《duli生物转化》PPT课件.ppt

第二节 外源化学物的生物转化一、生物转化概述一、生物转化概述 外源化学物质在机体组织或器官中，在一系列酶作用下转化为各种代谢产物的过程。作用：作用：普遍：转化极性及水溶性增加易于排泄毒性降低或消失代谢解毒。少数：转化水溶性降低、毒性增加代谢活化。特点：特点：l酶促反应过程；l生物转化的多样性；l转化的连续性。反应场所：反应场所：主要在主要在肝脏肝脏进行，进行，但肝外组织但肝外组织也有一定代谢能力，如肾脏、小肠、也有一定代谢能力，如肾脏、小肠、肺脏和皮肤等。肺脏和皮肤等。生物转化氧化还原水解结合第一相反应第二相反应 外源化学物排出体外生物转化的反应类型生物转化的反应类型二、第一相反应：从亲脂性到极性二、第一相反应：从亲脂性到极性（一）氧化：最重要的1相反应醛脱氢酶醇脱氢酶胺氧化酶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脂肪族羟化芳香族羟化环氧化反应S-氧化反应O-脱烷基反应S-脱烷基反应N-羟化反应金属脱烷基反应氧化脱卤反应N-脱烷基反应脱硫反应（一）氧化反应（一）氧化反应1、MFOS催化的氧化反应lMFOS(microsomal mixed function oxidase system)：微粒体混合功能氧化酶系 l主要存在于肝细胞内质网与微粒体中；l特点：特异性低，可催化几乎所有外源化学物的氧化反应；(1)MFOS组成：由多种酶构成的多酶系统。lCyp P450（P448)lNADPH（辅酶II）lCyp b-5lNADH（辅酶I）l环氧化物水化酶；l黄素蛋白单加氧酶（FAD)(2)总反应式 RH+NADPH+H+O2 ROH+H2O+NADP+底物 还原型辅酶 氧化产物MFOSA、脂肪族羟化 RCH3 RCH2OHO八甲磷N-羟甲基八甲磷毒性增加10倍(3)催化的反应类型B、芳香族羟化C：环氧化反应n脂肪族烯烃：n芳香环氧化反应：D、脱烷基反应 与N-、O-、S-相结合的烷基在MFO酶的催化下，脱除烷基是药物、杀虫剂和N-烷基外源化学物的共同反应。烟碱去甲基烟碱R-O-CH3R-O-CH2OH ROH+HCHOR-S-CH3R-S-CH2OH RSH+HCHO E、脱氨基反应伯胺类化合物，在N原子邻近的C原子上发生氧化：R-CH2-NH2R-CHO+NH3F、N-羟化反应氨基上的一个H与氧结合。不致癌 致癌可使血红蛋白氧化F、烷基金属脱烷基反应Pb(C2H5)4 Pb(C2H5)3 Pb(C2H5)2G、S-氧化反应硫醚类化合物，S原子被氧化 R-S-R R-SO-R R-SO2-R 硫醚亚砜砜卤代烃氧化成卤代醇，不稳定，脱去卤素。H、氧化脱卤反应R-CH2X R-CHOH RCHO+HX XDDT DDE DDA2、非MFOS催化的氧化反应(1)醇脱氢酶：存在于胞液中 RCH2OH+NAD(P)+RCHO+HAD(P)H2+(2)醛脱氢酶：存在于肝细胞线粒体和胞液中 RCHO+NAD(P)+RCOOH+HAD(P)H2+体内醛脱氢酶活性低 酒后乙醛积累酒精中毒。(3)胺氧化酶：主要存在于线粒体 RCH2NH2+ORCHO+NH3+H2O（二）还原反应（二）还原反应 机体内细胞通常处于有氧状态，以机体内细胞通常处于有氧状态，以MFOS催化的氧化反应为主。催化的氧化反应为主。l但存在局部性还原环境：但存在局部性还原环境：肠道是厌氧环境，存肠道是厌氧环境，存在含还原酶的菌丛。在含还原酶的菌丛。l某些酶可在有氧条件下催化还原反应，如某些酶可在有氧条件下催化还原反应，如NADPH-CyP P450还原酶。还原酶。l氧化反应的可逆反应氧化反应的可逆反应：NAD(P)+NAD(P)Hl催化还原反应的酶类主要存在于肝、肾和肺的催化还原反应的酶类主要存在于肝、肾和肺的微粒体和胞液中。微粒体和胞液中。1、羰基还原反应：醛类、酮类的还原：、羰基还原反应：醛类、酮类的还原：RCHORCH2OH RCOR RCOHR2、硝基还原反应：硝基还原酶，以、硝基还原反应：硝基还原酶，以NADPH或或NADH作为还原剂。作为还原剂。R-NO2 R-NH23、偶氮还原反应：R-N=N-R R-NH2+R-NH24、含硫基团还原反应二硫化物、亚砜化合物被催化还原。如杀虫剂三硫磷氧化产物三硫磷亚砜可还原为三硫磷（硫醚）：(C2H5O)2PS-S-CH2-SO-C6H4Cl (C2H5O)2PS-S-CH2-S-C6H4Cl 5、含卤基团的还原：与碳原子结合的卤素被氢原子取代。例1：在NADPH-Cyp P450催化下：CCl4+NADPH CCl3+HClCCl3自由基能破坏肝细胞膜脂质结构，引起肝脂肪变性或坏死。6、无机化合物的还原：AsO42-AsO32-+H2O(三)水解反应 酶：水解酶 血浆、肝、肾、肠、肌肉和神经组织中含有多种水解酶。1、酯类水解反应：RCOOR+H2ORCOOH+ROH 2、酰胺类水解反应：R-CO-NH-R+H2O R-COOH+RNH2 乐果的水解。3、水解脱卤反应：例如：DDT水解脱卤DDE(毒性降低、可继续转化为易排泄物）人体吸收的DDT，60%可经此途径转化。(Cl-C6H4)2CH-CCl3+H2O (Cl-C6H4)2C=CCl2+HCl 4、环氧化物的水化反应BaP BaP-7,8环氧化物 BaP-7,8二氢二醇 BaP-7,8二氢二醇-9，10-环氧化物（致癌物）。水化反应在致癌物活化中有重要作用。三、第二相反应（结合反应，Conjugation)：从极性到亲水性 经过 I相反应，使外源物增加了极性基团，易与具有极性基团的内源性化合物（Endogenous）发生结合反应进一步增加极性和水溶性排泄消除，也有例外。l葡萄糖醛酸；l硫酸：含硫氨基酸代谢产物；l谷胱甘肽：GSH；l乙酰基：乙酰辅酶A；l氨基酸：l甲基：主要由S-腺苷蛋氨酸提供。(一)葡萄糖醛酸结合反应（Glucuronic conjugation)在葡萄糖醛酸基转移酶（Glucuronyl transferase,GT)催化下，将葡萄糖醛酸基结合到外源化学物的-OH、-COOH等极性基团上。部位：主要在肝微粒体中进行，肾、肠粘膜和皮肤中也可进行。在结合反应中占有最重要的地位。+UTPUDP-GUDP-G脱氢酶HOOCOOUDP(UDP-GA,葡萄糖醛酸)NAD+NADH+H+n形成O-葡萄糖醛酸化物形成N-葡萄糖醛酸化物形成S-葡萄糖醛酸化物（二）、硫酸结合反应 在磺基转移酶（Sulfotransferase)的作用下，将内源性硫酸结合到醇类、酚类和胺类化合物上，形成硫酸酯。部位：主要在肝、肾、胃和肠中进行。硫酸首先需要被激活:(ATP硫酸化酶)SO42-+ATP PAPS+PAP （ATP激酶）通常，硫酸结合后，亲水性大大加强,毒性降低。但也存在毒性增加的情况。（三）谷胱甘肽结合(Glutathione conjugation)n酶：谷胱甘肽S-转移酶n部位：存在于肝、肾细胞的微粒体中n可与卤代芳香烃、卤代硝基苯、环氧化物等结合n体内重要解毒机制。n谷胱甘肽的结构：(G-SH)环氧化物的解毒！体内大量亲电子化合物的出现，将使GSH耗竭，出现严重损害（四）其他结合反应1、乙酰结合：在乙酰转移酶的催化下，芳香胺类，酰肼类、磺胺类化合物与乙酰辅酶A结合。反应场所：肝、肠粘膜细胞。n可掩盖胺类毒物中具有重要生物活性的氨基，但乙酰化后，水溶性降低。2、氨基酸结合带COOH的外源化合物与氨基酸肽式结合，以甘氨酸为主C6H5COOH+NH2CH2COOHC6H5CONHCH2COOH+H2O 苯甲酸甘氨酸 马尿酸3、甲基结合n由甲基转移酶催化，由S-腺苷氮氨酸提供甲基n可甲基化的化合物：多酚类、硫醇类、胺类、氮杂环化合物、重金属等n体内生物胺失活的主要方式，但产物水溶性常降低。n甲基嵌入位置：-O,-N,-S四、生物活化n经过I相反应和II相反应的生物转化作用，污染物分子极性和水溶性增加，易于从体内排除，大部分化合物毒性降低。n由于生物转化的复杂性，一些化合物经过转化后，毒性增加，称为生物活化。（一）I相反应过程中的生物活化：肝细胞坏死肝癌可使血红素变性致癌CCl4,CHCl3CCl3肝、肾细胞坏死神经毒性（二）通过II相反应的生物活化形成的硝离子和羰离子具有很强的亲核性，能与RNA，DNA和蛋白质等大分子结合，导致细胞死亡或恶变（肿瘤）。苯胺葡萄糖醛酸结合产物在酸性条件下分解，形成羟基苯胺，亲电子化合物，导致膀胱癌。硫酸结合产物，转化为具有高度活性的化合物。二溴乙烷，谷胱苷肽结合产物，转化为高度亲电子化合物。致畸，致癌。五、生物转化的复杂性(一)生物转化的多样性 同一污染物在体内可能存在不同的代谢方式,形成不同的代谢产物,产生不同的毒性。可使血红蛋白氧化致癌不致癌(二)生物转化的连续性 毒物在体内的转化常由一系列反应构成,当其转化的连续性受到干扰时,常会引起毒性的变化。(三)代谢转化的两重性 代谢解毒与生物活化(毒性加强)。(四)代谢饱和状态 毒物的代谢途径,可因剂量的不同而产生差异。例如：1氯乙烯。正常代谢：氯乙烯醇脱氢酶氯乙醇氯乙醛氯乙酸氯乙烯代谢饱和时：MFO环氧氯乙烯氯乙醛诱变、致癌2溴苯：正 常：MFO作用下环氧溴苯70%与GSH结合解毒代谢饱和：GSH消耗 环氧溴苯积累肝细胞损害六、影响生物转化的因素（一）物种差异和个体差异在I相反应和II相反应中，外源化学物的生物转化均存在显著不同。、代谢酶的种类不同例如：n猪没有芳香胺乙酰化酶和硫酸结合反应。n猫缺乏N-乙酰转移酶和UDP葡萄糖醛酸转移酶；n豚鼠没有甘氨酸结合反应2、代谢酶的活性不同。抗凝剂葡萄糖醛酸基转移酶磺基转移酶猫Cat087男人Man2371鼠Rat2568兔Rabbit4645猪Pig1000苯酚（Phenol）结合反应（占总排泄）返回n个体差异：主要是酶活力的差异。例：芳烃羟化酶（AHH）：使芳烃类化合物羟化，产生致癌活性。AHH活性高的人，患肝癌的危险度比活性低的人高36倍。例：16-羟化酶雌酮和雌二醇 雌三酮（致癌）（不致癌）16-羟化酶活性低的人，易患乳腺癌。（二）生理因素 包括年龄、性别、昼夜节律等1、年龄 年龄在生物转化中起着重要作用。I相反应和II相反应的酶活性从出生到老年有着不同的变化过程I相反应相反应酶活性随发育阶段的变化酶活性随发育阶段的变化II 相反应酶活性随发育阶段的变化A外源性化合物葡萄糖醛酸结合酶B内源性化合物结合酶凡经代谢转化解毒或降低毒性的外源物对幼年、老年的毒性大。、性别与激素n雌、雄两性对外源性化合物的生物转化存在性别差异。主要由性激素决定。n雄性代谢转化能力和代谢酶活力高于雌性。、昼夜节律 生物转化的酶活性存在昼夜节律（三）饮食营养状况主要蛋白质、不饱和脂肪酸，维生素等的影响。n蛋白质缺乏：CytP450和NADP-CytP450还原酶活性降低对外源性化合物的转化速度降低如六六六，马拉硫磷，DDT，黄曲酶素等毒性增强n不饱和脂肪酸过多或不足：CytP450酶活性降低nVA,VE,VC缺乏：CytP450酶活性降低nVc缺乏：苯胺羟化反应减弱nVB缺乏：NADP-CytP450还原酶活性降低（四）代谢饱和状态n当药物剂量超过某代谢途径的代谢能力时，代谢物的产量不随时间而增加出现新的代谢途径，形成不同的代谢产物产生不同的毒性