殺蟲劑的代謝

殺蟲劑的代謝第1頁/共66頁2昆蟲對殺蟲劑代謝的結(jié)果：解毒作用活化作用昆蟲對殺蟲劑的代謝類型：脂溶性水溶性殺蟲劑其它外來化合物次級產(chǎn)物初級次級氧化、還原、水解、基團(tuán)轉(zhuǎn)移和糖、氨基酸、硫酸、磷酸等共軛次級產(chǎn)物初級產(chǎn)物次級產(chǎn)物第一節(jié)殺蟲劑的初級代謝第2頁/共66頁3一殺蟲劑的氧化代謝殺蟲劑代謝中所涉及到的酶系很多，主要酶系有：脫氯化氫酶（deyudrochlorinase）、微粒體多功能氧化酶（microsomalmixed-functionoxidases）、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶（glutathionetransferases）、各種酯酶（esterases）等。由于微粒體多功能氧化酶具有底物的極大的廣譜性，他們能參與各種殺蟲劑（包括有機(jī)氯、有機(jī)磷、氨基甲酸酯、擬除蟲菊酯、化學(xué)不育劑和昆蟲生長調(diào)節(jié)劑等）的解毒作用，以及催化生物變化也很廣泛的特點(diǎn)，所以微粒體多功能氧化酶在殺蟲劑的代謝中起著中心作用。第3頁/共66頁4一殺蟲劑的氧化代謝多功能氧化酶的研究歷史MFO的組成及作用機(jī)制細(xì)胞色素P450的特性細(xì)胞色素P450的作用機(jī)理MFO對外來化合物的反應(yīng)類型MFO的抑制劑外來化合物對MFO的誘導(dǎo)作用影響MFO活性的一些因子第4頁/共66頁51.1943年Claude把不同離心作用所分離出來的亞細(xì)胞顆粒（直徑約200nm），稱之為微粒體。2.1958年，Brodie證明了離體微粒體氧化酶需要氧和還原性輔酶Ⅱ（NADPH）。

3.昆蟲中的微粒體氧化酶是1961年首次在德國蜚蠊中發(fā)現(xiàn)的。1.多功能氧化酶的研究歷史第5頁/共66頁6粗勻漿沉淀、細(xì)胞碎片及細(xì)胞核離心10min,3000g上清液10,000g,20min線粒體上清液105,000g,20min微粒體可溶性部分MFO的分離－差速離心第6頁/共66頁72.MFO的組成及作用機(jī)制包括：細(xì)胞色素P450（血紅素蛋白）NADPH-細(xì)胞色素P450還原酶（黃素蛋白）NADH-細(xì)胞色素b5還原酶磷脂鐵硫蛋白第7頁/共66頁83.細(xì)胞色素P450的特性1）光學(xué)特性微粒體被還原后可以與CO結(jié)合形成復(fù)合體，通過雙光束掃描分光光度計(jì)掃描，在波長450nm處出現(xiàn)一個(gè)最大吸收峰。除了與CO結(jié)合外，細(xì)胞色素P450可以與許多物質(zhì)結(jié)合，結(jié)合后所誘導(dǎo)產(chǎn)生的光譜，按其性質(zhì)分為三類：Ⅰ型：波峰在390-410，波谷在425-435nm；Ⅱ型：波峰在425-435nm，波谷在390-410nm；III型：最大和最小吸收峰分別在325和420nm。第8頁/共66頁9棉鈴蟲中腸細(xì)胞色素P450CO差光譜圖第9頁/共66頁102)不穩(wěn)定性第10頁/共66頁113)多樣性

控制P450的基因是基因超家族，目前P450基因超家族包括70個(gè)家族，120個(gè)亞家族（Nelson,1998），且數(shù)量增長很快。第11頁/共66頁124)可誘導(dǎo)性

現(xiàn)已證明，許多化合物，如藥物、殺蟲劑、以及植物他感化和物都能誘導(dǎo)P450的生物合成。目前研究比較清楚的是苯巴比妥和3-甲基膽蒽對P450的誘導(dǎo)合成。第12頁/共66頁13細(xì)胞色素P450酶系的作用機(jī)理1.）底物與酶結(jié)合，酶上的鐵原子由于NADPH-細(xì)胞色素P450還原酶供給一個(gè)電子使得三價(jià)鐵還原為二價(jià)鐵。2.）鐵的還原作用使其與分子氧結(jié)合。3.）另一個(gè)電子和質(zhì)子加到鐵上形成FeOOH復(fù)合體。4.）失去一分子水后形成（FeO）3+復(fù)合體，此復(fù)合體將其氧原子轉(zhuǎn)移到底物上。5.）被氧化的底物釋放出來，游離的細(xì)胞色素P450又重復(fù)下一個(gè)循環(huán)。第13頁/共66頁144.細(xì)胞色素P450酶系的作用機(jī)理Fe3+P450底物OHFeOOHP450底物HFe2+O2

P450底物HFe2+P450底物He-O2Fe3+P450底物HFe3+P450底物OH底物He-(FeO)3+P450底物HH+H2OH+1第14頁/共66頁155.MFO對外來化合物的反應(yīng)類型O、S和N-烷基的羥基化作用脂族羥基化作用和環(huán)氧化作用芳香族羥基化作用有機(jī)磷酸酯的脂族氧化作用氮和硫醚的氧化作用第15頁/共66頁161.脫硫氧化和酯鍵斷裂對硫磷中間體對氧磷二乙基磷酸對硝基苯酚＋第16頁/共66頁172.環(huán)氧化和芳基羥基化環(huán)氧化物水解酶苯并芘9,10-苯并芘二醇苯胺對氨基苯酚艾氏劑

狄氏劑

第17頁/共66頁183.脂肪族羥基化對硝基甲苯

對硝基苯甲醇

DDT三氯殺螨醇第18頁/共66頁194.

雜環(huán)羥基化煙堿5-羥基煙堿cotinine第19頁/共66頁205.

N,O,S-脫烷基化N-甲基對氯苯胺對氯苯胺對硝基苯甲醚對硝基酚可根據(jù)對硝基酚在412nm的光吸收測定MFO的活性在昆蟲的離體研究中還沒有發(fā)現(xiàn)S-脫烷基化作用

第20頁/共66頁216.硫氧化(亞砜，砜)涕滅威涕滅威亞砜涕滅威砜

第21頁/共66頁226.硫氧化(亞砜，砜)甲拌磷甲拌磷亞砜

第22頁/共66頁236.MFO的抑制劑內(nèi)源性抑制劑Endogenousinhibitor眼黃質(zhì)Eyepigment蛋白質(zhì)水解酶RNA酪氨酸酶Tyrosinase外源性抑制劑Exogenousinhibitor重金屬heavymetal有機(jī)巰基試劑orgnicsulfhydrylreagent甲撐二氧苯基化合物methylenedioxyphenyl(MDP)第23頁/共66頁247.外來化合物對MFO的誘導(dǎo)作用能夠使處理物的生物活性增加的物質(zhì)稱為誘導(dǎo)劑。這種現(xiàn)象叫誘導(dǎo)現(xiàn)象。誘導(dǎo)的多樣性誘導(dǎo)的表現(xiàn)誘導(dǎo)的機(jī)制第24頁/共66頁258.影響MFO活性的一些因子生理因子physologicalfactors發(fā)育階段stageofdevelopment性別sex營養(yǎng)狀態(tài)stateofnutrition食性feedinghabits組織器官tissueandapparatus其它因子otherfactors第25頁/共66頁26二殺蟲劑的其它初級代謝一）殺蟲劑的水解代謝A酯酶：主要是芳基酯酶，能水解某些含芳基的磷酸酯類殺蟲劑，B酯酶：包括膽堿酯酶，羧酸酯酶和酯酶。第26頁/共66頁27殺蟲劑的水解代謝主要包括：（一）磷酸三酯的水解（二）羧酸的水解（三）酰胺的水解第27頁/共66頁28（一）：磷酸三酯的水解

磷酸三酯水解酶，主要作用于磷酯和酐鍵。其曾用名很多，例如：對氧磷酶、A酯酶、磷酸酯酶、磷?；姿崦浮⒎蓟ッ傅?。實(shí)際上都屬于磷酸三酯水解酶。一般水解磷酸酯的酶系多半是根據(jù)其水解底物來命名的。目前發(fā)現(xiàn)的水解酶主要包括：（Fluorohydrolases,DFP酶)、芳族酯水解酶、O-烷基水解酶、磷酸二脂水解酶。1.氟水解酶(DFP酶)2.芳族酯水解酶3.O-烷基水解酶4.磷酸二脂水解酶第28頁/共66頁29+H2O+HX+H2O+ROH第29頁/共66頁301.氟水解酶（DEF）+

H2O+HF第30頁/共66頁31＋H2O+2.芳族酯水解酶第31頁/共66頁32＋H2O+CH2OH3.O-烷基水解酶第32頁/共66頁33+H2O+4.磷酸二酯的水解HOCH=CCL2第33頁/共66頁34（二）羧酸酯的水解羧酸酯酶(Carboxylesterase)，屬于B酯酶，又稱脂族酯酶，能催化各種脂族酯和芳族酯的水解，但不能水解膽堿酯。目前研究表明羧酸酯酶在一些有機(jī)磷和擬除蟲菊酯的代謝中起著重要的作用，這種酶的活性一般在正常的昆蟲品系中是比較低的而在某些抗性品系中比較高。羧酸酯酶通過附加一分子水而將底物裂解成酸和醇兩部分。例如：將馬拉硫磷水解，形成α，β單酸以及醇。第34頁/共66頁35（二）羧酸酯的水解H2O+2C2H5OH馬拉硫磷馬拉硫磷α-單酸馬拉硫磷β-單酸+第35頁/共66頁36（三）酰胺的水解H2O+CH3NH2樂果樂果酸酰胺酶可以水解含酰胺鍵的化合物。例如將樂果水解成樂果酸。第36頁/共66頁37（四）環(huán)氧化物水解環(huán)氧化物的水解由環(huán)氧化物水解酶催化，在家蠅、紅頭麗蠅、黃粉甲、亞熱帶粘蟲等昆蟲中存此酶。H2O第37頁/共66頁38二）還原代謝還原代謝沒有氧化代謝那么普遍。在動物體內(nèi)這種代謝多發(fā)生于那些含硝基苯核或含鹵原子的化合物，在酶或細(xì)菌的作用下，被轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的氨基化合物及脫鹵代謝物。如：DDT轉(zhuǎn)變?yōu)榈蔚我恋姆磻?yīng)，就是通過脫氯化氫酶的作用，一個(gè)鹵原子被氫所取代。含硝基苯母核的農(nóng)藥，如：苯硫磷、對硫磷、殺螟松等化合物在動物體內(nèi)容易被還原為氨基衍生物。在昆蟲中發(fā)現(xiàn)了硝基還原和偶氮還原兩類。如對硫磷在（依賴于NADPH的）硝基還原酶的作用下被還原成胺基對硫磷。第38頁/共66頁39對硫磷氨基對硫磷NADPH

硝基還原酶NH2第39頁/共66頁40三）以谷胱甘肽為介質(zhì)的代謝許多外來化合物的代謝都與谷胱甘肽（GSH）有關(guān)，殺蟲劑及其代謝產(chǎn)物也能夠被以谷胱甘肽為介質(zhì)的系統(tǒng)代謝。這種代謝有兩類：第一，GSH純粹以催化劑的形式被利用；第二，GSH直接與底物結(jié)合而被消耗，至少在反應(yīng)初期是這樣的，并不能再生，而是排除體外。第40頁/共66頁41谷胱甘肽催化代謝－DDT脫HClCHCCl--ClC+GSH+HCl+GSHCHDDTDDE第41頁/共66頁422.GSH消耗代謝－GSH-S-轉(zhuǎn)移酶此酶屬于共軛反應(yīng)類型，在以后還會介紹。GSH和底物結(jié)合，一般有兩種類型。第一：GSH代替底物中不穩(wěn)定的部分：第二：直接進(jìn)攻底物分子二乙基順丁烯二酸第42頁/共66頁431）GSH-S-烷基轉(zhuǎn)移酶

GSH+CH3-SG甲基對氧磷GSH代替底物中的不穩(wěn)定部分第43頁/共66頁442）GSH-S-芳基轉(zhuǎn)移酶二嗪農(nóng)+第44頁/共66頁453）GSH-S-芳烷基轉(zhuǎn)移酶+GSH+HCl芐基氯第45頁/共66頁461.GSH-S-鏈烯轉(zhuǎn)移酶+GSH馬來酸二乙酯GSH-S-轉(zhuǎn)移酶直接將GSH轉(zhuǎn)移到底物分子中第46頁/共66頁472.GSH-S-環(huán)氧基轉(zhuǎn)移酶+GSH1,2環(huán)氧乙基苯第47頁/共66頁48第二節(jié)殺蟲劑的次級代謝——共軛代謝次級代謝：初級代謝的產(chǎn)物（主要是具有-OH、-SH、-NH2、-COOH的化合物）與內(nèi)源物質(zhì)（軛合劑）結(jié)合，最后排除體外。農(nóng)藥在昆蟲體內(nèi)的軛合形式主要是氨基酸反應(yīng)，包括與單氨基酸類、復(fù)氨基酸、硫酸酯和谷胱甘肽等的軛合，還有烷基化和?；磻?yīng)等。形成的軛合物比農(nóng)藥本身的親水性更強(qiáng)，更容易從動物體內(nèi)排出。第48頁/共66頁49共軛反應(yīng)共軛反應(yīng)主要指天然的或外來的化合物及其代謝物與內(nèi)源性的中間產(chǎn)物結(jié)合。具有中間代謝和解毒的雙重作用昆蟲中主要有三種類型的共軛反應(yīng)。第49頁/共66頁501.外來化合物或其代謝產(chǎn)物和內(nèi)源性的活化供體反應(yīng)要求外來化合物或其它代謝產(chǎn)物有-OH，–NH2，–SH，-COOH基團(tuán)，這些基團(tuán)與脲苷二磷酸葡萄糖（UDPG）反應(yīng)。-萘酚+UDPG(活化供體)-萘基葡萄糖苷第50頁/共66頁512.外來化合物形成活化供體，再與內(nèi)源性受體酶促反應(yīng)對硝基苯甲酰CoA（活化供體）對硝基苯甲酸活化CoA甘氨酸共軛對硝基苯甲酰甘氨酸第51頁/共66頁523.外來化合物或其產(chǎn)物與GSH酶促反應(yīng)

在第一種和第二種類型的共軛反應(yīng)中，需要形成高能量的或活化的中間產(chǎn)物，雖然第三種類型不需要但它反應(yīng)所需要的GSH的合成需要ATP。因此，總的來說，共軛代謝需要額外能量。芐基氯+GSH芐基—SG第52頁/共66頁53（二）幾種共軛代謝的類型1.葡萄糖苷的形成在昆蟲體內(nèi)的轉(zhuǎn)葡萄糖作用主要以UDPG作為葡萄糖供體（活化的供體），由UDP葡萄糖轉(zhuǎn)移酶催化。這個(gè)反應(yīng)要求底物（受體）具有（-OH）或巰基（-SH）作為受體基團(tuán)。在昆蟲體內(nèi)許多有機(jī)磷和氨基甲酸酯類殺蟲劑經(jīng)氧化和水解后，產(chǎn)生苯酚和醇類，形成O-葡萄糖苷。第53頁/共66頁54ROHUDP-葡萄糖轉(zhuǎn)移酶UDP-α-D-葡萄糖UDP-β-D-葡萄糖苷葡萄糖苷的形成第54頁/共66頁552.氨基酸的共軛1.）外來酸的活化，需ATP和CoA2.)外來酸與內(nèi)源性氨基酸結(jié)合RCOOH+ATP+HSCoARCOSCOA+AMP+P2O74-這一步的反應(yīng)的機(jī)制在昆蟲還沒有完全搞清楚，但是，對氨基酸的共軛一般需要CoA的衍生物和氨基酸N-酰基轉(zhuǎn)移酶。第55頁/共66頁563.谷胱甘肽（GSH）共軛谷胱甘肽的共軛是由一組酶系造成的，其催化親電子物質(zhì)共軛，