呼吸毒剂的作用机理

第六节呼吸毒剂的作用机理

外呼吸抑制剂：起物理作用的，引起昆虫窒息，由于堵塞或覆盖了昆虫气门而不能呼吸，即阻断了昆虫气管内的气体与外界空气的交换。

内呼吸抑制剂：对呼吸酶系的抑制，即内呼吸的抑制，也即抑制了氧化代谢。多数呼吸毒剂属于后一类，如各种熏蒸毒气、鱼藤酮、氟乙酸及其衍生物等。

呼吸毒剂：呼吸生理生物氧化的涵义营养物质在生物体内经氧化分解，最终生成CO2

和H2O，并释放能量的过程。生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、失电子，遵循氧化还原反应的一般规律。物质在体内外氧化时所消耗的氧量、最终产物（CO2，H2O）和释放能量均相同。生物氧化的一般原理代谢物脱下的成对氢原子（2H）通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水，这一系列酶和辅酶称为呼吸链(respiratorychain)又称电子传递链(electrontransferchain)。生物氧化的一般原理烟酰胺核苷酸NAD+：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NicotinamideAdenineDinucleotide)

，又叫CoⅠ，主要作为呼吸链的一个组分，起递氢体作用；NADP+：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(Nicotin-amideAdenineDinucleotidePhosphate)

，又叫CoⅡ，主要在还原性生物合成中作为供氢体。二者的递氢部位是烟酰胺部分，为VitPP。NAD+和NADP+的结构黄素辅基FMN：黄素单核苷酸(FlavinMononucleotide)FAD：黄素腺嘌呤二核苷酸(FlavinAdenineDinucleotide)FMN和FAD中异咯嗪环起递氢体作用。异咯嗪及核醇部分为VitB2（核黄素）。FMN结构异咯嗪核醇

FAD结构1作用于三羧酸循环的呼吸毒剂

1.1氟乙酸、氟乙酰胺、氯乙酰苯胺等

1.2亚砷酸盐类2作用于呼吸链的呼吸毒剂

2.1在NAD+与辅酶Q之间起作用的抑制剂

2.2琥珀酸氧化作用抑制剂

2.3在Cytb及CytCl之间起作用的抑制剂

2.4细胞色素C氧化酶的抑制剂3氧化磷酸化作用的抑制剂（解偶联剂）

3.1

二硝基苯酚类

3.2吡咯类化合物4能量转移系统（磷酸化作用）抑制剂内呼吸抑制剂：1作用于三羧酸循环的呼吸毒剂1.1氟乙酸、氟乙酰胺、氯乙酰苯胺等

该类化合物都是在水解转变成氟乙酸后，与乙酰辅酶A结合形成一个复合物，然后与草酰乙酸结合，形成氟柠檬酸而抑制了乌头酸酶（aconitase）,使柠檬酸不能转变为异柠檬酸，因而阻断了三羧酸循环。1.2亚砷酸盐类该类化合物主要是抑制α-酮戊二酸脱氢酶，使得酮戊二酸积累而影响三羧酸循环，更重要的是由于影响氨基酸的相互转化而造成其他代谢的混乱。1作用于三羧酸循环的呼吸毒剂CoASHNADH+H+NAD+CO2NAD+NADH+H+CO2GTPGDP+PiFADFADH2NADH+H+NAD+H2OH2OH2OCoASHCoASH⑧①②③④⑤⑥⑦②H2O①柠檬酸合酶②顺乌头酸酶③异柠檬酸脱氢酶④α-酮戊二酸脱氢酶复合体⑤琥珀酰CoA合成酶⑥琥珀酸脱氢酶⑦延胡索酸酶⑧苹果酸脱氢酶GTPGDPATPADP核苷二磷酸激酶氟乙酸亚砷酸盐类2作用于呼吸链的呼吸毒剂

对呼吸链起作用的呼吸毒剂可以分为四大类：2.1在NAD+与辅酶Q之间起作用的抑制剂

主要有鱼藤酮及杀粉蝶素A及B。2.1.1鱼藤酮

鱼藤对l5个目，137科的800多种害虫具有一定的防治效果，作用谱广，尤其对蚜螨类害虫效果突出。鱼藤酮的作用方式:触杀、胃毒作用、拒食、生长发育抑制作用；抑制某些病菌孢子的萌发和生长，或阻止病菌侵入植株作用机理：

早期的研究表明鱼藤酮的作用机制主要是影响昆虫的呼吸作用，主要是与NADH脱氢酶与辅酶Q之间的某一成分发生作用。鱼藤酮使害虫细胞的电子传递链受到抑制，从而降低生物体内的ATP水平，最终使害虫得不到能量供应，然后行动迟滞、麻痹而缓慢死亡。2.1.1鱼藤酮2.1.1鱼藤酮最新研究证明：作为与吡啶核苷酸（NAD）相联系的氧化酶（L-谷氨酸氧化酶）的特异性抑制剂，切断了呼吸链上NAD+与辅酶Q之间的联系。谷氨酸在脑的功能中极为重要，并且它是呼吸过程中大脑中唯一氧化的氨基酸。谷氨酸氧化作用的抑制乃是杀死昆虫的主要原因。鱼藤酮中毒的试虫表现出活动迟滞，随后昏迷、死亡的症状，类似于神经毒剂，只是没有兴奋期。2.1.1鱼藤酮

此外鱼藤酮对许多生物细胞线粒体中的反丁烯二酸还原酶、甘露醇合成酶等都具有一定的抑制作用。鱼藤酮还可干扰菜粉蝶的正常生长发育，蜕皮异常及畸形虫，可能是由于鱼藤酮抑制了呼吸作用而使能量降低所致。

鱼藤酮还可抑制细胞中纺锤体微管的组装，并在体外证明抑制微管的形成，推测鱼藤酮是以一种可逆的方式联接在微管蛋白上而抑制了微管的形成。从遗传学的角度来看，纺锤体形成受到抑制必然影响细胞的正常分裂，从而可推论鱼藤酮可能通过这一途径影响虫体的生长。此外，鱼藤酮处理菜粉蝶幼虫会使虫体体壁蛋白质组成发生改变，使总蛋白的量降低，体壁蛋白的变化必定影响体壁结构。2.1.1鱼藤酮

许多化合物，包括抗生素及麻醉剂放线菌素A

某些昆虫的毒素2.2琥珀酸氧化作用抑制剂

在杀虫药剂中较少。滴滴涕在高浓度时有作用。放线菌素A也是该酶的抑制剂。2.3在Cytb及CytCl之间起作用的抑制剂2.4细胞色素C氧化酶的抑制剂

细胞色素C氧化酶为一外周蛋白，位于线粒体内膜的外侧，其辅基是血红素，血红素通过共价键与酶蛋白相联。细胞色素C氧化酶是末端氧化酶，它的抑制使呼吸链在末端阻断，结果使所有在呼吸链中的化合物都处于还原态。多数抑制剂是与细胞色素C氧化酶的血红素部分发生化学结合而产生抑制作用。

HCN等熏蒸毒气和有机硫氰酸酯类化合物的作用实际上是释放出HCN，CN-与血红素侧链上的甲酰基起反应，而抑制了分子氧与血红素的结合，导致死亡。Structureofcytc&cytc12.4细胞色素C氧化酶的抑制剂

但Boveris等认为氢氰酸抑制昆虫呼吸传递链中的细胞色素氧化酶后，能阻断电子由NADH脱氢酶向氧的传递，使氧气不能被还原，导致线粒体产生0-，0-可被SOD(超氧化物歧化酶)歧化成过氧化氢，从线粒体释放出来。当过氧化氢积累到一定程度时就会对昆虫产生细胞毒性而引起昆虫的死亡。2.4细胞色素C氧化酶的抑制剂

磷化氢：

磷化氢在有氧的条件下，先形成一个氧化物，然后再和细胞色素C氧化酶的氧化中心起作用。磷化氢对细胞色素氧化酶的抑制作用一直被认为是磷化氢对昆虫致死的主要原因。

但进一步的研究表明磷化氢在体外对细胞色素氧化酶活力有明显抑制作用，而体内几乎没有任何抑制作用。所以磷化氢的作用机制之一是由于磷化氢抑制昆虫线粒体的呼吸过程使氧气不能被还原，产生了0-，0-又被SOD歧化为过氧化氢，过氧化氢就在昆虫体内积累，达到一定程度时便对昆虫产生细胞毒性而引起细胞死亡。磷化氢：电子传递抑制剂

NADHFMNCoQFe-SCytc1O2CytbCytcCytaa3Fe-SFMNFe-S琥珀酸复合物II复合物IV复合物I复合物III鱼藤酮安密妥抗霉素A氰化物CO安密妥

3氧化磷酸化作用的抑制剂（解偶联剂）

氧化磷酸化是与呼吸链相偶联的，任何作用于呼吸链的毒剂均会影响到氧化磷酸化作用。二硝基酚类和溴虫腈可以携带H往返于线粒体膜两侧而消除H弄浓度差故其作用机理就是解除氧化磷酸化的耦联过程。

氧化磷酸化的偶联机理化学渗透假说(chemiosmotichypothesis)1961年由PeterMitchell提出。电子经呼吸链传递时，可将质子（H+）从线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内外质子电化学梯度储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动ADP与Pi生成ATP。ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸H+1/2O2+2H+H2OADP+PiATPH+H+H+胞液侧基质侧++++++++++---------化学渗透假说详细示意图解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）ⅢⅠⅡF0F1ⅣCytcQ胞液侧基质侧解偶联蛋白热能

H+H+ADP+PiATP3.1二硝基苯酚类二硝基苯酚类的多种杀螨剂（敌螨普、敌螨死、地乐消）均为氧化磷酸化的解偶联剂。其作用机理为：使呼吸链和氧化磷酸化不能偶联起来，电子可以传递，但不能生产ATP。五氯苯酚也属于这一类。有些带硝基苯的有机磷类杀虫剂、滴滴涕及杀虫脒等在高浓度时也有一定作用。2,4-二硝基苯酚的解偶联作用NO2NO2O-NO2NO2OHNO2NO2O-NO2NO2OHH+H+线粒体内膜内外3.2吡咯类化合物

链霉菌属真菌Streptomycesfumanus

双氧吡咯霉素（dioxapyrrolomycin）溴虫腈（chlorfenapyr,CL303,630）低毒、高效、广谱，具有胃毒和一定的触杀作用及内吸活性，且在作物上有中等持效。对钻蛀、刺吸和咀嚼式害虫以及螨类的防效优异，具有新的作用方式，且与其它杀虫剂无交互抗性，对抗性害虫防效卓越，对作物安全，是一个极具特色的高效杀虫杀螨剂新品种。溴虫腈属中毒农药。作用机理：溴虫腈是一个呼吸作用抑制剂，为氧化磷酸化解偶联剂，主要作用于昆虫细胞线粒体膜而阻断质子穿过线粒体膜，使线粒体产生ATP的能力减弱，导致细胞受损，最终死亡。进一步研究表明，溴虫腈实际上是在昆虫体内被微粒体氧化酶和谷胱甘肽转移酶氧化代谢为毒力更高的化合物而起作用的。3.2吡咯类化合物

化合物前体亲脂性强，但跨膜运输时酸性不够，因此在昆虫体内代谢成酸性较强的产物。溴虫腈的解偶联作用H+线粒体内膜内外

氧化磷酸化抑制剂（oxidativephosphory-lation

inhibitor）主要是指直接作用于线粒体F0Fl－ATP合酶复合体中的Fl组分而抑制ATP合成的一类化合物。寡霉素（oligomycin）是这类抑制剂的一个重要例子，它与F0的一个亚基结合而抑制Fl；另一个例子是双环己基碳二亚胺（dicyclohexylcarbodiimide，DCC），它阻断F0的质子通道。

4能量转移系统（磷酸化作用）抑制剂头部含5种不同的亚基（3、3、1、1

、1

）OSCP是能量转换通道F0与线粒体电子传递系统连接（质子通道）1979年Boyer.P提出构象耦连假说

事实上将H+渗透学说与构想耦联假说综合起来可完整地理解氧化磷酸化原理。1.ATP酶利用质子动力