《生物转化》ppt课件

1、第三章第三章 化学毒物的生物转化化学毒物的生物转化第一节第一节 生物转化概述生物转化概述生物转化biotransformation：外源化学物在机体内经多种酶催化的代谢转化。代谢过程主要在肝脏进展，但肝外组织也有一定代谢才干，如肾脏、小肠、肺脏和皮肤等。1 生物转化的特点：生物转化的特点：化学毒物的水溶性添加。化学毒物的水溶性添加。重要2 生物转化的毒理学意义生物转化的毒理学意义1生物转化是外源化学物进入机体后，其存在方式能够会发生各种变化，活性也会发生改动，其中有些毒性加强，有些毒性减弱。因此，生物转化对于断定其对机体的影响有重要作用。2经过对生物转化作用的研讨，可以探求外源化合物活性基团、

2、活性分子的重要规律，为防治其对机体损伤有重要意义。 3经过对外源化学物在机体的生物转化过程的研讨，有利于探求其损伤机制，作用的靶器官、靶组织、靶细胞乃至靶分子。 4外源化合物经过生物转化会构成新的代谢间产物、终产物，存在于血液和组织中，或被排出体外，可为中毒诊断，程度判别，治疗效果评价提供有意义的生物学资料。3 生物转化的结果：生物转化的结果：代谢解毒：外源化学物经生物学化使其毒性降低，易于排出体外的过程生物转化的结果代谢活化：外源化学物经生物转化使其毒性加强，甚至可产生致畸、致癌效应的过程4 生物转化酶的根本特征：生物转化酶的根本特征：广泛的底物特异性某些酶具有多态性具有立体选择性有构造酶和

3、诱导酶之分5 毒物代谢酶的分布：毒物代谢酶的分布：肝脏：不同组织对外源化学物生物转化才干的显著区别对于解释化学物损伤的组织特异性具有重要的毒理学意义。内质网微粒体或脂质的可溶部分胞浆。6 生物转化反响分为两种类型生物转化反响分为两种类型第一阶段：亦称I相反响，包括氧化、复原和水解等反响。经过反响使毒物的分子暴露或添加功能基团，如羟基、巯基、羧基、氨基等。通常仅导致水溶性少量的添加。第二阶段：亦称II相反响，结合反响。大多数II相反响可导致外源化学物的水溶性显著添加，且加速排泄随尿排出。第二节第二节 相反响相反响相反响phase biotransformation指经过氧化、复原和水解等反响使外

4、源化学物暴露或产生极性基团，如-OH、-NH2、-SH、-COOH等，水溶性增高并成为适宜于相反响的底物。1 氧化作用氧化作用1.1 细胞色素P-450酶系在催化酶类中, 最主要的是细胞色素P-450酶系(也简称为CYP)，亦称为细胞色素P-450混合功能氧化酶，或细胞色素P-450依赖性单加氧酶。细胞色素P-450是一种含亚铁的卟啉蛋白，即血红素蛋白。细胞色素蛋白及其它血红素蛋白在可见光范围内各自呈现典型的吸收光谱。例如细胞色素P-450本身在420nm处出现强吸收光谱，但在复原条件下与CO结合后，最强吸收光带在450nm处，因此而得名。P-450酶系酶系是一个超蛋白家族，其每一种对底物专注

5、性都有特征性谱，其中某些是构外型的，其他是诱导型的。这些蛋白根据构造的类似性组成家族和亚族。P-450酶氨基酸序列类似性大于40%是属于同一家族，如大于59%那么属于同一个亚族。CYP1A1表示P-450的1基因族A亚族的第一个基因P-450酶系酶系从对150多种以上的P-450进展的DNA程度和蛋白质一级构造的比较上分析，从细菌到哺乳动物存在一定的同源性。根据Nelson等(1995)，P-450基因族有27个，并进一步分为亚族。在哺乳动物存在10个族，除了6个族和甾体合成有关外，4个族与外源化学物代谢有关。人肝脏主要含15种以上不同的生物转化外源化学物和或内源性底物的P-450(CYPlA

6、2，2A6，2B6，2C8，2C9，2C18，2C19，2D6，2E1，3A4，3A5，3A7，4A9，和4A11)。P-450催化的氧化反响的化学方程简式催化的氧化反响的化学方程简式RH + NADPH + O2+H+R-OH + NAP + H2OO2H2ONADPH2NADPRH毒物毒物ROH氧化产物氧化产物混合功能氧化酶系混合功能氧化酶系P-450催化的反响类型：催化的反响类型：1脂肪族和芳香族的羟化，苯胺氧化成对氨基酚等。H3CNCH3PNH3CCH3OOPNNOH3CCH3H3CCH3H3CNCH3PNH3CCH3OOPNNOH3CCH2H3CCH3OHO八甲磷八甲磷N-羟甲基八甲

7、磷羟甲基八甲磷2双键的环氧化：黄曲霉素B1和氯乙烯3胺类化合物的N-羟化4胺类化合物的N-氧化5含磷化合物的P-氧化6含硫化合物的S-氧化7氧化性脱烷基反响1.2 醇脱氢酶醇脱氢酶ADH醇脱氢酶是一种含锌酶，位于胞浆，主要分布于肝脏、肾脏、肺脏和胃粘膜。分为四类，I型ADH能催化乙醇的氧化，产物为乙醛，吡唑可抑制酶的活性。重要1.3 乙醛脱氢酶乙醛脱氢酶ALDH乙醛脱氢酶以NAD+为辅助因子将乙醛氧化成羧酸。乙醇在人体内的代谢主要靠乙醇脱氢酶和乙醛脱氢酶。乙醇脱氢酶能把乙醇分子中的两个氢原子脱掉，使乙醇分解变成乙醛。而乙醛脱氢酶那么能把乙醛中的两个氢原子脱掉，使乙醛被分解为二氧化碳和水。重要人

8、体内假设是具备这两种酶，就能较快地分解酒精，中枢神经就较少遭到酒精的作用，因此即使喝了一定量的酒也行假设无事。在普通人体中，都存在乙醇脱氢酶，而且数量根本是相等的。但短少乙醛脱氢酶的人就比较多，这种乙醛脱氢酶的短少，使酒精不能被完全分解为水和二氧化碳，而是以乙醛继续留在体内，使人喝酒后产生恶心欲吐、昏迷不适等醉酒病症。因此，能饮酒的人，身体内的酶系统中这两种酶都有，从而使酒精能较快地得到分解。所以虽然多饮了一些酒，也不易醉倒。但假设饮酒过量、过快，超越了两种酶的分解才干，也会发生醉酒。戒酒硫戒酒硫据有关单位普查测定，我国汉民族中，约有44%的人属乙醛脱氢酶缺陷型，这些人由于短少了一种酶，影响了

9、酒精在体内的及时分解，从而易呵斥醉酒。不善饮酒、酒量在合理规范以下的人，即属于乙醛脱氢酶数量缺乏或完全缺乏的人。2 复原作用复原作用硝基和偶氮复原羰基复原二硫化物、硫氧化物复原3 水解作用水解作用酯酶分解酯类构造酰胺酶酰胺键水解糖苷酶糖苷水解第三节第三节 相反响相反响毒物原有的功能基因或由1相反响引入暴露的功能基因与内源性辅因子反响。绝大多数外源化学物在第一相反响中无论发生氧化、复原或水解反响，最后必需进展结合反响排出体外。结合反响首先经过提供极性基团的结合剂或提供能量ATP而被活化，然后由不同种类的转移酶进展催化，将具有极性功能基团的结合剂转移到外源化学物或将外源化学物转移到结合剂构成结合产

10、物。结合物普通将伴随尿液或胆汁由体内排泄。 1 葡萄糖醛酸化葡萄糖醛酸化葡萄糖醛酸结合反响在结合反响中占有重要的位置，在许多外源化学物都可进展，如醇类、酚类、羧酸类、硫醇类和胺类等。葡萄糖醛酸为葡萄糖的中间代谢产物，先活化成尿苷二磷酸-葡萄糖醛酸UDPGA，然后经各种转移酶催化，将葡萄糖醛酸基转移到外源化学物分子。结合物具有高度水溶性，易从尿和胆汁排泄。重要根据进展结合反响的外源化学物构造及结合方式或部位不同，可分为O-葡萄糖醛酸结合(醇类，酚类，羧酸胺类)、N-葡萄糖醛酸结合(氨基甲酯类，芳香胺类，磺胺类)和S-葡萄糖醛酸结合，统称葡萄糖醛酸化。 2 硫酸化硫酸化系外源化学物与硫酸根结合反响

11、，外源化学物经第一相生物转化后，分子构造中构成羟基，可与内源性硫酸结合，有些外源化学物如本身已含有羟基、氨基或羰基以及环氧基即可直接进入第二相反响，发生硫酸结合，例如醇类、芳香胺类和酚类。硫酸的来源主要是含硫氨基酸的代谢物。在大多数外源化学物的结合反响中，硫酸结合往往与葡萄糖醛酸结合反响同时存在，如机体接触的外源物较少，那么首先进展硫酸结合，随着剂量增多， 硫酸结合减少，而与葡萄糖醛酸的结合增多。内源性硫酸的供体是3-磷酸腺苷-5-磷酰硫酸(PAPA)，系由内源性硫酸根和三磷酸腺苷为原料，经ATP-硫酸化酶和5磷酰硫酸腺苷激酶催化而成。化学物与PAPS结合反响由磺基转移酶催化。 3 乙酰化乙酰

12、化系外源化学物与乙酰基结合的反响，多发生在芳香族伯胺类、磺胺类、肼类化合物的氨基-NH2或羟氨基。乙酰基由乙酰辅酶A提供, 反响由乙酰转移酶催化。该酶又可分为N-乙酰转移酶前面已论述和N，O-乙酰转移酶。乙酰结合反响具有多态性，在不同物种，乙酰转移酶存在一定的差别，对不同的底物有不同的活力，它们的底物专注性和最适PH等都不一样。普通根据异烟肼乙酰结合反响的情况，将人类机体分成快速乙酰化和缓慢乙酰化型，机体乙酰结合反响速度的个体差别与机体对某些外源化学物的易感性有关，特别表如今芳胺类的致癌作用，如缓慢型人群对联苯胺诱发膀胱癌的作用为易感。 4 氨基酸化氨基酸化是带有羧酸基的外源化学物与一种-氨基

13、酸结合的反响，多发生在芳香羧酸，例如芳基乙酸。参与结合反响的氨基酸主要有甘氨酸、谷氨酰胺以及牛磺酸，较少见的还有天冬酰胺、精氨酸、丝氨酸以及N-甘氨酰甘氨酸等。外源化学物的羧基与氨基酸的氨基结合，构成肽或酰胺。此反响需求两种酶的催化作用：ATP依赖性酶：辅酶A衔接酶又称酰基辅酶A合成酶，催化外源化学物羧基活化；N-酰基转移酶，催化将酰基由外源化学物辅酶A衍生物转移给氨基酸上氨基。 5 谷胱甘肽化谷胱甘肽化是外源化学物在一系列酶催化下与复原型谷胱甘肽结合构成硫醚氨酸的反响。应具备以下条件：一定程度的疏水性，含有一个亲电子碳原子，可与谷胱甘肽进展一定程度的非酶促反响。这样的化学物主要有卤化物，例如

14、烷基卤化物、硝基卤化物、芳基卤化物，各种酯类化合物如磷酸酯类杀虫剂，苯、萘、苯胺等芳烃类及芳胺类化合物和环氧化物等。催化谷胱甘肽结合反响的酶类主要有谷胱甘肽S-转移酶。另外，值得留意的是有些外源化学物与谷胱甘肽构成的结合物可与生物大分子结合，诱发突变以及癌变，例如氯甲烷和二溴乙烷。 6 甲基化甲基化在甲基转移酶催化下，将内源性来源的甲基结合于外源化学物分子构造内的反响。有许多内源性和外源化学物可以进展甲基结合反响，与其它结合反响相比，甲基结合后，外源化学物的功能基团未被遮盖，水溶性没有明显的加强，有的反而下降；生物学作用并未减弱，有的反而加强，甲基化反响有解毒作用。内源性甲基供体是S-腺苷甲硫

15、氨酸(SAM)。能进展甲基结合反响的外源化学物主要有含羟基、巯基或氨基的酚类、硫醇类和各种胺类，还有吡啶、喹啉等含氮杂环化合物。 7 磷酸化磷酸化系在ATP和Mg2+ 存在下，由磷酸转移酶催化ATP的磷酸基转移到相应的外源化学物的反响。在结合反响中不太普遍，常见于1-萘酚和对硝基酚的反响。 8 硫氰酸盐化硫氰酸盐化硫氰酸构成是机体内氰化物代谢解毒的过程，在这一反响中，由硫代硫酸盐提供一个硫原子给氰化物，在硫氰酸生成酶催化作用下, 并构成硫氰酸盐。硫氰酸盐的毒性远远低于氰化物。严厉来说，硫氰酸盐构成反响并不是典型的结合反响，由于反响中没有结合剂，且反响产物的极性也不是很强，但它也具有代谢解毒的作

16、用。第四节第四节 毒物代谢酶的诱导和毒物代谢酶的诱导和激活、抑制和阻遏激活、抑制和阻遏代谢是化学物毒作用的决议要素。很多要素可影响外源化学物生物转化，包括机体的遗传生理要素和环境要素两大类。遗传生理要素有动物的物种、性别、年龄等，常表达在代谢酶的种类、数量和活性的差别上，代谢酶的多态性也是影响毒性反响个体差别的重要要素。各种环境要素主要经过影响代谢酶和辅酶的合成过程以及催化过程来干扰外源化学物的生物转化，如代谢酶的诱导和抑制。1 外源化学物代谢酶的诱导外源化学物代谢酶的诱导诱导(induction)指有些外源化学物可使某些毒物代谢酶系的合成量添加，伴有活力加强。能引起酶诱导的物质称为诱导剂(i

17、nducer)。P-450系的诱导剂有系的诱导剂有5类：类：巴比妥类，如苯巴比妥(PB)诱导2B1/2、2C、3A1/2；多环芳烃类，如3-甲基胆蒽(3MC)、TCDD(2,3,7,8-四氯二苯二恶烷，二恶英)等，诱导1A1/2；醇酮，如乙醇、异烟阱，诱导2E1；甾类，如孕烯醇酮16-腈、地塞米松，诱导3A1/2；氯贝特(安妥明)类过氧化物酶体诱导剂，诱导4A1/2。此外,多氯联苯(PCB)兼有PB和3MC样诱导作用。2 外源化学物代谢酶的抑制外源化学物代谢酶的抑制抑制造用可以分为几种类型。(1)抑制物与酶的活性中心发生可逆或不可逆性结合。如，-二乙基氨基苯丙基乙酯(SKF-525A)和胡椒基丁醚与P-450的结合而抑制其活性。对氧磷能抑制羧酸酪酶，以致马拉硫磷水解速度减慢，加强马拉硫磷的生物学作用，表现为对昆虫杀虫效果加强，对人畜毒性增高。一氧化碳可与P-450结合，引起变构作用，妨碍其与氧结合。(2)两种不同的化学物在同一个酶的活性中心发生竞争性抑制。如1，2-亚乙基二醇和甲醇中毒，此两种化学物经醇脱氢酶催化代谢而导致毒性，临床上给予乙醇治疗，因乙醇与此酶有更大的亲和力，故可降低1，2