呼吸毒劑的作用機(jī)理

第六節(jié)呼吸毒劑的作用機(jī)理

外呼吸抑制劑：起物理作用的，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。

呼吸毒劑：呼吸生理生物氧化的涵義營養(yǎng)物質(zhì)在生物體內(nèi)經(jīng)氧化分解，最終生成CO2

和H2O，并釋放能量的過程。生物氧化中物質(zhì)的氧化方式有加氧、脫氫、失電子，遵循氧化還原反應(yīng)的一般規(guī)律。物質(zhì)在體內(nèi)外氧化時(shí)所消耗的氧量、最終產(chǎn)物（CO2，H2O）和釋放能量均相同。生物氧化的一般原理代謝物脫下的成對氫原子（2H）通過多種酶和輔酶所催化的連鎖反應(yīng)逐步傳遞，最終與氧結(jié)合生成水，這一系列酶和輔酶稱為呼吸鏈(respiratorychain)又稱電子傳遞鏈(electrontransferchain)。生物氧化的一般原理煙酰胺核苷酸NAD+：煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NicotinamideAdenineDinucleotide)

，又叫CoⅠ，主要作為呼吸鏈的一個組分，起遞氫體作用；NADP+：煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(Nicotin-amideAdenineDinucleotidePhosphate)

，又叫CoⅡ，主要在還原性生物合成中作為供氫體。二者的遞氫部位是煙酰胺部分，為VitPP。NAD+和NADP+的結(jié)構(gòu)黃素輔基FMN：黃素單核苷酸(FlavinMononucleotide)FAD：黃素腺嘌呤二核苷酸(FlavinAdenineDinucleotide)FMN和FAD中異咯嗪環(huán)起遞氫體作用。異咯嗪及核醇部分為VitB2（核黃素）。FMN結(jié)構(gòu)異咯嗪核醇

FAD結(jié)構(gòu)1作用于三羧酸循環(huán)的呼吸毒劑

1.1氟乙酸、氟乙酰胺、氯乙酰苯胺等

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)呼吸抑制劑：1作用于三羧酸循環(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酸酶（aconitase）,使檸檬酸不能轉(zhuǎn)變?yōu)楫悪幟仕?，因而阻斷了三羧酸循環(huán)。1.2亞砷酸鹽類該類化合物主要是抑制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作用于三羧酸循環(huán)的呼吸毒劑CoASHNADH+H+NAD+CO2NAD+NADH+H+CO2GTPGDP+PiFADFADH2NADH+H+NAD+H2OH2OH2OCoASHCoASH⑧①②③④⑤⑥⑦②H2O①檸檬酸合酶②順烏頭酸酶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2作用于呼吸鏈的呼吸毒劑

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

主要有魚藤酮及殺粉蝶素A及B。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；抑制某些病菌孢子的萌發(fā)和生長，或阻止病菌侵入植株作用機(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2.1.1魚藤酮最新研究證明：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。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，類似于神經(jīng)毒劑，只是沒有興奮期。2.1.1魚藤酮

此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、甘露醇合成酶等都具有一定的抑制作用。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。

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

許多化合物，包括抗生素及麻醉劑放線菌素A

某些昆蟲的毒素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(shí)有作用。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2.4細(xì)胞色素C氧化酶的抑制劑

細(xì)胞色素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(jià)鍵與酶蛋白相聯(lián)。細(xì)胞色素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。

HCN等熏蒸毒氣和有機(jī)硫氰酸酯類化合物的作用實(shí)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)致死亡。Structureofcytc&cytc12.4細(xì)胞色素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(shí)就會對昆蟲產(chǎn)生細(xì)胞毒性而引起昆蟲的死亡。2.4細(xì)胞色素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。

但進(jìn)一步的研究表明磷化氫在體外對細(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的呼吸過程使氧氣不能被還原，產(chǎn)生了0-，0-又被SOD歧化為過氧化氫，過氧化氫就在昆蟲體內(nèi)積累，達(dá)到一定程度時(shí)便對昆蟲產(chǎn)生細(xì)胞毒性而引起細(xì)胞死亡。磷化氫：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

3氧化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。

氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)理化學(xué)滲透假說(chemiosmotichypothesis)1961年由PeterMitchell提出。電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時(shí)，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(shí)驅(qū)動ADP與Pi生成ATP。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)側(cè)++++++++++---------化學(xué)滲透假說詳細(xì)示意圖解偶聯(lián)蛋白作用機(jī)制（棕色脂肪組織線粒體）ⅢⅠⅡF0F1ⅣCytcQ胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)解偶聯(lián)蛋白熱能

H+H+ADP+PiATP3.1二硝基苯酚類二硝基苯酚類的多種殺螨劑（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(shí)也有一定作用。2,4-二硝基苯酚的解偶聯(lián)作用NO2NO2O-NO2NO2OHNO2NO2O-NO2NO2OHH+H+線粒體內(nèi)膜內(nèi)外3.2吡咯類化合物

鏈霉菌屬真菌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。作用機(jī)理：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(shí)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吡咯類化合物

化合物前體親脂性強(qiáng)，但跨膜運(yùn)輸時(shí)酸性不夠，因此在昆蟲體內(nèi)代謝成酸性較強(qiáng)的產(chǎn)物。溴蟲腈的解偶聯(lián)作用H+線粒體內(nèi)膜內(nèi)外

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)（磷酸化作用）抑制劑頭部含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）1979年Boyer.P提出構(gòu)象耦連假說

事實(shí)上將H+滲透學(xué)說與構(gòu)想耦聯(lián)假說綜合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