第三章化學(xué)毒物的生物轉(zhuǎn)化

1第一頁，共五十頁，2022年，8月28日第三章化學(xué)毒物的生物轉(zhuǎn)化生物轉(zhuǎn)化（biotransformation):又稱代謝轉(zhuǎn)化，是指外源性化合物在體內(nèi)經(jīng)過一系列化學(xué)變化并形成其衍生物以及分解產(chǎn)物的過程第二頁，共五十頁，2022年，8月28日不經(jīng)轉(zhuǎn)化排出體外（極少數(shù)）毒物經(jīng)轉(zhuǎn)化后毒性降低（絕大多數(shù)）轉(zhuǎn)化后毒性顯現(xiàn)（多數(shù)化學(xué)致癌物）生物轉(zhuǎn)化的場(chǎng)所：全身各組織器官。主要有肝、腎、肺、消化道和胎盤。肝臟是最主要的生物轉(zhuǎn)化器官。

總體上，生物轉(zhuǎn)化的意義是使外源化學(xué)物的水溶性增加，不易通過生物膜進(jìn)入細(xì)胞，容易排泄到尿和膽汁中。第三頁，共五十頁，2022年，8月28日生物轉(zhuǎn)化的結(jié)果代謝解毒：化學(xué)物(毒性)———→中間產(chǎn)物(低毒性或無毒性)———→產(chǎn)物(無毒性)代謝活化：化學(xué)物(無毒性)——→活性中間產(chǎn)物(毒性)——————→產(chǎn)物(無毒性)第四頁，共五十頁，2022年，8月28日生物轉(zhuǎn)化外源化學(xué)物生物轉(zhuǎn)化的模式按反應(yīng)的先后順序分為I相反應(yīng)和Ⅱ相反應(yīng)。Ⅰ相反應(yīng)(phaseIbiotransformation)指經(jīng)過氧化、還原和水解等反應(yīng)，使外源化學(xué)物暴露或產(chǎn)生極性基團(tuán)，如-OH、-NH2、-SH、-COOH等，水溶性增高并成為適合于Ⅱ相反應(yīng)的底物。Ⅱ相反應(yīng)：結(jié)合作用第五頁，共五十頁，2022年，8月28日生物轉(zhuǎn)化酶

細(xì)胞色素P-450酶系

環(huán)氧化物水化酶(epoxidehydrase，EH)N-乙酰轉(zhuǎn)移酶（Nacetyltransferase,NAT）谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶

谷胱甘肽過氧化物酶

過氧化氫酶超氧化物歧化酶

第六頁，共五十頁，2022年，8月28日I相反應(yīng)的類型氧化作用還原作用水解作用硝基和偶氮還原羰基還原含硫基團(tuán)還原醌還原脫鹵還原酯酶酰胺酶環(huán)氧化物水化酶第三章毒物的代謝轉(zhuǎn)化第七頁，共五十頁，2022年，8月28日一、氧化作用微粒體混合功能酶氧化非微粒體混合功能酶氧化前列腺生物合成過程中共氧化反應(yīng)第八頁，共五十頁，2022年，8月28日1.微粒體混合功能酶氧化（micrososmalmixedfunctionoxidaes,MFO)

該酶系主要包括細(xì)胞色素P-450及NADPH-細(xì)胞色素P-450還原酶等。又稱謂立體單加氧酶系或細(xì)胞色素P450酶系。細(xì)胞色素P-450的專一性不強(qiáng)，凡有一定脂溶性的外來物質(zhì)都能通過不同類型反應(yīng)被其氧化，形成多種代謝物。主要的氧化反應(yīng)有羥化、脫烷基、氧化、脫硫、脫氨、環(huán)氧化等反應(yīng)方式。第九頁，共五十頁，2022年，8月28日P-450P-450是細(xì)胞色素P-450的簡(jiǎn)稱(也簡(jiǎn)稱為CYP)，是位于微粒體膜(滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng))上的一組酶。它的名字來源于與CO結(jié)合后在450nm處有吸收峰。P-450在動(dòng)物界的分布非常廣泛，種類非常多。P-450是一個(gè)蛋白質(zhì)超家族，其每一種對(duì)底物專一性都有特征性譜，第十頁，共五十頁，2022年，8月28日基本組成血紅蛋白類：cytP450、cytb5均含有鐵卟啉的結(jié)構(gòu)具有傳遞電子的功能黃素蛋白類：NADPH-cytP-450還原酶和NADH-cytb5還原酶，主要是傳遞電子并提供電子磷脂類：促進(jìn)上述兩類酶的相互作用，具體功能是對(duì)膜上各蛋白酶起固定作用。促進(jìn)底物的羥基化反應(yīng)或增強(qiáng)外源性化學(xué)物與cytP450的結(jié)合作用第十一頁，共五十頁，2022年，8月28日P-450的命名P-450是分子量在5000左右，含鐵卟啉環(huán)的血紅素蛋白。P-450基因族有27個(gè)，并進(jìn)一步分為亞族CYP2A6

CYP除小鼠外所有物種的細(xì)胞色素P450的基因和cDNA小鼠用Cyp2:阿拉伯?dāng)?shù)字代表基因族代表基因亞族代表基因亞族中的一個(gè)基因第十二頁，共五十頁，2022年，8月28日人肝主要P-450底物、抑制劑和誘導(dǎo)劑舉例

注：人肝不表達(dá)CYPlAl第十三頁，共五十頁，2022年，8月28日P-450催化反應(yīng)是向外源化學(xué)物上加入一個(gè)單氧原子，所以也被稱為微粒體單加氧酶(monooxygenase)，也稱微粒體混合功能氧化酶(mixedfunctionoxidase)。P-450催化的氧化反應(yīng)的化學(xué)方程簡(jiǎn)式如下：RH+NADPH+O2+H+＝R-OH+NADP++H2O第十四頁，共五十頁，2022年，8月28日

①靜止?fàn)顟B(tài)的氧化型P-450中的鐵為3+，和底物結(jié)合后，鐵的自旋狀態(tài)發(fā)生改變，極易還原；②第一個(gè)電子加入，由NADPH-細(xì)胞色素P-450還原酶轉(zhuǎn)遞來自NADPH中的電子，使鐵變?yōu)?價(jià)；③加入分子氧形成氧化型的三重絡(luò)合物，氧被還原；④第二個(gè)電子由細(xì)胞色素b5供給；⑤伴隨質(zhì)子的導(dǎo)入，生成一分子水，O-O鍵的解離產(chǎn)生了極強(qiáng)的活性氧；⑥底物和活性氧結(jié)合生成羥化的產(chǎn)物ROH，P-450返回靜止?fàn)顟B(tài)。在此一連串的反應(yīng)中P-450進(jìn)行了一次循環(huán)。第十五頁，共五十頁，2022年，8月28日氧化作用P-450催化氧化脂肪族和芳香族羥化:八甲磷雙鍵的環(huán)氧化：雜原子(S-,N-,I-)氧化和N-羥化雜原子(O-,S-,N-)脫烷基氧化基團(tuán)轉(zhuǎn)移

(氧化脫氨、脫硫、脫鹵素)酯裂解(羧酸酯、磷酸酯)脫氫微粒體含黃素加單氧酶醇、醛、酮氧化和胺類氧化第十六頁，共五十頁，2022年，8月28日P-450催化氧化脂肪族或芳香族碳的羥基化雙鍵的環(huán)氧化作用雜原子（S-、N-、I-)氧化和N-羥基化雜原子（O-、S-、N-、Si-)脫烷基作用氧化基團(tuán)的轉(zhuǎn)運(yùn)酯的裂解脫氫作用第十七頁，共五十頁，2022年，8月28日Ⅰ相反應(yīng)第十八頁，共五十頁，2022年，8月28日苯并(a)芘（BaP）的代謝活化和解毒苯并(a)芘[benzo(a)pyrene，BaP]在體內(nèi)有50多種代謝產(chǎn)物，經(jīng)I相酶P-450催化發(fā)生芳香環(huán)上的環(huán)氧化，形成多種環(huán)氧苯并(a)芘，第十九頁，共五十頁，2022年，8月28日第二十頁，共五十頁，2022年，8月28日2.非微粒體酶系氧化反應(yīng)體系

化學(xué)物質(zhì)的非微粒體氧化反應(yīng)，是靠線粒體、胞漿及血漿中的非特異性酶所催化的。在血漿和細(xì)胞中，主要是脫氫反應(yīng)，胞漿中含有的醇脫氫酶、醛脫氫酶，可使醇類催化脫氫成醛，醛類催化下一步脫氫成酸。第二十一頁，共五十頁，2022年，8月28日

氧化脫氨：在肝、腎、腸和胎盤組織中的線粒體中的單胺氧化酶把幾種天然存在的胺和許多外來化學(xué)物質(zhì)氧化脫氨，氧化成芳香基或烷基醛，再通過其他的酶進(jìn)一步氧化成相應(yīng)的羧酸。

R—CH2NH2R·CHO+NH3R·COOH[O]MAO醛脫氫酶第二十二頁，共五十頁，2022年，8月28日N-乙酰轉(zhuǎn)移酶N-乙酰轉(zhuǎn)移酶主要存在于肝細(xì)胞及肺、脾以及胃粘膜等，催化許多化合物的乙?；磻?yīng)，例如伯胺、磺胺類和肼類及酰肼等，乙?；梢阴］o酶A提供。如抗結(jié)核藥物對(duì)氨基水楊酸在體內(nèi)可乙?；⒁砸阴＝Y(jié)合物的形式排出體外?；前奉愃幬镌谏镛D(zhuǎn)化過程中，可進(jìn)行乙酰結(jié)合。第二十三頁，共五十頁，2022年，8月28日谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶是谷胱甘肽結(jié)合反應(yīng)的關(guān)鍵酶，催化谷胱甘肽結(jié)合反應(yīng)的起始步驟，主要存在于胞液中。根據(jù)作用底物不同，至少可分為下列5種：谷胱甘肽S-烷基轉(zhuǎn)移酶：催化烷基鹵化物和硝基烷類化合物的谷胱甘肽結(jié)合反應(yīng)。主要存在于肝臟和腎臟。谷胱甘肽S-芳基轉(zhuǎn)移酶：主要催化含有鹵基或硝基的芳烴類或其它環(huán)狀化合物的谷胱甘肽結(jié)合反應(yīng)，如溴苯和有機(jī)磷殺蟲劑等。該酶主要存在于肝臟胞液。谷胱甘肽S-芳烷基轉(zhuǎn)移酶：催化芳烷基的谷胱甘肽結(jié)合反應(yīng)，例如，芐基氯等芳烷鹵化物等。主要存在于肝臟和腎臟。谷胱甘肽S-環(huán)氧化物轉(zhuǎn)移酶：催化芳烴類和鹵化苯類等化合物的環(huán)氧化物衍生物與谷胱甘肽結(jié)合，主要存在于肝腎胞液。谷胱甘肽S-烯烴轉(zhuǎn)移酶：催化含有α，β-不飽合羰基的不飽合烯烴類化合物與谷胱甘肽的結(jié)合反應(yīng)，主要存在于肝腎胞液。

第二十四頁，共五十頁，2022年，8月28日谷胱甘肽過氧化物酶

超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶屬于金屬酶，隨金屬的差異，該酶可分為Cu,Zn-SOD,Mn-SOD和Fe-SOD三種。因起存在部位的不同，有不同活性作用。其中Cu,Zn-SOD在結(jié)構(gòu)上與其他兩種SOD差別較大，而Mn-SOD與Fe-SOD之間差別較小。Fe-SOD主要存在于原核生物中。過氧化氫酶過氧化氫酶存在于紅細(xì)胞及某些組織內(nèi)的過氧化體中，它的主要作用就是催化H2O2分解為H2O與O2，使得H2O2不致于與O2在鐵螯合物作用下反應(yīng)生成非常有害的-OH。第二十五頁，共五十頁，2022年，8月28日還原作用毒物在體內(nèi)可被還原酶催化還原，在哺乳動(dòng)物反應(yīng)不活躍，但在腸道細(xì)胞內(nèi)是活躍的第二十六頁，共五十頁，2022年，8月28日二、還原反應(yīng)還原作用主要是在肝微粒體及胞漿中進(jìn)行。芳香族硝基化合物和偶氮化合物可分別被硝基化合物還原酶和偶氮還原酶還原成胺類偶氮還原酶使偶氮化合物還原成苯肼衍生物及苯胺衍生物H2OH2O2H2H2H硝基苯苯胺偶氮苯苯胺苯肼2H2H第二十七頁，共五十頁，2022年，8月28日

+HCl如，在抗DDT的家蠅體內(nèi)，經(jīng)DDT-脫氯化氫酶和谷胱甘肽的參與下變?yōu)闊o毒的DDE。脫鹵作用：某些鹵化殺蟲劑、麻醉劑和其他含鹵化合物在動(dòng)物體內(nèi)脫鹵轉(zhuǎn)化。DDTDDE第二十八頁，共五十頁，2022年，8月28日二硝基甲苯經(jīng)肝和腸道菌群代謝活化

第二十九頁，共五十頁，2022年，8月28日三、水解絕大多數(shù)化合物的水解均需要酶的參加?；瘜W(xué)物質(zhì)的水解只限于酯類和酰胺類化合物的水解。哺乳動(dòng)物體內(nèi)廣泛存在酯酶，可將酯類水解成酸類和醇類。酯類的種類很多，分布很廣，但不同的組織或不同內(nèi)的種屬所含酯酶相差很大。第三十頁，共五十頁，2022年，8月28日水解作用水解反應(yīng)是許多有機(jī)磷殺蟲劑在體內(nèi)的主要代謝方式第三十一頁，共五十頁，2022年，8月28日四、結(jié)合Ⅱ相反應(yīng)(phaseⅡbiotransformation)指具有一定極性的外源化學(xué)物與內(nèi)源性輔因子(結(jié)合基團(tuán))進(jìn)行化學(xué)結(jié)合的反應(yīng)(conjugation)結(jié)合反應(yīng)是進(jìn)入機(jī)體的毒物在代謝過程中與體內(nèi)某些內(nèi)源性化合物或基團(tuán)發(fā)生的生物合成反應(yīng)。在結(jié)合的過程中，需要有輔酶和轉(zhuǎn)移酶的參與，并消耗能量。含有羥基、氨基、羰基以及環(huán)氧基的代謝物容易發(fā)生與毒物的結(jié)合反應(yīng)有烷基化、酯化、?；?。第三十二頁，共五十頁，2022年，8月28日結(jié)合作用的毒理學(xué)意義結(jié)合是體內(nèi)解毒的重要方式。經(jīng)過結(jié)合的產(chǎn)物，改變毒物的某些基團(tuán)的作用，甚至喪失毒性使毒物的極性增強(qiáng)，脂溶性降低，酸性增加，pK值降低，便于從尿液或膽汁排出體外。第三十三頁，共五十頁，2022年，8月28日結(jié)合反應(yīng)的類型1.葡萄糖醛酸結(jié)合2.硫酸結(jié)合3.乙?；Y(jié)合（乙?；饔茫?.甘氨酰基結(jié)合（氨基酸結(jié)合）5.甲基化結(jié)合6.谷胱甘肽結(jié)合第三十四頁，共五十頁，2022年，8月28日1.葡萄糖醛酸結(jié)合人和哺乳動(dòng)物中最常見的解毒方式葡萄糖醛酸的來源：體內(nèi)糖類的正常代謝產(chǎn)物。毒物類型：含有羥基、氨基和羧基等基團(tuán)的外來化合物。結(jié)合場(chǎng)所：肝臟。腎臟、胃腸道粘膜和皮膚中也可進(jìn)行。+UTP+焦磷酸UDPUDPG+2NAD++H2OUDPG脫氫酶+2NADH+2H+α-D葡萄糖1-磷酸UDP-α-D葡萄糖UDPG-α-D葡萄糖醛酸（UDPGA）第三十五頁，共五十頁，2022年，8月28日2.硫酸酯結(jié)合

（農(nóng)藥、色素和抗氧化劑等的結(jié)合解毒的方式）硫酸來源：含硫氨基酸的代謝產(chǎn)物。毒物類型：醇類、酚類及胺類化合物。結(jié)合場(chǎng)所：肝、腎、胃和腸道中進(jìn)行。APS+ATPAPS—激酶+ADP3`-磷酸腺苷-5`磷酰硫酸（PAPS）+焦磷酸ATP+SO4=磺酰酶5`-磷酸硫酸腺苷（APS）第三十六頁，共五十頁，2022年，8月28日

多數(shù)情況下，毒物與硫酸結(jié)合后毒性減弱消失，如酚類與硫酸后毒性就減弱。2-乙酰胺基芴2-乙酰胺基芴的N-羥基衍生物例外。如2-乙酰胺基芴（AFF），在體內(nèi)經(jīng)N-羥化反應(yīng)形成N-羥基，2-乙酰胺基芴，再與硫酸結(jié)合成硫酸酯，則產(chǎn)生致癌性。第三十七頁，共五十頁，2022年，8月28日3.谷胱甘肽結(jié)合毒物類型：鹵代芳香烴、鹵代硝基苯、環(huán)氧化合物及少數(shù)的芳香烴。解毒物：還原型谷胱甘肽。毒物：多環(huán)芳烴、有機(jī)氯農(nóng)藥（666），通過與谷胱甘肽結(jié)合生成巰基尿酸衍生物而解毒。第三十八頁，共五十頁，2022年，8月28日

萘環(huán)氧化物S-（1，2-二氫-2-羥基-1=萘基）谷胱甘肽活化的谷胱甘肽S-（1，2-二氫-2-羥基-1=萘基）半胱氨酸甘氨酸N-乙酰-S-（1，2-二氫-2-羥基-1=萘基）半胱氨酸S-（1，2-二氫-2-羥基-1=萘基）半胱氨酸1-萘基巰基尿酸巰基尿酸的生成第三十九頁，共五十頁，2022年，8月28日4.?；磻?yīng)輔酶A（CoA）通過它的游離巰基與活化形式的羧酸反應(yīng)，生成乙?；鵆oA的衍生物，然后把?；D(zhuǎn)移到合適的受體，經(jīng)尿液排出體外。++苯甲酰-CoA甘氨酸馬尿酸第四十頁，共五十頁，2022年，8月28日5.甲基化——消除內(nèi)源性和外源性胺類活性的方式。

體內(nèi)出現(xiàn)的腐胺或組胺等生物胺類具有一定的毒性。與甲基結(jié)合后，毒性則減低或消除。甲基化過程中的甲基由甲硫氨酸等供給。N-甲基轉(zhuǎn)移酶去甲腎上腺素腎上腺素第四十一頁，共五十頁，2022年，8月28日

它們不能作為底物。因?yàn)橹挥兄苄缘孜锊拍苓M(jìn)入微粒體系統(tǒng)。

外源性巰基化合物可被微粒體酶系統(tǒng)甲基化。HS—CH2CH2OHCH3—S—CH2CH2OH巰基乙醇S-甲巰基乙醇第四十二頁，共五十頁，2022年，8月28日

表結(jié)合反應(yīng)的主要類型結(jié)合反應(yīng)結(jié)合基團(tuán)的直接供體酶類酶定位底物類型葡萄糖醛酸結(jié)合尿苷二磷酸葡萄糖醛酸（UDPGA）葡萄糖醛酸基轉(zhuǎn)移酶微粒體酚、醇、羧酸、胺、羥胺、磺胺、巰基化合物等硫酸結(jié)合3′-磷酸腺苷-5′-磷酸硫酸（PAPS）硫酸轉(zhuǎn)移酶胞液醇、酚、芳香胺類乙?；Y(jié)合乙酰輔酶A乙酰基轉(zhuǎn)移酶胞液芳香胺、胺類、氯基酸甘氨?；Y(jié)合甘氨酸（Gly）酰基轉(zhuǎn)移酶線粒體?；鵆oA（如苯甲酰CoA）甲基結(jié)合S-腺苷蛋氨酸（SAM）甲基轉(zhuǎn)移酶胞液生物胺、吡啶喹啉、異吡唑等谷胱甘肽結(jié)合谷胱甘肽（GSH）谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶胞液鹵化有機(jī)物、環(huán)氧化物、溴酚酜、胰島素等水化H2O環(huán)氧水化酶微粒體不穩(wěn)定的環(huán)氧化物（如環(huán)氧萘）第四十三頁，共五十頁，2022年，8月28日

表生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)的一般類型生物轉(zhuǎn)化的方式第四十四頁，共五十頁，2022年，8月28日五、影響毒物生物轉(zhuǎn)化的因素機(jī)體的遺傳生理因素和環(huán)境因素遺傳生理因素有動(dòng)物的物種、性別、年齡等，常體現(xiàn)在代謝酶的種類、數(shù)量和活性的差異上，代謝酶的多態(tài)性也是影響毒性反應(yīng)個(gè)體差異的重要因素。各種環(huán)境因素主要通過影響代謝酶和輔酶的合成過程以及催化過程來干擾外源化學(xué)物的生物轉(zhuǎn)化，如代謝酶的誘導(dǎo)和抑制。另外，其他影響因素還有營養(yǎng)狀態(tài)、疾病等。第四十五頁，共五十頁，2022年，8月28日

1.毒物對(duì)代謝酶的影響抑制作用：一種毒物使代謝另一種毒物的代謝酶的活力降低，使之生物轉(zhuǎn)化過程減慢，以致延緩毒物的從體內(nèi)消除或解毒，致使該毒素的毒性增強(qiáng)。如農(nóng)藥對(duì)硫磷的代謝產(chǎn)物對(duì)氧磷，能抑制羧酸酯酶（催化馬拉硫磷發(fā)生水解反應(yīng)），從而使馬拉硫磷的水解速度減慢，對(duì)機(jī)體的毒性相應(yīng)增強(qiáng)。第四十六頁，共五十頁，2022年，8月28日誘導(dǎo)作用：指一種毒物能使代謝酶的活力增強(qiáng)或數(shù)量增多，因而能促進(jìn)代謝酶對(duì)另一種毒物的生物轉(zhuǎn)化過程。

比如：六六六可使大鼠肝微粒體的聯(lián)苯-α-羥化酶的活力提高，以致能促進(jìn)多環(huán)胺類代謝產(chǎn)物氨酚（致癌物）的形成。苯巴比妥、苯并（α）芘、有機(jī)氯殺蟲