1、第四章第四章 毒作用機制毒作用機制第一節第一節 概概 述述l毒作用機制的研究內容毒作用機制的研究內容： 毒物如何進入毒物如何進入機體？機體？ 怎樣與靶分子相互作用？怎樣與靶分子相互作用？ 怎樣怎樣表現其有害作用？表現其有害作用？ 機體對損害作用的反機體對損害作用的反應等。應等。l毒作用機制的研究是評價化學毒物潛在危毒作用機制的研究是評價化學毒物潛在危害的基礎。害的基礎。終毒物：終毒物：l 終毒物：終毒物：是可與內源性靶分子（如受體蛋白、酶、是可與內源性靶分子（如受體蛋白、酶、微纖維蛋白、微纖維蛋白、DNA及脂質等）相互作用，使機體及脂質等）相互作用，使機體整體性結構或功能改變，從而導致毒性損害

2、的物整體性結構或功能改變，從而導致毒性損害的物質。質。l 終毒物形式：終毒物形式：母體化合物、母體化學物的代謝產母體化合物、母體化學物的代謝產物或者是毒物生物轉化期間產生的活性氧，也可物或者是毒物生物轉化期間產生的活性氧，也可能是內源性分子。能是內源性分子。外源化學物產生損害的途徑：外源化學物產生損害的途徑：最直接途徑：最直接途徑：化學毒物在機體重要部位出現，化學毒物在機體重要部位出現，而不與靶分子作用。而不與靶分子作用。較為復雜途徑：較為復雜途徑：毒物進入機體后，抵達靶部位，毒物進入機體后，抵達靶部位，與靶分子相互作用，引起損害。與靶分子相互作用，引起損害。最復雜途徑：最復雜途徑：a 毒物先

3、分布到靶部位；毒物先分布到靶部位；b 終毒物終毒物與靶分子相互作用，引起細胞和域結構的紊亂；與靶分子相互作用，引起細胞和域結構的紊亂；c 啟動分子、細胞或組織水平的修復機制，當毒啟動分子、細胞或組織水平的修復機制，當毒物所致紊亂超過修復能力，修復功能失調，毒物所致紊亂超過修復能力，修復功能失調，毒作用發生。作用發生。第二節第二節 毒物對毒物對生物膜生物膜的損害作用的損害作用一、生物膜概述一、生物膜概述 （一）生物膜的化學組成（一）生物膜的化學組成生物膜生物膜膜脂（膜脂（磷脂、少量的糖脂和膽固醇磷脂、少量的糖脂和膽固醇） 蛋白質蛋白質糖、金屬離子、水糖、金屬離子、水l 脂質雙層是所有生物膜的結構

4、基礎，而膜蛋白幾乎脂質雙層是所有生物膜的結構基礎，而膜蛋白幾乎負責生物膜的所有功能。負責生物膜的所有功能。（二）生物膜的結構特點（二）生物膜的結構特點l1 膜的運動性膜的運動性側向運動側向運動分子的擺動分子的擺動旋轉運動旋轉運動翻翻轉轉運運動動側向運動側向運動旋轉運動旋轉運動2 膜脂的相變與流動性膜脂的相變與流動性相變溫度相變溫度Tc脂脂質質凝固態凝固態液晶態液晶態（三）生物膜的（三）生物膜的“流動鑲嵌學說流動鑲嵌學說”1.脂質雙層是膜的基本結構，膜脂質分脂質雙層是膜的基本結構，膜脂質分子在不斷運動中；生理條件下，呈流子在不斷運動中；生理條件下，呈流動的液晶態；脂雙層結構既是屏障，動的液晶態；

5、脂雙層結構既是屏障，也是膜蛋白表現功能的舞臺。也是膜蛋白表現功能的舞臺。（三）生物膜的（三）生物膜的“流動鑲嵌學說流動鑲嵌學說”2.細胞膜上的蛋白質與膜脂分子之間存細胞膜上的蛋白質與膜脂分子之間存在相互作用，也處于運動之中；部分在相互作用，也處于運動之中；部分膜脂分子對于維持膜蛋白的構象和發膜脂分子對于維持膜蛋白的構象和發揮功能有直接的影響。揮功能有直接的影響。（三）生物膜的（三）生物膜的“流動鑲嵌學說流動鑲嵌學說”3.膜的脂質、膜蛋白和膜糖在脂雙層兩膜的脂質、膜蛋白和膜糖在脂雙層兩側的分布是不對稱的，膜上的糖基總側的分布是不對稱的，膜上的糖基總是暴露在細胞膜的外表面上。這種不是暴露在細胞膜的

6、外表面上。這種不對稱性表明了膜功能的復雜性。對稱性表明了膜功能的復雜性。（四）生物膜的三大基本功能（四）生物膜的三大基本功能u 能量轉換；能量轉換；u 物質運送；物質運送；u 信號跨膜轉導。信號跨膜轉導。二、毒物對生物膜的損害作用二、毒物對生物膜的損害作用（一）對生物膜（一）對生物膜組成成分組成成分的影響的影響l 化學毒物可引起細胞膜成分化學毒物可引起細胞膜成分含量、結構和性質含量、結構和性質的的改變。改變。l CCl4可引起大鼠肝細胞膜可引起大鼠肝細胞膜磷脂和膽固醇磷脂和膽固醇含量的含量的下降下降；l SiO2可與人紅細胞膜上的蛋白結合，使其結構可與人紅細胞膜上的蛋白結合，使其結構中的中的-

7、螺旋減少螺旋減少；l 有機磷農藥可抑制突觸小體及紅細胞膜上有機磷農藥可抑制突觸小體及紅細胞膜上乙酰乙酰膽堿酯酶的活性。膽堿酯酶的活性。（二）對膜（二）對膜生物物理性質生物物理性質的影響的影響膜生物物理性質：膜生物物理性質：通透性、流動性、膜電荷和膜通透性、流動性、膜電荷和膜電位等。電位等。 1. 對膜通透性的影響對膜通透性的影響l 許多化學毒物可通過與膜蛋白或膜脂相互作用，許多化學毒物可通過與膜蛋白或膜脂相互作用，改變膜的通透性來發揮毒作用。改變膜的通透性來發揮毒作用。l DDT可作用于可作用于神經軸索膜神經軸索膜，改變，改變Na+和和K+的通的通透性，從而產生一系列的神經中毒癥狀。透性，從而

8、產生一系列的神經中毒癥狀。l 纈氨霉素可使纈氨霉素可使線粒體膜線粒體膜對對K+的通透性增大，使的通透性增大，使氧化磷酸化解偶聯氧化磷酸化解偶聯，從而造成細胞損傷。，從而造成細胞損傷。氧化磷酸化作用：氧化磷酸化作用：當電子流過呼吸鏈時，質當電子流過呼吸鏈時，質子通過膜被泵出子通過膜被泵出高高 H+ 低低 H+ 線粒體線粒體外膜外膜線粒體線粒體內膜內膜膜間腔膜間腔線粒體基質線粒體基質H+Pi+ADPATP線粒體線粒體eATP酶復合體酶復合體 （二）對膜（二）對膜生物物理性質生物物理性質的影響的影響 2. 對膜流動性的影響對膜流動性的影響l流動性是生物膜的基本特征之一。現已發流動性是生物膜的基本特征

9、之一。現已發現不少化學毒物可以影響膜的流動性。現不少化學毒物可以影響膜的流動性。l例如，重金屬離子，如例如，重金屬離子，如Pb2+可引起膜流動可引起膜流動性下降；性下降；SiO2可引起巨噬細胞的膜脂流可引起巨噬細胞的膜脂流動性升高等。動性升高等。（二）對膜（二）對膜生物物理性質生物物理性質的影響的影響 3. 對膜電荷的影響對膜電荷的影響l膜表面糖脂、糖蛋白形成膜表面極性基團，膜表面糖脂、糖蛋白形成膜表面極性基團，組成膜表面電荷（如組成膜表面電荷（如-OH、-COOH、 -SO3H，以及，以及His、Arg、Lys、Asp、Glu中中的帶電基團）。的帶電基團）。l化學毒物對膜電荷性質和密度的改變

10、可能化學毒物對膜電荷性質和密度的改變可能會影響到細胞的功能。會影響到細胞的功能。 第二節第二節 毒物對毒物對細胞鈣穩態細胞鈣穩態的影響的影響一、一、Ca2+的第二信使作用與細胞鈣穩態的第二信使作用與細胞鈣穩態神經神經 神經遞質神經遞質體液體液 激素激素 質膜受體質膜受體 胞內中間物質介導胞內中間物質介導第一信使第一信使第二信使第二信使生理效應生理效應 細胞鈣穩態（細胞鈣穩態（calcium homeostasis）Ca2+ CaM酶酶Ca2+，Mg2+-ATP酶酶 肌肉收縮蛋白肌肉收縮蛋白 腺苷酸環化酶腺苷酸環化酶 磷酸酯酶磷酸酯酶 蛋白激酶蛋白激酶 離子通離子通道蛋白道蛋白Ca 2+=100

11、0M Ca 2+=0.1M 細胞細胞“細胞鈣穩態細胞鈣穩態”的的維持維持Ca 2+=1000MCa 2+=0.1M鈣泵鈣泵 Ca2+Ca2+鈣通道鈣通道蛋白質、核苷酸、酸性磷脂蛋白質、核苷酸、酸性磷脂內質網內質網線粒體線粒體細胞細胞二、毒物對細胞鈣穩態的影響及其危害二、毒物對細胞鈣穩態的影響及其危害l 現已發現多種化學毒物可引起細胞現已發現多種化學毒物可引起細胞內內Ca 2+濃度濃度不不可控制地升高，可控制地升高，從而導致細胞損傷或死亡。從而導致細胞損傷或死亡。l 細胞鈣穩態紊亂的主要危害：細胞鈣穩態紊亂的主要危害：可可抑制抑制線粒體內線粒體內ATP的合成的合成和使和使氧自由基氧自由基的生的生

12、成增加。成增加。可引起可引起微管的解聚微管的解聚，進而損傷細胞的正常形態。，進而損傷細胞的正常形態。可激活一系列可激活一系列水解酶水解酶，導致體內蛋白質、磷脂，導致體內蛋白質、磷脂和核酸等的水解。和核酸等的水解。細胞骨架結構：細胞骨架結構：細胞骨架細胞骨架細胞核骨架細胞核骨架細胞膜骨架細胞膜骨架細胞質骨架細胞質骨架細胞外基質細胞外基質微絲、微絲、微管微管、中、中間纖維間纖維細胞骨架細胞骨架(Cytoskeleton) 引自：丁明孝，等分子細胞生物學 引自：丁明孝，等分子細胞生物學 引自：丁明孝，等分子細胞生物學 鈣穩態紊亂的危害鈣穩態紊亂的危害水解損傷：水解損傷：許多膜蛋白是許多膜蛋白是Ca

13、2+激活的中性蛋白酶或鈣蛋激活的中性蛋白酶或鈣蛋白酶的靶分子。白酶的靶分子。鈣蛋白酶介導的肌動蛋白結合蛋白的水解可鈣蛋白酶介導的肌動蛋白結合蛋白的水解可引起引起質膜大皰質膜大皰形成；形成；Ca 2+對對磷脂酶磷脂酶的激活引起膜的破壞；的激活引起膜的破壞； Ca2+-Mg2+ 依賴的依賴的核酸內切酶核酸內切酶的激活引起染的激活引起染色質的斷裂；色質的斷裂； Ca 2+濃度升高可封閉濃度升高可封閉拓撲異構酶拓撲異構酶，使已斷，使已斷裂的裂的DNA無法重新連接。無法重新連接。第三節第三節 生物分子的氧化損傷生物分子的氧化損傷一、一、 自由基概述自由基概述1. 概念：概念：一般指含有一個或多個一般指含

14、有一個或多個未配對電未配對電子子的離子、原子或分子。的離子、原子或分子。2. 性質：性質：具有順磁性；化學反應性極具有順磁性；化學反應性極強；生物半減期極短。強；生物半減期極短。一、一、 自由基概述自由基概述3. 類型：類型：l 活性氧族（活性氧族（reactive oxygen species, ROS）：）： l A 氧自由基：氧自由基：O2- 、 OH ；LO、LOO；l B 含氧的非自由基衍生物含氧的非自由基衍生物：單線態氧（：單線態氧（1O2）、）、氫過氧化物、氫過氧化物、 次氯酸、過氧化物、內源性脂質和次氯酸、過氧化物、內源性脂質和外源化合物的環氧代謝產物。外源化合物的環氧代謝產物

15、。一、一、 自由基概述自由基概述 其他自由基：其他自由基：l碳碳中心自由基（中心自由基（ CCl3），），l硫硫中心自由基（烷硫自由基中心自由基（烷硫自由基R-S ），），l氮氮中心自由基（苯基二肼自由基中心自由基（苯基二肼自由基C6H5N=N ）；）；u此外，過渡金屬離子此外，過渡金屬離子Cu +/ Cu 2+、Fe 2+/ Fe 3+、Ti 3+ / Ti 4+可作為自由基反應的可作為自由基反應的催化劑催化劑，在自由基，在自由基的損傷作用中起重要作用。的損傷作用中起重要作用。二、氧化應激（二、氧化應激（Oxidative stress）l 自由基來源：自由基來源： 外源化學物代謝外源化學物

16、代謝產生；產生； 細胞正常生理過細胞正常生理過程產生。程產生。l 機體抗氧化系統機體抗氧化系統： 非酶類非酶類抗氧化系統抗氧化系統GSH、Vc、 VE、 VA、尿酸、尿酸、牛磺酸和次牛磺酸等；牛磺酸和次牛磺酸等； 酶類酶類抗氧化系統抗氧化系統超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化酶、谷胱甘肽谷胱甘肽過氧化酶、谷胱甘肽還原酶等。還原酶等。二、氧化應激（二、氧化應激（Oxidative stress）l氧化應激：氧化應激：機體機體促氧化促氧化與與抗氧化抗氧化之間之間的平衡失調，而傾向于前者，所導致的平衡失調，而傾向于前者，所導致的細胞損傷。的細胞損傷。l “目前多數

17、觀點認為外源因素誘導的目前多數觀點認為外源因素誘導的細胞細胞氧化應激氧化應激及隨后啟動信號通路在細胞損傷及隨后啟動信號通路在細胞損傷中發揮重要作用，同時認為氧化應激可同中發揮重要作用，同時認為氧化應激可同時激活多種信號轉導途徑和核轉錄因子，時激活多種信號轉導途徑和核轉錄因子，它們之間相互串話，形成了一個復雜而精它們之間相互串話，形成了一個復雜而精細的調控網絡，共同決定氧化損傷最終引細的調控網絡，共同決定氧化損傷最終引起何種生物學效應起何種生物學效應”。曹佳，鄭玉新，周宗燦，等曹佳，鄭玉新，周宗燦，等.毒理學研究進展和熱點毒理學研究進展和熱點，中國科學基金，中國科學基金， 2011年，年， 第第

18、03期期 （一）對（一）對脂質脂質的過氧化損傷的過氧化損傷l脂質過氧化損傷：脂質過氧化損傷：在在O2存在下，自由基或存在下，自由基或其活性衍生物引發脂質過氧化及其鏈式反其活性衍生物引發脂質過氧化及其鏈式反應。應。l生物膜是生物體內最易發生脂質過氧化的生物膜是生物體內最易發生脂質過氧化的場所。因為它具備脂質過氧化的兩個場所。因為它具備脂質過氧化的兩個必要必要條件條件：氧氣和：氧氣和PUFA （polyunsaturated fatty acid） 。膜脂質的結構：膜脂質的結構：lX= -OH 磷脂酸磷脂酸lX= -OCH2CH2N+(CH3)3 磷脂酰膽堿磷脂酰膽堿 lX= -OCH2CH2NH

19、3+ 磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺lX= -OCH2CHCOO 磷脂酰絲氨酸磷脂酰絲氨酸H3N+R1、R2：脂酰基的烴基，：脂酰基的烴基， R1多為飽和烴基，多為飽和烴基，R2常為不飽和烴基。常為不飽和烴基。 H2CO C -R1R2-C - OCHH2CO P - X甘油磷脂通式甘油磷脂通式OOHOO脂質過氧化反應過程：脂質過氧化反應過程：膜脂質（膜脂質（LH）脂質自由基（脂質自由基（L ）O2抽氫作用抽氫作用脂質過氧自由基（脂質過氧自由基（LOO）氫過氧化物氫過氧化物（LOOH）脂質氧自由基脂質氧自由基（LO）Fe3+Fe2+Fenton反應反應環過氧化物自由基環過氧化物自由基環環內內過氧化物

20、自由基過氧化物自由基丙二醛（丙二醛（MDA） + 短鏈的酮、羧酸或烴類短鏈的酮、羧酸或烴類HOH2O分子內雙鍵加成分子內雙鍵加成過氧化作用過氧化作用LHL單電子氧化還原：單電子氧化還原：l 凡是能發生凡是能發生單電子氧化還原單電子氧化還原的金屬離子（屬于過的金屬離子（屬于過渡金屬）都可與渡金屬）都可與H2O2反應，使其發生裂解，產生反應，使其發生裂解，產生自由基，例如自由基，例如Fenton反應：反應：l Fe2+ + H2O2 Fe3+ + OH + OHl 除除Fe2+外，可氧化為較高價態的過渡金屬還有銅、外，可氧化為較高價態的過渡金屬還有銅、鈷、鈦等離子。鈷、鈦等離子。LH+ L鏈啟動鏈

21、啟動鏈擴展鏈擴展脂質脂質（花生四烯酸）（花生四烯酸）過氧化的總過程過氧化的總過程 LHLOOH鏈終止鏈終止LOOLO2，水解或熱裂，水解或熱裂 其他產物其他產物環化作用環化作用環內過氧自由基環內過氧自由基脂質過氧化的其他損害：脂質過氧化的其他損害：l 脂質過氧化脂質過氧化中間產物中間產物L、 LOO 、 LO可作為可作為引發劑通過引發劑通過抽氫抽氫使蛋白質變成自由基，后者可以使蛋白質變成自由基，后者可以引起引起鏈式鏈式反應，導致蛋白質聚合，使蛋白質的運反應，導致蛋白質聚合，使蛋白質的運動和功能受到限制。動和功能受到限制。-CO-NH-C-CO-NH- -CO-NH-C- C-NH-CO-NH-

22、C - C -NH-CO-NH-C-CO-NH-R1R2R1R2自由基自由基蛋白蛋白A蛋白蛋白BHOOH交聯物交聯物脂質過氧化的其他損害：脂質過氧化的其他損害：l 終產物終產物丙二醛（丙二醛（MDA）可與蛋白質分子）可與蛋白質分子中的中的NH2作用導致多肽鏈的鏈內交聯或鏈間作用導致多肽鏈的鏈內交聯或鏈間交聯。交聯。l 此外，醛類產物也能與蛋白質中此外，醛類產物也能與蛋白質中Cys的的-SH反應，使蛋白質失去活性。反應，使蛋白質失去活性。丙二醛與蛋白質分子的交聯：丙二醛與蛋白質分子的交聯：鏈鏈內內交聯：交聯：CH2C - H C - HOOH2NH2NPCH - NHCH = NPCH鏈鏈間間交

23、聯：交聯：CH2C - H C - HOO2 P NH2CH NH P1CH = N P2CH丙二醛丙二醛 蛋白質蛋白質 交聯產物交聯產物 脂質的過氧化損傷脂質的過氧化損傷小結：小結： 直接結果直接結果是使膜是使膜PUFA減少，膜脂流動性減少，膜脂流動性降低和膜骨架損傷；降低和膜骨架損傷； 過氧化中間產物和終產物引起的膜蛋白共過氧化中間產物和終產物引起的膜蛋白共價交聯與聚合，影響膜蛋白的構象及其運價交聯與聚合，影響膜蛋白的構象及其運動性，必然導致膜功能的異常。動性，必然導致膜功能的異常。（二）對（二）對蛋白質蛋白質的氧化損傷的氧化損傷l對蛋白質的氧化損傷，主要是自由基對氨對蛋白質的氧化損傷，主

24、要是自由基對氨基酸的作用。基酸的作用。l例如，所有氨基酸殘基均可被例如，所有氨基酸殘基均可被 OH損傷，損傷，其中以含硫氨基酸和芳香氨基酸最為敏感。其中以含硫氨基酸和芳香氨基酸最為敏感。（二）對（二）對蛋白質蛋白質的氧化損傷的氧化損傷l1. 含硫含硫氨基酸的損傷氨基酸的損傷l OH可使甲硫氨酸氧化為甲硫氨酸可使甲硫氨酸氧化為甲硫氨酸亞砜亞砜；使半胱氨酸；使半胱氨酸（Cys）氧化成）氧化成Cy-S-S-Cy、Cy-SOH及及Cy-SO2H。- NH3+CH3SCH2CH - COOCH2甲硫氨酸甲硫氨酸CH3SCH2CH - - NH R2R1-C=OCH2含甲硫氨酸的蛋白質含甲硫氨酸的蛋白質O

25、HO含甲硫氨酸含甲硫氨酸亞砜亞砜的蛋白質的蛋白質CH3SCH2CH - - NH R2CH2R1-C=O聚合聚合（二）對（二）對蛋白質蛋白質的氧化損傷的氧化損傷l2. 芳香族與雜環芳香族與雜環氨基酸殘基的損傷氨基酸殘基的損傷 如色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸與組氨酸。如色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸與組氨酸。經經活性氧活性氧作用：作用：Trp的氧化產物為的氧化產物為2-、4-、5-、6-或或7-羥基色氨酸，甲酰基羥基色氨酸，甲酰基犬尿氨酸，犬尿氨酸，3-羥基犬尿氨酸或硝基色氨酸。羥基犬尿氨酸或硝基色氨酸。Tyr轉變為轉變為3-、4-二羥基苯丙氨酸，二酪氨酸交聯產物或二羥基苯丙氨酸，二酪氨酸交聯產物或3-硝

26、基酪氨酸。硝基酪氨酸。Phe轉變為轉變為2-、3-或或4-羧基苯丙氨酸，羧基苯丙氨酸，2-、3-二羥基苯丙氨二羥基苯丙氨酸。酸。His轉變為轉變為2-氧組氨酸。氧組氨酸。（二）對（二）對蛋白質蛋白質的氧化損傷的氧化損傷l3. 脂肪族脂肪族氨基酸殘基的損傷氨基酸殘基的損傷 l 如，如，Asp、Glu、Pro、Lys、Arg、Leu、Val與與Thr。l 可能的可能的損傷機制損傷機制：在：在-C原子上除去一個氫原子，原子上除去一個氫原子，形成形成C中心自由基；其上再加中心自由基；其上再加O2，生成過氧基衍，生成過氧基衍生物；后者分解成生物；后者分解成NH3和和-酮酸，或是酮酸，或是NH3、CO2與

27、醛類或羧酸，從而破壞相應氨基酸的結構。與醛類或羧酸，從而破壞相應氨基酸的結構。（二）對（二）對蛋白質蛋白質的氧化損傷的氧化損傷l4. 肽的折斷肽的折斷- NH CH CONH CH CONH CH - CR3R1R2- NH CH CONH C CONH CH - CR3R1R2OHH2OO2過氧化物過氧化物肽的折斷肽的折斷（二）對（二）對蛋白質蛋白質的氧化損傷的氧化損傷l5. 蛋白質蛋白質-蛋白質的交聯蛋白質的交聯l蛋白質之間的交聯將形成分子量更大的蛋白質之間的交聯將形成分子量更大的“分子分子”，進而限制蛋白質的運動性及其，進而限制蛋白質的運動性及其功能。功能。（三）對（三）對DNA的氧化損

28、傷的氧化損傷l1 堿基的損傷堿基的損傷CCNHNCHHCNNNH2C腺嘌呤腺嘌呤CCNHNCHH2N-CHNNOC鳥嘌呤鳥嘌呤1. 對對堿基堿基的損傷的損傷CCHCNNHC嘧啶嘧啶CCNHNC-OHH2N-CHNNOC8-羥基羥基鳥嘌呤鳥嘌呤2. 對對脫氧核糖脫氧核糖的損傷的損傷l脫氧核糖中的每一個脫氧核糖中的每一個C原子和原子和-OH上的上的氫氫都都能與能與 OH反應；在反應；在C位置上位置上抽氫、加氧抽氫、加氧，而，而破壞戊糖的結構。破壞戊糖的結構。3. 對對DNA鏈鏈的損傷的損傷HCCHHOH2CCCOHOHHOHH脫氧脫氧核糖核糖3. 對對DNA鏈鏈的損傷的損傷lDNA鏈斷裂的后果：鏈

29、斷裂的后果：l可能會造成部分堿基的缺失；可能會造成部分堿基的缺失；l修復的修復的DNA可能存在堿基的錯誤摻入和可能存在堿基的錯誤摻入和錯誤編碼；錯誤編碼；l也可能引起也可能引起原癌基因原癌基因的活化或的活化或抑癌基因抑癌基因的失活等，從而導致細胞的突變或癌變。的失活等，從而導致細胞的突變或癌變。（四）對（四）對多糖多糖的氧化損傷的氧化損傷lROS中活性很強的自由基如中活性很強的自由基如OH可無選擇可無選擇地攻擊糖類，地攻擊糖類，抽提氫抽提氫，使其變為，使其變為碳中心自碳中心自由基由基，后者，后者與與O2結合結合成為過氧化物，然后成為過氧化物，然后裂解。裂解。第四節第四節 化學毒物與生物大分子的

30、化學毒物與生物大分子的共價結合共價結合一、概述一、概述l概念：概念：共價結合是指化學毒物或其活性代謝共價結合是指化學毒物或其活性代謝 產物與機體內一些重要的產物與機體內一些重要的生物大分子生物大分子如核如核 酸、蛋白質等發生酸、蛋白質等發生共價共價結合，從而改變這些結合，從而改變這些生物大分子結構或功能的過程。生物大分子結構或功能的過程。 一、概述一、概述l 方式：方式：一般為一般為親電子劑親電子劑與大分子的親核基團作用，與大分子的親核基團作用，同過同過共價鍵共價鍵形成穩定的復合物形成穩定的復合物 加合物，使外加合物，使外源化學物或其代謝產物進入大分子內而成為其中源化學物或其代謝產物進入大分子

31、內而成為其中的組成成分，一般用生化或化學手段處理不能使的組成成分，一般用生化或化學手段處理不能使其解離。其解離。l 特點：特點：永久性、不可逆地改變永久性、不可逆地改變內源性物質內源性物質的結構。的結構。二、與蛋白質的共價結合二、與蛋白質的共價結合l蛋白質分子中可與外源化學物蛋白質分子中可與外源化學物共價結共價結合合的功能基團：的功能基團：l氨基和羧基；氨基和羧基；Ser和和Thr的羥基；的羥基；Cys的巰基；的巰基；Arg的胍基；的胍基；His的咪唑基；的咪唑基；Tyr的酚羥基；的酚羥基；Trp的吲哚基。的吲哚基。1. 與白蛋白的共價結合與白蛋白的共價結合l白蛋白是血液和組織間質中的主要蛋白

32、質，白蛋白是血液和組織間質中的主要蛋白質，也是血液中重要的運輸載體。也是血液中重要的運輸載體。l血清血清白蛋白白蛋白由肝細胞合成，而肝臟正是外源由肝細胞合成，而肝臟正是外源化學物活化代謝的主要場所，因而白蛋白更化學物活化代謝的主要場所，因而白蛋白更易受到由肝細胞活化形成的易受到由肝細胞活化形成的親電子劑親電子劑的攻擊。的攻擊。2. 與血紅蛋白的共價結合與血紅蛋白的共價結合l外源化學物進入血液后，先與紅細胞外源化學物進入血液后，先與紅細胞膜膜結結合，繼而進入細胞與血紅蛋白合，繼而進入細胞與血紅蛋白共價共價結合。結合。l血紅蛋白中參與結合的基團主要有氨基、血紅蛋白中參與結合的基團主要有氨基、巰基和

33、芳香胺基團。巰基和芳香胺基團。l應用：應用：血紅蛋白加合物血紅蛋白加合物可用于人群接觸外可用于人群接觸外源化學物的監測，具有樣品容易獲得，壽源化學物的監測，具有樣品容易獲得，壽命長的優點，方便檢測。命長的優點，方便檢測。3. 與與組織細胞組織細胞蛋白質的共價結合蛋白質的共價結合l與與膜蛋白膜蛋白或或胞漿蛋白胞漿蛋白共價結合，將影響到共價結合，將影響到細胞的正常代謝或信號傳遞過程；細胞的正常代謝或信號傳遞過程；l而與而與核蛋白核蛋白的共價結合將對細胞生長、增的共價結合將對細胞生長、增殖和分化等的調控產生影響。殖和分化等的調控產生影響。 核蛋白核蛋白（nuclear protein）是指在細胞質內

34、合成，然后運輸到）是指在細胞質內合成，然后運輸到核內起作用的一類蛋白質。核內起作用的一類蛋白質。三、與核酸的共價結合三、與核酸的共價結合l 毒物類型：毒物類型：親電性親電性代謝產物為主，親核性代謝產代謝產物為主，親核性代謝產物和自由基也可。物和自由基也可。l 結合部位：結合部位：堿基、核糖或脫氧核糖、磷酸均可，堿基、核糖或脫氧核糖、磷酸均可，但以但以堿基損傷的毒理學意義最大堿基損傷的毒理學意義最大。l 結合后果：結合后果：細胞突變、癌變及其他一些細胞損傷。細胞突變、癌變及其他一些細胞損傷。l 應用：應用：一般，一般，DNA加合物加合物一旦形成，致癌過程即一旦形成，致癌過程即已啟動。因此，已啟動

35、。因此，DNA加合物是一類重要的加合物是一類重要的生物標生物標志物志物，可用于化學物致癌的早期檢測。，可用于化學物致癌的早期檢測。 四、共價結合的毒理學意義：四、共價結合的毒理學意義：l 加合物是一類重要的生物標志物，可用加合物是一類重要的生物標志物，可用于反映機體對毒物的接觸、損傷程度；于反映機體對毒物的接觸、損傷程度；l 有助于毒性損傷的早期診斷和防治；有助于毒性損傷的早期診斷和防治；l 可用于解釋某些化學毒物的中毒作用機可用于解釋某些化學毒物的中毒作用機制。制。第五章第五章 影響毒性作用的因影響毒性作用的因素素第一節第一節 毒物因素毒物因素l一、化學結構一、化學結構l 1. 同系物的碳原

36、子數同系物的碳原子數l 脂肪烴類的毒性主要為麻醉作用。一般隨碳原子脂肪烴類的毒性主要為麻醉作用。一般隨碳原子數增多，毒性增強；但達到數增多，毒性增強；但達到9個碳原子以后，碳原個碳原子以后，碳原子數增多，毒性作用反而減弱。子數增多，毒性作用反而減弱。l 2. 飽和度飽和度l 碳原子數相同時，不飽和鍵增加，毒性增強。碳原子數相同時，不飽和鍵增加，毒性增強。一、化學結構一、化學結構l3. 構型構型l 碳原子數相同，一般，毒性：直鏈碳原子數相同，一般，毒性：直鏈支鏈，成環支鏈，成環開環。開環。l 多取代基多取代基：分子對稱的分子對稱的不對稱的；如，帶兩個不對稱的；如，帶兩個取代基的苯環化合物的毒性：

37、對位取代基的苯環化合物的毒性：對位鄰位鄰位間位。間位。l 立體構型立體構型：一般，受體或酶只能與一種旋光異構一般，受體或酶只能與一種旋光異構體結合而產生生物效應，故同一化學物的不同旋體結合而產生生物效應，故同一化學物的不同旋光異構體的毒性不同。一般光異構體的毒性不同。一般L型有生物活性，型有生物活性，D型型則反之。則反之。同分異構體的毒性差異：同分異構體的毒性差異：l 有機氯農藥有機氯農藥六六六六六六，有，有7 種同分異構體，種同分異構體，常用的有常用的有、和和等。等。 、-六六六六六六急性急性毒性強；毒性強； -六六六六六六慢性慢性毒性大；毒性大； 、-六六六對中樞神經系統有很強的六六六對中

38、樞神經系統有很強的興奮興奮作用；作用； 、-六六六則對中樞神經系統有六六六則對中樞神經系統有抑制抑制作用。作用。一、化學結構一、化學結構l4. 4. 烴基取代烴基取代l 非烴類物質中引入烴基，脂溶性增高，易于透過非烴類物質中引入烴基，脂溶性增高，易于透過生物膜，毒性將增強。生物膜，毒性將增強。l 此外，烴基也能增加毒物的此外，烴基也能增加毒物的空間位阻空間位阻，而影響其，而影響其毒性。如，乙酰膽堿在體內易被水解，作用時間毒性。如，乙酰膽堿在體內易被水解，作用時間較短；但乙酰較短；但乙酰甲基甲基膽堿水解緩慢，作用也較持久。膽堿水解緩慢，作用也較持久。一、化學結構一、化學結構l5. 鹵素取代鹵素取

39、代l 鹵素具有強吸電子能力，結構中引入鹵素，鹵素具有強吸電子能力，結構中引入鹵素， 化學化學物極性將增強，更易與酶結合，使毒性增高。物極性將增強，更易與酶結合，使毒性增高。l 例如，肝毒性：例如，肝毒性：CCl4CHCl3CH2Cl2CH3ClCH4。一、化學結構一、化學結構l6. 羥基羥基l芳香族化合物芳香族化合物引入羥基，極性增強，毒性引入羥基，極性增強，毒性增加。如，苯增加。如，苯苯酚。多羥基芳香族化合苯酚。多羥基芳香族化合物毒性更高。物毒性更高。l脂肪烴脂肪烴引入羥基后，麻醉作用增強，并可引入羥基后，麻醉作用增強，并可損傷肝臟。損傷肝臟。一、化學結構一、化學結構l7. 巰基巰基l-SH

40、的極性弱于的極性弱于-OH，因此硫醇的脂溶性較，因此硫醇的脂溶性較高，更易滲入組織；可干擾蛋白質中半胱高，更易滲入組織；可干擾蛋白質中半胱氨酸和氨酸和胱氨酸胱氨酸之間的氧化還原作用的平衡。之間的氧化還原作用的平衡。l故故-SH引入化合物其毒性增強。引入化合物其毒性增強。一、化學結構一、化學結構l8. 酸基與酯基酸基與酯基l酸基（如酸基（如-COOH、-SO3H）引入分子，電）引入分子，電離度和水溶性增高，脂溶性降低，難以吸離度和水溶性增高，脂溶性降低，難以吸收，毒性降低。收，毒性降低。l酸基酸基酯化酯化后，脂溶性將增高，毒性增大。后，脂溶性將增高，毒性增大。l9. 氨基氨基l胺具有堿性，易與核

41、酸、蛋白質的酸性基胺具有堿性，易與核酸、蛋白質的酸性基團反應團反應 。-NH2引入，毒性將增強。引入，毒性將增強。二、物理性質二、物理性質l1. 溶解性溶解性l脂溶性高的化學物易通過脂質雙分子層，脂溶性高的化學物易通過脂質雙分子層，易在脂肪組織中蓄積，易侵犯神經系統。易在脂肪組織中蓄積，易侵犯神經系統。但是，脂溶性但是，脂溶性極高極高的化學物不利于經體液的化學物不利于經體液轉運。轉運。l水溶性高的化合物不易通過生物膜而吸收，水溶性高的化合物不易通過生物膜而吸收，較易隨尿排出體外。較易隨尿排出體外。二、物理性質二、物理性質l2. 揮發性揮發性l常溫下揮發性大的常溫下揮發性大的液態液態化學物易形成

42、較大化學物易形成較大的蒸氣壓，易于經呼吸道吸入。的蒸氣壓，易于經呼吸道吸入。l拌飼染毒時應注意，揮發性的化學物加入拌飼染毒時應注意，揮發性的化學物加入飼料后可因揮發而減少接觸劑量。飼料后可因揮發而減少接觸劑量。二、物理性質二、物理性質l3. 分散度分散度l物質顆粒越小，分散度越大。物質顆粒越小，分散度越大。l經口攝入的固態化學物質，其分散度可影經口攝入的固態化學物質，其分散度可影響經消化道的吸收率，進而影響其毒性。響經消化道的吸收率，進而影響其毒性。三、化學物的穩定性和不純物三、化學物的穩定性和不純物l毒物在使用情況下的毒物在使用情況下的“不穩定性不穩定性”可影響可影響其毒性。其毒性。l當待評

43、價化學物不是純品時，須注意其當待評價化學物不是純品時，須注意其雜雜質質的性質。的性質。四、毒物進入機體的途徑四、毒物進入機體的途徑l1. 接觸途徑接觸途徑l同一種化學物經不同途徑進入機體時，其同一種化學物經不同途徑進入機體時，其毒性表現可能有所不同。不僅是毒性表現毒性表現可能有所不同。不僅是毒性表現的的快慢快慢不同，而且不同，而且性質性質上也可能有所區別。上也可能有所區別。四、毒物進入機體的途徑四、毒物進入機體的途徑l2. 溶劑和助溶劑溶劑和助溶劑l 溶劑：溶劑：水（蒸餾水）、生理鹽水、植物油（玉米水（蒸餾水）、生理鹽水、植物油（玉米油、葵花籽油、橄欖油）、二甲基亞砜油、葵花籽油、橄欖油）、二甲基亞砜（DMSO）。）。l 助溶劑：助溶劑：吐溫吐溫-80