《毒性作用機(jī)制》PPT課件.ppt

1、第四章毒性作用的反應(yīng)歷程、有毒化學(xué)品數(shù)量龐大，中毒表現(xiàn)多樣，引起毒性作用的反應(yīng)歷程各不相同，部分比較簡(jiǎn)單的腐食性強(qiáng)酸、堿等酶催化劑的活性(氰基絡(luò)離子(CN-)與氧化型細(xì)胞色素氧化酶催化劑中的鐵元素離子(Fe3 )結(jié)合，細(xì)胞色素氧化酶的活性被抑制而生物功能對(duì)一些外來(lái)化學(xué)物質(zhì)的毒作用機(jī)制進(jìn)行了深入研究，但許多毒物的毒作用機(jī)制尚不完全清楚。 關(guān)于中毒機(jī)理的理論和假說(shuō)很多，例如有細(xì)胞球鈣元素安定說(shuō)、自由基說(shuō)等。 毒作用的反應(yīng)歷程(4個(gè)歷史)，迄今為止，許多毒物發(fā)揮毒作用至少經(jīng)歷了4個(gè)過(guò)程： 1、被吸收進(jìn)入機(jī)體的毒物通過(guò)多個(gè)屏障被輸送到一個(gè)或多個(gè)靶點(diǎn)2 .進(jìn)入靶點(diǎn)的最終毒物與內(nèi)在靶點(diǎn)分子相互作用(反應(yīng))

2、 有毒物質(zhì)引起生物分子、細(xì)胞球和組織水平的功能和結(jié)構(gòu)紊亂4 .飛機(jī)機(jī)身啟動(dòng)不同水平的修復(fù)反應(yīng)歷程來(lái)對(duì)應(yīng)毒作用，如飛機(jī)機(jī)身修復(fù)功能降低，有毒物質(zhì)造成的功能和結(jié)構(gòu)紊亂超過(guò)飛機(jī)機(jī)身修復(fù)能力，則在飛機(jī)機(jī)身出現(xiàn)組織壞死、癌和纖維化等毒性損害。 (無(wú)法修復(fù))、重要、化學(xué)物質(zhì)暴露后毒性發(fā)展可能存在的階段，第一階段：從暴露部位到目標(biāo)部位，1終末毒物的概念、毒效強(qiáng)度主要取決于終末毒物作用部位的濃度和持續(xù)時(shí)間。 最終毒物(ultimate toxicant )是與內(nèi)因性靶分子(例如接納體、酶催化劑、DNA、微絲狀體蛋白、脂質(zhì))相互作用，使整體結(jié)構(gòu)或功能發(fā)生變化，引起毒性作用的物質(zhì)。 最終毒物可以是暴露于生物體的原

3、化學(xué)物質(zhì)(母化合物)其他毒物的毒性主要由其代謝物引起，生物轉(zhuǎn)化為有害產(chǎn)物的過(guò)程稱(chēng)為增毒(toxication )或代謝活化(metabolic activation )。 重要的是，2末端毒物的類(lèi)型，(1)親電子試劑(electrophiles) (2)親核物(nucleophiles) (3)帶有部分或全部氧化還原性反應(yīng)物(redox-activereduc正電荷，與親核物中的富含電子的原子共享電子對(duì)易于反應(yīng)。 形成方式：插入的氧原子從附著在外源化學(xué)物上的原子獲得電子，使其具有親電性。 例如，苯乙醛的共軛雙鍵通過(guò)氧的脫電子作用而極化。 例如，醌，2.2需求核物質(zhì)(nucleophiles )

4、不太常見(jiàn)。 有一個(gè)原子或幾個(gè)原子的多才多藝的電子。 最典型的是氰化物：苦杏仁用腸道菌葡萄糖苷酶催化水解作用硒化氫：亞硒酸鹽與谷胱甘肽或其他巰基化學(xué)基反應(yīng)的CO:二鹵甲烷為氧化脫鹵素的有毒代謝產(chǎn)物、2.3氧化還原性反應(yīng)物(redox-active reductants )， 可以在具有活性的各種氧化還原反應(yīng)物小腸中從硝酸鹽通過(guò)腸道菌還原，也可以通過(guò)亞硝酸乙酯與谷胱甘肽的反應(yīng)生成。 親核物和氧化活性物質(zhì)還原物最終與親電子物形成自由基，是主要的最終毒物，2.4自由基、自由基被認(rèn)為是獨(dú)立地游離存在的具有未成對(duì)電子的分子、原子或絡(luò)離子。 自由基主要是由化合物的共價(jià)鍵均勻破裂而產(chǎn)生的。 2.4.1自由基的

5、來(lái)源和類(lèi)型，自由基來(lái)自生物體內(nèi)：產(chǎn)生細(xì)胞球正常大姨媽過(guò)程的化學(xué)毒物發(fā)生在體內(nèi)代謝過(guò)程中。 與生物體有關(guān)的自由基中最重要的是氧中心自由基，這種自由基在生物體內(nèi)不斷發(fā)生。 術(shù)語(yǔ)“氧化活性物質(zhì)”實(shí)際上是集合名詞，不僅包括諸如O2-和OH的氧中心自由基，還包括諸如H2O2、單線態(tài)氧和次亞氯酸的氧非自由基誘導(dǎo)體，以及過(guò)氧化物和氫過(guò)氧化物2.4.2自由基的共同特征是： (1)具有順磁性，其化學(xué)性質(zhì)非?；钴S，反應(yīng)性極高，半壽期極短，一般只能用s進(jìn)行訂正。 (2)自由基的產(chǎn)生是可傳遞和連鎖的，產(chǎn)生后立即作用于別的分子，生成新的自由基，繼續(xù)損傷生物體。 (3)作用半徑短，僅與鄰接的分子作用。 (4)由于自由基的

6、存在時(shí)間短，半徑小，因此無(wú)法捕獲，測(cè)定非常困難。 只能用間接方法測(cè)定自由基損傷后的產(chǎn)物，如過(guò)氧化脂質(zhì)、丙二醛(MDA )來(lái)證明。 重要的是，2.4.3機(jī)體氧化損傷的防御系統(tǒng)，(1)是含有酶催化劑抗氧化系統(tǒng)sod:cuzn-sod、Fe-SOD和Mn-SOD等不同亞單位的金屬鍵酶催化劑家族。 這些個(gè)在細(xì)胞球內(nèi)的定位變化較大，CuZnSOD存在于肝、血紅細(xì)胞等多種器官內(nèi)，Mn-SOD主要存在于線粒體中。 其唯一的生理機(jī)能是歧化超氧陰離子(O2-)，以及生成H2O2和O2。 過(guò)氧化氫酶(CAT ) :位于肝細(xì)胞和紅細(xì)胞球內(nèi)的過(guò)氧化氫酶小體中，其主要功能是將H2O2轉(zhuǎn)化為水。 GSH-Px(GPO )

7、 :廣泛存在于生物體內(nèi)，特異性催化谷氨酰胺對(duì)過(guò)氧化物的還原反應(yīng)，將過(guò)氧化物轉(zhuǎn)化為水或相應(yīng)的醇類(lèi)。 阻隔脂質(zhì)過(guò)氧化的鏈鎖反應(yīng)。 谷胱甘肽還原酶催化劑(GR ) :其分布與GSH-Px相同，主要功能是產(chǎn)生還原型谷胱甘肽(GSH )，保護(hù)生物解毒功能的執(zhí)行。 心肌黃酶催化劑(DT diaphorase):葡萄糖-6-磷酸黃素脫氫酶。 (2)非酶催化劑性抗氧化系統(tǒng)在生物系中分布廣泛，可通過(guò)非酶促反應(yīng)去除氧自由基。 例如植酸c、植酸e、GSH、尿酸、?；撬?、次?；撬岬取?谷氨酰胺(GSH )參與GSHPx的作用，將過(guò)氧化物還原成H2O和氧化型谷氨酰胺(GSSG )。 一部分有毒化學(xué)品會(huì)耗盡肝臟GSH，繼

8、而發(fā)生丙烯氰、苯乙烯等脂質(zhì)過(guò)氧化。 維生素e :要發(fā)揮抗酸化作用必須與膜結(jié)合。 首先與氧自由基反應(yīng)生成生育酚自由基，利用抗壞血酸GSH的氧化還原耦合反應(yīng)進(jìn)行還原。 是斷鏈抗氧化劑，主要通過(guò)給過(guò)氧自由基和烷基自由基提供不穩(wěn)定的氧來(lái)防止脂質(zhì)過(guò)氧化。 2.4.4自由基對(duì)生物大分子的損傷作用；(1)脂質(zhì)過(guò)氧化損傷：脂質(zhì)過(guò)氧化：主要是指自由基對(duì)多不飽和脂肪酸的酸化作用對(duì)生物膜有很強(qiáng)的損傷作用。 脂質(zhì)過(guò)氧化的結(jié)果：細(xì)胞器和胞質(zhì)膜結(jié)構(gòu)的變化和功能故障。 脂質(zhì)過(guò)氧化物的分解產(chǎn)物有細(xì)胞球毒性，其中特別有害的是不飽和醛類(lèi)。 對(duì)DNA的影響：一是脂質(zhì)過(guò)氧化自由基和烷基自由基引起DNA鹽化學(xué)基，特別是鳥(niǎo)嘌呤鹽化學(xué)基的

9、氧化。 一種是脂質(zhì)過(guò)氧化物的分解產(chǎn)物，丙二醛以共價(jià)鍵方式可引起DNA鏈的斷裂和交聯(lián)。 (2)蛋白質(zhì)氧化損傷、反應(yīng)歷程： (a )脂肪族氨基酸氧化損傷最常見(jiàn)的途徑是在-位置去除氫原子，形成c中心自由基，在其上加入氧生成過(guò)氧誘導(dǎo)體。 后者分解為NH3和酮酸，與NH3，CO2生成醛類(lèi)及羧酸，破壞脂肪族氨基酸的結(jié)構(gòu)。 (b )芳香族氨基酸很少除去氫，形成羥基化學(xué)基誘導(dǎo)體。 后者可以打開(kāi)苯環(huán)，用正丁酸交聯(lián)形成二聚體。 結(jié)果氧化的結(jié)果是聚集和交聯(lián)，或蛋白質(zhì)的分解和斷裂，這主要取決于蛋白質(zhì)成分的特征和自由基的種類(lèi)。 (3)對(duì)DNA的氧化損傷、氧化活性物質(zhì)對(duì)DNA的損傷作用，可能是突然變異和癌變的基礎(chǔ)，也與凋

10、亡有關(guān)。 鹽化學(xué)基損傷氧化活性物質(zhì)攻擊DNA的靶位點(diǎn)是腺嘌呤和鳥(niǎo)嘌呤的C8、嘧啶的C5和C6的雙鍵。 DNA鏈斷裂：DNA鏈斷裂在突變型基因的形成過(guò)程中具有重要意義。當(dāng)DNA鏈被切斷、DNA鏈被切斷、部分鹽化學(xué)基缺失、DNA鏈被切斷時(shí)，正常的細(xì)胞球開(kāi)始修復(fù)過(guò)程，多種酶催化劑識(shí)別DNA內(nèi)的異常，通過(guò)切斷、再合成、疊加等途徑進(jìn)行修復(fù)。 如果酶催化劑也被自由基破壞，功能難以滿(mǎn)足修復(fù)的要求，就有可能引起修復(fù)后的DNA鹽化學(xué)基的誤導(dǎo)和誤查詢(xún)密碼。 可能引起癌基因的活化和抑癌基因的失活。 第二階段：終毒物與靶分子的反應(yīng)，1 .靶分子的屬性，實(shí)際上所有的內(nèi)源性分子都是毒物潛在靶分子，最重要的是核酸或蛋白質(zhì)等

11、生物大分子。也與膜脂等小分子有關(guān)。 2、反應(yīng)類(lèi)型、非共價(jià)鍵脫水基元反應(yīng)酶催化劑促進(jìn)了反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移，2.1非共價(jià)鍵(nonconvalent binding):是通過(guò)非極性相互作用或氫鍵和絡(luò)離子鍵的形成，是代表性的毒物和膜受體、細(xì)胞球內(nèi)接納體、絡(luò)離子通道及某些酶等靶分子如西賓，有機(jī)氯元素農(nóng)藥與乙酰膽堿酯酶結(jié)合，呈現(xiàn)松散的整體分子鍵，主要通過(guò)靜電氫鍵結(jié)合，因此影響小，可逆，飛機(jī)機(jī)身逐漸恢復(fù)。 但是，復(fù)能劑不能用分解磷固定，反而妨礙解毒。 2.2共價(jià)鍵(convalent binding):是指化學(xué)毒物或其活性的代謝產(chǎn)物與機(jī)體中的幾個(gè)重要大分子共價(jià)鍵合成附加物，從而改變核酸、蛋白質(zhì)、酶催化劑、膜脂等

12、生物大分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其生物科學(xué)功能。 共價(jià)鍵是不可逆的。 附加物(adducts )是指活性化學(xué)物質(zhì)與細(xì)胞球的大分子之間通過(guò)共價(jià)鍵形成的穩(wěn)定的復(fù)合物。 2.2.1與蛋白質(zhì)的共價(jià)鍵、化學(xué)毒物和蛋白質(zhì)的共價(jià)鍵是不可逆的，影響了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能。 例如，黃曲霉毒素B1與白蛋白結(jié)合時(shí)，白蛋白就失去了作為載體的功能。 2.2.2與核酸分子的共價(jià)鍵、化學(xué)毒物及其代謝產(chǎn)物與核酸分子的共價(jià)鍵是研究化學(xué)毒物致癌作用的熱點(diǎn)。 研究表明，一旦細(xì)胞球內(nèi)DNA附加物形成，致癌過(guò)程開(kāi)始，隨后進(jìn)入促進(jìn)和發(fā)展階段。 化學(xué)毒物和核酸的共價(jià)鍵形成的附加物有烷基化試劑等直接加成方式。 另一個(gè)是經(jīng)過(guò)代謝活化，只有生成具有活性的代

13、謝物才能結(jié)合，例如稠環(huán)芳烴類(lèi)、曲霉類(lèi)，很多化學(xué)物質(zhì)就是這樣結(jié)合的。 3、結(jié)合的結(jié)果表明，3.1靶分子結(jié)構(gòu)的破壞毒物與靶分子形成附加物，發(fā)生交聯(lián)和斷鏈而使分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。 如DNA附加物3.2靶分子功能破壞激活或抑制酶催化劑活性(如禁酒硫) 3.3，新的抗原毒物及其代謝物與蛋白質(zhì)結(jié)合，激發(fā)新的免疫應(yīng)答如藥物所致的狼瘡。 第三階段：細(xì)胞球功能故障及其毒性，1 .毒物細(xì)胞球調(diào)節(jié)功能故障，1.1基因調(diào)控?fù)p傷細(xì)胞分裂異常：腫瘤形成、畸形細(xì)胞球凋亡：組織退化或畸形蛋白質(zhì)合成損傷1.2細(xì)胞時(shí)刻活動(dòng)的調(diào)節(jié)障礙特定細(xì)胞的正常運(yùn)行的調(diào)控是由作用于膜受體的信號(hào)分子實(shí)現(xiàn)的。 如Ca2，細(xì)胞球鈣元素穩(wěn)定失調(diào)說(shuō)，1.2

14、.1細(xì)胞球內(nèi)鈣元素穩(wěn)定，毒理學(xué)中，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞球損傷和死亡與細(xì)胞球內(nèi)鈣元素濃度增加有關(guān)，發(fā)展成中毒機(jī)制重要學(xué)說(shuō)，細(xì)胞鈣穩(wěn)定紊亂說(shuō)，即細(xì)胞內(nèi)鈣濃度失控增加，產(chǎn)生了一系列反應(yīng)， 導(dǎo)致細(xì)胞球損傷或死亡的細(xì)胞球內(nèi)鈣元素有游離的鈣元素絡(luò)離子和與蛋白質(zhì)結(jié)合的鈣元素兩種。 與鈣元素結(jié)合的蛋白質(zhì)有與胞質(zhì)膜和細(xì)胞器膜內(nèi)的蛋白質(zhì)結(jié)合的類(lèi)型和與可溶性蛋白質(zhì)結(jié)合的類(lèi)型。 激動(dòng)劑刺激引起細(xì)胞球Ca2的動(dòng)員，可以調(diào)節(jié)包括肌肉收縮、神經(jīng)傳遞、細(xì)胞分泌、細(xì)胞球分化和增殖在內(nèi)的細(xì)胞球多種生物功能。Ca2在調(diào)節(jié)細(xì)胞球功能中起著信使的作用，將激動(dòng)劑的刺激信號(hào)傳遞給細(xì)胞球內(nèi)的各種酶促反應(yīng)系統(tǒng)和功能性蛋白。 在細(xì)胞球安靜狀態(tài)下游離到細(xì)胞球

15、內(nèi)的Ca2為10-7mol/L，細(xì)胞外液Ca2達(dá)到了10-3mol/L。 當(dāng)細(xì)胞球在激動(dòng)狀態(tài)中，第一消息傳遞信息時(shí)，細(xì)胞球內(nèi)游離Ca2迅速增加到10-5mol/L，然后降低到10-7mol/L，完成信息傳遞周期。 我認(rèn)為Ca2是體內(nèi)的第二信使。 上述Ca2濃度的變化過(guò)程呈穩(wěn)定態(tài)，被稱(chēng)為細(xì)胞球內(nèi)鈣元素穩(wěn)定態(tài)。1.2.2鈣元素穩(wěn)定失調(diào)的反應(yīng)歷程、1.2.2.1細(xì)胞球內(nèi)鈣元素穩(wěn)定失調(diào)細(xì)胞球Ca2信號(hào)的改變?cè)诟鞣N病理及毒理學(xué)過(guò)程中發(fā)揮重要作用。 抑制細(xì)胞球損傷時(shí)Ca2內(nèi)流動(dòng)增加，或Ca2從細(xì)胞球內(nèi)儲(chǔ)存部位釋放增加，或胞質(zhì)膜被趕出Ca2外，細(xì)胞球內(nèi)Ca2濃度不能特羅爾的持續(xù)增加，即打破細(xì)胞球內(nèi)鈣元素穩(wěn)定

16、，被稱(chēng)為細(xì)胞球內(nèi)鈣穩(wěn)定失調(diào)1.2.2.2鈣元素穩(wěn)定失調(diào)說(shuō)，稱(chēng)為Ca2的失調(diào)或紊亂，對(duì)于完全破壞正常生命活動(dòng)所必需的荷爾蒙激素和生長(zhǎng)因子的刺激，會(huì)造成短暫的Ca2瞬變，危害細(xì)胞的功能和細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)，最終激活不可逆的細(xì)胞組分分解代謝過(guò)程。 這是所謂中毒機(jī)制中的鈣元素穩(wěn)定失調(diào)說(shuō)。 重要的是，1.2.2.3反應(yīng)歷程、鈣元素的濃度變化，可引起(1)正常荷爾蒙激素和生長(zhǎng)因子刺激的Ca2信號(hào)損傷。 (2)激活鈣元素依賴(lài)性分解酶催化劑，包括蛋白酶、磷酸脂肪酶、核酸內(nèi)切酶催化劑。 (3)損傷細(xì)胞骨架；(4)損傷腺粒體；(5)與凋亡有關(guān)，1.2.3細(xì)胞球的鈣元素穩(wěn)定狀態(tài)有紊亂和細(xì)胞球毒性，1.2.3.1重金屬絡(luò)離

17、子主要有金屬鉛和鎘。 一方面，金屬鉛與Ca2和CaM結(jié)合，激活Ca-CaM依存酶體系。 另一方面，高濃度時(shí)與細(xì)胞球內(nèi)巰基化學(xué)基活性化，抑制Ca-CaM依存酶體系，呈現(xiàn)用量依存的二相效果。 發(fā)現(xiàn)Ca2在金屬鉛中毒反應(yīng)歷程中具有重要意義。 鎘可以減少CaM的含量。 免疫系統(tǒng)、雄性生殖系統(tǒng)和心肌等改變，部分可用降鈣素拮抗藥預(yù)防或減輕損傷作用。 1.2.3.2農(nóng)藥、擬除蟲(chóng)菊酯為神經(jīng)毒素化合物，能提高神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)游離鈣元素濃度，可能與抑制Ca2、Mg2 -ATPase、CaM (降鈣素)和磷酸二酯酶(PEE )有關(guān)。 當(dāng)然，擬除蟲(chóng)菊酯正丁酸對(duì)鈣元素穩(wěn)定狀態(tài)的影響有復(fù)雜的反應(yīng)歷程，與其具體的化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)。 1.2.3.3四氯化碳抑制肝細(xì)胞微粒體Ca2 - ATPase，表現(xiàn)肝內(nèi)質(zhì)網(wǎng)酶活力的變化和鈣元素的積累。 其反應(yīng)歷程可使CCl4在肝臟氧化產(chǎn)生自由基，后者可攻擊Ca2 -ATPase上的巰基化學(xué)基，降低酶活力，還可