15年12級毒理學(xué)講義-6 2毒性機制Pt2

1、1靶分子的屬性(Attributes of Target)n 最終確認(rèn)引起毒性的靶分子：必須證實F終毒物必須在靶部位達(dá)到有效濃度F終毒物與靶分子反應(yīng)并對其功能產(chǎn)生不良影響F終毒物以所觀察的毒效應(yīng)相關(guān)的機制改變靶標(biāo)6靶分子的屬性(Attributes of Target)n 作為靶分子必須具備的條件：F合適的反應(yīng)性(Reactivity)：足夠高濃度的終毒物接近反應(yīng)活性化學(xué)物形成部位代謝酶或鄰近細(xì)胞結(jié)構(gòu)或活性代謝物擴散至靶向部位核內(nèi)靶DNAF合適的空間構(gòu)型(易接近性Accessibility)：容許終毒物發(fā)生結(jié)合F具有關(guān)鍵功能(Critical Function)5靶分子的屬性(Attribut

2、es of Target)n 毒物潛在的靶分子：所有的內(nèi)源性分子F最常見的是：生物大分子核酸(DNA)、蛋白質(zhì)(酶、受體)()小分子膜脂質(zhì)、輔因子(CoA、吡哆醛)F并非都是“一毒一靶”，更多見的是“一毒多靶”n “一毒一靶”和“一毒多靶”F毒物化學(xué)反應(yīng)性/空間結(jié)構(gòu)特定內(nèi)源分子F毒物一種類型以上化學(xué)反應(yīng)性/空間結(jié)構(gòu)不同機制不同靶分子/靶標(biāo)4毒物與靶分子的反應(yīng)(Target Sites & its Response)3思考題n 1) 毒性n 2) 增毒/代謝活化最主要形式n 3) 親電物的形成n 4) 自由基及其特點n 5) 活性氧(ROS)及其組成實例n 6) 靶分子及其屬性n 7) 終毒物與

3、靶分子反應(yīng)的類型(共價結(jié)合)n 8) 毒物對靶分子結(jié)構(gòu)破壞和影響n 9) 細(xì)胞應(yīng)激及其分類和過程n 10) 細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失調(diào)的機制及其后果n 11) 細(xì)胞毒性死亡的主要形式(自噬/凋亡/壞死性凋亡/壞死)n 12) 損傷修復(fù)的主要形式n 13) 修復(fù)障礙及其毒性作用n 2毒作用機制(Toxicological Mechanism)外源化學(xué)物中毒(細(xì)胞損害)的機理1軟、硬親電物和親核物軟親電物(electrophiles)特征: 低正電外 層電例如: a,b-不飽和羰基化合物；醌和亞醌硬正電荷、體積小、沒有易激發(fā)的層電子芳基碳鎓離子；芳基氮賓離子；芐基碳鎓離子；烷基碳鎓離子親核物(nucleophi

4、les)特征:高極性、低電負(fù)性、易氧化例如:半胱氨基/GSH上巰基/蛋氨酸的硫低極性、高電負(fù)性、不易氧化賴/精/組AA的一/二級氨基； DNA/RNA嘌呤堿基上的氨基； DNA/RNA嘌呤和嘧啶堿基上的氧8終毒物與靶分子反應(yīng)的類型(2)n 非共價結(jié)合：(noncovalent binding)F以非極互作用、氫鍵、離子鍵的形式F與膜受體、胞內(nèi)受體、離子通道、酶、DNA雙鏈等結(jié)合甘氨酸受體AhRCa2+/Cl- 通 道 PKCDNA雙螺旋EB / 阿霉素Cd2+PME番木鱉堿TCDDF空間結(jié)構(gòu)與內(nèi)源性分子的結(jié)合部位互補(“鑰匙與鎖”)F通常是可逆性結(jié)合(結(jié)合鍵能相對較低)92終毒物與靶分子反應(yīng)的

5、類型(5)n 酶促反應(yīng)：(enzymatic reaction)F毒素作用于特定的靶分子蓖麻蛋白白喉毒素霍亂毒素蛇毒酶核糖體水解 阻斷延伸因子 激活G蛋白破壞生物分子12終毒物與靶分子反應(yīng)的類型(4)n 電子轉(zhuǎn)移(Electron transfer)：如：Hb-Fe3+ Fe2+11終毒物與靶分子反應(yīng)的類型(3)n 去氫反應(yīng)(Hydrogen abstraction)：F自由基內(nèi)源性分子去除氫原子內(nèi)源性自由基啟動級聯(lián)反應(yīng)內(nèi)源性分子破壞毒性損傷自由基R-SH游離AA或Pr氨基Pr酪AA殘基脫氧核糖脂肪酸酸殘基的CH2硝基化去氫反應(yīng)R-S 羰基化合物酪氨酰自由基與 C-4-自由基 脂質(zhì)自由基巰基氧

6、化物NO2共價結(jié)合蛋白質(zhì)變性DNA交聯(lián)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑障礙 DNA斷裂 脂質(zhì)過氧化酶/受體失活蛋白質(zhì)交聯(lián)10終毒物與靶分子反應(yīng)的類型(1)n 共價結(jié)合：(covalent binding)F實際是不可逆性結(jié)合(持久地改變內(nèi)源分子)F常見于親電毒物與生物大分子的親核原子反應(yīng)非離子/陽離子親電物蛋白質(zhì)、核酸自由基陽離子也見于中性自由基與生物分子的共價結(jié)合 OH、 NO2、Cl3C 脂質(zhì)、DNA堿基少見于親核毒物與親電內(nèi)源性分子的反應(yīng)胺類、肼類吡哆醛CO、CN-、H2S、-N3(Hb)Fe2+F親電原子對親核原子結(jié)合的選擇性取決于電荷/半徑比：軟親電物軟親核物 (較低的電荷/半徑比)硬親電物硬親核物 (

7、較高的電荷/半徑比)7毒物對靶標(biāo)靶分子的影響(1)靶分子功能失調(diào)毒物模擬內(nèi)源性配體激活靶受體如：受體；氯苯丁酯PPAR；毒物抑制/阻斷(膜)通道/離子(電子)轉(zhuǎn)運如：河豚毒vNa2+開放；Cd2+離子轉(zhuǎn)運蛋白；毒物蛋白質(zhì)構(gòu)型改變功能受損 如：骨架蛋白聚合/解聚損害；毒物蛋白質(zhì)(巰基)修飾催化/轉(zhuǎn)錄/信號調(diào)控功能受損如：酶活性；Ca2+泵；TFs甲基化；信號轉(zhuǎn)導(dǎo)；毒物核苷酸堿基/序列/結(jié)構(gòu)異常干擾DNA模板功能如：AFB1錯配/突變；阿霉素框移；F受體F通道F蛋白質(zhì)F核酸133毒物對靶標(biāo)微環(huán)境的影響生物學(xué)微環(huán)境F酸/解偶聯(lián)劑H+改變/質(zhì)子分離Mj質(zhì)子梯度消失ATP合成障礙如：酸/代謝酸、(疏質(zhì)子

8、解偶聯(lián)劑)硝基酚/五氯酚；F 膜脂質(zhì)生物理化性狀改變、跨膜溶質(zhì)梯度破壞膜功能改變?nèi)纾?穿膜溶質(zhì)梯度)溶劑、去垢劑；F 占據(jù)生物理化位置或空間如：乙二醇沉淀；磺胺類膽紅素結(jié)合位點；CO2窒息；18毒物對靶標(biāo)靶分子的影響(3)靶分子蛋白變性/外源蛋白(抗原性)F外源物/代謝物共價結(jié)合變性蛋白激發(fā)免疫應(yīng)答如： 高反應(yīng)性化學(xué)物(青霉素、Ni、化妝品)自發(fā)結(jié)合于Pr 漆酚(毒長春藤)自氧化醌類氟烷CYP酶促轉(zhuǎn)化三氟乙酰氯半抗原誘導(dǎo)抗體 肝炎樣綜合征親核性藥物(芳香胺、巰基化合物)激活粒細(xì)胞POase/ROS/RNS氧化活性代謝物+細(xì)胞表面蛋白抗原17毒物對靶標(biāo)靶分子的影響(2)靶分子結(jié)構(gòu)破壞/異常F斷裂

9、脂質(zhì)降解：/降解如：自由基脂肪酸去氫脂質(zhì)過氧化級聯(lián)破壞細(xì)胞膜/膜蛋白反應(yīng)反應(yīng)蛋白質(zhì)降解：如：毒素/輻射蛋白/多肽水解降解；ONOO- 破壞烏頭酸酶輔基影響檸檬酸循環(huán)氨基酸殘基自由基攻擊蛋白變性/降解DNA斷裂：如：OH堿基環(huán)破壞“復(fù)制斷裂”阻斷復(fù)制 OH核糖去H C-4SSBs/DSBs 致死效應(yīng)16毒物對靶標(biāo)靶分子的影響(2)靶分子結(jié)構(gòu)破壞/異常F交聯(lián)交聯(lián)初級結(jié)構(gòu)改變功能抑制如：雙功能親電物骨架蛋白/DNA/DNA-蛋白交聯(lián) OH大分子活性親電物與親核部位反應(yīng)(交聯(lián)) OH大分子活性自由基自由基交互反應(yīng)(交聯(lián))15毒物對靶標(biāo)靶分子的影響(2)靶分子結(jié)構(gòu)破壞/異常F加合物形 DNA加合物、蛋白

10、質(zhì)加合物、DNA-蛋白加合物成如：加合物復(fù)制/轉(zhuǎn)錄/翻譯改變表達(dá)異常加合物脫嘌呤/嘧啶無嘌呤/嘧啶部位致突變144小結(jié)(復(fù)習(xí)8) 毒物對靶分子結(jié)構(gòu)破壞和影響靶分子生物學(xué)微環(huán)境功能失調(diào) 結(jié)構(gòu)破壞/異常蛋白變性/外源蛋白(抗原性)F受體F加合物形成F通道F交聯(lián)F蛋白質(zhì)F斷裂F核酸/降解23小結(jié)(復(fù)習(xí)7) 終毒物與靶分子反應(yīng)的類型(1)n 共價結(jié)合：(convalent binding)F實際是不可逆性結(jié)合(持久地改變內(nèi)源分子)F常見于親電毒物與生物大分子的親核原子反應(yīng)非離子/陽離子親電物蛋白質(zhì)、核酸自由基陽離子也見于中性自由基與生物分子的共價結(jié)合 OH、 NO2、Cl3C 脂質(zhì)、DNA堿基少見于親

11、核毒物與親電內(nèi)源性分子的反應(yīng)胺類、肼類吡哆醛CO、CN-、H2S、-N3(Hb)Fe2+F親電原子對親核原子結(jié)合的選擇性取決于電荷/半徑比：軟親電物軟親核物 (較低的電荷/半徑比)硬親電物硬親核物 (較高的電荷/半徑比)22小結(jié)(復(fù)習(xí)6) 靶分子及其屬性n 毒物潛在的靶標(biāo)：所有的內(nèi)源性分子F最常見的是：生物大分子核酸(DNA)、蛋白質(zhì)(酶、受體)()小分子膜脂質(zhì)、輔因子(CoA、吡哆醛)F并非都是“一毒一靶”，更多見的是“一毒多靶”n 作為靶分子必須具備的條件：F合適的反應(yīng)性(Reactivity)：足夠高濃度的終毒物接近反應(yīng)活性化學(xué)物形成部位代謝酶或鄰近細(xì)胞結(jié)構(gòu)或活性代謝物擴散至靶向部位核內(nèi)靶DNAF合適的空間構(gòu)型(易接近性Accessibility)：容許終毒物發(fā)生結(jié)合F具有關(guān)鍵功能(Critical F