O O （ CHCHCH）+ （CHCHCH2） O O （ CHCHCH）+ （CHCHCH） O OH（）（）（）（）（）（）（）（）2 2脂質(zhì)過氧化的后果：脂質(zhì)過氧化的后果： 細(xì)胞器和細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的改變和功能障礙細(xì)胞器和細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的改變和功能障礙。脂質(zhì)過氧化物的分解產(chǎn)物具有細(xì)胞毒性，其中特別脂質(zhì)過氧化物的分解產(chǎn)物具有細(xì)胞毒性，其中特別有害的是一些不飽和醛類有害的是一些不飽和醛類。對對DNADNA影響：影響： 一是脂質(zhì)過氧化自由基和烷基自由基可引起一是脂質(zhì)過氧化自由基和烷基自由基可引起DNADNA堿基，特別是鳥嘌呤堿基的氧化；堿基，特別是鳥嘌呤堿

36、基的氧化； 一是脂質(zhì)過氧化物的分解產(chǎn)物，丙二醛可以共價一是脂質(zhì)過氧化物的分解產(chǎn)物，丙二醛可以共價結(jié)合方式導(dǎo)致結(jié)合方式導(dǎo)致DNADNA鏈斷裂和交聯(lián)。鏈斷裂和交聯(lián)。 對低密度脂蛋白對低密度脂蛋白(LDL)(LDL)的作用。的作用。 OOHOOHOOHOOHOOOOHOOO O H奪氫反應(yīng)雙鍵重排吸收氧五元氧環(huán)形成鍵斷裂OOR+O2+RH+RH+R圖 氫過氧化脂肪酸通過自由基反應(yīng)形成共軛雙鍵和丙二醛 引起損傷的因素引起損傷的因素: 自發(fā)性損傷自發(fā)性損傷(復(fù)制中的損傷、堿基的自發(fā)性化學(xué)改變、復(fù)制中的損傷、堿基的自發(fā)性化學(xué)改變、 自發(fā)脫堿基、自發(fā)脫堿基、 細(xì)胞的代謝產(chǎn)物對細(xì)胞的代謝產(chǎn)物對DNA的損傷的損

37、傷) 物理因素引起的損傷物理因素引起的損傷(電離輻射、紫外線電離輻射、紫外線) 化學(xué)因素引起的損傷化學(xué)因素引起的損傷（烷化劑、堿基類似物）（烷化劑、堿基類似物） 引起損傷的類型：引起損傷的類型： 堿基脫落、堿基（或核苷）改變、錯誤堿基（堿基的取堿基脫落、堿基（或核苷）改變、錯誤堿基（堿基的取 代）、堿基的插入或缺失、鏈的斷裂、鏈交聯(lián)（鏈內(nèi)、鏈代）、堿基的插入或缺失、鏈的斷裂、鏈交聯(lián)（鏈內(nèi)、鏈 間）、間）、嘧啶二聚體嘧啶二聚體等等等等 一一 、DNA損傷的原因及后果損傷的原因及后果電離輻射電離輻射可可見見光光氧自氧自由基由基H+烷化劑烷化劑8-oxoGP/P復(fù)制錯誤復(fù)制錯誤核苷類似物核苷類似物m

38、CUDNA損傷的類型 DNA損傷 堿基損傷 堿基錯配 平面大分子嵌入DNA 堿基類似物 堿基化學(xué)結(jié)構(gòu)的改變或破壞 DNA鏈損傷 二聚體的形成 DNA 加成物 DNA-蛋白質(zhì)交聯(lián)物 烷化劑引起烷化劑引起DNADNA損傷損傷n 堿基烷基化堿基烷基化: GC ATn 堿基脫落堿基脫落: 甲基磺酸甲酯可使鳥嘌呤7N烷基化，活化糖苷鍵，連接堿基與五碳糖間的共價鍵變?nèi)酰菀渍蹟嗳笔A基，造成脫嘌呤作用。 導(dǎo)致導(dǎo)致DNA斷鏈斷鏈: 磷酸二酯鍵上的氧被烷基化 導(dǎo)致導(dǎo)致DNA鏈交聯(lián)鏈交聯(lián)化學(xué)損傷化學(xué)損傷甲基化甲基化甲基化甲基化甲基化甲基化氧化損傷氧化損傷氧化損傷氧化損傷缺失堿基位點缺失堿基位點DNA受到大劑量紫

39、外線照射時，形成二聚體受到大劑量紫外線照射時，形成二聚體紫外線可引起紫外線可引起DNA的交聯(lián)的交聯(lián), DNA與蛋白質(zhì)的交聯(lián)。與蛋白質(zhì)的交聯(lián)。電離輻射引起電離輻射引起DNADNA損傷的機理損傷的機理電離輻射引起電離輻射引起DNADNA損傷的機制損傷的機制 自由基損害自由基損害 損傷損傷DNA修復(fù)系統(tǒng)修復(fù)系統(tǒng) MCI 假說假說電離輻射引起電離輻射引起DNADNA損傷的類型損傷的類型 產(chǎn)生產(chǎn)生 OH自由基，導(dǎo)致自由基，導(dǎo)致堿基堿基變化變化 脫氧核糖脫氧核糖分解分解 DNA鏈鏈斷裂斷裂 DNA鏈、蛋白質(zhì)的鏈、蛋白質(zhì)的交聯(lián)交聯(lián)第四節(jié)解毒（detoxication)解毒（detoxication) 解毒：是指通過生物轉(zhuǎn)化而將終毒物排除，或者阻止毒性產(chǎn)物形成的過程。 在某些情況下，解毒可能與中毒競爭同一化學(xué)物解毒途徑 1。無功能基團毒物的解毒 無功能基團化學(xué)物（苯和甲苯）+功能基團（羥基和羧基） 含功能基團產(chǎn)物+內(nèi)源性酸如葡萄糖醛酸、硫酸或氨基酸 不活潑、高度親水的有機酸排除體外cyp4502。親電子物的解毒 一般親電子物的解毒是通過與巰基親核物谷胱甘肽共軛結(jié)合而解毒 金屬離子Ag2+、Cd2+、Hg2+很容易與谷胱甘肽反應(yīng)而解毒 酶性抗氧化系統(tǒng)酶性抗氧化系統(tǒng) a a SODSOD：是一類含有不同輔基的金屬結(jié)合酶家族，如是一類含有不同輔基的金屬結(jié)合酶家族