章毒朝制 卫生毒理学教研室 2004.5
第四章 毒 性 机 制 卫生毒理学教研室 2004.5
第四章亲性机制 r第一节外源化学物的增毒与终毒物的形成 第二节终毒物与靼分子的反应 第三节细胞功能障碍与毒性 23 February 2021
23 February 2021 2 第四章 毒性机制 第一节 外源化学物的增毒与终毒物的形成 第二节 终毒物与靶分子的反应 第三节 细胞功能障碍与毒性
节外源化学的增毒与终毒物的形成 概念: 终纛物( ultimate toxicant)是指与内源靶分子(如受体、酶 DNA、微丝蛋白、脂质)反应或严重地改变生物学(微)环境 启动结构和(或)功能而表现出毒性的物质。 口终毒物可为机体所暴露的原化学物(母化合物);而另外一些毒 物的毒性主要是由于其代谢物引起,生物转化为有害产物的过程 称为 (toxication 动洁化( metabolic activation 口最为多见的情况是增毒使外源化学物如氧和氧化氮(No)转变为 亲电子、由基、亲核物、氧化还原性反应物。 口毒效应的强度主要取决于终蘧物在其作用位点的浓度及持续 时间。 23 February 2021
23 February 2021 3 第一节 外源化学的增毒与终毒物的形成 概念： 终毒物（ultimate toxicant）是指与内源靶分子（如受体、酶、 DNA、微丝蛋白、脂质）反应或严重地改变生物学（微）环境、 启动结构和（或）功能而表现出毒性的物质。 终毒物可为机体所暴露的原化学物（母化合物）；而另外一些毒 物的毒性主要是由于其代谢物引起，生物转化为有害产物的过程 称为增毒（toxication）或代谢活化（metabolic activation）。 最为多见的情况是增毒使外源化学物如氧和氧化氮（NO）转变为： 亲电子、自由基、亲核物、氧化还原性反应物。 毒效应的强度主要取决于终毒物在其作用位点的浓度及持续 时间
化学毒物产生毒性的可能途径 ① 化学毒物 吸收、分布、代谢、排泄 毒 与靶分子相互作用 性 细胞功能失调、损伤 ③ 细胞修复功能失调 23 February 2021
23 February 2021 4 化学毒物产生毒性的可能途径 化学毒物 吸收、分布、代谢、排泄 与靶分子相互作用 细胞功能失调、损伤 细胞修复功能失调 毒 性 ① ② ③
亲电子剂的形成 口亲电子剂是含有一个缺电子原子(带部分或全部正电荷) 的分子。该缺电子原子中的部分或全部阳电荷使其很容易 通过共享电子对的方式与亲核剂中富含电子的原子反应。 口化学物在代谢活化时形成非离子亲电子剂。亲电子剂经常 是在外源化合物被细胞色素P450或其他酶氧化成酮类、环 氧化物及芳烃氧化物、α3β-不饱和酮及醛类、醌类或醌亚胺 类以及酰基卤等过程中形成的。 23 February 2021
23 February 2021 5 亲电子剂的形成 亲电子剂是含有一个缺电子原子（带部分或全部正电荷） 的分子。该缺电子原子中的部分或全部阳电荷使其很容易 通过共享电子对的方式与亲核剂中富含电子的原子反应。 化学物在代谢活化时形成非离子亲电子剂。亲电子剂经常 是在外源化合物被细胞色素P-450或其他酶氧化成酮类、环 氧化物及芳烃氧化物、α,β-不饱和酮及醛类、醌类或醌亚胺 类以及酰基卤等过程中形成的
苯并(a)芘[ benzo(a) pyrene,BaP 7,8-环氧苯并(a)芘 P-450 7,8-二羟BaP 环氧化物水解 酶 7,8-二羟基9,10环氧BaP (终致癌物) 23 February 2021
23 February 2021 6 苯并(a)芘[benzo (a) pyrene，BaP] P-450 7,8-环氧苯并(a)芘 7,8-二羟-BaP 7,8-二羟基-9,10-环氧BaP 环氧化物水解 酶 (终致癌物)
自由基形成 口自团堪( free radicals)是独立游离存在的带有不成对电 子的分子、原子或离子。自由基主要是由于化合物的共价 键发生均裂而产生。其共同特点是:具有顺磁性、其化学 性质十分活泼、反应性极高,因而半减期极短,一般仅能 以μs计,作用半径短。 口在与生物体有关的自由基中,最主要的是氧中心自由基, 这类自由基持续不断地在机体内产生。活性氧( reactive OXygen species,ROS这个术语实际上是一个集合名词,不 仅包括氧中心自由基如O2,和OH,而且也包括某些氧的 非自由基衍生物,如H2O2、单线态氧和次氯酸,甚至还包 括过氧化物、氢过氧化物和内源性脂质及外来化合物的环 氧代谢物,因为它们都含有化学性质活泼的含氧功能基团 23 February 2021 7
23 February 2021 7 自由基形成 自由基（free radicals）是独立游离存在的带有不成对电 子的分子、原子或离子。自由基主要是由于化合物的共价 键发生均裂而产生。其共同特点是：具有顺磁性、其化学 性质十分活泼、反应性极高，因而半减期极短，一般仅能 以μs计，作用半径短。 在与生物体有关的自由基中，最主要的是氧中心自由基， 这类自由基持续不断地在机体内产生。活性氧(reactive oxygen species,ROS)这个术语实际上是一个集合名词，不 仅包括氧中心自由基如O2 - • •，和·OH，而且也包括某些氧的 非自由基衍生物，如H2 O2、单线态氧和次氯酸，甚至还包 括过氧化物、氢过氧化物和内源性脂质及外来化合物的环 氧代谢物，因为它们都含有化学性质活泼的含氧功能基团
表42与生物体系有关的自由基类型 自由基类型 例子 评价 以氢为中心 H原子(一个质子,一个从含碳化合物抽出H原子常启动自由基的链 电子) 式反应。例如,HO·能通过从膜脂质的脂肪 酸侧链抽出H而启动脂质过氧化 LH+·OH→→L·+H2O 以碳为中心 三氯甲基自由基CCl3·(由CCl4毒性的主要原因 H抽出形成膜脂质中的碳 中心自由基L 以硫为中心烷硫自由基R-S 巯基化合物氧化时产生的活性自由基(由过 渡金属促进) 以氮为中心苯基二肼自由基CH参与苯肼的红细胞毒性 以氧为中心无机:超氧阴离子(O2…)氧化应激的主要动因:OH,十分活跃, 羟基自由基(OH)O2·较弱。由L·与O2反应产生(LO·和 有机:烷氧自由基(LO)LO2);任何碳中心自由基通常迅速与O2反 过氧自由基(LO2)应产生过氧自由基。如 CCl3·+O3O2CC1 过渡金属离子Cu+(u2+ 接受和供给电子的能力使它们成为自由基反 Ti(Ⅲ) i Fer 应的重要催化剂 注:O2本身是自由基;双原子氧分子有2个不配对电子,所以氧经单电子还原O(一个不配对电子), 故H2O2不是合格的自由基,虽然它能形成·OH而成为重要的氧化剂 23 February 2021
23 February 2021 8 自由基的来源与类型
自由基形成 日自由基在生物体内来源有二:一是细胞正常生理过程产生;二 是化学毒物在体内代谢过程产生。 口许多外来化合物可通过各种不同途径产生自由基,但其中最主 要的途径是通过氧化还原反应( redox cycling)。它通过加 入一个单电子使化学物还原为不稳定的中间产物,随后这个电 子转移给分子氧而形成超氧阴离子自由基(O2),而中间产物 则再生为原化学物。如:百草枯(PQ+)、阿霉素(R)和硝化呋 喃托英(NF)可从还原酶接受一个电子形成自由基。 23 February 2021
23 February 2021 9 自由基在生物体内来源有二：一是细胞正常生理过程产生；二 是化学毒物在体内代谢过程产生。 许多外来化合物可通过各种不同途径产生自由基，但其中最主 要的途径是通过氧化还原反应（redox cycling）。它通过加 入一个单电子使化学物还原为不稳定的中间产物，随后这个电 子转移给分子氧而形成超氧阴离子自由基(O2 -·)，而中间产物 则再生为原化学物。如：百草枯(PQ++)、阿霉素(DR)和硝化呋 喃托英(NF)可从还原酶接受一个电子形成自由基。 自由基形成
亲核物的形成 口亲核物的形成是毒物活化作用较少见的一种机制。 例如:苦杏仁经肠道β一糖苷酶催化形成氰化物; 丙烯氰环氧化和随后谷胱甘肽结合形成的氰化物; 以及硝普钠经巯基诱导降解后形成氰化物,等。 23 February 2021
23 February 2021 10 亲核物的形成 亲核物的形成是毒物活化作用较少见的一种机制。 例如：苦杏仁经肠道β－糖苷酶催化形成氰化物； 丙烯氰环氧化和随后谷胱甘肽结合形成的氰化物； 以及硝普钠经巯基诱导降解后形成氰化物，等