外源化学物的毒理作用机制课件.ppt
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- 化学 作用 机制 课件
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1、第一节第一节 一般毒作用机制一般毒作用机制第二节第二节 增毒及诱导终毒物形成的过程增毒及诱导终毒物形成的过程第三节第三节 终毒物与靶分子结合的机制终毒物与靶分子结合的机制第四节第四节 诱发细胞功能障碍诱发细胞功能障碍一、生物膜损伤一、生物膜损伤Schematic of typical animal cell.Organelles:(1)nucleolus(2)nucleus(3)ribosome(4)vesicle,(5)rough endoplasmic reticulum(ER),(6)Golgi apparatus,(7)Microtubule,(8)smooth ER,(9)mitoc
2、hondria,(10)vacuole,(11)cytoplasm,(12)lysosome,(13)centrioles 第一节第一节 一般毒作用机制一般毒作用机制v 许多环境因素作用于细胞膜,引起细胞膜结构和功能的改变。许多环境因素作用于细胞膜,引起细胞膜结构和功能的改变。膜成分的改变膜成分的改变膜脂流动性的改变膜脂流动性的改变膜上酶的活性膜上酶的活性膜通透性的改变膜通透性的改变四氯化碳导致大鼠肝细胞膜四氯化碳导致大鼠肝细胞膜磷脂和胆固醇含量下降磷脂和胆固醇含量下降DDT、对硫磷引起红细胞膜、对硫磷引起红细胞膜脂流动性降低;乙醇引起肝脂流动性降低;乙醇引起肝细胞线粒体膜脂流动性增高细胞线粒
3、体膜脂流动性增高有机磷化合物与红细胞膜上有机磷化合物与红细胞膜上的乙酰胆碱酯酶共价结合的乙酰胆碱酯酶共价结合主要是膜蛋白的改变,如重主要是膜蛋白的改变,如重金属与膜蛋白上的巯基、羰金属与膜蛋白上的巯基、羰基、氨基、磷酸基等的作用基、氨基、磷酸基等的作用1.自由基的产生和特点自由基的产生和特点2.活性氧系统活性氧系统3.自由基与脂质过氧化自由基与脂质过氧化二、化学物质对生物大分子的氧化损伤二、化学物质对生物大分子的氧化损伤自由基是具有不成对电子的原子、分子或离子。主自由基是具有不成对电子的原子、分子或离子。主要因为化合物的共价键的耗能要因为化合物的共价键的耗能均裂均裂而产生,也可以而产生,也可以
4、通过通过俘获电子俘获电子而产生。而产生。CH3H CH3+HCCl4+e CCl3+Cl-均裂电子俘获1.自由基的产生和特点自由基的产生和特点v 一个共价键化合物一个共价键化合物A-B,当它受到热、辐射及超声波等能当它受到热、辐射及超声波等能量的作用时,共价键可能要断裂,断裂方式有两种。量的作用时,共价键可能要断裂,断裂方式有两种。v 1.共价键异裂共价键异裂 A B A +BA B A +B形成阳离子和阴离子形成阳离子和阴离子2.共价键均裂共价键均裂形成两个自由基形成两个自由基 O2+eO2-超氧阴离子自由基超氧阴离子自由基 O2+2e+2H+H2O2 O2+3e+3H+H2O+OH.羟自由
5、基羟自由基 O2+4e+4H+2H2O 自由基可以带正电荷,也可以带负电荷,也可自由基可以带正电荷,也可以带负电荷,也可以不带任何电荷而成中性。以不带任何电荷而成中性。自由基的特性:自由基的特性:顺磁性,顺磁性,生物化学反应活性高,半衰期极短,一般仅能以生物化学反应活性高,半衰期极短,一般仅能以s计。计。抢夺抢夺其他自由基或非自由基的其他自由基或非自由基的电子电子对人体对人体造成的造成的影响影响:坏坏的方面的方面:OH使使脂质过氧化产生脂质过氧化产生 LOOLH+OH L+H2OL+O2 ROO好的方面好的方面:O2-杀杀死入侵病菌死入侵病菌,信号传导等作用,信号传导等作用NADPH+2O2
6、NADP+H+2.O2 有连锁反应,一般可分为有连锁反应,一般可分为引发引发(initiation)、增、增殖殖(propagation)及终止及终止(termination)三个阶段。三个阶段。有未成对电子,自由基和自由原子非常的活泼,有未成对电子,自由基和自由原子非常的活泼,通常无法分离得到通常无法分离得到。不过在许多反应中,自由。不过在许多反应中,自由基和自由原子以中间体的形式存在,尽管浓度基和自由原子以中间体的形式存在,尽管浓度很低,存留时间很短很低,存留时间很短。习惯上习惯上以以“”表示不成表示不成对电子对电子。常见常见的自由基的自由基:1.O2-超氧超氧阴离子阴离子自由基自由基 (
7、superoxide)2.OH 羟基羟基自由基自由基(hydroxyl radical)3.NO 一氧化氮一氧化氮 (nitric oxide)4.LOO 脂质过氧化脂质过氧化自由基自由基自由基自由基 百病之源百病之源2.活性氧系统(活性氧系统(reactive oxygen species,ROS)是指由氧化还原反应产生,并在其分子上含有氧是指由氧化还原反应产生,并在其分子上含有氧的一类化学性质非常活泼物质的总称。的一类化学性质非常活泼物质的总称。含有氧原子的自由基含有氧原子的自由基Ex:O2-&OH经化学反应经化学反应而而产生产生自由基的含氧衍生物自由基的含氧衍生物Ex:H2O2&HOCl
8、Fe2+H2O2 Fe3+OH+OH-HOCl+O2-O2+Cl-+OH活性氧系统活性氧系统1.O2-超氧超氧阴离子阴离子自由基自由基(superoxide)2.H2O2 过氧化氢过氧化氢(hydrogen peroxide)(非自由基非自由基)3.OH羟基羟基自由基自由基(hydroxyl radical)4.1O2 单线态氧单线态氧 (Singlet oxygen)(1)对多不饱和脂肪酸(对多不饱和脂肪酸(PUFA)的攻击)的攻击(2)对蛋白质分子的攻击对蛋白质分子的攻击(3)对核酸和其他大分子的影响对核酸和其他大分子的影响3.自由基对生物大分子的损害作用自由基对生物大分子的损害作用(1)
9、脂质过氧化损害:)脂质过氧化损害:由自由基引起的多不饱和脂肪酸的氧化作用由自由基引起的多不饱和脂肪酸的氧化作用对生物膜具有强烈的破坏作用。对生物膜具有强烈的破坏作用。自由基的形成与脂质过氧化的关系自由基的形成与脂质过氧化的关系 启动阶段启动阶段:由一些脂链侧链:由一些脂链侧链亚甲基碳上夺去亚甲基碳上夺去一个氢的化合物所启动。一个氢的化合物所启动。OH是最重要的脂质过是最重要的脂质过氧化的诱导物。氧化的诱导物。LH+OH L+H2O发展阶段发展阶段:已形成的自由基将作为启动子而产生新的自由已形成的自由基将作为启动子而产生新的自由基,使反应发展下去。在发展阶段中,形成的自由基总数保基,使反应发展下
10、去。在发展阶段中,形成的自由基总数保持不变,一种自由基团可经多种反应转变成另一种形式的自持不变,一种自由基团可经多种反应转变成另一种形式的自由基团。去氢后的碳原子形成由基团。去氢后的碳原子形成中心自由基中心自由基(L)。与脂质过氧化。与脂质过氧化反应关系最重要的是反应关系最重要的是脂质脂质过氧化自由基(过氧化自由基(LOO)和和脂质过脂质过氧化物氧化物的形成的形成(LOOH)。L+O2 LOO终止阶段终止阶段:只有两个自由基相互作用,才能使自由基反应只有两个自由基相互作用,才能使自由基反应链终止,消除自由基。链终止,消除自由基。脂质过氧化的后果:脂质过氧化的后果:细胞器和细胞膜结构的改变和功能
11、障碍细胞器和细胞膜结构的改变和功能障碍。脂质过氧化物的分解产物具有细胞毒性,其中特别有害的是一些脂质过氧化物的分解产物具有细胞毒性,其中特别有害的是一些不饱和醛类不饱和醛类。对对DNA影响:影响:一是脂质过氧化自由基(一是脂质过氧化自由基(LOO)和烷基自由基()和烷基自由基(L)可引起)可引起DNA碱基,特别是鸟嘌呤碱基的氧化;碱基,特别是鸟嘌呤碱基的氧化;一是脂质过氧化物的分解产物,丙二醛可以共价结合方式导致一是脂质过氧化物的分解产物,丙二醛可以共价结合方式导致DNA链断裂和交联。链断裂和交联。对低密度脂蛋白对低密度脂蛋白(LDL)的作用。的作用。自由基对生物膜的损伤自由基对生物膜的损伤脂
12、质过氧化反应及其脂质自由基的生成(脂质过氧化反应及其脂质自由基的生成(LOOH、LOO、LO)(2)蛋白质的氧化损伤)蛋白质的氧化损伤对脂肪族氨基酸氧化损伤最常见的途径为:在对脂肪族氨基酸氧化损伤最常见的途径为:在-位置上将一个氢原子除去,形成位置上将一个氢原子除去,形成C-中心自由基,再中心自由基,再加氧其上,生成加氧其上,生成过氧基衍生物过氧基衍生物。后者分解成。后者分解成NH3及及-酮酸,或生成酮酸,或生成NH3、CO2与醛类或羧酸,破坏脂肪与醛类或羧酸,破坏脂肪族氨基酸的结构。族氨基酸的结构。芳香氨基酸很少出现芳香氨基酸很少出现-除氢,而多出现羟基衍生除氢,而多出现羟基衍生物。后者可将
13、苯环打开或在酪氨酸处交联成二聚体。物。后者可将苯环打开或在酪氨酸处交联成二聚体。由过渡金属介导出现氧化损伤,主要通过由过渡金属介导出现氧化损伤,主要通过Fenton反应。其损伤特点为部位特异性。因为,反应。其损伤特点为部位特异性。因为,在蛋白质结构内只有某个或几个金属结合部位的在蛋白质结构内只有某个或几个金属结合部位的氨基酸受到影响。氨基酸受到影响。脂质过氧化的自由基中间产物作用,如烷氧自脂质过氧化的自由基中间产物作用,如烷氧自由基由基(LO)和过氧自由基和过氧自由基(LOO),可与过氧化脂,可与过氧化脂质紧密联系的蛋白质反应。质紧密联系的蛋白质反应。后果后果氧化的后果是凝集与交联,或是蛋白质
14、的氧化的后果是凝集与交联,或是蛋白质的降解与断裂,这主要取决于蛋白质成分的降解与断裂,这主要取决于蛋白质成分的特征及自由基的种类。特征及自由基的种类。(3)核酸的氧化损伤:)核酸的氧化损伤:碱基损伤碱基损伤 活性氧攻击活性氧攻击DNA的靶位点是腺嘌呤与鸟嘌呤的的靶位点是腺嘌呤与鸟嘌呤的C8,嘧啶的嘧啶的C5与与C6双键。其可能的机制为:双键。其可能的机制为:氧自由基直接作用于双键部位,使之获得一个加氧自由基直接作用于双键部位,使之获得一个加合基而改变其结构。合基而改变其结构。OH使脱氧核苷脱嘌呤,即自由基可使使脱氧核苷脱嘌呤,即自由基可使DNA链上链上出现无嘌呤或无嘧啶部位。出现无嘌呤或无嘧啶
15、部位。OH可以自动从胸嘧啶的甲基中除去可以自动从胸嘧啶的甲基中除去H原子。原子。DNA链断裂:链断裂:uOH对对DNA的攻击,主要针对的攻击,主要针对DNA分子中的分子中的核糖部分,可能的位置在核糖部分,可能的位置在DNA分子中核糖的分子中核糖的3和和4碳位上,造成碳位上,造成DNA链的断裂。链的断裂。u自由基对胸腺嘧啶碱基作用,造成的损害经自由基对胸腺嘧啶碱基作用,造成的损害经修复酶切除,可产生类似的单链断裂。修复酶切除,可产生类似的单链断裂。u氧化应激可启动细胞内的一系列代谢过程,氧化应激可启动细胞内的一系列代谢过程,激活核酸酶,导致激活核酸酶,导致DNA链的断裂。链的断裂。DNA链断裂在
16、基因突变的形成过程中有重要意链断裂在基因突变的形成过程中有重要意义。义。DNA链断裂后,有下列途径产生突变:链断裂后,有下列途径产生突变:uDNA链断裂造成链断裂造成部分碱基的缺失部分碱基的缺失;uDNA链断裂后,正常的细胞将启动修复过程,链断裂后,正常的细胞将启动修复过程,多种酶可以辨别多种酶可以辨别DNA内异常,并通过切割、再内异常,并通过切割、再合成、重合等途径使之修复。如酶也受自由基合成、重合等途径使之修复。如酶也受自由基破坏或功能难以达到修复的要求,可能造成被破坏或功能难以达到修复的要求,可能造成被修复的修复的DNA碱基的错误掺入和错误编码碱基的错误掺入和错误编码;u可能引起可能引起
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