第一章第六节呼吸毒剂的作用机理.ppt

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1、第一章第六节呼吸毒剂的作用机理呼吸生理呼吸生理生物氧化的涵义生物氧化的涵义 生物的一切活动（包括内部的脏器活动和各种合生物的一切活动（包括内部的脏器活动和各种合成作用以及个体的生活活动）皆需要能。能的来源为成作用以及个体的生活活动）皆需要能。能的来源为糖、脂、蛋白质在体内的氧化。糖、脂、蛋白质等有糖、脂、蛋白质在体内的氧化。糖、脂、蛋白质等有机物质在活细胞内氧化分解，产生机物质在活细胞内氧化分解，产生COCO2 2、H H2 2O O并放出能的并放出能的作用称生物氧化。生物氧化实际上是需氧细胞呼吸作作用称生物氧化。生物氧化实际上是需氧细胞呼吸作用中的一系列氧化还原作用。用中的一系列氧化还原作用

2、。生物氧化与体外的化学生物氧化与体外的化学氧化，实质相同，即一种物质丢失电子是氧化，得到氧化，实质相同，即一种物质丢失电子是氧化，得到电子是还原。所不同者，生物氧化是在活细胞内进行，电子是还原。所不同者，生物氧化是在活细胞内进行，而且必须在有酶参加和在一定条件（温度和而且必须在有酶参加和在一定条件（温度和pHpH等都不等都不偏高、偏低）下进行，放出的能主要以偏高、偏低）下进行，放出的能主要以ATPATP及肌酸磷酸及肌酸磷酸形式储存起来，供需要时使用。形式储存起来，供需要时使用。生物氧化的一般原理生物氧化的一般原理 生物氧化作用的关键，一个是代谢物分子中的氢如何脱出生物氧化作用的关键，一个是代谢

3、物分子中的氢如何脱出？另一个是脱出的氢如何能与分子氧结合成水并释放能量？根？另一个是脱出的氢如何能与分子氧结合成水并释放能量？根据酶的催化作用原理，可以看出，在生物氧化过程中代谢物质据酶的催化作用原理，可以看出，在生物氧化过程中代谢物质（糖、脂、氨基酸等）首先经脱氢酶催化脱氢，脱出的氢一般（糖、脂、氨基酸等）首先经脱氢酶催化脱氢，脱出的氢一般须经一或一以上的递氢体沿呼吸链的一定方向传递。当氢被传须经一或一以上的递氢体沿呼吸链的一定方向传递。当氢被传到细胞色素到细胞色素b b时，时，2 2个氢（个氢（2H2H）放出）放出2 2个电子（个电子（2e2e-），其本身变），其本身变为质子（为质子（H

4、H+）暂留溶液中，电子则通过细胞色素体系传到分子）暂留溶液中，电子则通过细胞色素体系传到分子氧。此时氧化酶的金属离子将电子传给分子氧，使之激活变为氧。此时氧化酶的金属离子将电子传给分子氧，使之激活变为离子离子O O2-2-，2H2H+与与O O2-2-结合成水。在氢与电子传递过程中，有三处放结合成水。在氢与电子传递过程中，有三处放出能量，放出的能量通过氧化磷酸化作用产生出能量，放出的能量通过氧化磷酸化作用产生ATPATP。传递系统是由传递系统是由NADNAD或或NADPNADP、FMNFMN或或FADFAD，辅酶，辅酶Q Q和多种细胞色素所和多种细胞色素所组成，它们都是可逆的氧化还原系统。氧化

5、型递体接受氢原子或电组成，它们都是可逆的氧化还原系统。氧化型递体接受氢原子或电子后变为还原型、还原型递体失去氢或电子又变为氧化型。细胞色子后变为还原型、还原型递体失去氢或电子又变为氧化型。细胞色素只传递电子，其余递体可递氢亦可递电子，整个体系又称电子传素只传递电子，其余递体可递氢亦可递电子，整个体系又称电子传递体系或呼吸链。递体系或呼吸链。氧化磷酸化是指在生物氧化过程中伴随着氧化磷酸化是指在生物氧化过程中伴随着ATPATP生成的作用。具生成的作用。具体说，就是代谢物被氧化释放的电子通过一系列电子递体从体说，就是代谢物被氧化释放的电子通过一系列电子递体从NADHNADH或或FADHFADH2 2

6、传到传到O O2 2并伴随将并伴随将ADPADP磷酸化产生磷酸化产生ATPATP的过程。的过程。生物氧化的一般原理生物氧化的一般原理 糖、蛋白和糖、蛋白和脂肪等通过一脂肪等通过一定的初步代谢定的初步代谢而进入三羧酸而进入三羧酸循环。循环。生物氧化是生物新陈生物氧化是生物新陈代谢的重要基本反应之一。代谢的重要基本反应之一。没有生物氧化，体内的有没有生物氧化，体内的有机物质即无法进行代谢，机物质即无法进行代谢，生物体就不能构成自己的生物体就不能构成自己的细胞组织及取得生命所需细胞组织及取得生命所需的能量。的能量。三羧酸循环的每一步都有特殊的酶催化。与毒三羧酸循环的每一步都有特殊的酶催化。与毒理有关

7、的酶有：理有关的酶有：从柠檬酸由乌头酸酶催化形成乌头从柠檬酸由乌头酸酶催化形成乌头酸，转而再形成异柠檬酸的过程；由琥珀酰辅酶酸，转而再形成异柠檬酸的过程；由琥珀酰辅酶A A形成形成-酮戊二酸的酮戊二酸的-酮戊二酸去氢酶。酮戊二酸去氢酶。呼吸链和三羧酸循环同样重要，因为它是所有呼吸链和三羧酸循环同样重要，因为它是所有物质共同呼吸过程。在糖解和三羧酸循环的多个过物质共同呼吸过程。在糖解和三羧酸循环的多个过程中，程中，NAD+NAD+辅因子还原为辅因子还原为NADHNADH，琥珀酸盐（或酯），琥珀酸盐（或酯）脱氢酶与黄素（脱氢酶与黄素（FADFAD）相结合也还原为）相结合也还原为FADHFADH2

8、2，这两，这两个辅因子通过呼吸链携带电子传送而构成氧化个辅因子通过呼吸链携带电子传送而构成氧化-还还原，质子最终传送到氧，将氧还原为水。原，质子最终传送到氧，将氧还原为水。1、2和和3表示表示ATP形成，形成，NADH表示还原型辅酶表示还原型辅酶，FMN黄素单核苷酸黄素单核苷酸FAD黄素腺嘌呤二核苷酸黄素腺嘌呤二核苷酸 由图可知，对于呼吸链毒剂可以根据作用部位分由图可知，对于呼吸链毒剂可以根据作用部位分为为4类类：在：在NAD+和辅酶和辅酶Q之间起作用的抑制剂之间起作用的抑制剂；对琥对琥珀酸氧化的抑制剂珀酸氧化的抑制剂；Cyt b及及Cyt c之间起作用的抑制剂之间起作用的抑制剂；细胞色素细胞

9、色素C氧化酶的抑制剂氧化酶的抑制剂。1 作用于三羧酸循环的呼吸毒剂作用于三羧酸循环的呼吸毒剂 1.1 氟乙酸、氟乙酰胺、氯乙酰苯胺等氟乙酸、氟乙酰胺、氯乙酰苯胺等 1.2亚砷酸盐类亚砷酸盐类2 作用于呼吸链的呼吸毒剂作用于呼吸链的呼吸毒剂 2.1在在NAD+与辅酶与辅酶Q之间起作用的抑制剂之间起作用的抑制剂 2.2 琥珀酸氧化作用抑制剂琥珀酸氧化作用抑制剂 2.3 在在Cytb及及CytCl之间起作用的抑制剂之间起作用的抑制剂 2.4 细胞色素细胞色素C氧化酶的抑制剂氧化酶的抑制剂3 氧化磷酸化作用的抑制剂（解偶联剂）氧化磷酸化作用的抑制剂（解偶联剂）3.1 二硝基苯酚类二硝基苯酚类 3.2

10、吡咯类化合物吡咯类化合物4 能量转移系统（磷酸化作用）抑制剂能量转移系统（磷酸化作用）抑制剂内内呼呼吸吸抑抑制制剂剂：1 作用于三羧酸循环的呼吸毒剂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，与该类化合物都是在水解转变成氟乙酸后，与乙酰辅酶乙酰辅酶A结合形成一个复合物，然后与草酰乙酸结合形成一个复合物，然后与草酰乙酸结合，形成氟柠檬酸而结合，形成氟柠檬酸而抑制了乌头酸酶抑制了乌头酸酶（aconitase）,使柠檬酸不能转变为异柠檬酸使柠檬酸不能转变为异柠檬酸，因，因而而阻断了三羧酸循环阻断了三羧酸循环。1.

11、2 亚砷酸盐类亚砷酸盐类 该该类类化化合合物物主主要要是是抑抑制制-酮酮戊戊二二酸酸脱脱氢氢酶酶，使使得得酮酮戊戊二二酸酸积积累累而而影影响响三三羧羧酸酸循循环环，更更重重要要的的是是由由于于影影响氨基酸的相互转化而造成其他代谢的混乱。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作用于三羧酸循环的呼吸毒剂2 作用于呼吸链的呼吸毒剂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：对呼吸链起作用的呼吸毒剂可以分为四大类：2.1 2.1 在在NADNAD+与辅酶与辅酶Q Q之间起作用的抑制剂之间起作用的抑制剂 主要有鱼藤酮及杀粉蝶素主要有鱼藤酮及杀粉蝶素A

12、A及及B B。2.1.1 2.1.1 鱼藤酮鱼藤酮 鱼藤对鱼藤对l5l5个目，个目，137137科的科的800800多种害虫具有一定的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。防治效果，作用谱广，尤其对蚜螨类害虫效果突出。鱼藤酮的作用方式鱼藤酮的作用方式:触杀、胃毒作用、拒食、生触杀、胃毒作用、拒食、生长发育抑制作用；长发育抑制作用；抑制某些病菌孢子的萌发和生长，或阻止病菌侵抑制某些病菌孢子的萌发和生长，或阻止病菌侵入植株入植株 作用机理：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，主要是与虫的呼吸作用，主要

13、是与NADHNADH脱氢酶与辅酶脱氢酶与辅酶Q Q之间的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受到抑制，从而降低生物体内的ATPATP水平，最终使害水平，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。虫得不到能量供应，然后行动迟滞、麻痹而缓慢死亡。2.1.1 2.1.1 鱼藤酮鱼藤酮2.1.1 2.1.1 鱼藤酮鱼藤酮 作为与吡啶核苷酸（作为与吡啶核苷酸（NADNAD）相联系的氧化酶（相联系的氧化酶（L-L-谷氨酸氧谷氨酸氧化化酶酶）的的特特异异性性抑抑制制剂剂，切切断断了了呼呼吸吸链链上上NAD

14、NAD+与与辅辅酶酶Q Q之之间间的的联联系系。谷谷氨氨酸酸在在脑脑的的功功能能中中极极为为重重要要，并并且且它它是是呼呼吸吸过过程程中中大大脑脑中中唯唯一一氧氧化化的的氨氨基基酸酸。因因作作用用于于呼呼吸吸酶酶而而抑抑制制了了L-L-谷谷氨氨酸酸的的氧氧化化作作用用。谷谷氨氨酸酸氧氧化化作作用用的的抑抑制制乃乃是是杀杀死死昆昆虫虫的的主主要要原原因因。鱼鱼藤藤酮酮中中毒毒的的试试虫虫表表现现出出活活动动迟迟滞滞，随随后后昏昏迷迷、死死亡亡的的症症状状，类类似似于于神神经经毒毒剂剂，只只是是没有兴奋期。没有兴奋期。2.1.1 2.1.1 鱼藤酮鱼藤酮 另外，鱼藤酮对许多生物细胞线粒体中的反丁烯

15、另外，鱼藤酮对许多生物细胞线粒体中的反丁烯二酸还原酶、甘露醇合成酶丁二酸等都具有一定的抑二酸还原酶、甘露醇合成酶丁二酸等都具有一定的抑制作用。制作用。鱼藤酮还可干扰菜粉蝶的正常生长发育，蜕皮异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。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。从遗传学的式联接在微管蛋

16、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。定影响体壁结构。2.1.1 2.1.1 鱼藤酮鱼藤酮 许多化合物，包括抗生素及麻醉剂许多化合物，包括抗生素及麻醉剂 放线菌素放线菌素A A 某些昆虫的毒素某些昆虫的毒

17、素2.1.2 2.1.2 杀粉蝶素杀粉蝶素 2.2 2.2 琥珀酸氧化作用抑制剂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。在杀虫药剂中较少。滴滴涕在高浓度时有作用。放线菌素放线菌素A A也是该酶的抑制剂。也是该酶的抑制剂。2.3 2.3 在在CytbCytb及及CytCCytCl l之间起作用的抑制剂之间起作用的抑制剂2.1 2.1 在在NADNAD+与辅酶与辅酶Q Q之间起作用的抑制剂之间起作用的抑制剂2.4 细胞色素细胞色素C氧化酶的抑制剂氧化酶的抑制剂 细细胞胞色色素素C C氧氧化化酶酶为为一一外外周周蛋蛋白白，位位于于线线粒粒体体内内膜膜的的外外侧侧，其其辅辅基基

18、是是血血红红素素，血血红红素素通通过过共共价价键键与与酶酶蛋蛋白白相相联联。细细胞胞色色素素C C氧氧化化酶酶是是末末端端氧氧化化酶酶，它它的的抑抑制制使使呼呼吸吸链链在在末末端端阻阻断断，结结果果使使所所有有在在呼呼吸吸链链中中的的化化合合物物都都处处于于还还原原态态。多多数数抑抑制制剂剂是是与与细细胞胞色色素素C C氧氧化化酶酶的的血血红素部分发生化学结合而产生抑制作用。红素部分发生化学结合而产生抑制作用。2.4 细胞色素细胞色素C氧化酶的抑制剂氧化酶的抑制剂 HCN等熏蒸毒气和有机硫氰酸酯类化合物的作用实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际上是释放出HCN，CN-与血红

19、素侧链上的甲酰基起反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。应，而抑制了分子氧与血红素的结合，导致死亡。但但Boveris等认为氢氰酸抑制昆虫呼吸传递链中的细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，能阻断电子由胞色素氧化酶后，能阻断电子由NADH脱氢酶向氧的传脱氢酶向氧的传递，使氧气不能被还原，导致线粒体产生递，使氧气不能被还原，导致线粒体产生0-，0-可被可被SOD(超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶)歧化成过氧化氢，从线粒体释放歧化成过氧化氢，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

20、性而引起昆虫的死亡。胞毒性而引起昆虫的死亡。2.4 细胞色素细胞色素C氧化酶的抑制剂氧化酶的抑制剂 磷化氢：磷化氢：磷化氢在有氧的条件下，先形成一个氧化物，然磷化氢在有氧的条件下，先形成一个氧化物，然后再和细胞色素后再和细胞色素C C氧化酶的氧化中心起作用。磷化氢对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。虫致死的主要原因。但在体外磷化氢对细胞色素氧化酶活力有明显抑制但在体外磷化氢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。作用，而体内几乎没有任何抑制作用。所以：所以：磷化氢

21、的作用机制之一是由于磷化氢抑制昆磷化氢的作用机制之一是由于磷化氢抑制昆虫线粒体而在呼吸过程中使氧气不能被还原，产生了虫线粒体而在呼吸过程中使氧气不能被还原，产生了0 0-，0 0-又被又被SODSOD歧化为过氧化氢，当昆虫对磷化氢吸收较少歧化为过氧化氢，当昆虫对磷化氢吸收较少时，过氧化氢可及时被过氧化氢酶和过氧化物酶所消除，时，过氧化氢可及时被过氧化氢酶和过氧化物酶所消除，不会对昆虫造成不可逆毒害，但如果昆虫对磷化氢吸收不会对昆虫造成不可逆毒害，但如果昆虫对磷化氢吸收量较多，产生的过氧化氢不能被过氧化氢酶和过氧化物量较多，产生的过氧化氢不能被过氧化氢酶和过氧化物酶及时地完全消除，过氧化氢就在昆

22、虫体内积累，达到酶及时地完全消除，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。一定程度时便对昆虫产生细胞毒性而引起细胞死亡。（与氢氰酸的作用一样）（与氢氰酸的作用一样）磷化氢：磷化氢：3.1 3.1 二硝基苯酚类二硝基苯酚类 二二硝硝基基苯苯酚酚类类的的多多种种杀杀螨螨剂剂（敌敌螨螨普普、敌敌螨螨死死、地地乐乐消消）均均为为氧氧化化磷磷酸酸化化的的解解偶偶联联剂剂。其其作作用用机机理理为为：使使呼呼吸吸链链和和氧氧化化磷磷酸酸化化不不能能偶偶联联起起来来，电电子子可可以以传传递递，但但不不能能生生产产ATPATP。五五氯氯苯苯酚酚也也属属于于这这一一类类。有有些

23、些带带硝硝基基苯苯的的有有机机磷磷类类杀杀虫虫剂剂、滴滴滴滴涕涕及及杀杀虫虫脒脒等等在在高高浓浓度度时也有一定作用。时也有一定作用。3 氧化磷酸化作用的抑制剂（解偶联剂）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。吸链的毒剂均会影响到氧化磷酸化作用。3.2 3.2 吡咯类化合物吡咯类化合物 链霉菌属真菌链霉菌属真菌Streptomyces fumanusStreptomyces fumanus 双氧吡咯霉素（双氧吡咯霉素（dioxapyrrolomycindioxapyrrolomyc

24、in）溴虫腈溴虫腈（chlorfenapyr,CL303,630chlorfenapyr,CL303,630）低毒、高效、广谱，具有胃毒和一定的触杀作用及低毒、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。虫

25、腈属中毒农药。作用机理：作用机理：溴虫腈是一个呼吸作用抑制剂，为氧化磷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，使线粒体产生质子穿过线粒体膜，使线粒体产生ATPATP的能力减弱，的能力减弱，导致细胞受损，最终死亡。导致细胞受损，最终死亡。进一步研究表明，溴虫腈进一步研究表明，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。酶氧化代谢为毒力更高的化合物而起作用的。3.2 3.2 吡咯类化合物吡咯类化合物

26、有机锡类化合物有机锡类化合物 丁丁布布：禾禾本本科科植植物物玉玉米米中中的的一一类类重重要要次次生生代代谢谢物物质质丁丁布布（DIMBOADIMBOA），属属于于能能量量传传递递抑抑制制剂剂。在在高高浓浓度度下下可可作作用用于于呼呼吸吸链链，抑抑制制电电子子从从NADHNADH和和琥琥珀珀酸酸到到O O2 2的的传传递递；在在低低浓浓度度下下，可可作作用用于于 ATPATP酶酶复复合合体体，从从而而抑抑制制 ATPATP酶的合成。酶的合成。番番荔荔枝枝提提取取物物的的一一个个活活性性馏馏分分F020F020和和巴巴婆婆中中分分离离的的asimicinasimicin虽虽然然在在高高浓浓度度下下在在NADHNADH和和辅辅酶酶Q Q之之间间抑抑制制呼呼吸链的电子传递，但在低浓度下却抑制吸链的电子传递，但在低浓度下却抑制ATPATP酶的活性。酶的活性。4 能量转移系统（磷酸化作用）抑制剂能量转移系统（磷酸化作用）抑制剂汇报结束谢谢大家!请各位批评指正