第3章生物转运和生物转化课件.ppt
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- 生物 转运 生物转化 课件
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1、2022-12-24第3章生物转运和生物转化第第3章生物转运和生物转章生物转运和生物转化化第3章生物转运和生物转化n机体对化学物质的处置可以简单地分成相互有关的吸收、机体对化学物质的处置可以简单地分成相互有关的吸收、分布、代谢及排泄四个过程,即分布、代谢及排泄四个过程,即ADMEADME过程,过程,A A:absorption;D:distribution;M:metabolism;E:absorption;D:distribution;M:metabolism;E:excretionexcretion。其中。其中:化学物质在体内的吸收、分布和排泄过程,称为生物化学物质在体内的吸收、分布和排泄
2、过程,称为生物转运;转运;化学物质在体内的代谢过程,称为生物转化。化学物质在体内的代谢过程,称为生物转化。第3章生物转运和生物转化主要内容主要内容第第1 1节节 生物膜和生物转运生物膜和生物转运第第2 2节节 吸吸 收收第第3 3节节 分分 布布第第4 4节节 排排 泄泄第第5 5节节 毒物的代谢转化毒物的代谢转化第3章生物转运和生物转化外源性化学物的生物转运过程(吸收、分布、排泄)是外源性化学物的生物转运过程(吸收、分布、排泄)是通过通过生物膜生物膜屏障的过程。屏障的过程。生物膜包括细胞膜(质膜)和细胞器膜的总称。生物膜包括细胞膜(质膜)和细胞器膜的总称。第3章生物转运和生物转化组组成成脂质
3、脂质:磷脂双分子层磷脂双分子层糖糖蛋白质:结构蛋白、受体、酶、载体、蛋白质:结构蛋白、受体、酶、载体、离子通道等离子通道等结构结构:液态镶嵌模型:液态镶嵌模型功能功能隔离功能隔离功能生化反应和生命活动的场所生化反应和生命活动的场所内外环境物质交换的屏内外环境物质交换的屏障障生物膜的结构生物膜的结构第3章生物转运和生物转化生物转生物转运运主动转运主动转运 (active transport)被动转运被动转运膜动转膜动转运运简单扩散简单扩散(simple diffusion)易化扩散易化扩散(facilitated diffusion)滤过滤过(filtration)胞吞胞吞(endocytosi
4、s)胞吐胞吐(exocytosis)生物转运的主要方式生物转运的主要方式第3章生物转运和生物转化一、简单扩散一、简单扩散1、简单扩散的概念、简单扩散的概念:n外来化合物在体内的扩散是依其浓度梯度差决定物质的外来化合物在体内的扩散是依其浓度梯度差决定物质的扩散方向,即由生物膜的分子浓度较高的一侧向浓度较扩散方向,即由生物膜的分子浓度较高的一侧向浓度较低的一侧扩散,当两侧达到动态平衡时,扩散即中止。低的一侧扩散,当两侧达到动态平衡时,扩散即中止。2.简单扩散的特点简单扩散的特点:n不需要消耗能量,不需要载体,不受饱合限限速与竞争不需要消耗能量,不需要载体,不受饱合限限速与竞争性抑制的影响。性抑制的
5、影响。第3章生物转运和生物转化 3、简单扩散能够进行的条件:、简单扩散能够进行的条件:n 膜两侧存在浓度梯度。如膜两侧存在浓度梯度。如O2由肺泡进入血液和由肺泡进入血液和CO2由血液由血液进入肺泡细胞。进入肺泡细胞。n 外源化合物外源化合物有脂溶性有脂溶性。外源化合物的脂溶性可以。外源化合物的脂溶性可以脂水分配脂水分配系数系数来表示,即当一种物质在脂相和水相的分配达到平衡来表示,即当一种物质在脂相和水相的分配达到平衡时,其在脂相和水相中溶解度的比值。一般来说,脂水分时,其在脂相和水相中溶解度的比值。一般来说,脂水分配系数越大,越容易透过生物膜而进行扩散。配系数越大,越容易透过生物膜而进行扩散。
6、外源化学是外源化学是非解离状态非解离状态。解离型,极性大,脂溶性小,不。解离型,极性大,脂溶性小,不易通过生物膜;反之,非离解状态的化学物容易透过。因易通过生物膜;反之,非离解状态的化学物容易透过。因此弱有机酸在酸性环境中,弱有机碱在碱性环境中多处于此弱有机酸在酸性环境中,弱有机碱在碱性环境中多处于非解离状态,易于透过生物膜。非解离状态,易于透过生物膜。第3章生物转运和生物转化二、易化扩散二、易化扩散1、易化扩散的概念:、易化扩散的概念:n非脂溶性非脂溶性的化学物,不能以简单扩散形式透过生物膜,它的化学物,不能以简单扩散形式透过生物膜,它们可以与膜们可以与膜 上的载体结合由高浓度向低浓度处转运
7、。上的载体结合由高浓度向低浓度处转运。n如葡萄糖、某些氨基酸、甘油、嘌呤碱等亲水化合物,可如葡萄糖、某些氨基酸、甘油、嘌呤碱等亲水化合物,可在特定载体和顺浓度梯度的情况下进行转运。在特定载体和顺浓度梯度的情况下进行转运。第3章生物转运和生物转化2、易化扩散的特点:、易化扩散的特点:顺浓度梯度进行,不消耗谢能量。顺浓度梯度进行,不消耗谢能量。需要载体。需要载体。转运非脂溶性化学物;转运非脂溶性化学物;具有特异性和饱合性。具有特异性和饱合性。第3章生物转运和生物转化三、滤过三、滤过n1、滤过的概念、滤过的概念n滤过是指化学物质透过生物膜上亲水性孔道的过程。滤过是指化学物质透过生物膜上亲水性孔道的过
8、程。n主要动力是:渗透压梯度和液体静压。主要动力是:渗透压梯度和液体静压。n主要转运物质:分子直径小于膜孔的主要转运物质:分子直径小于膜孔的水溶性化学物水溶性化学物,以水,以水作为载体而转运。作为载体而转运。第3章生物转运和生物转化n2、滤过的特点、滤过的特点n不同生物膜孔径差别很大。肾小球中的生物膜孔径大(约不同生物膜孔径差别很大。肾小球中的生物膜孔径大(约70 nm),能够允许分子量小于白蛋白,能够允许分子量小于白蛋白(约约 60 kD)的物质通的物质通过。相反,其它细胞膜孔比较小,仅允许过。相反,其它细胞膜孔比较小,仅允许100-200D以下的以下的物质通过。物质通过。除水分子外,有些无
9、机离子和有机离子等外源除水分子外,有些无机离子和有机离子等外源化学物,亦可滤过。化学物,亦可滤过。第3章生物转运和生物转化 四、主动转运四、主动转运 1、主动转运的概念、主动转运的概念n外来化合物透过生物膜由外来化合物透过生物膜由低浓度处向高浓度处移动低浓度处向高浓度处移动的过程。的过程。n主动转运对于已吸收的化学物在体内的不均匀分布和排泄主动转运对于已吸收的化学物在体内的不均匀分布和排泄具有重要意义。如具有重要意义。如:n许多外源化学物的代谢产物经由肾脏和肝脏排出;许多外源化学物的代谢产物经由肾脏和肝脏排出;n机体需要的某些营养物质如某些糖类、氨基酸、核酸和无机体需要的某些营养物质如某些糖类
10、、氨基酸、核酸和无机盐等由肠道吸收进入血液。机盐等由肠道吸收进入血液。第3章生物转运和生物转化2、主动转运的主要特点、主动转运的主要特点n可逆浓度梯度转运,消耗能量;可逆浓度梯度转运,消耗能量;n转运过程需要载体参加;转运过程需要载体参加;n载体对转运的化学物有特异选择性;载体对转运的化学物有特异选择性;受饱合限速和竞争性抑制的影响。载体是生物膜的组成受饱合限速和竞争性抑制的影响。载体是生物膜的组成成分,所以有一定的容量;当化合物浓度达到一定程度成分,所以有一定的容量;当化合物浓度达到一定程度时,载体可以饱和,转运即达到极限;如果两种化合物时,载体可以饱和,转运即达到极限;如果两种化合物基本结
11、构相似,在生物转运过程中又需要同一转运系统,基本结构相似,在生物转运过程中又需要同一转运系统,两种化合物之间可出现竞争,并产生竞争抑制。两种化合物之间可出现竞争,并产生竞争抑制。第3章生物转运和生物转化五、膜动转运五、膜动转运n胞吞胞吞:液体或固体外来化合物被伸出的生物膜包围,然:液体或固体外来化合物被伸出的生物膜包围,然后将被包围的液滴或较大颗粒并入细胞内,达到转运的后将被包围的液滴或较大颗粒并入细胞内,达到转运的目的,前者称为胞饮,后者称为吞噬。入侵的细菌、病目的,前者称为胞饮,后者称为吞噬。入侵的细菌、病毒、死亡的细菌、组织碎片、铁蛋白等可通过吞噬作用毒、死亡的细菌、组织碎片、铁蛋白等可
12、通过吞噬作用被细胞清除。被细胞清除。n胞吐胞吐:某些颗粒物液态大分子物质可从细胞内转运到细:某些颗粒物液态大分子物质可从细胞内转运到细胞外,如腺体分泌及递质释放。胞外,如腺体分泌及递质释放。n膜动转运对外源化学物或异物的清除转运具有重要意义。膜动转运对外源化学物或异物的清除转运具有重要意义。第3章生物转运和生物转化一、基本概念一、基本概念n1、吸收(、吸收(absorption)n吸收是指外源化学物从接触部位,通常是机体的外表面或吸收是指外源化学物从接触部位,通常是机体的外表面或内表面的生物膜转运至血循环的过程。外源性化学物主要内表面的生物膜转运至血循环的过程。外源性化学物主要是通过消化道、呼
13、吸道和皮肤吸收。是通过消化道、呼吸道和皮肤吸收。n2、首过效应(、首过效应(first-pass effect)n外源性化学物在从吸收部位转运到体循环的过程中,已经外源性化学物在从吸收部位转运到体循环的过程中,已经开始被消除,此即首过效应或首过消除。开始被消除,此即首过效应或首过消除。第3章生物转运和生物转化n对于经胃肠道吸收的化学物,首过消除非常多见。因为它对于经胃肠道吸收的化学物,首过消除非常多见。因为它们在经体循环到达机体其它部位前,首先要经过们在经体循环到达机体其它部位前,首先要经过胃肠道粘胃肠道粘膜细胞、肝和肺的首过消除。膜细胞、肝和肺的首过消除。n首过效应可以减少经体循环到达靶器官
14、组织的外源性化学首过效应可以减少经体循环到达靶器官组织的外源性化学物的数量,可能减轻毒性效应。物的数量,可能减轻毒性效应。u乙醇可被胃粘膜的醇脱氢酶氧化;u吗啡在胃肠道粘膜细胞和肝脏与葡糖醛酸结合;u锰经门静脉进入肝脏后排泄到胆汁。第3章生物转运和生物转化二、主要吸收途径二、主要吸收途径 经胃肠道吸收经胃肠道吸收 经呼吸道吸收经呼吸道吸收 经皮肤吸收经皮肤吸收1.其它途径吸收其它途径吸收 第3章生物转运和生物转化1.1.经胃肠道吸收经胃肠道吸收、经胃肠道吸收、经胃肠道吸收n胃肠道是外来化合物最主要吸收途径。许多外来化合物可胃肠道是外来化合物最主要吸收途径。许多外来化合物可随同食物或饮水进入消化
15、道并在胃肠道中吸收。外来化合随同食物或饮水进入消化道并在胃肠道中吸收。外来化合物在胃肠道的吸收可在任何部位进行,但主要在小肠。物在胃肠道的吸收可在任何部位进行,但主要在小肠。n毒物经胃肠道的吸收途径,毒物经胃肠道的吸收途径,绝大数物质是经简单扩散方式绝大数物质是经简单扩散方式进行。进行。相对来说,经主动转运吸收的毒物比较少。相对来说,经主动转运吸收的毒物比较少。第3章生物转运和生物转化n经简单扩散吸收,主要取决于外源性化学物的经简单扩散吸收,主要取决于外源性化学物的脂溶性、脂溶性、pKa,以及胃肠道腔内的以及胃肠道腔内的PH值。值。n如由于胃液酸度极高如由于胃液酸度极高(pH 1.0),弱有机
16、酸类物质多以未能解离,弱有机酸类物质多以未能解离形式存在,所以容易吸收;但弱有机碱类物质,在胃中离解形式存在,所以容易吸收;但弱有机碱类物质,在胃中离解度较高,一般不易吸收。度较高,一般不易吸收。n有机碱易在肠道中吸收。小肠内内酸碱度相对趋向中性有机碱易在肠道中吸收。小肠内内酸碱度相对趋向中性(pH 6.6),化合物离解情况与胃内不同。例如,弱有机碱类在小肠,化合物离解情况与胃内不同。例如,弱有机碱类在小肠主要呈非离解状态,因此易被吸收。主要呈非离解状态,因此易被吸收。第3章生物转运和生物转化n小肠中载体介导的特殊转运系统吸收营养素和电解质。小肠中载体介导的特殊转运系统吸收营养素和电解质。第3
17、章生物转运和生物转化n一些外源性化学物的结构或者性质与机体的营养素相似时,可以借助这些相同的特殊转运系统而吸收。钴、锰可以利用铁的转运系统;铅可以利用钙的转运系统;5-氟尿嘧啶(5-fluorouracil)可以利用嘧啶转运系统;第3章生物转运和生物转化2.经呼吸道吸收经呼吸道吸收n空气中的外源性化学物主要从呼吸道吸收,其中以肺泡空气中的外源性化学物主要从呼吸道吸收,其中以肺泡吸收为主。吸收为主。n(1)气态物质的吸收)气态物质的吸收nA、气态物质的水溶性影响其吸收部位。、气态物质的水溶性影响其吸收部位。易溶于水的气体在上呼吸道吸收,如二氧化硫、氯易溶于水的气体在上呼吸道吸收,如二氧化硫、氯
18、气等;气等;水溶性差的气体则可深入到肺泡,如光气、水溶性差的气体则可深入到肺泡,如光气、NO2。nB、气态物质到达肺泡后,主要通过简单扩散透过呼吸、气态物质到达肺泡后,主要通过简单扩散透过呼吸膜而进入血液,这一过程受膜而进入血液,这一过程受血气分配系数血气分配系数的影响。的影响。第3章生物转运和生物转化n呼吸膜由呼吸膜由6层结构组成:层结构组成:含有表面活性物质的液体分子层、肺泡上皮细含有表面活性物质的液体分子层、肺泡上皮细胞、肺泡上皮基膜、组织间隙、毛细血管基膜和毛细血管内皮细胞。胞、肺泡上皮基膜、组织间隙、毛细血管基膜和毛细血管内皮细胞。第3章生物转运和生物转化n血气分配系数血气分配系数:
19、气态物质在呼吸膜两侧的分压达到动态平气态物质在呼吸膜两侧的分压达到动态平衡时,在血液中的浓度与在肺泡空气中浓度之比,称为衡时,在血液中的浓度与在肺泡空气中浓度之比,称为血血气分配系数气分配系数。血气分配系数越大,即溶解度越高,表示该。血气分配系数越大,即溶解度越高,表示该气体越易被吸收。气体越易被吸收。血气分配系数低的气态化学物质经肺吸收的速率主要血气分配系数低的气态化学物质经肺吸收的速率主要取决于取决于肺血流量肺血流量;血气分配系数高的气态化学物质经肺吸收的速率主要血气分配系数高的气态化学物质经肺吸收的速率主要取决于取决于呼吸频率和深度呼吸频率和深度。第3章生物转运和生物转化n(2)气溶胶物
20、质的吸收气溶胶物质的吸收n影响气溶胶物质的吸收的重要因素是气溶胶中颗粒的大小影响气溶胶物质的吸收的重要因素是气溶胶中颗粒的大小和化学物质的水溶性。和化学物质的水溶性。A、气溶胶沉积的部位主要取决于颗粒物的大小。、气溶胶沉积的部位主要取决于颗粒物的大小。直径在直径在5 um以上的颗粒物质通常在鼻咽部吸收;以上的颗粒物质通常在鼻咽部吸收;直径在直径在2-5 um的颗粒物质主要沉积在肺的气管支气管区域;的颗粒物质主要沉积在肺的气管支气管区域;直径在直径在1 um及以内的颗粒物可以到达肺泡。及以内的颗粒物可以到达肺泡。B、颗粒物质的水溶性。、颗粒物质的水溶性。可溶性有毒颗粒很快能被吸收入血,引起中毒;
21、可溶性有毒颗粒很快能被吸收入血,引起中毒;不溶性颗粒则可引起尘肺病。不溶性颗粒则可引起尘肺病。第3章生物转运和生物转化 3.经皮肤吸收经皮肤吸收n皮肤是机体与外界环境的屏障。许多化学物能通过皮肤皮肤是机体与外界环境的屏障。许多化学物能通过皮肤大量地吸收,产生全身毒性。大量地吸收,产生全身毒性。第3章生物转运和生物转化n化学物质经皮肤吸收,一般可分为两个阶段。化学物质经皮肤吸收,一般可分为两个阶段。n第第1 1阶段:外源物质以简单扩散透过皮肤表皮,即角质阶段:外源物质以简单扩散透过皮肤表皮,即角质层(层(stratum corneum)的过程,为穿透阶段。的过程,为穿透阶段。n第第2 2阶段:即
22、由角质层进入表皮深层(颗粒层、棘层和阶段:即由角质层进入表皮深层(颗粒层、棘层和生发层)和真皮(生发层)和真皮(dermis),并被吸收入血,为吸收阶,并被吸收入血,为吸收阶段。段。经皮肤吸收主要机理是简单扩散,扩散速度与很多因素经皮肤吸收主要机理是简单扩散,扩散速度与很多因素有关。在穿透阶段主要影响因素是有关。在穿透阶段主要影响因素是外来化合物分子量的外来化合物分子量的大小、角质层厚度和外来化合物的脂溶性大小、角质层厚度和外来化合物的脂溶性。第3章生物转运和生物转化影响皮肤吸收的化学物本身因素影响皮肤吸收的化学物本身因素n与化学物的脂溶性有关。非极性化合物通过表皮的速度与化学物的脂溶性有关。
23、非极性化合物通过表皮的速度与脂溶性高低,即与脂溶性高低,即脂脂/水分配系数水分配系数成正比。成正比。n与分子量成反比。分子量大于与分子量成反比。分子量大于300的物质不易通过无损的的物质不易通过无损的皮肤。皮肤。n尽管脂溶性高的物质能够容易透过角质层,但到了真皮尽管脂溶性高的物质能够容易透过角质层,但到了真皮就成了限速因素。在吸收阶段,外来化合物必须具有一就成了限速因素。在吸收阶段,外来化合物必须具有一定的水溶性才易被吸收。同时具有一定的脂溶性和水溶定的水溶性才易被吸收。同时具有一定的脂溶性和水溶性的化合物(脂性的化合物(脂/水分配系数接近于水分配系数接近于1),易被吸收进入),易被吸收进入血
24、液。而高脂溶性或高水溶性都难于通过皮肤吸收。血液。而高脂溶性或高水溶性都难于通过皮肤吸收。第3章生物转运和生物转化影响皮肤吸收的其它因素影响皮肤吸收的其它因素n皮肤的完整性,尤其是角质层的完整性;皮肤的完整性,尤其是角质层的完整性;n气温、湿度的影响:水对皮肤的通透性有重要影响。通常气温、湿度的影响:水对皮肤的通透性有重要影响。通常情况下,角质层含水情况下,角质层含水7%左右,当与水接触后重量增加左右,当与水接触后重量增加5倍,倍,通透性增加通透性增加2-3倍。温度升高能通过加快皮肤血流,增加皮倍。温度升高能通过加快皮肤血流,增加皮肤通透性,增加毒物吸收。这一点对于某些毒物的职业暴肤通透性,增
25、加毒物吸收。这一点对于某些毒物的职业暴露尤为重要。露尤为重要。如农民的杀虫剂中毒。如农民的杀虫剂中毒。n人体不同部位的皮肤(人体不同部位的皮肤(角质层厚度角质层厚度)毒物的通透性不同。)毒物的通透性不同。阴囊阴囊腹部腹部额部额部手掌手掌足底。足底。n不同物种动物的皮肤通透性不同,不同物种动物的皮肤通透性不同,大鼠、兔大鼠、兔的皮肤通透性的皮肤通透性大于人,大于人,豚鼠豚鼠、猪和猴的皮肤通透性与人相似。、猪和猴的皮肤通透性与人相似。第3章生物转运和生物转化4.其它途径吸收其它途径吸收n其它途径吸收其它途径吸收静脉注射:静脉注射:腹腔注射:腹腔注射:肌肉和皮下注射。肌肉和皮下注射。第3章生物转运和
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