昆虫解毒代谢精选课件.ppt

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1、关于昆虫解毒代谢第一页，本课件共有103页第一节第一节 前言前言一、研究昆虫解毒代谢的意义一、研究昆虫解毒代谢的意义二、昆虫对毒物的代谢二、昆虫对毒物的代谢 I.解解毒毒作作用用：有有毒毒物物质质进进入入昆昆虫虫体体内内，昆昆虫虫体体内内有有多多种种防防御御机机能能，能能将将有有毒毒物物质质迅迅速速代代谢谢为为无无毒毒物物质质，使使机机体体保保持持正正常常状状态态而而不不受受其其害害，这这种种代代谢谢称称为为解解毒作用。毒作用。II.活活化化作作用用：有有些些化化合合物物在在生生物物体体内内，经经代代谢谢转转化化成成比比原原化化合合物物更更毒毒的的物物质质，这这种种代代谢谢称称为为活化作用。活

2、化作用。第二页，本课件共有103页I.昆虫解毒代谢的类型：昆虫解毒代谢的类型：(1)初级代谢初级代谢（型反应）：主要包括对外来化合物型反应）：主要包括对外来化合物的氧化、水解、还原以及基团的转移。的氧化、水解、还原以及基团的转移。(2)(2)次级代谢次级代谢（型反应）：初级代谢的产物（主要型反应）：初级代谢的产物（主要具有具有-OH-OH、-SH-SH、-NH-NH2 2、-COOH-COOH的基团）与内源物质（轭的基团）与内源物质（轭合剂）结合，最后排除体外。合剂）结合，最后排除体外。农药在昆虫体内的轭合形式主要是氨基酸反应，包括与单氨基农药在昆虫体内的轭合形式主要是氨基酸反应，包括与单氨基

3、酸类的轭合和复氨基酸的轭合、及与硫酸酯的轭合、与谷胱甘肽的酸类的轭合和复氨基酸的轭合、及与硫酸酯的轭合、与谷胱甘肽的轭合、烷基化和酰化反应等。轭合后的轭合物比农药本身的亲水性轭合、烷基化和酰化反应等。轭合后的轭合物比农药本身的亲水性更强，更容易从动物体内排出。更强，更容易从动物体内排出。第三页，本课件共有103页药物药物杀虫剂杀虫剂其其 它它 外外 来来化合物化合物初级产物初级产物次级产物次级产物初级代谢初级代谢氧氧化化、还还原原、水水解解、基基团团转转移移次级代谢次级代谢葡葡萄萄糖糖、氨氨基基酸酸、硫硫酸酸、磷磷酸等共轭酸等共轭脂溶性脂溶性水溶性水溶性第四页，本课件共有103页第二节第二节

4、氧化代谢（氧化代谢（MFO)氧化代谢中所涉及到的酶系很多，主要有：脱氯化氢酶氧化代谢中所涉及到的酶系很多，主要有：脱氯化氢酶（deyudrochlorinase）、微粒体多功能氧化酶（）、微粒体多功能氧化酶（microsomal mixed-function oxidases，MFO）、谷胱甘肽转移酶）、谷胱甘肽转移酶（glutathione-transferases，GST）及各种酯酶（）及各种酯酶（esterases）等。）等。其中微粒体多功能氧化酶具有底物广谱性的特点，能参与对各种其中微粒体多功能氧化酶具有底物广谱性的特点，能参与对各种杀虫剂（包括有机氯、有机磷、氨基甲酸酯、拟除虫菊酯、

5、化学杀虫剂（包括有机氯、有机磷、氨基甲酸酯、拟除虫菊酯、化学不育等等）及有毒物质的解毒作用，在有毒物质代谢中起着非常不育等等）及有毒物质的解毒作用，在有毒物质代谢中起着非常重要的作用。重要的作用。第五页，本课件共有103页一、微粒体多功能氧化酶作用方式及机理一、微粒体多功能氧化酶作用方式及机理(一一)微粒体多功能氧化酶研究历史微粒体多功能氧化酶研究历史 1.1943年年Claude把通过差速离心分离出来的亚细胞颗粒（直径约把通过差速离心分离出来的亚细胞颗粒（直径约200m）称之为微粒体。）称之为微粒体。2.1954年年Axelrod首先发现兔肝微粒体对苯异丙胺具有脱氨首先发现兔肝微粒体对苯异丙

6、胺具有脱氨氧化作用，此后人们才开始注意到微粒体在氧化代谢中氧化作用，此后人们才开始注意到微粒体在氧化代谢中的重要作用。的重要作用。3.1958年，年，Brodie等证明了离体的微粒体氧化酶要起作用，需等证明了离体的微粒体氧化酶要起作用，需要氧和还原性辅酶要氧和还原性辅酶（NADPH）4.昆虫中的微粒体氧化酶是昆虫中的微粒体氧化酶是Agosin等于等于1961年首次在德国蜚年首次在德国蜚蠊中发现的。蠊中发现的。第六页，本课件共有103页（二）微粒体多功能氧化酶的组成及性质（二）微粒体多功能氧化酶的组成及性质MFO是是一一个个酶酶的的复复合合体体，主主要要包包括括：细细胞胞色色素素P450、黄黄素

7、素蛋蛋白白-NADPH-P450还还原原酶酶、细细胞胞色色素素b5、黄黄素素蛋蛋白白-NADH-细细胞胞色色素素b5还还原原酶酶和和磷磷脂脂等等成分组成。成分组成。第七页，本课件共有103页1.细胞色素细胞色素P450的特性的特性(1)光学特性光学特性微微粒粒体体被被还还原原后后可可以以与与CO结结合合形形成成复复合合体体，通通过过双双光光束束扫扫描描分分光光光光度度计计扫扫描描，在在波波长长450nm处处出出现现一一个个最最大大吸吸收收峰峰。除除了了与与CO结结合合外外，细细胞胞色色素素P450可可以以与与许许多多物物质质结结合合，结结合合后后所所诱诱导导产产生生的的光光谱谱，按按其其性性质

8、质可可分分为为三三类类：型型：波波峰在峰在390-410390-410，波谷在，波谷在425-435nm425-435nm；型：波峰在型：波峰在425-435nm425-435nm，波谷在，波谷在390-410nm390-410nm；MM型：最大和最小吸收峰分别在型：最大和最小吸收峰分别在325325和和420nm 420nm。第八页，本课件共有103页棉铃虫中肠细胞色素棉铃虫中肠细胞色素P450 CO 差光谱图差光谱图第九页，本课件共有103页棉铃虫中肠棉铃虫中肠Cyt P420-COCyt P420-CO差光谱差光谱第十页，本课件共有103页(2)不稳定性不稳定性第十一页，本课件共有103

9、页10,000g10,000g10,000g10,000g离心离心离心离心20min20min20min20min沉淀沉淀沉淀沉淀（细胞核、碎片、线粒体）（细胞核、碎片、线粒体）（细胞核、碎片、线粒体）（细胞核、碎片、线粒体）100,000g 100,000g 离心离心离心离心60min60min微粒体微粒体微粒体微粒体微粒体上清液微粒体上清液线粒体上清液线粒体上清液粗匀浆液粗匀浆液粗匀浆液粗匀浆液中肠或脂肪体中肠或脂肪体中肠或脂肪体中肠或脂肪体差速离心差速离心第十二页，本课件共有103页 P450sP450s的氨基酸同源性大于的氨基酸同源性大于4040时为同一家族；若大于时为同一家族；若大于

10、55%55%时为同一亚家族若大于时为同一亚家族若大于55%55%时为同一亚家族，大于时为同一亚家族，大于8080属属于等位基因，大于于等位基因，大于9797属于等位基因的变异体。等位基因属于等位基因的变异体。等位基因用用v1v1、v2v2等表示，假基因用等表示，假基因用p1p1、p2p2等表示。等表示。例外例外：CYP6A1CYP6A1和和CYP6B2CYP6B2虽属于同一虽属于同一6 6家族，但是这两个蛋白的氨基家族，但是这两个蛋白的氨基酸的同源性却低于酸的同源性却低于4040(3)(3)命名命名第十三页，本课件共有103页(4)多样性多样性P450P450基因已经有基因已经有3535亿年的

11、历史。亿年的历史。现在所有的现在所有的p450sp450s均来自一个共同的古老的基因。均来自一个共同的古老的基因。现在认为当前现在认为当前p450 p450 超家族是通过基因扩增或基因适超家族是通过基因扩增或基因适应多样化形成的。应多样化形成的。P450基因属于基因超家族基因属于基因超家族(superfamily)，目前已知，该，目前已知，该超家族包括超家族包括70个家族个家族(family)，120个亚家族个亚家族(sub-family)（Nelson,1998），并且不断有新的成员加入，），并且不断有新的成员加入，其数量增长很快。其数量增长很快。第十四页，本课件共有103页 到目前为止，到

12、目前为止，p450超家族已发现超家族已发现1200种基种基因，哺乳动物中有大约因，哺乳动物中有大约310种。到种。到2000年春季，年春季，植物中已知的植物中已知的p450基因有基因有513种。细菌和低等种。细菌和低等的真核生物中的的真核生物中的p450有接近有接近100种已命名。人种已命名。人类有类有56种。种。(I)p450(I)p450家族数目家族数目第十五页，本课件共有103页(II)P450s(II)P450s的进化的进化分子驱动学说指出，一个种群基因型组分的改分子驱动学说指出，一个种群基因型组分的改变是由于变是由于DNADNA翻转内在的动力而非自然选择造成翻转内在的动力而非自然选择

13、造成的。的。假基因是一段与功能基因相似的序列，但不能假基因是一段与功能基因相似的序列，但不能形成蛋白产物。假基因的识别要么通过编码区的形成蛋白产物。假基因的识别要么通过编码区的异常或转录的异常，或两者兼有。异常或转录的异常，或两者兼有。第十六页，本课件共有103页(III)(III)同工酶的多样性同工酶的多样性 果蝇基因组的序列揭示了在果蝇中有果蝇基因组的序列揭示了在果蝇中有8686个个公认的公认的p450p450基因，基因，4 4个假基因，归属个假基因，归属2525个不同的个不同的家族。来自家族家族。来自家族4 4与与6 6的基因数目大约占这个中的基因数目大约占这个中群群p450sp450s

14、的一半多。在的一半多。在8686个基因中，个基因中，CYP6A17CYP6A17和和CYP6A23CYP6A23具有最高的相似性，达到具有最高的相似性，达到84.284.2。仅有。仅有1010对的相似性大于对的相似性大于7070。第十七页，本课件共有103页 其表达与昆虫的发育阶段、性别、其表达与昆虫的发育阶段、性别、组织、品系及取食有关。组织、品系及取食有关。(IV)(IV)表达的多样性表达的多样性第十八页，本课件共有103页细胞色素细胞色素P450基因调控的多样性基因调控的多样性调节步骤调节步骤举例举例基因转录基因转录1A1 1A2 2B1 2B2 2C7 2C11 2C12 2D9 2E

15、1 2H1 2H2 3A1/2 3A6 4A1 11A1 11B1/17 2C12 2E1加工加工1A2mRNA的稳定的稳定性性1A1 2B1 2B2 2C12 2E1 2H1 2H2 3A1/2 11A1翻译翻译2E1酶的稳定性酶的稳定性2E1 3A1/2 3A6第十九页，本课件共有103页(5)可诱导性可诱导性现已证明，许多化合物，如药物、杀虫现已证明，许多化合物，如药物、杀虫剂、以及植物他感化和物都能诱导剂、以及植物他感化和物都能诱导P450的生的生物合成。目前搞的比较清楚的是苯巴比妥和物合成。目前搞的比较清楚的是苯巴比妥和3-甲基胆蒽可诱导甲基胆蒽可诱导P450的合成。的合成。第二十页

16、，本课件共有103页槲皮素（槲皮素（0.01%和和0.02%）对棉铃虫幼虫）对棉铃虫幼虫P450s诱导的时间效应诱导的时间效应第二十一页，本课件共有103页单宁（单宁（0.1%和和0.5%）对棉铃虫幼虫）对棉铃虫幼虫P450s诱导的时间效应诱导的时间效应第二十二页，本课件共有103页 十三烷酮十三烷酮(0.02%)0.02%)对棉铃虫中肠细胞色素对棉铃虫中肠细胞色素P450的诱导作用的诱导作用 时间时间4 4161626264040505072729696CK中肠中肠1.501.50 2.292.29 2.242.24 3.073.07 2.582.58 4.324.32 2.582.58 1

17、.221.22倍数倍数1.221.22 1.871.87 1.841.84 2.512.51 2.112.11 3.533.53 2.112.11第二十三页，本课件共有103页(6)(6)分离昆虫分离昆虫p450sp450s的方法的方法1 1 全基因测序全基因测序2 2 蛋白纯化蛋白纯化 3 3 用已知的用已知的p450sp450s作为探针作为探针 4 4 利用兼并引物利用兼并引物 5 5 差异或消减筛选差异或消减筛选 第二十四页，本课件共有103页P450纯化可通过两个途径纯化可通过两个途径:(1)直接从生物体组织中直接从生物体组织中分离，分离，(2)通过分子生物学方法获得通过分子生物学方法

18、获得P450基因，再进基因，再进行异源表达纯化行异源表达纯化P450蛋白。蛋白。从生物组织中直接分离从生物组织中直接分离P450蛋白一个首要解决蛋白一个首要解决的问题就是需要大量的组织材料的问题就是需要大量的组织材料.另外生物体内蛋另外生物体内蛋白种类多，要经过繁琐的步骤进行分离白种类多，要经过繁琐的步骤进行分离.这样容易这样容易造成造成P450蛋白失活，而通过蛋白失活，而通过P450差光谱就很难鉴定。差光谱就很难鉴定。通过通过P450其它种类已分离其它种类已分离450蛋白的抗血清或特异蛋白的抗血清或特异性抗体加以解决。性抗体加以解决。第二十五页，本课件共有103页槲皮素槲皮素F1对照对照中肠

19、、脂肪体中肠、脂肪体BufferA微粒体溶解微粒体溶解微粒体微粒体差数离心差数离心10%chaps40%PEGBufferB微粒体增溶微粒体增溶杂蛋白沉淀杂蛋白沉淀DE-32BufferC0-60%NaClSDS-PAGEP450P450蛋白纯化的研究蛋白纯化的研究实验流程实验流程第二十六页，本课件共有103页中肠或中肠或脂肪体脂肪体RNAcDNAPCR扩扩增增目的片目的片段回收段回收转化转化DH5DH5菌菌株株与与pGEM-T 载体相连载体相连酶切酶切鉴定鉴定蓝白斑蓝白斑筛选筛选SP6/T7测测序序序序列列分分析析第二十七页，本课件共有103页分离昆虫分离昆虫p450sp450s的方法的方法

20、 家蝇家蝇CYP6A1和果蝇和果蝇CYP6A2的的cDNA文库就文库就是通过是通过p450的抗体筛选得到的的抗体筛选得到的cDNA文库。文库。CYP6B3就是通过用就是通过用CYP6B1CDNA为探针分为探针分离得到的。离得到的。第二十八页，本课件共有103页(7)(7)昆虫昆虫p450sp450s的底物的底物 昆虫单加氧酶可代谢内源性物质诸如保幼昆虫单加氧酶可代谢内源性物质诸如保幼激素、蜕皮激素及其类似物等，也可代谢外激素、蜕皮激素及其类似物等，也可代谢外源物质如次生物质、杀虫剂及前诱变剂。源物质如次生物质、杀虫剂及前诱变剂。第二十九页，本课件共有103页2.细胞色素细胞色素P450酶系氧化

21、底物循环作用机理酶系氧化底物循环作用机理(1)底底物物与与酶酶结结合合，酶酶上上的的铁铁原原子子由由于于NADPH-细细胞胞色色素素P450还原酶供给一个电子使得三价铁还原为二价铁。还原酶供给一个电子使得三价铁还原为二价铁。(2)铁的还原作用使其与分子氧结合。铁的还原作用使其与分子氧结合。(3)另一个电子和质子加到铁上形成另一个电子和质子加到铁上形成FeOOH复合体。复合体。(4)失失去去一一分分子子水水后后形形成成（FeO）3+复复合合体体，此此复复合合体体将将其其氧氧原原子转移到底物上。子转移到底物上。(5)被被氧氧化化的的底底物物释释放放出出来来，游游离离的的细细胞胞色色素素P450又又

22、重重复复下下一个循环。一个循环。第三十页，本课件共有103页Monooxygenation reactions catalysed by cytochrome P450第三十一页，本课件共有103页Monooxygenation reactions catalysed by cytochrome P450第三十二页，本课件共有103页Monooxygenation reactions catalysed by cytochrome P450第三十三页，本课件共有103页催化反应机制催化反应机制 RH+O2+NADPH+H+ROH+H 2O+NADP+这一循环开始于酶作用物与亚铁血红素的结合，通

23、常诱导这一循环开始于酶作用物与亚铁血红素的结合，通常诱导铁旋转状态由低自旋到高自旋底改变。铁通过从氧化还原配耦铁旋转状态由低自旋到高自旋底改变。铁通过从氧化还原配耦体转移出一个电子被还原成亚铁形式并和氧迅速结合。第体转移出一个电子被还原成亚铁形式并和氧迅速结合。第2 2个个电子转移到亚铁血红素导致氧分子分裂成瞬时底介体并释放电子转移到亚铁血红素导致氧分子分裂成瞬时底介体并释放水。最终，活泼底介体攻击酶反应物导致化合物单加氧化。水。最终，活泼底介体攻击酶反应物导致化合物单加氧化。第三十四页，本课件共有103页P450对底物的氧化循环机理对底物的氧化循环机理Fe3+P450底物底物OHFeOOHP

24、450底物底物HFe2+O2P450底物底物HFe2+P450底物底物HFe3+P450底物底物HFe3+P450底物底物OH底物底物H(FeO)3+P450底物底物HH+H2OH+1NADPHe-NADPHe-O2第三十五页，本课件共有103页第三十六页，本课件共有103页第三十七页，本课件共有103页第三十八页，本课件共有103页第三十九页，本课件共有103页第四十页，本课件共有103页第四十一页，本课件共有103页第四十二页，本课件共有103页3 3 从从p450sp450s研究中获得信息研究中获得信息(1)(1)杀虫剂抗性杀虫剂抗性(2)(2)植物植物昆虫相互作用昆虫相互作用(3)3)

25、昆虫生理知识昆虫生理知识 第四十三页，本课件共有103页植物植物昆虫相互作用昆虫相互作用 黑尾凤蝶能够取食含有呋喃香豆素的大多黑尾凤蝶能够取食含有呋喃香豆素的大多数植物，并能忍受含有数植物，并能忍受含有0.1花椒毒素。在这花椒毒素。在这个种中，花椒毒素可被个种中，花椒毒素可被p450单加氧酶代谢，诱单加氧酶代谢，诱导的导的p450 的活性接近的活性接近5倍。倍。第四十四页，本课件共有103页二、多功能氧化酶作用方式二、多功能氧化酶作用方式O、S和和N-烷基的羟基化作用烷基的羟基化作用脂族羟基化作用和环氧化作用脂族羟基化作用和环氧化作用芳香族羟基化作用芳香族羟基化作用有机磷酸酯的脂族氧化作用有机

26、磷酸酯的脂族氧化作用氮和硫醚的氧化作用氮和硫醚的氧化作用第四十五页，本课件共有103页Monooxygenation reactions catalysed by cytochrome P450第四十六页，本课件共有103页1.O、S和和N-烷基的羟基化作用烷基的羟基化作用（西维因的（西维因的N-烷基烷基羟基化作用）羟基化作用）西维因西维因1-萘基萘基-N羟基羟基-氨基甲酸甲酯氨基甲酸甲酯第四十七页，本课件共有103页O、S和和N-烷基的羟基化作用烷基的羟基化作用（西维因的（西维因的N-烷基烷基羟基化作用）羟基化作用）第四十八页，本课件共有103页Monooxygenation reactio

27、ns catalysed by cytochrome P450第四十九页，本课件共有103页第五十页，本课件共有103页2.脂族羟基化作用和环氧化作用脂族羟基化作用和环氧化作用DDT三氯杀螨醇三氯杀螨醇OHHMFO(1)DDT的羟基化作用的羟基化作用第五十一页，本课件共有103页艾氏剂狄氏剂.芳基羟基化作用和环氧化作用2.艾氏剂的环氧化作用MFOO第五十二页，本课件共有103页NADPH,O2微粒体微粒体萘萘1，2-二羟基二羟基-1，2-二氢化萘二氢化萘-萘酚萘酚芳香族羟基化作用芳香族羟基化作用萘的羟基化作用萘的羟基化作用第五十三页，本课件共有103页NADPHO2NADPHO2对硫磷二乙基硫

28、代磷酸二乙基硫代磷酸4-硝基酚有机磷酸酯的脂族氧化作用（对硫磷）有机磷酸酯的脂族氧化作用（对硫磷）第五十四页，本课件共有103页NADPHO2NADPHO2甲基对硫甲基对硫磷磷二甲基硫代磷酸二甲基硫代磷酸4-硝基酚硝基酚有机磷的脂族氧化作用（甲基对硫磷）有机磷的脂族氧化作用（甲基对硫磷）第五十五页，本课件共有103页Metabolic disorders caused by mutations and polymorphisms in P450 oxidoreductase第五十六页，本课件共有103页Mostdrugsandxenobioticsaremetabolizedbyasmalln

29、umberofhepaticcytochromeP450enzymes.AlldrugmetabolizingP450enzymesreceiveelectronsfromNADPHthroughasingleflavoproteinknownasNADPH-P450reductase.WehaverecentlyidentifiedmutationsinNADPHP450reductasefrompatientswithdisorderedsteroidogenesis.Polymorphismsinthedrugmetabolizingenzymes,especiallycytochrom

30、eP450sarewellknowntoberesponsibleforvariationsindrugresponses.MypreliminaryworkonmutantandpolymorphicP450reductasesuggeststhatmanydrugmetabolizingP450enzymesareseverelyaffectedbyanabnormalP450reductaseenzyme.第五十七页，本课件共有103页SinceallliverP450enzymesneedP450reductaseforactivity,itisseemslikelythatchang

31、esinP450reductasemayproducedrugresponsesthatarephenotypicallysimilartooneormorecytochromeP450mutations/polymorphisms.Asanexample,inthefirstreportofP450reductasemutations,thediseaseprofileofhormonallyimpairedpatientssuggestedadefectinP450c17orP450c21butnomutationinanyoftheseenzymeswasfoundanditwasthe

32、defectiveP450reductasethatproducedaphenotypicresponsesimilartodefectiveP450c17andP450c21.SequencingdatafromnormalpopulationhasrevealedseveralvariantsofNADPHP450reductaseenzyme.TheseP450reductasevariantsarebeingtestedfortheelectrontransferactivitiestowardsvariouscytochromeP450enzymes.FirstsetofP450re

33、ductasemutationshadbeentestedforactivitytowardsP450c17andaromatase(CYP19A1).第五十八页，本课件共有103页第三节：有毒的其它初级代谢第三节：有毒的其它初级代谢一：杀虫剂的水解代谢一：杀虫剂的水解代谢A酯酶主要是芳基酯酶，能水解某些含芳基的磷酸酯酯酶主要是芳基酯酶，能水解某些含芳基的磷酸酯类杀虫剂，类杀虫剂，B酯酶包括了胆碱酯酶，羧酸酯酶核酯酶。酯酶包括了胆碱酯酶，羧酸酯酶核酯酶。第五十九页，本课件共有103页AldridgeAldridge（19531953）根据酯酶与有机磷的相互作用）根据酯酶与有机磷的相互作用把酯酶

34、分为三类把酯酶分为三类 ：(1(1）A-A-酯酯酶酶，这这类类酶酶能能耐耐受受有有机机磷磷，并并把把它它们作为底物进行水解；们作为底物进行水解；(2(2）B-B-酯酯酶酶，这这类类酶酶对对对对氧氧磷磷等等有有机机磷磷很很敏敏感，能被这些有机磷抑制；感，能被这些有机磷抑制；(3(3）C-C-酯酯酶酶，既既不不被被有有机机磷磷抑抑制制，又又不不能能水水解解这些有机磷这些有机磷。第六十页，本课件共有103页杀虫剂的水解代谢主要包括：杀虫剂的水解代谢主要包括：（一）磷酸三酯的水解（一）磷酸三酯的水解 （二）羧酸的水解（二）羧酸的水解 （三）酰胺的水解（三）酰胺的水解第六十一页，本课件共有103页（一）

35、磷酸三酯的水解（一）磷酸三酯的水解磷酸三酯能够被磷酸三酯水解酶水解。此酶主要作用于磷酸三酯能够被磷酸三酯水解酶水解。此酶主要作用于磷酯和酐键。在以前用了很多名字描述这种酶，例如：对氧磷酯和酐键。在以前用了很多名字描述这种酶，例如：对氧磷酶、磷酶、A酯酶、磷酸酯酶、磷酰基磷酸酶、芳基酯酶等，酯酶、磷酸酯酶、磷酰基磷酸酶、芳基酯酶等，实际上都属于磷酸三酯水解酶。实际上都属于磷酸三酯水解酶。一般，水解磷酸酯酶系大多是根据其水解底物的名一般，水解磷酸酯酶系大多是根据其水解底物的名称来命名的。目前发现的水解酶主要包括：称来命名的。目前发现的水解酶主要包括：DFP酶、芳族酶、芳族酯水解酶、酯水解酶、O-烷

36、基水解酶、磷酸二脂水解酶。烷基水解酶、磷酸二脂水解酶。1.氟水解酶氟水解酶(Fluorohydrolases,DFP酶酶)2.芳族酯水解酶芳族酯水解酶 3.O-烷基水解酶烷基水解酶 4.磷酸二脂水解酶磷酸二脂水解酶第六十二页，本课件共有103页（一）磷酸三酯的水解（一）磷酸三酯的水解+H2O+HX+H2O+ROH第六十三页，本课件共有103页1.磷酸三酯的水解磷酸三酯的水解+H2O+HF氟水解酶（氟水解酶（DFP酶）酶）第六十四页，本课件共有103页H2O+2.芳族酯水解酶芳族酯水解酶OHOHHOHO第六十五页，本课件共有103页H2O+CH2OH3.O-烷基水解酶烷基水解酶DDVP第六十六页

37、，本课件共有103页+H2O+4.磷酸二酯的水解磷酸二酯的水解HOHOHOCH=CCL2第六十七页，本课件共有103页（二）羧酸的水解（二）羧酸的水解羧酸酯酶羧酸酯酶(Carboxylesterase)，属于，属于B酯酶，又称脂酯酶，又称脂族酯酶，能催化各种脂族酯和芳族酯的水解，但不能水解族酯酶，能催化各种脂族酯和芳族酯的水解，但不能水解胆碱酯。胆碱酯。目前研究表明羧酸酯酶在一些有机磷和拟除虫菊目前研究表明羧酸酯酶在一些有机磷和拟除虫菊酯的代谢中起着重要的作用，这种酶的活性一般在正酯的代谢中起着重要的作用，这种酶的活性一般在正常的昆虫品系中是比较低的而在某些抗性品系中比较常的昆虫品系中是比较低

38、的而在某些抗性品系中比较高。高。羧酸酯酶通过附加一分子水而将底物裂解成羧酸酯酶通过附加一分子水而将底物裂解成酸酸和和醇醇两部分。例如：将马拉硫磷水解，形成两部分。例如：将马拉硫磷水解，形成，单酸以及单酸以及醇。醇。第六十八页，本课件共有103页第六十九页，本课件共有103页第七十页，本课件共有103页（二）羧酸的水解（二）羧酸的水解H2O+2C2H5OH马拉硫磷马拉硫磷马拉硫磷马拉硫磷-单酸单酸马拉硫磷马拉硫磷-单酸单酸+第七十一页，本课件共有103页第七十二页，本课件共有103页第七十三页，本课件共有103页（三）酰胺的水解（三）酰胺的水解H2O+CH3NH2乐果乐果乐果酸乐果酸酰胺酶可以水

39、解含酰胺键的化合物。例如将乐果水酰胺酶可以水解含酰胺键的化合物。例如将乐果水解成乐果酸解成乐果酸。第七十四页，本课件共有103页（四）环氧化物水解（四）环氧化物水解 环氧化物的水解由环氧化物水解酶催环氧化物的水解由环氧化物水解酶催化，昆虫中存在家蝇、红头丽蝇、黄粉甲、化，昆虫中存在家蝇、红头丽蝇、黄粉甲、亚热带粘虫亚热带粘虫H2O第七十五页，本课件共有103页二二 还原代谢还原代谢还原代谢没有氧化代谢那么普遍。在动物体内这还原代谢没有氧化代谢那么普遍。在动物体内这种代谢多发生于那些含硝基苯核或含卤原子的化合种代谢多发生于那些含硝基苯核或含卤原子的化合物，在酶或细菌的作用下，被转化为相应的氨基化

40、物，在酶或细菌的作用下，被转化为相应的氨基化合物及脱卤代谢物。如：合物及脱卤代谢物。如：DDT转变为滴滴伊的反应，转变为滴滴伊的反应，就是通过脱氯化氢酶的作用，一个卤原子被氢所取代。就是通过脱氯化氢酶的作用，一个卤原子被氢所取代。含硝基苯母核的农药，如：苯硫磷、对硫磷、杀螟松等含硝基苯母核的农药，如：苯硫磷、对硫磷、杀螟松等化合物在动物体内容易被还原为氨基衍生物。在昆虫中化合物在动物体内容易被还原为氨基衍生物。在昆虫中发现了硝基还原和偶氮还原两类。如对硫磷在依赖于发现了硝基还原和偶氮还原两类。如对硫磷在依赖于NADPH的硝基还原酶的作用下被还原成胺基对硫磷的硝基还原酶的作用下被还原成胺基对硫磷

41、。第七十六页，本课件共有103页二、还原反应二、还原反应对硫磷对硫磷氨基对硫磷氨基对硫磷NADPH硝基还原酶硝基还原酶NH2NO2第七十七页，本课件共有103页三三 以谷胱甘肽为介质的代谢以谷胱甘肽为介质的代谢许多外来化合物的代谢都与谷胱甘肽（许多外来化合物的代谢都与谷胱甘肽（GSH）有关，杀虫剂以及其代谢产物也能够被以谷胱甘肽为介质有关，杀虫剂以及其代谢产物也能够被以谷胱甘肽为介质的系统代谢。这种代谢有两类，第一是的系统代谢。这种代谢有两类，第一是GSH以纯粹催化剂以纯粹催化剂的形式被利用；第二谷胱甘肽直接与底物结合而被消耗，的形式被利用；第二谷胱甘肽直接与底物结合而被消耗，至少在反应初期是

42、这样的，并不能再生，而是排除体外。至少在反应初期是这样的，并不能再生，而是排除体外。第七十八页，本课件共有103页第七十九页，本课件共有103页第八十页，本课件共有103页第八十一页，本课件共有103页X-ray structure of glutathione S-transferase from the malarial parasite Plasmodium falciparum第八十二页，本课件共有103页X-ray structure of glutathione S-transferase第八十三页，本课件共有103页X-ray structure of glutathione S

43、-transferase单体单体双体双体第八十四页，本课件共有103页（一）谷胱甘肽催化代谢（一）谷胱甘肽催化代谢DDT脱脱HClCCl-ClC+GSH+HCl+GSH第八十五页，本课件共有103页(二二)GSH消耗代谢消耗代谢 GSH-S-转移酶转移酶此酶属于共轭反应类型，在以后还会介绍。此酶属于共轭反应类型，在以后还会介绍。GSH和底物结合，一般有两种类型。和底物结合，一般有两种类型。第一：第一：GSH代替底物中不稳定的部分：代替底物中不稳定的部分：第二：直接进攻底物分子第二：直接进攻底物分子二乙基顺丁烯二酸二乙基顺丁烯二酸第八十六页，本课件共有103页1.GSH-S-烷基转移酶烷基转移酶

44、GSH+CH3-SG甲基对氧磷甲基对氧磷第八十七页，本课件共有103页2.GSH-S-芳基转移酶芳基转移酶二嗪农二嗪农+第八十八页，本课件共有103页3.GSH-S-芳烷基转移酶芳烷基转移酶+GSH+HCl苄基氯苄基氯第八十九页，本课件共有103页4.GSH-S-链烯转移酶链烯转移酶+GSH二乙基马来酸酯二乙基马来酸酯 以下两类反应是通过以下两类反应是通过GSH-S-转移酶直接将转移酶直接将GSH转移到底物分子中转移到底物分子中第九十页，本课件共有103页5.GSH-S-环氧基转移酶环氧基转移酶+GSH1,2 环氧乙基苯环氧乙基苯第九十一页，本课件共有103页第四节第四节 杀虫剂的次级代谢杀虫

45、剂的次级代谢 (共轭代谢共轭代谢)次级代谢（次级代谢（型反应）：初级代谢的产物（主要型反应）：初级代谢的产物（主要具有具有-OH-OH、-SH-SH、-NH-NH2 2、-COOH-COOH的基团）与内源物质（轭的基团）与内源物质（轭合剂）结合，最后排除体外。合剂）结合，最后排除体外。农药在昆虫体内的轭合形式主要是氨基酸反应，包括与单农药在昆虫体内的轭合形式主要是氨基酸反应，包括与单氨基酸类的轭合和复氨基酸的轭合、与硫酸酯的轭合、与氨基酸类的轭合和复氨基酸的轭合、与硫酸酯的轭合、与谷胱甘肽的轭合、烷基化和酰化反应等。轭合后的轭合后谷胱甘肽的轭合、烷基化和酰化反应等。轭合后的轭合后的轭合物比农药

46、本身的亲水性更强，更容易从动物体内排的轭合物比农药本身的亲水性更强，更容易从动物体内排出。出。第九十二页，本课件共有103页一、共轭反应一、共轭反应共轭反应主要指天然的或外来的化合物共轭反应主要指天然的或外来的化合物及其代谢物与内源性的中间产物结合。及其代谢物与内源性的中间产物结合。具有中间代谢和解毒的双重作用具有中间代谢和解毒的双重作用在昆虫中主要有三种类型的共轭反应。在昆虫中主要有三种类型的共轭反应。第九十三页，本课件共有103页1.外来化合物或其代谢产物和外来化合物或其代谢产物和内源性的活化供体内源性的活化供体反应反应 要求外来化合物或其它代谢产物有要求外来化合物或其它代谢产物有-OH，

47、NH2，SH，-COOH基团，这些基团与尿苷二基团，这些基团与尿苷二磷酸葡萄糖（磷酸葡萄糖（UDPG）反应。）反应。-萘酚萘酚 +UDPG(+UDPG(活化供体活化供体)-萘基葡萄糖苷萘基葡萄糖苷第九十四页，本课件共有103页2.外来化合物活化成活化的供体，然外来化合物活化成活化的供体，然后和内源性受体酶促反应后和内源性受体酶促反应对硝基苯甲酰对硝基苯甲酰CoA（活化供体）（活化供体）对硝基苯甲酸对硝基苯甲酸活化活化CoA甘氨酸甘氨酸共轭共轭对硝基苯甲酰甘氨酸对硝基苯甲酰甘氨酸第九十五页，本课件共有103页3.外来化合物或其产物与外来化合物或其产物与GSH酶促反应酶促反应在第一种和第二种类型的

48、共轭反应中，需要形成高在第一种和第二种类型的共轭反应中，需要形成高能量的或活化的中间产物，虽然第三种类型不需要但它能量的或活化的中间产物，虽然第三种类型不需要但它反应所需要的反应所需要的GSH的合成需要的合成需要ATP。因此，总的来说，。因此，总的来说，共轭代谢是需要额外能量的共轭代谢是需要额外能量的。苄基氯苄基氯+GSH苄基苄基SG第九十六页，本课件共有103页（二）（二）几种共轭代谢的类型几种共轭代谢的类型1.葡萄糖苷的形成葡萄糖苷的形成 在昆虫体内的转葡萄糖作用主要以在昆虫体内的转葡萄糖作用主要以UDPG作为葡作为葡萄糖供体（活化的供体），由萄糖供体（活化的供体），由UDP葡萄糖转移酶催

49、化。这葡萄糖转移酶催化。这个反应要求底物（受体）具有（个反应要求底物（受体）具有（-OH）或巯基（）或巯基（-SH）作）作为受体基团为受体基团。在昆虫体内许多有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂经氧化和在昆虫体内许多有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂经氧化和水解后，产生苯酚和醇类，形成水解后，产生苯酚和醇类，形成O-葡萄糖苷。葡萄糖苷。第九十七页，本课件共有103页ROHUDP-葡萄糖转移酶葡萄糖转移酶UDP-D-D-葡萄糖葡萄糖UDP-D-D-葡萄糖葡萄糖葡萄糖苷形成葡萄糖苷形成第九十八页，本课件共有103页2.氨基酸共轭氨基酸共轭(1)外来酸的活化，需外来酸的活化，需ATP和和CoA(2)外来酸与内源性氨基

50、酸结合外来酸与内源性氨基酸结合RCOOH+ATP+HSCoARCOSCOA+AMP+P2O74-这一步的反应的机制在昆虫还没有完全搞这一步的反应的机制在昆虫还没有完全搞清楚，但是，对氨基酸的共轭一般需要清楚，但是，对氨基酸的共轭一般需要CoA的的衍生物和氨基酸衍生物和氨基酸N-酰基转移酶。酰基转移酶。第九十九页，本课件共有103页3.谷胱甘肽（谷胱甘肽（GSH）共轭）共轭谷胱甘肽的共轭是由一组酶系造成的，其催化亲谷胱甘肽的共轭是由一组酶系造成的，其催化亲电子物质共轭，这样就保护了蛋白质、核酸等物质的电子物质共轭，这样就保护了蛋白质、核酸等物质的亲核中心，并可作为一种排泄有毒物质的手段。亲核中心