-生物轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)化課件

1、公共衛(wèi)生與熱帶醫(yī)學(xué)學(xué)院 毒理學(xué)系謝曉利1外源化學(xué)物在體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)運與生物轉(zhuǎn)化2第二節(jié) 外源化學(xué)物在體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)化一、生物轉(zhuǎn)化的意義 生物轉(zhuǎn)化，又稱為代謝轉(zhuǎn)化，指外源化學(xué)物經(jīng)歷酶促反應(yīng)或非酶促反應(yīng)而形成代謝產(chǎn)物的過程。 可以影響外源化學(xué)物毒效應(yīng)的強度和性質(zhì)，是維持機體穩(wěn)態(tài)的主要機制。（一）代謝解毒與代謝活化 多數(shù)外源性化學(xué)物代謝后毒性降低或消失代謝解毒（metabolic detoxication），傳統(tǒng)上對生物轉(zhuǎn)化的理解即為代謝解毒。 而一些毒物，如氯乙烯和B(a)P，其原型并不具有毒性，正是代謝過程使其成為具有遺傳毒性和致癌性的活性，這種現(xiàn)象稱為代謝活化（metabolic activati

2、on）。 活性中間產(chǎn)物：多數(shù)代謝活化的產(chǎn)物不穩(wěn)定，僅在短時間內(nèi)存在。親電子劑，自由基，親核劑和氧化還原反應(yīng)物。5（二）外源性化學(xué)物溶解度的變化相反應(yīng)，包括氧化、還原和水解反應(yīng)， 催化底物暴露一些基團，如-OH、COOH、 NH2, 增加外源性化學(xué)物的水溶性；相反應(yīng)，包括葡萄糖醛酸化、硫酸化、乙?；⒓谆?、與谷胱甘肽結(jié)合與氨基酸結(jié)合。除甲基化和乙?；磻?yīng)以外，總是增加外源性化學(xué)物的水溶性。二、生物轉(zhuǎn)化酶6（一）基本特性 結(jié)構(gòu)（及功能）在不同個體間的差別：多態(tài)性 對底物不同程度的特異性，表現(xiàn)出立體選擇性（二）分布：肝臟及肝外組織 在肝臟等大多數(shù)組織，生物轉(zhuǎn)化酶主要位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（微粒體），如CYP4

3、50s、葡萄糖醛酸基轉(zhuǎn)移酶，和細(xì)胞質(zhì)中，如硫酸轉(zhuǎn)移酶； 高脂溶性的代謝酶多位于生物膜； 高水溶性的代謝酶多位于胞質(zhì)。7生物轉(zhuǎn)化的主要器官和細(xì)胞轉(zhuǎn)化能力器 官細(xì) 胞強肝臟實質(zhì)細(xì)胞(肝細(xì)胞)肺臟Clara細(xì)胞、型上皮細(xì)胞中等 腎臟近曲小管細(xì)胞小腸 粘膜內(nèi)層細(xì)胞皮膚 上皮細(xì)胞弱 睪丸輸精管與支持細(xì)胞8三、生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)類型（一）相反應(yīng)：氧化、還原和水解由于該酶中含有的血紅素鐵在還原態(tài)時與CO結(jié)合形成的復(fù)合體在光譜450nm處有最大的吸收峰而命名。又被稱為混合功能氧化酶(mixed function oxidase，MFO)，或加單氧酶(monooxygenase)。（1）細(xì)胞色素P450酶系12分類：

4、根據(jù)其氨基酸序列的相似度進(jìn)行 相同氨基酸序列低于40%的屬于不同家族； 相同氨基酸序列40%-55%的屬同一基因家族的不同亞族； 相同氨基酸序列高于55%的屬同一亞族成員。1415細(xì)胞色素P-450催化的氧化反應(yīng)：脂肪族的碳或芳香族的氫的羥基化；雙鍵的環(huán)氧化作用；雜原子(S-、N-、I-)的氧化和N-羥基化；雜原子(O-、S-、N-和Si-)脫烷基作用；氧化基團的轉(zhuǎn)運；酯的裂解；脫氫作用。1617（2）黃素加單氧酶（flavin-containing monooxygenase, FMO） 分布：主要存在于肝、腎、肺等組織微粒體。 功能：可氧化多種毒物的親核性氮、硫和磷雜原子。此酶以黃素腺嘌呤

5、二核苷酸(FAD)為輔酶，需要NADPH和O2。由FMO催化的很多反應(yīng)也可為P-450催化。1820單胺氧化酶（MAO）和二胺氧化酶（DAO）； MAO存在于線粒體（肝、腎、小腸和神經(jīng)等組織）。 催化伯胺、仲胺、叔胺的氧化脫氨反應(yīng)。MAO的缺失導(dǎo)致Norrie?。ㄊ鳌⑹?、智力遲鈍為特征）。過氧化物酶依賴性的共氧化反應(yīng)； 過氧化物酶催化的反應(yīng)，包括氫過氧化物的還原和其他底物氧化生成脂質(zhì)氫過氧化物，這一過程稱為共氧化（co-oxidation）。 包括PHS合成酶、乳過氧化物酶和髓過氧化物酶等。 催化致癌物黃曲霉毒素B1和BaP的環(huán)氧化反應(yīng)。2）羰基還原作用（醛或酮 醇）；21 2. 還原反應(yīng)

6、（reduction）1）硝基和偶氮還原（腸道菌群）；3）醌還原（醌 氫醌或半醌）；4）脫鹵反應(yīng)（還原脫鹵、氧化脫鹵和脫鹵化氫）。 細(xì)胞色素P450 GST23 CCl4CYPs+ e-CCl3 + Cl-攻擊生物膜啟動脂質(zhì)過氧化損傷脫鹵反應(yīng)：24酯酶和酰胺酶：水解具有羧酸酯、酰胺、硫酯、磷酸酯和酸酐等功能基團的化學(xué)毒物；肽酶（peptidase)：水解各種多肽；環(huán)氧化物水化酶(epoxide hydrolase) 產(chǎn)物是具有反式構(gòu)型的鄰位二醇，一般為減毒作用。3. 水解反應(yīng)（hydrolysis）葡萄糖醛酸結(jié)合(glucuronidation)體內(nèi)最主要的結(jié)合反應(yīng)類型。在-OH、-COOH、

7、-NH2、-SH等功能團上以糖酐鍵連接葡萄糖醛酸基。尿苷二磷酸葡萄糖醛酸是葡萄糖醛酸的供體。使代謝物極性增加，水溶性增加，易于從尿中排出。27 傳統(tǒng)上認(rèn)為硫基轉(zhuǎn)移促進(jìn)相代謝產(chǎn)物的排泄，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)有時結(jié)合了硫酸基后因其帶電荷而不能擴散出細(xì)胞貯留細(xì)胞。 只有在細(xì)胞對結(jié)合產(chǎn)物存在主動轉(zhuǎn)運方式時才促進(jìn)排泄，例如葡萄糖醛酸基膽紅素。 近十年發(fā)現(xiàn)硫酸基轉(zhuǎn)移酶有時使外源性化學(xué)物毒性增強活化為具有細(xì)胞毒性和致突變性的代謝物。 如人SULT2A1活化1-pyrenemethanol(1-芘甲醇)為致突變物。 人SULT1A1活化2-nitropropane（2-硝基丙烷）為致突變物。2. 硫酸結(jié)合（sulfati

8、on) 硫轉(zhuǎn)移酶（SULT）催化，PAPS（3-磷酸腺苷-5-磷酰硫酸）是攜帶硫酸基的輔酶。28 3. 谷胱甘肽結(jié)合 由谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶催化； 存在于肝細(xì)胞和其他許多類細(xì)胞的胞液； 底物特點：具有一定疏水性，含有親電原子，可與GSH發(fā)生非酶促反應(yīng)； 一般認(rèn)為是親電子劑解毒的一種機制，它還能清除活性氧類（active oxygen species)，有抗脂質(zhì)過氧化作用。305. 乙?；饔檬呛枷惆泛碗陆Y(jié)構(gòu)的外源性化學(xué)物的主要代謝途徑。反應(yīng)產(chǎn)物是芳香酰胺和酰肼。催化酶是N-乙酰基轉(zhuǎn)移酶，主要在肝細(xì)胞胞液。乙酰輔酶A是乙?；w。產(chǎn)物水溶性減低，作用利弊取決于解毒與活化的相對速度，但多為滅活過程

9、。316. 氨基酸結(jié)合（amino acid conjugation） 該途徑是羧酸和芳香羥胺的主要代謝途徑； 甘氨酸、谷氨酸、?；撬峤Y(jié)合，形成酰胺 反應(yīng)需要能量，和乙酰輔酶A的參與32四、影響外源化學(xué)物生物轉(zhuǎn)化的因素遺傳因素:涉及到動物的物種、性別、年齡、生理和營養(yǎng)狀態(tài)等。表現(xiàn)為毒物代謝酶的種類、分布、數(shù)量和活性的差別。其中代謝酶的遺傳多態(tài)性是不同個體對毒物的敏感性存在差異的重要原因。環(huán)境因素：通過干擾代謝酶的合成與催化過程影響毒物的生物轉(zhuǎn)化。最主要的表現(xiàn)形式：代謝酶的誘導(dǎo)和抑制。（一）毒物代謝酶的遺傳多態(tài)性 (Genetic polymorphism)33指在群體中出現(xiàn)了頻率大于1%的多種

10、等位基因形式。 毒物代謝酶的多態(tài)性在很大程度上決定了個體對于毒物所致毒效應(yīng)的易感性。 人的CYP1A1的多態(tài)性是芳烴羥化酶，在肺組織表達(dá)最高，可催化多種芳香烴為致癌物。存在Msp1多態(tài)和第7外顯子多態(tài)。34基因型A：Msp1位點缺失，為優(yōu)勢純合子?；蛐虲：T被C取代，其攜帶者肺癌發(fā)病高7倍（日本報道）?；蛐虰：基因型A和C的雜合子。Msp1,位于CYP1A13端非編碼區(qū)域，為限制性內(nèi)切酶的作用位點。35第7外顯子多態(tài)：第7外顯子血紅素結(jié)合區(qū)的突變：A G，Ile（異亮氨酸）轉(zhuǎn)變?yōu)閂al（纈氨酸）?；蛐停?Ile/Ile、 Ile/Val、 Val/Val。Val/Val型患肺癌的危險度為

11、其他基因型的2.4-2.9倍（我國報道）。CYP1A1的遺傳多態(tài)性還與膀胱癌、乳腺癌及結(jié)腸癌的易感性有關(guān)。 谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶的基因多態(tài)性具體形態(tài)包括：基因缺損、堿基置換和基因多重拷貝等。GST T1缺失：星形細(xì)胞瘤、腦膜瘤和脊髓發(fā)育不良；GST M1缺失：對吸煙所致的肺癌、膀胱癌和頭頸部腫瘤的易感性增加；GST P1-1過表達(dá)：對卵巢癌、非小細(xì)胞肺癌、乳腺癌以及結(jié)直腸的抗藥性相關(guān)。3637（二）毒物代謝酶的誘導(dǎo)和阻遏誘導(dǎo)（induction），外源性化學(xué)物引起某些代謝酶的合成增加并伴有活力增強的現(xiàn)象。 酶的誘導(dǎo)發(fā)生在肝臟最明顯，也可以發(fā)生于腎臟、腸、肺等其他組織。誘導(dǎo)劑（inducer），具

12、有誘導(dǎo)效應(yīng)的化學(xué)毒物： 單功能誘導(dǎo)劑：誘導(dǎo)還原、水解和結(jié)合反應(yīng)的酶； 雙功能誘導(dǎo)劑：誘導(dǎo)結(jié)合反應(yīng)相關(guān)酶和多種CYP超家族成員。 誘導(dǎo)劑的作用機制：1、作為配體與位于細(xì)胞質(zhì)的外源化學(xué)物感受器結(jié)合，使其構(gòu)象發(fā)生改變，轉(zhuǎn)化為活化形式；2、結(jié)合物與配體蛋白形成異源二聚體并進(jìn)入細(xì)胞核；3、該二聚體與位于5端的啟動子反應(yīng)元件結(jié)合，并募集其他轉(zhuǎn)錄因子和RNA聚合酶形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合物；4. 啟動代謝酶的基因轉(zhuǎn)錄。39如巴比妥類：苯巴比妥可誘導(dǎo)CYP2B1/2、2C、 3A1/2、NADH-細(xì)胞色素P450還原酶等； 多環(huán)芳烴類:3-MC誘導(dǎo)CYP1A1/2、EH和GST； 醇/酮類：乙醇、異煙肼：誘導(dǎo)CYP2E1； 過氧化物酶體誘導(dǎo)劑。毒物代謝酶的阻遏（enzyme repression):指對某些代謝酶誘導(dǎo)的同時可阻遏另一些代謝酶的合成。40（三）毒物代謝酶的抑制與激活競爭性抑制：毒物代謝酶的底物特異性較弱，活性有限，如同時有兩種或兩種以上的化學(xué)毒物為同一酶代謝時，產(chǎn)生競爭性抑制。 抑制劑與