第四章 毒作用機(jī)制

1、第四章第四章 毒作用機(jī)制毒作用機(jī)制第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述l毒作用機(jī)制的研究?jī)?nèi)容毒作用機(jī)制的研究?jī)?nèi)容： 毒物如何進(jìn)入毒物如何進(jìn)入機(jī)體？機(jī)體？ 怎樣與靶分子相互作用？怎樣與靶分子相互作用？ 怎樣怎樣表現(xiàn)其有害作用？表現(xiàn)其有害作用？ 機(jī)體對(duì)損害作用的反機(jī)體對(duì)損害作用的反應(yīng)等。應(yīng)等。l毒作用機(jī)制的研究是評(píng)價(jià)化學(xué)毒物潛在危毒作用機(jī)制的研究是評(píng)價(jià)化學(xué)毒物潛在危害的基礎(chǔ)。害的基礎(chǔ)。終毒物：終毒物：l 終毒物：終毒物：是可與內(nèi)源性靶分子（如受體蛋白、酶、是可與內(nèi)源性靶分子（如受體蛋白、酶、微纖維蛋白、微纖維蛋白、DNA及脂質(zhì)等）相互作用，使機(jī)體及脂質(zhì)等）相互作用，使機(jī)體整體性結(jié)構(gòu)或功能改變，從而導(dǎo)致毒性損害

2、的物整體性結(jié)構(gòu)或功能改變，從而導(dǎo)致毒性損害的物質(zhì)。質(zhì)。l 終毒物形式：終毒物形式：母體化合物、母體化學(xué)物的代謝產(chǎn)母體化合物、母體化學(xué)物的代謝產(chǎn)物或者是毒物生物轉(zhuǎn)化期間產(chǎn)生的活性氧，也可物或者是毒物生物轉(zhuǎn)化期間產(chǎn)生的活性氧，也可能是內(nèi)源性分子。能是內(nèi)源性分子。外源化學(xué)物產(chǎn)生損害的途徑：外源化學(xué)物產(chǎn)生損害的途徑：最直接途徑：最直接途徑：化學(xué)毒物在機(jī)體重要部位出現(xiàn)，化學(xué)毒物在機(jī)體重要部位出現(xiàn)，而不與靶分子作用。而不與靶分子作用。較為復(fù)雜途徑：較為復(fù)雜途徑：毒物進(jìn)入機(jī)體后，抵達(dá)靶部位，毒物進(jìn)入機(jī)體后，抵達(dá)靶部位，與靶分子相互作用，引起損害。與靶分子相互作用，引起損害。最復(fù)雜途徑：最復(fù)雜途徑：a 毒物先

3、分布到靶部位；毒物先分布到靶部位；b 終毒物終毒物與靶分子相互作用，引起細(xì)胞和域結(jié)構(gòu)的紊亂；與靶分子相互作用，引起細(xì)胞和域結(jié)構(gòu)的紊亂；c 啟動(dòng)分子、細(xì)胞或組織水平的修復(fù)機(jī)制，當(dāng)毒啟動(dòng)分子、細(xì)胞或組織水平的修復(fù)機(jī)制，當(dāng)毒物所致紊亂超過(guò)修復(fù)能力，修復(fù)功能失調(diào)，毒物所致紊亂超過(guò)修復(fù)能力，修復(fù)功能失調(diào)，毒作用發(fā)生。作用發(fā)生。第二節(jié)第二節(jié) 毒物對(duì)毒物對(duì)生物膜生物膜的損害作用的損害作用一、生物膜概述一、生物膜概述 （一）生物膜的化學(xué)組成（一）生物膜的化學(xué)組成生物膜生物膜膜脂（膜脂（磷脂、少量的糖脂和膽固醇磷脂、少量的糖脂和膽固醇） 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)糖、金屬離子、水糖、金屬離子、水l 脂質(zhì)雙層是所有生物膜的結(jié)構(gòu)

4、基礎(chǔ)，而膜蛋白幾乎脂質(zhì)雙層是所有生物膜的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，而膜蛋白幾乎負(fù)責(zé)生物膜的所有功能。負(fù)責(zé)生物膜的所有功能。（二）生物膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（二）生物膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)l1 膜的運(yùn)動(dòng)性膜的運(yùn)動(dòng)性側(cè)向運(yùn)動(dòng)側(cè)向運(yùn)動(dòng)分子的擺動(dòng)分子的擺動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)翻翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)側(cè)向運(yùn)動(dòng)側(cè)向運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)2 膜脂的相變與流動(dòng)性膜脂的相變與流動(dòng)性相變溫度相變溫度Tc脂脂質(zhì)質(zhì)凝固態(tài)凝固態(tài)液晶態(tài)液晶態(tài)（三）生物膜的（三）生物膜的“流動(dòng)鑲嵌學(xué)說(shuō)流動(dòng)鑲嵌學(xué)說(shuō)”1.脂質(zhì)雙層是膜的基本結(jié)構(gòu)，膜脂質(zhì)分脂質(zhì)雙層是膜的基本結(jié)構(gòu)，膜脂質(zhì)分子在不斷運(yùn)動(dòng)中；生理?xiàng)l件下，呈流子在不斷運(yùn)動(dòng)中；生理?xiàng)l件下，呈流動(dòng)的液晶態(tài)；脂雙層結(jié)構(gòu)既是屏障，動(dòng)的液晶態(tài)；

5、脂雙層結(jié)構(gòu)既是屏障，也是膜蛋白表現(xiàn)功能的舞臺(tái)。也是膜蛋白表現(xiàn)功能的舞臺(tái)。（三）生物膜的（三）生物膜的“流動(dòng)鑲嵌學(xué)說(shuō)流動(dòng)鑲嵌學(xué)說(shuō)”2.細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)與膜脂分子之間存細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)與膜脂分子之間存在相互作用，也處于運(yùn)動(dòng)之中；部分在相互作用，也處于運(yùn)動(dòng)之中；部分膜脂分子對(duì)于維持膜蛋白的構(gòu)象和發(fā)膜脂分子對(duì)于維持膜蛋白的構(gòu)象和發(fā)揮功能有直接的影響。揮功能有直接的影響。（三）生物膜的（三）生物膜的“流動(dòng)鑲嵌學(xué)說(shuō)流動(dòng)鑲嵌學(xué)說(shuō)”3.膜的脂質(zhì)、膜蛋白和膜糖在脂雙層兩膜的脂質(zhì)、膜蛋白和膜糖在脂雙層兩側(cè)的分布是不對(duì)稱的，膜上的糖基總側(cè)的分布是不對(duì)稱的，膜上的糖基總是暴露在細(xì)胞膜的外表面上。這種不是暴露在細(xì)胞膜的

6、外表面上。這種不對(duì)稱性表明了膜功能的復(fù)雜性。對(duì)稱性表明了膜功能的復(fù)雜性。（四）生物膜的三大基本功能（四）生物膜的三大基本功能u 能量轉(zhuǎn)換；能量轉(zhuǎn)換；u 物質(zhì)運(yùn)送；物質(zhì)運(yùn)送；u 信號(hào)跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)。信號(hào)跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)。二、毒物對(duì)生物膜的損害作用二、毒物對(duì)生物膜的損害作用（一）對(duì)生物膜（一）對(duì)生物膜組成成分組成成分的影響的影響l 化學(xué)毒物可引起細(xì)胞膜成分化學(xué)毒物可引起細(xì)胞膜成分含量、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)含量、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的的改變。改變。l CCl4可引起大鼠肝細(xì)胞膜可引起大鼠肝細(xì)胞膜磷脂和膽固醇磷脂和膽固醇含量的含量的下降下降；l SiO2可與人紅細(xì)胞膜上的蛋白結(jié)合，使其結(jié)構(gòu)可與人紅細(xì)胞膜上的蛋白結(jié)合，使其結(jié)構(gòu)中的中的-

7、螺旋減少螺旋減少；l 有機(jī)磷農(nóng)藥可抑制突觸小體及紅細(xì)胞膜上有機(jī)磷農(nóng)藥可抑制突觸小體及紅細(xì)胞膜上乙酰乙酰膽堿酯酶的活性。膽堿酯酶的活性。（二）對(duì)膜（二）對(duì)膜生物物理性質(zhì)生物物理性質(zhì)的影響的影響膜生物物理性質(zhì)：膜生物物理性質(zhì)：通透性、流動(dòng)性、膜電荷和膜通透性、流動(dòng)性、膜電荷和膜電位等。電位等。 1. 對(duì)膜通透性的影響對(duì)膜通透性的影響l 許多化學(xué)毒物可通過(guò)與膜蛋白或膜脂相互作用，許多化學(xué)毒物可通過(guò)與膜蛋白或膜脂相互作用，改變膜的通透性來(lái)發(fā)揮毒作用。改變膜的通透性來(lái)發(fā)揮毒作用。l DDT可作用于可作用于神經(jīng)軸索膜神經(jīng)軸索膜，改變，改變Na+和和K+的通的通透性，從而產(chǎn)生一系列的神經(jīng)中毒癥狀。透性，從而

8、產(chǎn)生一系列的神經(jīng)中毒癥狀。l 纈氨霉素可使纈氨霉素可使線粒體膜線粒體膜對(duì)對(duì)K+的通透性增大，使的通透性增大，使氧化磷酸化解偶聯(lián)氧化磷酸化解偶聯(lián)，從而造成細(xì)胞損傷。，從而造成細(xì)胞損傷。氧化磷酸化作用：氧化磷酸化作用：當(dāng)電子流過(guò)呼吸鏈時(shí)，質(zhì)當(dāng)電子流過(guò)呼吸鏈時(shí)，質(zhì)子通過(guò)膜被泵出子通過(guò)膜被泵出高高 H+ 低低 H+ 線粒體線粒體外膜外膜線粒體線粒體內(nèi)膜內(nèi)膜膜間腔膜間腔線粒體基質(zhì)線粒體基質(zhì)H+Pi+ADPATP線粒體線粒體eATP酶復(fù)合體酶復(fù)合體 （二）對(duì)膜（二）對(duì)膜生物物理性質(zhì)生物物理性質(zhì)的影響的影響 2. 對(duì)膜流動(dòng)性的影響對(duì)膜流動(dòng)性的影響l流動(dòng)性是生物膜的基本特征之一。現(xiàn)已發(fā)流動(dòng)性是生物膜的基本特征

9、之一?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)不少化學(xué)毒物可以影響膜的流動(dòng)性?，F(xiàn)不少化學(xué)毒物可以影響膜的流動(dòng)性。l例如，例如，重金屬離子，如重金屬離子，如Pb2+可引起膜流動(dòng)可引起膜流動(dòng)性下降；性下降；SiO2可引起巨噬細(xì)胞的膜脂流可引起巨噬細(xì)胞的膜脂流動(dòng)性升高等。動(dòng)性升高等。（二）對(duì)膜（二）對(duì)膜生物物理性質(zhì)生物物理性質(zhì)的影響的影響 3. 對(duì)膜電荷的影響對(duì)膜電荷的影響l膜表面糖脂、糖蛋白形成膜表面極性基團(tuán)，膜表面糖脂、糖蛋白形成膜表面極性基團(tuán)，組成膜表面電荷（如組成膜表面電荷（如-OH、-COOH、 -SO3H，以及，以及His、Arg、Lys、Asp、Glu中中的帶電基團(tuán)）。的帶電基團(tuán)）。l化學(xué)毒物對(duì)膜電荷性質(zhì)和密度的改變

10、可能化學(xué)毒物對(duì)膜電荷性質(zhì)和密度的改變可能會(huì)影響到細(xì)胞的功能。會(huì)影響到細(xì)胞的功能。 第二節(jié)第二節(jié) 毒物對(duì)毒物對(duì)細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)的影響的影響一、一、Ca2+的第二信使作用與細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)的第二信使作用與細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)神經(jīng)神經(jīng) 神經(jīng)遞質(zhì)神經(jīng)遞質(zhì)體液體液 激素激素 質(zhì)膜受體質(zhì)膜受體 胞內(nèi)中間物質(zhì)介導(dǎo)胞內(nèi)中間物質(zhì)介導(dǎo)第一信使第一信使第二信使第二信使生理效應(yīng)生理效應(yīng) 細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)（細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)（calcium homeostasis）Ca2+ CaM酶酶Ca2+，Mg2+-ATP酶酶 肌肉收縮蛋白肌肉收縮蛋白 腺苷酸環(huán)化酶腺苷酸環(huán)化酶 磷酸酯酶磷酸酯酶 蛋白激酶蛋白激酶 離子通離子通道蛋白道蛋白Ca 2+=100

11、0M Ca 2+=0.1M 細(xì)胞細(xì)胞“細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)”的的維持維持Ca 2+=1000MCa 2+=0.1M鈣泵鈣泵 Ca2+Ca2+鈣通道鈣通道蛋白質(zhì)、核苷酸、酸性磷脂蛋白質(zhì)、核苷酸、酸性磷脂內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)線粒體線粒體細(xì)胞細(xì)胞二、毒物對(duì)細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)的影響及其危害二、毒物對(duì)細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)的影響及其危害l 現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)多種化學(xué)毒物可引起細(xì)胞現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)多種化學(xué)毒物可引起細(xì)胞內(nèi)內(nèi)Ca 2+濃度濃度不不可控制地升高，可控制地升高，從而導(dǎo)致細(xì)胞損傷或死亡。從而導(dǎo)致細(xì)胞損傷或死亡。l 細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)紊亂的主要危害：細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)紊亂的主要危害：可可抑制抑制線粒體內(nèi)線粒體內(nèi)ATP的合成的合成和使和使氧自由基氧自由基的生的生

12、成增加。成增加。可引起可引起微管的解聚微管的解聚，進(jìn)而損傷細(xì)胞的正常形態(tài)。，進(jìn)而損傷細(xì)胞的正常形態(tài)?？杉せ钜幌盗锌杉せ钜幌盗兴饷杆饷福瑢?dǎo)致體內(nèi)蛋白質(zhì)、磷脂，導(dǎo)致體內(nèi)蛋白質(zhì)、磷脂和核酸等的水解。和核酸等的水解。細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)：細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)：細(xì)胞骨架細(xì)胞骨架細(xì)胞核骨架細(xì)胞核骨架細(xì)胞膜骨架細(xì)胞膜骨架細(xì)胞質(zhì)骨架細(xì)胞質(zhì)骨架細(xì)胞外基質(zhì)細(xì)胞外基質(zhì)微絲、微絲、微管微管、中、中間纖維間纖維細(xì)胞骨架細(xì)胞骨架(Cytoskeleton) 引自：丁明孝，等分子細(xì)胞生物學(xué) 引自：丁明孝，等分子細(xì)胞生物學(xué) 引自：丁明孝，等分子細(xì)胞生物學(xué) 鈣穩(wěn)態(tài)紊亂的危害鈣穩(wěn)態(tài)紊亂的危害水解損傷：水解損傷：許多膜蛋白是許多膜蛋白是Ca

13、2+激活的中性蛋白酶或鈣蛋激活的中性蛋白酶或鈣蛋白酶的靶分子。白酶的靶分子。鈣蛋白酶介導(dǎo)的肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白的水解可鈣蛋白酶介導(dǎo)的肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白的水解可引起引起質(zhì)膜大皰質(zhì)膜大皰形成；形成；Ca 2+對(duì)對(duì)磷脂酶磷脂酶的激活引起膜的破壞；的激活引起膜的破壞； Ca2+-Mg2+ 依賴的依賴的核酸內(nèi)切酶核酸內(nèi)切酶的激活引起染的激活引起染色質(zhì)的斷裂；色質(zhì)的斷裂； Ca 2+濃度升高可封閉濃度升高可封閉拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶，使已斷，使已斷裂的裂的DNA無(wú)法重新連接。無(wú)法重新連接。第三節(jié)第三節(jié) 生物分子的氧化損傷生物分子的氧化損傷一、一、 自由基概述自由基概述1. 概念：概念：一般指含有一個(gè)或多個(gè)一般指含

14、有一個(gè)或多個(gè)未配對(duì)電未配對(duì)電子子的離子、原子或分子。的離子、原子或分子。2. 性質(zhì)：性質(zhì)：具有順磁性；具有順磁性；化學(xué)反應(yīng)性極化學(xué)反應(yīng)性極強(qiáng)；強(qiáng)；生物半減期極短。生物半減期極短。一、一、 自由基概述自由基概述3. 類型：類型：l 活性氧族（活性氧族（reactive oxygen species, ROS）：）： l A 氧自由基：氧自由基：O2- 、 OH ；LO、LOO；l B 含氧的非自由基衍生物含氧的非自由基衍生物：?jiǎn)尉€態(tài)氧（：?jiǎn)尉€態(tài)氧（1O2）、）、氫過(guò)氧化物、氫過(guò)氧化物、 次氯酸、過(guò)氧化物、內(nèi)源性脂質(zhì)和次氯酸、過(guò)氧化物、內(nèi)源性脂質(zhì)和外源化合物的環(huán)氧代謝產(chǎn)物。外源化合物的環(huán)氧代謝產(chǎn)物

15、。一、一、 自由基概述自由基概述 其他自由基：其他自由基：l碳碳中心自由基（中心自由基（ CCl3），），l硫硫中心自由基（烷硫自由基中心自由基（烷硫自由基R-S ），），l氮氮中心自由基（苯基二肼自由基中心自由基（苯基二肼自由基C6H5N=N ）；）；u此外，過(guò)渡金屬離子此外，過(guò)渡金屬離子Cu +/ Cu 2+、Fe 2+/ Fe 3+、Ti 3+ / Ti 4+可作為自由基反應(yīng)的可作為自由基反應(yīng)的催化劑催化劑，在自由基，在自由基的損傷作用中起重要作用。的損傷作用中起重要作用。二、氧化應(yīng)激（二、氧化應(yīng)激（Oxidative stress）l 自由基來(lái)源：自由基來(lái)源： 外源化學(xué)物代謝外源化學(xué)物

16、代謝產(chǎn)生；產(chǎn)生； 細(xì)胞正常生理過(guò)細(xì)胞正常生理過(guò)程產(chǎn)生。程產(chǎn)生。l 機(jī)體抗氧化系統(tǒng)機(jī)體抗氧化系統(tǒng)： 非酶類非酶類抗氧化系統(tǒng)抗氧化系統(tǒng)GSH、Vc、 VE、 VA、尿酸、尿酸、?；撬岷痛闻；撬岬?；?；撬岷痛闻；撬岬?； 酶類酶類抗氧化系統(tǒng)抗氧化系統(tǒng)超氧化物歧化酶、過(guò)氧化氫酶、超氧化物歧化酶、過(guò)氧化氫酶、谷胱甘肽過(guò)氧化酶、谷胱甘肽谷胱甘肽過(guò)氧化酶、谷胱甘肽還原酶等。還原酶等。二、氧化應(yīng)激（二、氧化應(yīng)激（Oxidative stress）l氧化應(yīng)激：氧化應(yīng)激：機(jī)體機(jī)體促氧化促氧化與與抗氧化抗氧化之間之間的平衡失調(diào)，而傾向于前者，所導(dǎo)致的平衡失調(diào)，而傾向于前者，所導(dǎo)致的細(xì)胞損傷。的細(xì)胞損傷。l “目前多數(shù)

17、觀點(diǎn)認(rèn)為外源因素誘導(dǎo)的目前多數(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為外源因素誘導(dǎo)的細(xì)胞細(xì)胞氧化應(yīng)激氧化應(yīng)激及隨后啟動(dòng)信號(hào)通路在細(xì)胞損傷及隨后啟動(dòng)信號(hào)通路在細(xì)胞損傷中發(fā)揮重要作用，同時(shí)認(rèn)為氧化應(yīng)激可同中發(fā)揮重要作用，同時(shí)認(rèn)為氧化應(yīng)激可同時(shí)激活多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑和核轉(zhuǎn)錄因子，時(shí)激活多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑和核轉(zhuǎn)錄因子，它們之間相互串話，形成了一個(gè)復(fù)雜而精它們之間相互串話，形成了一個(gè)復(fù)雜而精細(xì)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，共同決定氧化損傷最終引細(xì)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，共同決定氧化損傷最終引起何種生物學(xué)效應(yīng)起何種生物學(xué)效應(yīng)”。曹佳，鄭玉新，周宗燦，等曹佳，鄭玉新，周宗燦，等.毒理學(xué)研究進(jìn)展和熱點(diǎn)毒理學(xué)研究進(jìn)展和熱點(diǎn)，中國(guó)科學(xué)基金，中國(guó)科學(xué)基金， 2011年，年， 第第

18、03期期 （一）對(duì)（一）對(duì)脂質(zhì)脂質(zhì)的過(guò)氧化損傷的過(guò)氧化損傷l脂質(zhì)過(guò)氧化損傷：脂質(zhì)過(guò)氧化損傷：在在O2存在下，自由基或存在下，自由基或其活性衍生物引發(fā)脂質(zhì)過(guò)氧化及其鏈?zhǔn)椒雌浠钚匝苌镆l(fā)脂質(zhì)過(guò)氧化及其鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。應(yīng)。l生物膜是生物體內(nèi)最易發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化的生物膜是生物體內(nèi)最易發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化的場(chǎng)所。因?yàn)樗邆渲|(zhì)過(guò)氧化的兩個(gè)場(chǎng)所。因?yàn)樗邆渲|(zhì)過(guò)氧化的兩個(gè)必要必要條件條件：氧氣和：氧氣和PUFA （polyunsaturated fatty acid） 。膜脂質(zhì)的結(jié)構(gòu)：膜脂質(zhì)的結(jié)構(gòu)：lX= -OH 磷脂酸磷脂酸lX= -OCH2CH2N+(CH3)3 磷脂酰膽堿磷脂酰膽堿 lX= -OCH2CH2NH

19、3+ 磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺lX= -OCH2CHCOO 磷脂酰絲氨酸磷脂酰絲氨酸H3N+R1、R2：脂?；臒N基，：脂?；臒N基， R1多為飽和烴基，多為飽和烴基，R2常為不飽和烴基。常為不飽和烴基。 H2CO C -R1R2-C - OCHH2CO P - X甘油磷脂通式甘油磷脂通式OOHOO脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)過(guò)程：脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)過(guò)程：膜脂質(zhì)（膜脂質(zhì)（LH）脂質(zhì)自由基（脂質(zhì)自由基（L ）O2抽氫作用抽氫作用脂質(zhì)過(guò)氧自由基（脂質(zhì)過(guò)氧自由基（LOO）氫過(guò)氧化物氫過(guò)氧化物（LOOH）脂質(zhì)氧自由基脂質(zhì)氧自由基（LO）Fe3+Fe2+Fenton反應(yīng)反應(yīng)環(huán)過(guò)氧化物自由基環(huán)過(guò)氧化物自由基環(huán)環(huán)內(nèi)內(nèi)過(guò)氧化物

20、自由基過(guò)氧化物自由基丙二醛（丙二醛（MDA） + 短鏈的酮、羧酸或烴類短鏈的酮、羧酸或烴類HOH2O分子內(nèi)雙鍵加成分子內(nèi)雙鍵加成過(guò)氧化作用過(guò)氧化作用LHL單電子氧化還原：?jiǎn)坞娮友趸€原：l 凡是能發(fā)生凡是能發(fā)生單電子氧化還原單電子氧化還原的金屬離子（屬于過(guò)的金屬離子（屬于過(guò)渡金屬）都可與渡金屬）都可與H2O2反應(yīng)，使其發(fā)生裂解，產(chǎn)生反應(yīng)，使其發(fā)生裂解，產(chǎn)生自由基，例如自由基，例如Fenton反應(yīng)：反應(yīng)：l Fe2+ + H2O2 Fe3+ + OH + OHl 除除Fe2+外，可氧化為較高價(jià)態(tài)的過(guò)渡金屬還有銅、外，可氧化為較高價(jià)態(tài)的過(guò)渡金屬還有銅、鈷、鈦等離子。鈷、鈦等離子。LH+ L鏈啟動(dòng)鏈

21、啟動(dòng)鏈擴(kuò)展鏈擴(kuò)展脂質(zhì)脂質(zhì)（花生四烯酸）（花生四烯酸）過(guò)氧化的總過(guò)程過(guò)氧化的總過(guò)程 LHLOOH鏈終止鏈終止LOOLO2，水解或熱裂，水解或熱裂 其他產(chǎn)物其他產(chǎn)物環(huán)化作用環(huán)化作用環(huán)內(nèi)過(guò)氧自由基環(huán)內(nèi)過(guò)氧自由基脂質(zhì)過(guò)氧化的其他損害：脂質(zhì)過(guò)氧化的其他損害：l 脂質(zhì)過(guò)氧化脂質(zhì)過(guò)氧化中間產(chǎn)物中間產(chǎn)物L(fēng)、 LOO 、 LO可作為可作為引發(fā)劑通過(guò)引發(fā)劑通過(guò)抽氫抽氫使蛋白質(zhì)變成自由基，后者可以使蛋白質(zhì)變成自由基，后者可以引起引起鏈?zhǔn)芥準(zhǔn)椒磻?yīng)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)聚合，使蛋白質(zhì)的運(yùn)反應(yīng)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)聚合，使蛋白質(zhì)的運(yùn)動(dòng)和功能受到限制。動(dòng)和功能受到限制。-CO-NH-C-CO-NH- -CO-NH-C- C-NH-CO-NH-

22、C - C -NH-CO-NH-C-CO-NH-R1R2R1R2自由基自由基蛋白蛋白A蛋白蛋白BHOOH交聯(lián)物交聯(lián)物脂質(zhì)過(guò)氧化的其他損害：脂質(zhì)過(guò)氧化的其他損害：l 終產(chǎn)物終產(chǎn)物丙二醛（丙二醛（MDA）可與蛋白質(zhì)分子）可與蛋白質(zhì)分子中的中的NH2作用導(dǎo)致多肽鏈的鏈內(nèi)交聯(lián)或鏈間作用導(dǎo)致多肽鏈的鏈內(nèi)交聯(lián)或鏈間交聯(lián)。交聯(lián)。l 此外，醛類產(chǎn)物也能與蛋白質(zhì)中此外，醛類產(chǎn)物也能與蛋白質(zhì)中Cys的的-SH反應(yīng)，使蛋白質(zhì)失去活性。反應(yīng)，使蛋白質(zhì)失去活性。丙二醛與蛋白質(zhì)分子的交聯(lián)：丙二醛與蛋白質(zhì)分子的交聯(lián)：鏈鏈內(nèi)內(nèi)交聯(lián)：交聯(lián)：CH2C - H C - HOOH2NH2NPCH - NHCH = NPCH鏈鏈間間交

23、聯(lián)：交聯(lián)：CH2C - H C - HOO2 P NH2CH NH P1CH = N P2CH丙二醛丙二醛 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 交聯(lián)產(chǎn)物交聯(lián)產(chǎn)物 脂質(zhì)的過(guò)氧化損傷脂質(zhì)的過(guò)氧化損傷小結(jié)：小結(jié)： 直接結(jié)果直接結(jié)果是使膜是使膜PUFA減少，膜脂流動(dòng)性減少，膜脂流動(dòng)性降低和膜骨架損傷；降低和膜骨架損傷； 過(guò)氧化中間產(chǎn)物和終產(chǎn)物引起的膜蛋白共過(guò)氧化中間產(chǎn)物和終產(chǎn)物引起的膜蛋白共價(jià)交聯(lián)與聚合，影響膜蛋白的構(gòu)象及其運(yùn)價(jià)交聯(lián)與聚合，影響膜蛋白的構(gòu)象及其運(yùn)動(dòng)性，必然導(dǎo)致膜功能的異常。動(dòng)性，必然導(dǎo)致膜功能的異常。（二）對(duì)（二）對(duì)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的氧化損傷的氧化損傷l對(duì)蛋白質(zhì)的氧化損傷，主要是自由基對(duì)氨對(duì)蛋白質(zhì)的氧化損傷，主

24、要是自由基對(duì)氨基酸的作用?；岬淖饔?。l例如，所有氨基酸殘基均可被例如，所有氨基酸殘基均可被 OH損傷，損傷，其中以含硫氨基酸和芳香氨基酸最為敏感。其中以含硫氨基酸和芳香氨基酸最為敏感。（二）對(duì)（二）對(duì)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的氧化損傷的氧化損傷l1. 含硫含硫氨基酸的損傷氨基酸的損傷l OH可使甲硫氨酸氧化為甲硫氨酸可使甲硫氨酸氧化為甲硫氨酸亞砜亞砜；使半胱氨酸；使半胱氨酸（Cys）氧化成）氧化成Cy-S-S-Cy、Cy-SOH及及Cy-SO2H。- NH3+CH3SCH2CH - COOCH2甲硫氨酸甲硫氨酸CH3SCH2CH - - NH R2R1-C=OCH2含甲硫氨酸的蛋白質(zhì)含甲硫氨酸的蛋白質(zhì)O

25、HO含甲硫氨酸含甲硫氨酸亞砜亞砜的蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)CH3SCH2CH - - NH R2CH2R1-C=O聚合聚合（二）對(duì)（二）對(duì)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的氧化損傷的氧化損傷l2. 芳香族與雜環(huán)芳香族與雜環(huán)氨基酸殘基的損傷氨基酸殘基的損傷 如色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸與組氨酸。如色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸與組氨酸。經(jīng)經(jīng)活性氧活性氧作用：作用：Trp的氧化產(chǎn)物為的氧化產(chǎn)物為2-、4-、5-、6-或或7-羥基色氨酸，甲酰基羥基色氨酸，甲酰基犬尿氨酸，犬尿氨酸，3-羥基犬尿氨酸或硝基色氨酸。羥基犬尿氨酸或硝基色氨酸。Tyr轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)?-、4-二羥基苯丙氨酸，二酪氨酸交聯(lián)產(chǎn)物或二羥基苯丙氨酸，二酪氨酸交聯(lián)產(chǎn)物或3-硝

26、基酪氨酸。硝基酪氨酸。Phe轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)?-、3-或或4-羧基苯丙氨酸，羧基苯丙氨酸，2-、3-二羥基苯丙氨二羥基苯丙氨酸。酸。His轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)?-氧組氨酸。氧組氨酸。（二）對(duì)（二）對(duì)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的氧化損傷的氧化損傷l3. 脂肪族脂肪族氨基酸殘基的損傷氨基酸殘基的損傷 l 如，如，Asp、Glu、Pro、Lys、Arg、Leu、Val與與Thr。l 可能的可能的損傷機(jī)制損傷機(jī)制：在：在-C原子上除去一個(gè)氫原子，原子上除去一個(gè)氫原子，形成形成C中心自由基；其上再加中心自由基；其上再加O2，生成過(guò)氧基衍，生成過(guò)氧基衍生物；后者分解成生物；后者分解成NH3和和-酮酸，或是酮酸，或是NH3、CO2與

27、醛類或羧酸，從而破壞相應(yīng)氨基酸的結(jié)構(gòu)。與醛類或羧酸，從而破壞相應(yīng)氨基酸的結(jié)構(gòu)。（二）對(duì)（二）對(duì)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的氧化損傷的氧化損傷l4. 肽的折斷肽的折斷- NH CH CONH CH CONH CH - CR3R1R2- NH CH CONH C CONH CH - CR3R1R2OHH2OO2過(guò)氧化物過(guò)氧化物肽的折斷肽的折斷（二）對(duì)（二）對(duì)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的氧化損傷的氧化損傷l5. 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)的交聯(lián)蛋白質(zhì)的交聯(lián)l蛋白質(zhì)之間的交聯(lián)將形成分子量更大的蛋白質(zhì)之間的交聯(lián)將形成分子量更大的“分子分子”，進(jìn)而限制蛋白質(zhì)的運(yùn)動(dòng)性及其，進(jìn)而限制蛋白質(zhì)的運(yùn)動(dòng)性及其功能。功能。（三）對(duì)（三）對(duì)DNA的氧化損

28、傷的氧化損傷l1 堿基的損傷堿基的損傷CCNHNCHHCNNNH2C腺嘌呤腺嘌呤CCNHNCHH2N-CHNNOC鳥(niǎo)嘌呤鳥(niǎo)嘌呤1. 對(duì)對(duì)堿基堿基的損傷的損傷CCHCNNHC嘧啶嘧啶CCNHNC-OHH2N-CHNNOC8-羥基羥基鳥(niǎo)嘌呤鳥(niǎo)嘌呤2. 對(duì)對(duì)脫氧核糖脫氧核糖的損傷的損傷l脫氧核糖中的每一個(gè)脫氧核糖中的每一個(gè)C原子和原子和-OH上的上的氫氫都都能與能與 OH反應(yīng)；在反應(yīng)；在C位置上位置上抽氫、加氧抽氫、加氧，而，而破壞戊糖的結(jié)構(gòu)。破壞戊糖的結(jié)構(gòu)。3. 對(duì)對(duì)DNA鏈鏈的損傷的損傷HCCHHOH2CCCOHOHHOHH脫氧脫氧核糖核糖3. 對(duì)對(duì)DNA鏈鏈的損傷的損傷lDNA鏈斷裂的后果：鏈

29、斷裂的后果：l可能會(huì)造成部分堿基的缺失；可能會(huì)造成部分堿基的缺失；l修復(fù)的修復(fù)的DNA可能存在堿基的錯(cuò)誤摻入和可能存在堿基的錯(cuò)誤摻入和錯(cuò)誤編碼；錯(cuò)誤編碼；l也可能引起也可能引起原癌基因原癌基因的活化或的活化或抑癌基因抑癌基因的失活等，從而導(dǎo)致細(xì)胞的突變或癌變。的失活等，從而導(dǎo)致細(xì)胞的突變或癌變。（四）對(duì)（四）對(duì)多糖多糖的氧化損傷的氧化損傷lROS中活性很強(qiáng)的自由基如中活性很強(qiáng)的自由基如OH可無(wú)選擇可無(wú)選擇地攻擊糖類，地攻擊糖類，抽提氫抽提氫，使其變?yōu)?，使其變?yōu)樘贾行淖蕴贾行淖杂苫苫?，后者，后者與與O2結(jié)合結(jié)合成為過(guò)氧化物，然后成為過(guò)氧化物，然后裂解。裂解。第四節(jié)第四節(jié) 化學(xué)毒物與生物大分子的

30、化學(xué)毒物與生物大分子的共價(jià)結(jié)合共價(jià)結(jié)合一、概述一、概述l概念：概念：共價(jià)結(jié)合是指化學(xué)毒物或其活性代謝共價(jià)結(jié)合是指化學(xué)毒物或其活性代謝 產(chǎn)物與機(jī)體內(nèi)一些重要的產(chǎn)物與機(jī)體內(nèi)一些重要的生物大分子生物大分子如核如核 酸、蛋白質(zhì)等發(fā)生酸、蛋白質(zhì)等發(fā)生共價(jià)共價(jià)結(jié)合，從而改變這些結(jié)合，從而改變這些生物大分子結(jié)構(gòu)或功能的過(guò)程。生物大分子結(jié)構(gòu)或功能的過(guò)程。 一、概述一、概述l 方式：方式：一般為一般為親電子劑親電子劑與大分子的親核基團(tuán)作用，與大分子的親核基團(tuán)作用，同過(guò)同過(guò)共價(jià)鍵共價(jià)鍵形成穩(wěn)定的復(fù)合物形成穩(wěn)定的復(fù)合物 加合物，使外加合物，使外源化學(xué)物或其代謝產(chǎn)物進(jìn)入大分子內(nèi)而成為其中源化學(xué)物或其代謝產(chǎn)物進(jìn)入大分子

31、內(nèi)而成為其中的組成成分，一般用生化或化學(xué)手段處理不能使的組成成分，一般用生化或化學(xué)手段處理不能使其解離。其解離。l 特點(diǎn)：特點(diǎn)：永久性、不可逆地改變永久性、不可逆地改變內(nèi)源性物質(zhì)內(nèi)源性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。的結(jié)構(gòu)。二、與蛋白質(zhì)的共價(jià)結(jié)合二、與蛋白質(zhì)的共價(jià)結(jié)合l蛋白質(zhì)分子中可與外源化學(xué)物蛋白質(zhì)分子中可與外源化學(xué)物共價(jià)結(jié)共價(jià)結(jié)合合的功能基團(tuán)：的功能基團(tuán)：l氨基和羧基；氨基和羧基；Ser和和Thr的羥基；的羥基；Cys的巰基；的巰基；Arg的胍基；的胍基；His的咪唑基；的咪唑基；Tyr的酚羥基；的酚羥基；Trp的吲哚基。的吲哚基。1. 與白蛋白的共價(jià)結(jié)合與白蛋白的共價(jià)結(jié)合l白蛋白是血液和組織間質(zhì)中的主要蛋白質(zhì)，白蛋白是血液和組織間質(zhì)中的主要蛋白質(zhì)，也是血液中重要的運(yùn)輸載體。也是血液中重要的運(yùn)輸載體。l血清血清白蛋白白蛋白由肝細(xì)胞合成，而肝臟正是外源由肝細(xì)胞合成，而肝臟正是外源化學(xué)物活化代謝