毒作用機(jī)制第1頁(yè)，共40頁(yè)。優(yōu)選毒作用機(jī)制第2頁(yè)，共40頁(yè)。第4章毒作用機(jī)制3

1概述2毒物對(duì)生物膜的損害作用3毒物對(duì)細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)的影響4體內(nèi)生物大分子氧化損傷5毒物與細(xì)胞大分子的共價(jià)結(jié)合第3頁(yè)，共40頁(yè)。1概述1.1基本概念1.2毒物產(chǎn)生毒性的可能途徑第4頁(yè)，共40頁(yè)。1.1基本概念毒物毒性的強(qiáng)度主要取決于終毒物在其作用部位的濃度和持續(xù)時(shí)間。終毒物是最終產(chǎn)生毒性作用的物質(zhì)。終毒物可以與內(nèi)源性靶分子相互作用,使整體結(jié)構(gòu)和/或功能改變,從而導(dǎo)致毒性作用。終毒物常常是母體化合物，也可以是其代謝產(chǎn)物。也可以是內(nèi)源性分子。第5頁(yè)，共40頁(yè)。1.2毒物產(chǎn)生毒性的可能途徑直接導(dǎo)致重要器官功能過(guò)荷。如過(guò)多的糖對(duì)腎功能的影響。在靶部位直接與靶分子作用，影響組織器官功能。如河豚毒素阻滯運(yùn)動(dòng)神經(jīng)的鈉通道。在靶部位與靶分子作用后產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致組織器官功能紊亂和結(jié)構(gòu)損傷。如化學(xué)毒物引起癌變等。第6頁(yè)，共40頁(yè)。2毒物對(duì)生物膜的損害作用2.1對(duì)生物膜組成成分的影響2.2對(duì)生物膜上酶活性的影響2.3對(duì)生物膜生物物理性質(zhì)的影響第7頁(yè)，共40頁(yè)。2.1對(duì)生物膜組成成分的影響維持細(xì)胞膜的穩(wěn)定性對(duì)機(jī)體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)運(yùn)、信息傳遞及內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定是非常重要的?；瘜W(xué)毒物可引起膜成分的改變。如：四氯化碳可引起細(xì)胞膜磷脂和膽固醇含量下降；二氧化硅可與人紅細(xì)胞膜的蛋白結(jié)合，使其蛋白的α-螺旋（二級(jí)結(jié)構(gòu)）破壞。第8頁(yè)，共40頁(yè)。2.2對(duì)生物膜上酶活性的影響化學(xué)毒物可影響膜上某些酶的活性而影響細(xì)胞的功能。如：有機(jī)磷類(lèi)化合物抑制突觸小體和紅細(xì)胞膜上的膽堿酯酶；對(duì)硫磷還可抑制突觸小體和紅細(xì)胞膜上的Ca2+-ATPase和Ca2+,Mg2+-ATPase；苯并芘可抑制紅細(xì)胞膜Ca2+-ATPase和Na+,K+-ATPase；Pb2+、Cd2+可與上的巰基結(jié)合，而抑制其活性。第9頁(yè)，共40頁(yè)。2.3對(duì)生物膜生物物理性質(zhì)的影響對(duì)膜通透性的影響對(duì)膜流動(dòng)性的影響對(duì)膜表面電荷的影響第10頁(yè)，共40頁(yè)。對(duì)膜通透性的影響膜的通透性指膜兩側(cè)物質(zhì)交換的能力。膜的通透性具有選擇性，是物質(zhì)逆濃差轉(zhuǎn)運(yùn)的基礎(chǔ)?；瘜W(xué)毒物可改變膜的通透性而影響膜兩側(cè)物質(zhì)的正常轉(zhuǎn)運(yùn)，從而影響膜的功能。如：重金屬可與膜蛋白結(jié)合而改變其結(jié)構(gòu)和功能；纈氨霉素可使膜對(duì)鉀離子的通透性增加而造成細(xì)胞損傷；DDT可使神經(jīng)細(xì)胞膜通透性改變而使神經(jīng)興奮性增高。第11頁(yè)，共40頁(yè)。對(duì)膜流動(dòng)性的影響膜的流動(dòng)性包括：膜脂質(zhì)分子的旋轉(zhuǎn)、伸縮和振蕩、側(cè)向擴(kuò)散和翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，膜蛋白分子的側(cè)向擴(kuò)散和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，膜整體結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。膜流動(dòng)性的生理意義包括：物質(zhì)運(yùn)輸、細(xì)胞融合、細(xì)胞識(shí)別，細(xì)胞表面受體功能的調(diào)節(jié)等。膜流動(dòng)性的改變包括量變（程度變化）和質(zhì)變（如相變和分相）?；瘜W(xué)毒物可通過(guò)該變膜的流動(dòng)性而影響其功能。如：DDT、對(duì)硫磷、重金屬可使膜的流動(dòng)性降低；乙醇、溴氰菊酯、二氧化硅可使膜的流動(dòng)性增高。第12頁(yè)，共40頁(yè)。對(duì)膜表面電荷的影響膜表面的糖脂和糖蛋白形成膜表面極性基團(tuán)，組成表面電荷。膜表面電荷的性質(zhì)和密度影響膜表面的結(jié)構(gòu)和功能?；瘜W(xué)毒物可通過(guò)改變膜的表面電荷而影響其結(jié)構(gòu)和功能。第13頁(yè)，共40頁(yè)。3毒物對(duì)細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)的影響3.1細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)3.2細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)的紊亂與細(xì)胞毒性3.3鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)的機(jī)制第14頁(yè)，共40頁(yè)。3.1細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)1細(xì)胞內(nèi)鈣由結(jié)合鈣（結(jié)構(gòu)鈣，儲(chǔ)備鈣）和游離鈣（離子鈣，功能鈣）組成。細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)是正常胞內(nèi)游離鈣的濃度在細(xì)胞興奮時(shí)上升至10-5mol/L、靜息時(shí)下降至10-7~10-8mol/L的這種相對(duì)穩(wěn)定的變化過(guò)程。細(xì)胞內(nèi)鈣濃度的調(diào)節(jié)主要由線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等鈣庫(kù)、其次由細(xì)胞質(zhì)中的緩沖系統(tǒng)（蛋白質(zhì)、核苷酸、酸性磷脂等）來(lái)調(diào)節(jié)。當(dāng)內(nèi)鈣調(diào)節(jié)失靈（鈣穩(wěn)態(tài)紊亂）時(shí)，即可引起細(xì)胞功能損傷及壞死。第15頁(yè)，共40頁(yè)。3.1細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)2鈣作為第二信使在細(xì)胞功能調(diào)節(jié)中起重要作用，如神經(jīng)傳導(dǎo)、肌肉收縮、細(xì)胞分泌、細(xì)胞增殖與分化、細(xì)胞形態(tài)的變化及細(xì)胞衰老等。Ca2+作用途徑有：通過(guò)鈣結(jié)合蛋白如鈣調(diào)蛋白介導(dǎo)；通過(guò)環(huán)磷酸腺苷介導(dǎo)；通過(guò)蛋白激酶C和磷脂酶C介導(dǎo)；通過(guò)鈣通道介導(dǎo)。第16頁(yè)，共40頁(yè)。3.2細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)的紊亂與細(xì)胞毒性細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)紊亂是某些化學(xué)毒物中毒的機(jī)制之一。如硝基酚、醌、過(guò)氧化物、醛類(lèi)、二噁英、鹵化烷烴和烯烴、鎘、鉛、汞等均能干擾細(xì)胞穩(wěn)態(tài)，而引起細(xì)胞功能和結(jié)構(gòu)損傷。各種毒物進(jìn)入機(jī)體后，引起細(xì)胞內(nèi)鈣過(guò)荷時(shí)，可激活磷脂酶而促進(jìn)膜磷脂水解、激活非溶酶體蛋白酶而促進(jìn)細(xì)胞膜骨架蛋白水解、激活核酸內(nèi)切酶而促進(jìn)DNA斷裂和染色質(zhì)溶解。第17頁(yè)，共40頁(yè)。3.3鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)的機(jī)制對(duì)能量代謝的影響對(duì)微管功能的影響激活水解酶第18頁(yè)，共40頁(yè)。對(duì)能量代謝的影響胞漿內(nèi)高濃度Ca2+通過(guò)單轉(zhuǎn)運(yùn)器使線粒體Ca2+攝取增加：線粒體膜勢(shì)能降低而抑制ATP合成酶，結(jié)果ATP的合成減少，使細(xì)胞膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的Ca2+-ATPase及細(xì)胞膜上的Na+,K+-ATPase的能量供應(yīng)減少，細(xì)胞內(nèi)鈣泵出減少而使細(xì)胞內(nèi)鈣進(jìn)一步升高；同時(shí)線粒體的細(xì)胞內(nèi)呼吸（電子傳遞）加速，使氧自由基生成增加，膜脂質(zhì)過(guò)氧化。Ca2+也可激活磷脂酶，加速細(xì)胞膜脂質(zhì)的水解。第19頁(yè)，共40頁(yè)。對(duì)微管功能的影響胞漿內(nèi)鈣無(wú)控制地升高引起細(xì)胞損傷也涉及到微管的解聚。細(xì)胞通過(guò)骨架蛋白的微絲粘附于質(zhì)膜中的肌動(dòng)蛋白以維持細(xì)胞的正常形態(tài)。胞漿內(nèi)鈣的增加使肌動(dòng)蛋白絲同α-輔動(dòng)蛋白和胞襯蛋白分離，促使質(zhì)膜大皰（細(xì)胞膜表面的突出物）的形成而易于破裂。第20頁(yè)，共40頁(yè)。激活水解酶細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高可激活降解蛋白質(zhì)、磷脂和核酸的水解酶。許多完整的膜蛋白是Ca2+激活的中性蛋白酶或需鈣蛋白酶的靶位點(diǎn)。需鈣蛋白酶介導(dǎo)的肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白的水解也可引起膜大皰。鈣激活的蛋白酶經(jīng)蛋白水解可將黃嘌呤脫氫酶轉(zhuǎn)變成次黃嘌呤氧化酶，其副產(chǎn)物氧自由基和過(guò)氧化氫可引起細(xì)胞損傷。第21頁(yè)，共40頁(yè)。4體內(nèi)生物大分子氧化損傷自由基指含一個(gè)或多個(gè)未配對(duì)電子的任何分子或離子。其共同點(diǎn)是具有順磁性、化學(xué)反應(yīng)性極強(qiáng)、作用半徑小、半衰期極短。4.1自由基的來(lái)源與類(lèi)型4.2機(jī)體對(duì)氧化損傷的防御系統(tǒng)4.3自由基對(duì)生物大分子的損害作用第22頁(yè)，共40頁(yè)。4.1自由基的來(lái)源與類(lèi)型來(lái)源正常生理代謝過(guò)程外源化合物的作用類(lèi)型氧中心自由基其他自由基第23頁(yè)，共40頁(yè)。正常生理代謝過(guò)程線粒體是活性氧的重要來(lái)源?；钚匝踝遄杂苫际瞧湔４x副產(chǎn)物。生理?xiàng)l件下該自由基可被錳超氧化物歧化酶分解。細(xì)胞內(nèi)的氧化酶催化的氧化還原反應(yīng)也是產(chǎn)生自由基的來(lái)源。其中主要是黃嘌呤氧化酶，其直接將分子氧還原成過(guò)氧化物和過(guò)氧化氫或羥自由基。過(guò)氧化物酶具有很強(qiáng)的形成過(guò)氧化氫能力。過(guò)氧化氫可被過(guò)氧化氫酶水解。第24頁(yè)，共40頁(yè)。外源化合物的作用外源性化合物可通過(guò)各種不同途徑產(chǎn)生自由基。其中最主要途徑是通過(guò)氧化還原反應(yīng)，通過(guò)單電子還原而產(chǎn)生自由基?？砂l(fā)生該反應(yīng)的外源性化合物包括：醌類(lèi)：絲裂霉素、阿霉素、博萊霉素等；硝基化合物：苯的硝基化合物（如硝基苯）和硝基雜環(huán)化合物（如呋喃妥因）；雙吡啶化合物：百草枯、殺草快。此外，有些化學(xué)毒物可干擾線粒體的細(xì)胞內(nèi)呼吸功能而產(chǎn)生氧自由基，如：甲基汞、氰化物、3-硝基丙酸。第25頁(yè)，共40頁(yè)。氧中心自由基該類(lèi)自由基持續(xù)不斷地在機(jī)體中產(chǎn)生。它們包括氧自由基、羥自由基、過(guò)氧化氫、單線態(tài)氧、次氯酸等，也包括過(guò)氧化物、氫過(guò)氧化物及內(nèi)源性脂質(zhì)和外來(lái)化合物的環(huán)氧代謝物（都含有化學(xué)性質(zhì)活潑的氧功能基團(tuán)）。第26頁(yè)，共40頁(yè)。其他自由基除氧中心自由基外，其它有包括：以碳為中心的自由基如三氯甲基自由基；以硫?yàn)橹行牡淖杂苫缤榱蜃杂苫灰缘獮橹行牡淖杂苫绫交伦杂苫?；金屬離子（具有接受和供給電子的能力）自由基如：Cu+/Cu2+、Fe2+/Fe3+、Ti(Ⅲ)/Ti(Ⅳ)。第27頁(yè)，共40頁(yè)。4.2機(jī)體對(duì)氧化損傷的防御系統(tǒng)正常生理?xiàng)l件下，自由基在體內(nèi)持續(xù)不斷地產(chǎn)生，但同時(shí)被機(jī)體內(nèi)的抗氧化系統(tǒng)清除，從而不致出現(xiàn)損傷。機(jī)體內(nèi)的抗氧化系統(tǒng)包括：非酶抗氧化系統(tǒng)和酶類(lèi)抗氧化系統(tǒng)。第28頁(yè)，共40頁(yè)。非酶抗氧化系統(tǒng)谷胱甘肽、維生素C、維生素E、尿酸、?；撬?、次?；撬岬取９入赘孰哪芘c過(guò)氧化氫或有機(jī)過(guò)氧化物作用，可保護(hù)細(xì)胞免受過(guò)氧化物損害，是重要的自由基捕獲劑；維生素C能還原氧自由基；維生素E是細(xì)胞膜上主要的脂溶性抗氧化劑，通過(guò)阻斷過(guò)氧自由基鏈反應(yīng)，防止膜上的多不飽和脂肪酸的氧化；β-胡蘿卜素是自然界中已知最有效的單線態(tài)氧清除劑；尿酸、?；撬帷⒋闻；撬峋哂蟹乐棺杂苫鶕p傷作用；金屬硫蛋白對(duì)羥自由基有很強(qiáng)的滅活作用。第29頁(yè)，共40頁(yè)。酶類(lèi)抗氧化系統(tǒng)在生物進(jìn)化過(guò)程中，需氧生物體內(nèi)存在清除自由基的酶系統(tǒng)。包括：超氧化物歧化酶（SOD）：銅-鋅超氧化物歧化酶（CuZnSOD）和錳超氧化物歧化酶（MnSOD）,它們催化超氧陰離子歧化為過(guò)氧化氫和氧氣；過(guò)氧化氫酶：將過(guò)氧化氫分解為水和氧氣；谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GSH-Px，含硒酶）：在GSH存在下，催化過(guò)氧化氫和有機(jī)氫過(guò)氧化物還原為水或醇和水，同時(shí)將GSH氧化為GSSG；谷胱甘肽還原酶：在NADPH存在下將GSSG還原為GSH。第30頁(yè)，共40頁(yè)。4.3自由基對(duì)生物大分子的損害作用當(dāng)體內(nèi)自由基的產(chǎn)生超過(guò)機(jī)體抗氧化防御能力時(shí)，即可產(chǎn)生自由基損傷，從而引發(fā)疾病或中毒。自由基對(duì)體內(nèi)生物大分子的損害作用包括：脂質(zhì)過(guò)氧化損傷蛋白質(zhì)的氧化損傷的氧化損傷第31頁(yè)，共40頁(yè)。脂質(zhì)過(guò)氧化損傷其主要是生物膜多不飽和脂肪酸的氧化破壞，而破壞膜的結(jié)構(gòu)和功能。脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)是一種鏈?zhǔn)竭B鎖反應(yīng)，包括：自由基通過(guò)脂肪酸的氫抽提而使脂質(zhì)變性成脂質(zhì)自由基；脂質(zhì)自由基通過(guò)氧固定而連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)化成脂質(zhì)過(guò)氧自由基，通過(guò)氫抽提轉(zhuǎn)化成脂質(zhì)氫過(guò)氧化物，進(jìn)而通過(guò)二價(jià)鐵離子催化轉(zhuǎn)化成脂質(zhì)烷氧自由基；隨后的片段產(chǎn)生烴如乙烷、活性醛（如丙二醛）。第32頁(yè)，共40頁(yè)。蛋白質(zhì)的氧化損傷自由基對(duì)蛋白質(zhì)的氧化損傷實(shí)際是對(duì)其氨基酸的氧化作用，尤其是對(duì)芳香族和含硫氨基酸。對(duì)芳香氨基酸的作用機(jī)制可能是形成羥基衍生物，而后將苯環(huán)打開(kāi)或在酪氨酸處交聯(lián)成二聚體。對(duì)脂肪族氨基酸的作用是機(jī)制可能是在α-位置上將一個(gè)氫原子除去，形成C-中心自由基，其上再加上氧，生成過(guò)氧基衍生物，而后分解成氨和α-酮酸或二氧化碳、醛類(lèi)或羧酸，從而破壞氨基酸的結(jié)構(gòu)。結(jié)果是蛋白質(zhì)的凝集與交聯(lián)或降解與斷裂。第33頁(yè)，共40頁(yè)。的氧化損傷自由基引起DNA的損傷是細(xì)胞突變或癌變的基礎(chǔ)。DNA損傷可引起細(xì)胞凋亡。也可因損傷丟失部分堿基或修復(fù)時(shí)摻入錯(cuò)誤的堿基而引起細(xì)胞突變和癌變。活性氧可引起DNA堿基損傷、DNA-蛋白質(zhì)交聯(lián)物的形成和DNA斷裂等。不同活性氧對(duì)DNA作用不同：羥自由基可作用于DNA的所有成分；單線態(tài)氧主要作用于DNA中的鳥(niǎo)嘌呤；氧自由基可使DNA斷裂；過(guò)氧化氫只參與DNA損傷過(guò)程。第34頁(yè)，共40頁(yè)。5毒物與細(xì)胞大分子的共價(jià)結(jié)合共價(jià)結(jié)合指毒物或其活性代謝產(chǎn)物與機(jī)體內(nèi)重要的大分子物質(zhì)（蛋白質(zhì)、核酸、膜脂質(zhì)）以共價(jià)鍵結(jié)合成穩(wěn)定的復(fù)合物-加合物。共價(jià)結(jié)合的特點(diǎn)是永久性地不可逆地改變了內(nèi)源性分子的結(jié)構(gòu)。從而損傷內(nèi)源性大分子的功能。由于外源性化合物或其代謝物構(gòu)成了新生加合物的一部分，可以此作為毒物接觸程度的標(biāo)志物，也有助于中毒的診斷和防治。5.1與蛋白質(zhì)的共價(jià)結(jié)合5.2與核酸的共價(jià)結(jié)合第35頁(yè)，共40頁(yè)。5.1與蛋白質(zhì)的共價(jià)結(jié)合外源毒物可與蛋白質(zhì)分子中氨基酸的氨基、羥基、巰基、胍基、咪唑基、吲哚基發(fā)生共價(jià)結(jié)合，從而影響蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能。與白蛋白的共價(jià)結(jié)合與血紅蛋白的共價(jià)結(jié)合與組織細(xì)胞蛋白質(zhì)的共價(jià)結(jié)合第36頁(yè)，共40頁(yè)。與白蛋白的共價(jià)結(jié)合白蛋白是血液和組織間質(zhì)中的主要蛋白質(zhì),也是脂肪酸、內(nèi)源性化合物及外源化合物的主要載體，容易與終致癌物質(zhì)結(jié)合形成共價(jià)加合物。血清白蛋白直接由肝細(xì)胞合成，同時(shí)肝細(xì)胞是致癌物質(zhì)代謝活化的重要部位，因而白蛋白更易接觸到肝細(xì)胞活化的親電子性代謝產(chǎn)物。白蛋白加合物形成的量與接觸相應(yīng)毒物的量成正比關(guān)系。第37頁(yè)，共40頁(yè)。與血紅蛋白的共價(jià)結(jié)合外源性化合物進(jìn)入血液后，先與紅細(xì)胞膜結(jié)合繼而進(jìn)入紅細(xì)胞內(nèi)與血紅蛋白發(fā)生共價(jià)結(jié)合。血紅蛋白氨基酸中的氨基、巰基和芳香胺基團(tuán)易與外源化合物發(fā)生共價(jià)結(jié)合。因紅細(xì)胞壽命較長(zhǎng)、血樣易采集又基本不影響健康，所以血紅蛋白共價(jià)結(jié)合物常作為外源毒物接觸人群的生物監(jiān)測(cè)。如：溴甲烷與半胱氨酸、環(huán)氧乙烷與纈氨酸和組氨酸、乙烯與組氨酸、環(huán)氧丙烷與組氨酸和纈氨酸、丁二烯與纈氨酸、苯胺與半胱氨酸、環(huán)氧丙酰胺與纈氨酸、氯