卫生毒理学外源化学物在体内的生物转化

卫生毒理学外源化学物在体内的生物转化第1页，共53页，2023年，2月20日，星期三第一节、生物转化概述第二节、Ⅰ相反应第三节、Ⅱ相反应第四节、影响生物转化的因素内容第2页，共53页，2023年，2月20日，星期三一、生物转化和毒物代谢酶：生物转化（biotransformation）：指外源化学物在体内经过一系列化学变化并形成其衍生物以及分解产物的过程。代谢产物(metabolites)：生物转化的产物。主要担负生物转化的器官是肝脏。其他器官如肾脏、小肠、肺脏和皮肤等的生物转化能力明显低于肝脏。生物转化的意义：水溶性增加、毒性降低代谢解毒(metabolicdetoxication)：经生物转化大部分外源化学物的代谢产物，毒性降低，易于排出体外，此为解毒反应。代谢活化(metabolicactivation)：经生物转化其毒性被增强的现象。生成亲电子剂、自由基、亲核剂、氧化还原剂。第一节生物转化概述第3页，共53页，2023年，2月20日，星期三

生物转化酶的基本特征：广泛的底物特异性

某些酶具有多态性具有立体选择性

有结构酶和诱导酶之分

毒物代谢酶的分布：

肝脏：不同组织对外源化学物生物转化能力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）第一节生物转化概述第4页，共53页，2023年，2月20日，星期三ComparingPhaseI&PhaseII第一节生物转化概述第5页，共53页，2023年，2月20日，星期三第二节Ⅰ相反应二、Ⅰ相反应：

Ⅰ相反应(phaseⅠbiotransformation)指经过氧化、还原和水解等反应使外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合于Ⅱ相反应的底物。第6页，共53页，2023年，2月20日，星期三I相反应的类型氧化反应还原反应水解反应硝基和偶氮还原羰基还原含硫基团还原醌还原脱卤还原酯酶酰胺酶环氧化物水化酶第二节Ⅰ相反应第7页，共53页，2023年，2月20日，星期三氧化反应P-450催化氧化脂肪族和芳香族羟化:八甲磷双键的环氧化：杂原子(S-,N-,I-)氧化和N-羟化杂原子(O-,S-,N-)脱烷基氧化基团转移(氧化脱氨、脱硫、脱卤素)酯裂解(羧酸酯、磷酸酯)脱氢微粒体含黄素加单氧酶醇、醛、酮氧化和胺类氧化第二节Ⅰ相反应第8页，共53页，2023年，2月20日，星期三亲电子剂的形成苯并(a)芘[benzo(a)pyrene，BaP]7,8-环氧苯并(a)芘7,8-二羟-BaP7,8-二羟基-9,10-环氧BaPP-450环氧化物水解酶(终致癌物)第9页，共53页，2023年，2月20日，星期三(一）氧化反应➢微粒体混合功能氧化酶➢非微粒体混合功能氧化酶第二节Ⅰ相反应第10页，共53页，2023年，2月20日，星期三

➢微粒体混合功能氧化酶

(micrososmalmixedfunctionoxidase,MFO)，又称微粒体单加氧酶系或细胞色素P-450酶系微粒体（Microsome）

内质网在细胞匀浆过程中形成的碎片，并非独立独立的细胞器。内质网分为粗面和滑面两种，所形成的微粒体也有粗面和滑面两种，都含有混合功能氧化酶，但后者活力更强。

第二节Ⅰ相反应第11页，共53页，2023年，2月20日，星期三

微粒体的基本组成

➢血红素蛋白类

cytP-450、cytb5均含有铁卟啉的结构，具有传递电子功能➢黄素蛋白类

NADPH-cytP-450还原酶和NADH-cytb5还原酶，主要是传递电子并供电子➢磷脂类促进上述两类酶相互作用，具体功能是对膜上各蛋白酶起固定作用，促进底物的羟化反应或增强外源性化学物与cytp450的结合作用第二节Ⅰ相反应第12页，共53页，2023年，2月20日，星期三P-450催化的总反应：

RH+O2+NADPH+H+ROH+H2O+NADP+第二节Ⅰ相反应第13页，共53页，2023年，2月20日，星期三第二节Ⅰ相反应第14页，共53页，2023年，2月20日，星期三CytP450催化下面几类氧化反应➢脂肪族或芳香族碳的羟基化➢双键的环氧化作用➢杂原子（S-、N-、I-）氧化和N－羟基化➢杂原子（O-、S-、N-和Si-）脱烷基作用➢氧化基团的转运➢酯的裂解➢脱氢作用第二节Ⅰ相反应第15页，共53页，2023年，2月20日，星期三ExamplesofOxidation第16页，共53页，2023年，2月20日，星期三Fig.2:N-dealkylationorN-demethylation

第17页，共53页，2023年，2月20日，星期三Fig.3:O-dealkylation

第18页，共53页，2023年，2月20日，星期三Fig.4:Aromatichydroxylation

第19页，共53页，2023年，2月20日，星期三Fig.5a:Thioetheroxidation-initiallyproducesasulfoxide第20页，共53页，2023年，2月20日，星期三Fig.5b:Thioetheroxidation-thesulfoxidecanbeconjugatedwithglutathioneorfurtheroxidized(Figure5c)

第21页，共53页，2023年，2月20日，星期三Fig.5c:Thioetheroxidation-thesulfoxideisconvertedtoasulfate第22页，共53页，2023年，2月20日，星期三Fig.6:β-oxidation第23页，共53页，2023年，2月20日，星期三➢非微粒体混合功能氧化酶催化的氧化反应：在肝组织胞液、血浆和线粒体中，有一些专一性不太强的酶，可催化某些外来化合物的氧化与还原，例如醇脱氢酶，醛脱氢酶、过氧化氢酶、黄嘌呤氧化酶等。第二节Ⅰ相反应第24页，共53页，2023年，2月20日，星期三（二）还原反应毒物在体内可被还原酶催化还原，在哺乳动物组织还原反应不活跃，但在肠道细胞内是活跃的。还原反应类型：

➢硝基和偶氮还原➢羰基还原反应➢二硫化物、硫氧化物和N-氧化物还原➢醌还原➢脱卤还原第二节Ⅰ相反应第25页，共53页，2023年，2月20日，星期三ExamplesofReduction第26页，共53页，2023年，2月20日，星期三Fig.8:Arylnitroreduction

第27页，共53页，2023年，2月20日，星期三Fig.9:Deamination

第28页，共53页，2023年，2月20日，星期三Fig.10:Photochemicalreduction

第29页，共53页，2023年，2月20日，星期三（三）水解作用➢许多外源化学物，例如酯类、酰胺类和含有酯式键的磷酸盐取代物极易水解➢血浆、肝、肾、肠粘膜、肌肉和神组织中有许多水解酶，微粒体中也存在第二节Ⅰ相反应第30页，共53页，2023年，2月20日，星期三

水解酶的类型：➢酯酶和酰胺酶➢肽酶➢环氧水化酶水解反应是许多有机磷杀虫剂在体内的主要代谢方式第二节Ⅰ相反应第31页，共53页，2023年，2月20日，星期三ExamplesofHydrolysis第32页，共53页，2023年，2月20日，星期三Fig.12:Esterhydrolysis

第33页，共53页，2023年，2月20日，星期三Fig.13:Amidehydrolysis

第34页，共53页，2023年，2月20日，星期三Fig.16:Hydrolysisofcyanogroups

第35页，共53页，2023年，2月20日，星期三Fig.17:Nitrilase

第36页，共53页，2023年，2月20日，星期三三、Ⅱ相反应：

Ⅱ相反应(phaseⅡbiotransformation)指具有一定极性的外源化学物与内源性辅因子(结合基团)进行化学结合的反应(conjugation)。第三节ⅠⅠ相反应第37页，共53页，2023年，2月20日，星期三

内源性辅因子需要经生物合成来提供。除乙酰基和甲基结合反应外，其他Ⅱ相反应都使外源化学物的水溶性显著增加，促进其排泄。葡糖醛酸结合、硫酸结合、乙酰化作用、甲基化作用涉及活化的(“高能”的)辅因子，而与谷胱甘肽(GSH)结合和与氨基酸结合则是与活化的外源化学物反应。大多数Ⅱ相生物转化酶存在于胞浆，但UDP-葡糖醛酸转移酶是微粒体酶。一般可以将内源性辅因子作为体内的防御性因子，但有例外。有些具有极性基团的外源化学物可以不经过Ⅰ相反应而直接参与Ⅱ相反应。第三节ⅠⅠ相反应第38页，共53页，2023年，2月20日，星期三结合反映的类型：葡糖醛酸结合硫酸结合乙酰化作用甲基化作用谷胱甘肽(GSH)结合氨基酸结合

结合酶：UDP-葡糖醛酸转移酶磺酸转移酶乙酰基转移酶甲基转移酶谷胱甘肽-S-转移酶酰基转移酶第三节ⅠⅠ相反应第39页，共53页，2023年，2月20日，星期三葡糖醛酸结合：是Ⅱ相反应中最普遍进行的一种，由UDP-葡糖醛酸基转移酶（UDPGT）催化对毒物的代谢具有重要的作用。葡糖醛酸结合中葡萄糖醛酸供体是来自胞液的尿苷二磷酸葡萄糖醛酸。外源性底物包括羟基、羧基、胺基和巯基毒物。第三节ⅠⅠ相反应第40页，共53页，2023年，2月20日，星期三硫酸结合硫酸结合反应的供体是3’-磷酰硫酸（PAPS）在磺基转移酶作用下，生成硫酸酯。乙酰化作用乙酰化作用是涉及酶催化或非酶催化的从乙酰辅酶A将乙酰基转移到含伯胺、羟基或巯基的毒物。第三节ⅠⅠ相反应第41页，共53页，2023年，2月20日，星期三甲基化作用：内源性底物的甲基化如组胺、氨基酸、蛋白和多胺对细胞的正常调节有重要的意义，仅当毒物符合这些酶的底物要求，甲基化作用才有重要性，甲基化反应不是毒物结合的主要方式。甲基化反应由S-腺嘌呤蛋氨酸（SAM）供给甲基。谷胱甘肽结合：谷胱甘肽S-转移酶（GST）催化还原性GSH与含有亲电子C、N、S、O的毒物反应，生成结合物。第三节ⅠⅠ相反应第42页，共53页，2023年，2月20日，星期三氨基酸结合羧酸先在酰基-CoA合成酶的催化下形成酰基-CoA硫脂，然后在N-酰基转移酶的作用下，将酰基转移到甘氨酸、谷氨酸或着牛磺酸的氨基上，形成酰胺。第三节ⅠⅠ相反应第43页，共53页，2023年，2月20日，星期三ExamplesofConjugation第44页，共53页，2023年，2月20日，星期三Fig.18:Glutathioneconjugation

第45页，共53页，2023年，2月20日，星期三Fig.19:Glutathione(γ-glutamylcysteinyl-ß-glycine)

第46页，共53页，2023年，2月20日，星期三Fig.20:Glutathioneconjugationwithherbicides(X)containinghalogen,phenolateoralkylsulfoxidegroups(Z)

第47页，共53页，2023年，2月20日，星期三Fig.21:Glutathioneconjugatedwithaxenobiotic

第48页，共53页，2023年，2月20日，星期三Fig.28:Aminoacidconjugation

第49页，共53页，2023年，2月20日，星期三Fig.29:2,4-Dconjugationtoasparticacid

第50页，共53页，2023年，2月20日，星期三四、影响生物转化的因素：代谢是化学物毒作用的决定因素。很多因素可影响外源化学物生物转化，包括机体的遗传生理因素和环境因素两大类。遗传生理因素有动物的物种、性别、年龄等