2022年醫(yī)學(xué)專題-第六節(jié)-呼吸毒劑的作用機(jī)理

第六節(jié)呼吸毒劑的作用(zuòyòng)機(jī)理

外呼吸抑制劑：起物理(wùlǐ)作用的，引起昆蟲窒息，由于堵塞或覆蓋了昆蟲氣門而不能呼吸，即阻斷了昆蟲氣管內(nèi)的氣體與外界空氣的交換。

內(nèi)呼吸抑制劑：對呼吸酶系的抑制，即內(nèi)呼吸的抑制，也即抑制了氧化代謝。多數(shù)呼吸毒劑屬于后一類，如各種熏蒸毒氣、魚藤酮、氟乙酸及其衍生物等。

呼吸(hūxī)毒劑：第一頁，共四十四頁。呼吸(hūxī)生理生物氧化的涵義

糖、脂、蛋白質(zhì)等有機(jī)物質(zhì)在活細(xì)胞內(nèi)氧化分解，產(chǎn)生CO2、H2O并放出能的作用稱生物氧化。生物氧化實際上是需氧細(xì)胞呼吸作用中的一系列氧化還原作用。生物氧化與體外的化學(xué)氧化實質(zhì)相同(xiānɡtónɡ)，即一種物質(zhì)丟失電子是氧化，得到電子是還原。所不同者，生物氧化是在活細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行，而且必須在有酶參加和在一定條件（溫度和pH等都不偏高、偏低）下進(jìn)行，放出的能主要以ATP及肌酸磷酸形式儲存起來供需要時使用。第二頁，共四十四頁。肌酸磷酸：貯存(zhùcún)能量作用的物質(zhì)，當(dāng)ATP濃度高時，肌酸就通過酶的催化，直接接受ATP的高能磷酸基團(tuán)形成磷酸肌酸；反之，磷酸肌酸又將高能磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移至腺苷二磷酸(ADP)或ATP。因此它是ATP高能磷酸基團(tuán)的貯存庫。第三頁，共四十四頁。生物氧化的一般原理

在生物氧化過程中代謝物質(zhì)（糖、脂、氨基酸等）首先(shǒuxiān)經(jīng)脫氫酶催化脫氫，脫出的氫一般須經(jīng)一或以上的遞氫體沿呼吸鏈的一定方向傳遞。當(dāng)氫被傳到細(xì)胞色素b時，2個氫（2H）放出2個電子（2e-），其本身變?yōu)橘|(zhì)子（H+）暫留溶液中，電子則通過細(xì)胞色素體系傳到分子氧。此時氧化酶的金屬離子將電子傳給分子氧，使之激活變?yōu)殡x子O2-，2H+與O2-結(jié)合成水。在氫與電子傳遞過程中，有三處放出能量，放出的能量通過氧化磷酸化作用產(chǎn)生ATP。

氧化磷酸化是指在生物氧化過程中伴隨著ATP生成的作用。具體說，就是代謝物被氧化釋放的電子通過一系列電子遞體從NADH或FADH2傳到O2并伴隨將ADP磷酸化產(chǎn)生ATP的過程。

第四頁，共四十四頁。細(xì)胞(xìbāo)“燃燒”一分子葡萄糖產(chǎn)生多少ATP？葡萄糖中大約(dàyuē)40%-50%的能量被轉(zhuǎn)化儲存在ATP中，而汽車發(fā)動機(jī)只有15%-25%轉(zhuǎn)化為動能，細(xì)胞呼吸的產(chǎn)能效率高。第五頁，共四十四頁。

電子傳遞系統(tǒng)是由NAD或NADP、FMN或FAD，輔酶Q和多種細(xì)胞色素所組成，它們都是可逆的氧化還原(huányuán)系統(tǒng)。氧化型遞體接受氫原子或電子后變?yōu)檫€原(huányuán)型、還原(huányuán)型遞體失去氫或電子又變?yōu)檠趸汀＜?xì)胞色素只傳遞電子，其余遞體可遞氫亦可遞電子，整個體系又稱電子傳遞體系或呼吸鏈。

生物(shēngwù)氧化的一般原理第六頁，共四十四頁。

三羧酸循環(huán)的每一步都有特殊的酶催化(cuīhuà)。與毒理有關(guān)的酶有：從檸檬酸由烏頭酸酶催化形成烏頭酸，轉(zhuǎn)而再形成異檸檬酸的過程；由琥珀酰輔酶A形成α-酮戊二酸的α-酮戊二酸去氫酶。

呼吸鏈和三羧酸循環(huán)同樣重要，因為它是所有物質(zhì)共同呼吸過程。在糖解和三羧酸循環(huán)的多個過程中，NAD+輔因子還原為NADH，琥珀酸鹽（或酯）脫氫酶與黃素（FAD）相結(jié)合也還原為FADH2，這兩個輔因子通過呼吸鏈攜帶電子傳送而構(gòu)成氧化-還原，質(zhì)子最終傳送到氧，將氧還原為水。第七頁，共四十四頁。第八頁，共四十四頁。1作用于三羧酸循環(huán)(xúnhuán)的呼吸毒劑

1.1氟乙酸、氟乙酰胺、氯乙酰苯胺等1.2亞砷酸鹽類2作用于呼吸鏈的呼吸毒劑

2.1在NAD+與輔酶Q之間起作用的抑制劑2.2琥珀酸氧化作用抑制劑2.3在Cytb及CytCl之間起作用的抑制劑2.4細(xì)胞色素C氧化酶的抑制劑3氧化磷酸化作用的抑制劑（解偶聯(lián)劑）3.1

二硝基苯酚類3.2吡咯類化合物4能量轉(zhuǎn)移系統(tǒng)（磷酸化作用）抑制劑內(nèi)呼吸(hūxī)抑制劑：第九頁，共四十四頁。1作用(zuòyòng)于三羧酸循環(huán)的呼吸毒劑1.1氟乙酸、氟乙酰胺、氯乙酰苯胺等

該類化合物都是在水解轉(zhuǎn)變成氟乙酸后，與乙酰輔酶A結(jié)合形成一個復(fù)合物，然后與草酰乙酸結(jié)合，形成氟檸檬酸而抑制了烏頭(wūtóu)酸酶（aconitase）,使檸檬酸不能轉(zhuǎn)變?yōu)楫悪幟仕幔蚨钄嗔巳人嵫h(huán)。第十頁，共四十四頁。1.2亞砷酸鹽類該類化合物主要是抑制(yìzhì)α-酮戊二酸脫氫酶，使得酮戊二酸積累而影響三羧酸循環(huán)，更重要的是由于影響氨基酸的相互轉(zhuǎn)化而造成其他代謝的混亂。1作用于三羧酸(suōsuān)循環(huán)的呼吸毒劑第十一頁，共四十四頁。CoASHNADH+H+NAD+CO2NAD+NADH+H+CO2GTPGDP+PiFADFADH2NADH+H+NAD+H2OH2OH2OCoASHCoASH⑧①②③④⑤⑥⑦②H2O①檸檬酸合酶②順烏頭(wūtóu)酸酶③異檸檬酸脫氫酶④α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體⑤琥珀(hǔpò)酰CoA合成酶⑥琥珀酸脫氫酶⑦延胡索酸酶⑧蘋果酸脫氫酶GTPGDPATPADP核苷二磷酸激酶氟乙酸亞砷酸鹽類第十二頁，共四十四頁。2作用(zuòyòng)于呼吸鏈的呼吸毒劑

對呼吸鏈起作用(zuòyòng)的呼吸毒劑可以分為四大類：2.1在NAD+與輔酶Q之間起作用(zuòyòng)的抑制劑

主要有魚藤酮及殺粉蝶素A及B。第十三頁，共四十四頁。2.1.1魚藤酮

魚藤對l5個目，137科的800多種害蟲具有一定的防治效果，作用譜廣，尤其對蚜螨類害蟲效果突出。魚藤酮的作用方式:觸殺、胃毒作用、拒食、生長發(fā)育抑制作用；抑制(yìzhì)某些病菌孢子的萌發(fā)和生長，或阻止病菌侵入植株第十四頁，共四十四頁。作用機(jī)理：

早期的研究表明魚藤酮的作用機(jī)制主要是影響昆蟲的呼吸作用，主要是與NADH脫氫酶與輔酶Q之間的某一成分發(fā)生作用。魚藤酮使害蟲細(xì)胞的電子傳遞鏈?zhǔn)艿揭种?，從而降低生物體內(nèi)的ATP水平，最終(zuìzhōnɡ)使害蟲得不到能量供應(yīng)，然后行動遲滯、麻痹而緩慢死亡。2.1.1魚藤酮第十五頁，共四十四頁。2.1.1魚藤酮

作為與吡啶核苷酸（NAD）相聯(lián)系的氧化酶（L-谷氨酸氧化酶）的特異性抑制劑，切斷了呼吸鏈上NAD+與輔酶Q之間的聯(lián)系。谷氨酸在腦的功能中極為重要，并且它是呼吸過程中大腦中唯一氧化的氨基酸。因作用于呼吸酶而抑制了L-谷氨酸的氧化作用。谷氨酸氧化作用的抑制乃是殺死昆蟲的主要原因。魚藤酮中毒的試蟲表現(xiàn)出活動遲滯，隨后昏迷、死亡的癥狀，類似(lèisì)于神經(jīng)毒劑，只是沒有興奮期。第十六頁，共四十四頁。2.1.1魚藤酮

另外，魚藤酮對許多生物細(xì)胞線粒體中的反丁烯二酸還原酶、甘露醇合成酶丁二酸等都具有(jùyǒu)一定的抑制作用。魚藤酮還可干擾菜粉蝶的正常生長發(fā)育，蛻皮異常及畸形蟲，可能是由于魚藤酮抑制了呼吸作用而使能量降低所致。第十七頁，共四十四頁。

魚藤酮還可抑制細(xì)胞中紡錘體微管的組裝，并在體外證明抑制微管的形成，推測魚藤酮是以一種可逆的方式聯(lián)接在微管蛋白上而抑制了微管的形成。從遺傳學(xué)的角度來看，紡錘體形成受到抑制必然影響細(xì)胞的正常分裂，從而可推論魚藤酮可能通過(tōngguò)這一途徑影響蟲體的生長。此外，魚藤酮處理菜粉蝶幼蟲會使蟲體體壁蛋白質(zhì)組成發(fā)生改變，使總蛋白的量降低，體壁蛋白的變化必定影響體壁結(jié)構(gòu)。2.1.1魚藤酮第十八頁，共四十四頁。

許多化合物，包括抗生素及麻醉劑放線菌素A某些(mǒuxiē)昆蟲的毒素2.1.2殺粉蝶(fěndié)素2.2琥珀酸氧化作用抑制劑

在殺蟲藥劑中較少。滴滴涕在高濃度時有作用(zuòyòng)。放線菌素A也是該酶的抑制劑。2.3在Cytb及CytCl之間起作用的抑制劑2.1在NAD+與輔酶Q之間起作用的抑制劑第十九頁，共四十四頁。2.4細(xì)胞(xìbāo)色素C氧化酶的抑制劑

細(xì)胞色素(sèsù)C氧化酶為一外周蛋白，位于線粒體內(nèi)膜的外側(cè)，其輔基是血紅素，血紅素通過共價鍵與酶蛋白相聯(lián)。細(xì)胞色素(sèsù)C氧化酶是末端氧化酶，它的抑制使呼吸鏈在末端阻斷，結(jié)果使所有在呼吸鏈中的化合物都處于還原態(tài)。多數(shù)抑制劑是與細(xì)胞色素(sèsù)C氧化酶的血紅素部分發(fā)生化學(xué)結(jié)合而產(chǎn)生抑制作用。第二十頁，共四十四頁。

HCN等熏蒸毒氣和有機(jī)硫氰酸酯類化合物的作用實際上是釋放出HCN，CN-與血紅素側(cè)鏈上的甲?；鸱磻?yīng)，而抑制了分子氧與血紅素的結(jié)合，導(dǎo)致(dǎozhì)死亡。Structureofcytc&cytc1第二十一頁，共四十四頁。2.4細(xì)胞(xìbāo)色素C氧化酶的抑制劑但Boveris等認(rèn)為氫氰酸抑制昆蟲呼吸傳遞鏈中的細(xì)胞色素(sèsù)氧化酶后，能阻斷電子由NADH脫氫酶向氧的傳遞，使氧氣不能被還原，導(dǎo)致線粒體產(chǎn)生0-，0-可被SOD(超氧化物歧化酶)歧化成過氧化氫，從線粒體釋放出來。當(dāng)過氧化氫積累到一定程度時就會對昆蟲產(chǎn)生細(xì)胞毒性而引起昆蟲的死亡。第二十二頁，共四十四頁。2.4細(xì)胞(xìbāo)色素C氧化酶的抑制劑

磷化氫：

磷化氫在有氧的條件下，先形成一個氧化物，然后再和細(xì)胞色素C氧化酶的氧化中心(zhōngxīn)起作用。磷化氫對細(xì)胞色素氧化酶的抑制作用一直被認(rèn)為是磷化氫對昆蟲致死的主要原因。

第二十三頁，共四十四頁。

但在體外磷化氫對細(xì)胞色素氧化酶活力有明顯抑制作用，而體內(nèi)幾乎沒有任何抑制作用。所以：磷化氫的作用機(jī)制之一是由于磷化氫抑制昆蟲線粒體而在呼吸過程中使氧氣不能被還原，產(chǎn)生了0-，0-又被SOD歧化為過氧化氫，當(dāng)昆蟲對磷化氫吸收較少時，過氧化氫可及時被過氧化氫酶和過氧化物酶所消除，不會對昆蟲造成不可逆毒害，但如果昆蟲對磷化氫吸收量較多，產(chǎn)生的過氧化氫不能被過氧化氫酶和過氧化物酶及時地完全消除，過氧化氫就在昆蟲體內(nèi)積累，達(dá)到(dádào)一定程度時便對昆蟲產(chǎn)生細(xì)胞毒性而引起細(xì)胞死亡。磷化氫：第二十四頁，共四十四頁。電子傳遞抑制劑

NADHFMNCoQFe-SCytc1O2CytbCytcCytaa3Fe-SFMNFe-S琥珀酸復(fù)合物II復(fù)合物IV復(fù)合物I復(fù)合物III魚藤酮安密妥抗霉素A氰化物CO安密妥

安密妥

第二十五頁，共四十四頁。3氧化(yǎnghuà)磷酸化作用的抑制劑（解偶聯(lián)劑）

氧化磷酸化是與呼吸鏈相偶聯(lián)的，任何作用于呼吸鏈的毒劑均會影響(yǐngxiǎng)到氧化磷酸化作用。二硝基酚類和溴蟲腈可以攜帶H往返于線粒體膜兩側(cè)而消除H弄濃度差故其作用機(jī)理就是解除氧化磷酸化的耦聯(lián)過程。第二十六頁，共四十四頁。

氧化(yǎnghuà)磷酸化的偶聯(lián)機(jī)理

化學(xué)滲透假說

(chemiosmotichypothesis)1961年由PeterMitchell提出(tíchū)。電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時，可將質(zhì)子（H+）從線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)泵到內(nèi)膜胞漿側(cè)，產(chǎn)生膜內(nèi)外質(zhì)子電化學(xué)梯度儲存能量。當(dāng)質(zhì)子順濃度梯度回流時驅(qū)動ADP與Pi生成ATP。第二十七頁，共四十四頁。ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸H+1/2O2+2H+H2OADP+PiATPH+H+H+胞液側(cè)基質(zhì)(jīzhì)側(cè)++++++++++---------化學(xué)(huàxué)滲透假說詳細(xì)示意圖第二十八頁，共四十四頁。解偶聯(lián)蛋白作用(zuòyòng)機(jī)制（棕色脂肪組織線粒體）ⅢⅠⅡF0F1ⅣCytcQ胞液側(cè)基質(zhì)(jīzhì)側(cè)解偶聯(lián)蛋白(dànbái)熱能

H+H+ADP+PiATP第二十九頁，共四十四頁。3.1二硝基苯酚類二硝基苯酚(běnfēn)類的多種殺螨劑（敵螨普、敵螨死、地樂消）均為氧化磷酸化的解偶聯(lián)劑。其作用機(jī)理為：使呼吸鏈和氧化磷酸化不能偶聯(lián)起來，電子可以傳遞，但不能生產(chǎn)ATP。五氯苯酚(běnfēn)也屬于這一類。有些帶硝基苯的有機(jī)磷類殺蟲劑、滴滴涕及殺蟲脒等在高濃度時也有一定作用。第三十頁，共四十四頁。2,4-二硝基苯酚的解偶聯(lián)作用(zuòyòng)NO2NO2O-NO2NO2OHNO2NO2O-NO2NO2OHH+H+線粒體內(nèi)膜內(nèi)外第三十一頁，共四十四頁。3.2吡咯類化合物

鏈霉菌(méjūn)屬真菌Streptomycesfumanus雙氧吡咯霉素（dioxapyrrolomycin）溴蟲腈（chlorfenapyr,CL303,630）低毒、高效、廣譜，具有胃毒和一定的觸殺作用及內(nèi)吸活性，且在作物上有中等持效。對鉆蛀、刺吸和咀嚼式害蟲以及螨類的防效優(yōu)異，具有新的作用方式，且與其它殺蟲劑無交互抗性，對抗性害蟲防效卓越，對作物安全，是一個極具特色的高效殺蟲殺螨劑新品種。溴蟲腈屬中毒農(nóng)藥。第三十二頁，共四十四頁。作用機(jī)理(jīlǐ)：溴蟲腈是一個呼吸作用抑制劑，為氧化磷酸化解偶聯(lián)劑，主要作用于昆蟲細(xì)胞線粒體膜而阻斷質(zhì)子穿過線粒體膜，使線粒體產(chǎn)生ATP的能力減弱，導(dǎo)致細(xì)胞受損，最終死亡。進(jìn)一步研究表明，溴蟲腈實際上是在昆蟲體內(nèi)被微粒體氧化酶和谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶氧化代謝為毒力更高的化合物而起作用的。3.2吡咯(bǐluò)類化合物第三十三頁，共四十四頁。

化合物前體親脂性強(qiáng)，但跨膜運(yùn)輸時酸性不夠，因此(yīncǐ)在昆蟲體內(nèi)代謝成酸性較強(qiáng)的產(chǎn)物。第三十四頁，共四十四頁。溴蟲腈的解偶聯(lián)作用(zuòyòng)H+線粒體內(nèi)膜內(nèi)外第三十五頁，共四十四頁。

氧化磷酸化抑制劑（oxidativephosphory-lation

inhibitor）主要是指直接作用于線粒體F0Fl－ATP合酶復(fù)合體中的Fl組分而抑制ATP合成(héchéng)的一類化合物。寡霉素（oligomycin）是這類抑制劑的一個重要例子，它與F0的一個亞基結(jié)合而抑制Fl；另一個例子是雙環(huán)己基碳二亞胺（dicyclohexylcarbodiimide，DCC），它阻斷F0的質(zhì)子通道。

4能量轉(zhuǎn)移系統(tǒng)(xìtǒng)（磷酸化作用）抑制劑第三十六頁，共四十四頁。頭部含5種不同的亞基（3、3、1、1、1

）OSCP是能量轉(zhuǎn)換通道F0與線粒體電子傳遞系統(tǒng)連接（質(zhì)子通道）第三十七頁，共四十四頁。1979年Boyer.P提出構(gòu)象(ɡòuxiànɡ)耦連假說事實上將H+滲透學(xué)說與構(gòu)想耦聯(lián)假說綜合(zōnghé)起來可完整地理解氧化磷酸化原理。1.ATP酶利用質(zhì)子動力勢發(fā)生構(gòu)象改變，改變與底物的親和力，催化ADP與Pi形成ATP；2.F1具有三個催化位點。在特定時間其催化位點構(gòu)象不同（L、T、O），與核苷酸的親和力不同；3.質(zhì)子通過F0時，引起C亞基構(gòu)成的環(huán)旋轉(zhuǎn)，帶動γ亞基旋轉(zhuǎn)。因其不對稱性故引起β三個亞基3個催化位點構(gòu)象