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1、多环芳烃的化学结构与致癌性乔世俊甘肃省环境保护研究所癌症是细胞由于某种机制失去生长调、节功能,不停地无 限增殖,直币个体死亡的生物现象。造成癌变,起着“诱发”作用的致癌物种类甚多包括放射线、紫多线等物理因素,各种环境 中的化学物质和类似病毒的生物 物质总数在“种以,其中化学物质是主要 的病原因素。有人认 为,人类的癌症是化学物质引起的,放射线、病毒引起的各占。年、观察了伦敦扫烟囱工人阴囊癌,指出这是烟 囱中烟灰长期积沉在阴囊皱璧中的结果。虽第一次把癌症与环境 中的致癌物联系 起来,但还没 有认识到烟灰 中化学成分的作用。年等,用煤焦油每周涂抹兔耳内侧一次,连续数月,终于成功地诱发了皮肤癌。这是
2、人类第一次人为地制造癌 的模型,为深入研究和探索癌症的秘密提供了一个非常重要的手段。年至年间,。二 二和。等人发现 了第一个完全是人工合成 的致癌性 多 环芳烃二苯并,蕙。这 是化学致癌研 究的最大 突破之一。年,等人又从 沥青分离出另一个具有更强 烈致癌性多环芳烃一,一苯并龙,使研究多环芳烃出现 了高潮。吸引 许多化学工作者对致 癌机制关心 的升化学致滚利的结 构与致癌活性 之 间的密切关系。并自。年以来从 化 学结构、吸收、萤光、磷光、红外、光 谱、半波省环保 所所长吴仁铭工程师片 本丈进行修改,特 沈致谢。还原电位、化学反应性等,研究了分子具有的性质和致癌作用的关系,但始终 没有发现决定
3、致癌作用的关键所在。于是人们提出有关致癌剂结构 中电子分布和致癌机制的各种假说。一、多环芳经 的 电子密度年首先提出分于内的 电 子分布与致癌关系设想。认为癌变是细胞受到某些外来原因的催化处于某种激发状态。用波动力学方法计算了一些致癌性和非致癌性多环芳烃的中葱位及中菲位的二电子密度。发现致癌性 多环化合物在中菲位的 电子密度大于每平方埃个 电子。因此提出中菲位 电子密度高的多环芳烃可以在酮一烯醇互变异构过程中起一种催化作用见图一。这样就导致了细胞内蛋 白分子的不可逆改变。洲炭、 异匀一“一汉一目一洲 丫饰。 笼沁 尹一、倪卜一长一口一一性一图一酮一烯醇互变异构过程不久发现,多环芳灶 的相对致癌
4、色无法用这 种粗糙的计算方法来解决,但上述 电子密度概念被当时多数学者所接受。二、一区理论四十年代,等人在的工作荃础上提 出了著名的一区理论,对多环芳烃的电子分布进行了量子力学研究,发现大多数多环芳烃都包含有两个区,并与它 们的化学特性有密 切关系一个相当于菲的、一键即中非键另一个相 当于墓的、一碳,即中葱位。前者称为区,后者称为区。见图二剧妓岌田主找在司次又区图二多环芳灶 的一仿、一区、区及区是多芳经参与化学 反应的主妥反应中心。时等在比较丁大址 的 多环芳烃 的 电子分布与致癌活性 的关系后,得出如 下结论”区是发生致癌反应 的关键区域,而区对致癌反应起拮抗作用致癌反应的本质是致癌剂和生物
5、体中各种亲电子活性中心发生加成反应,此时 电子的流向是致癌剂生物体成 分。根据法计算了个未取代多环芳烃母体邻位定域能、对位定域能、碳定域能,发现下列规则区的复合定域能 小于日,妞的复合定域能大于日,是多环芳烃致癌的必要条件。但继后 的实验表明,区理论 的许多预言与实验事实不符。不过,区理论将量子力学应用于结构与致癌性关系的开创性工作是奠基性尝 试。三、主砚致盆团理论年福井、永田等提出了主 副致癌团”理论。他们取分子内相邻 的两个前沿电几密度 之和最大的位置作为主致癌团即区,分子内前沿 电子密度最大的位置作为副致癌团即区更广义的中区,如图三所示。他 们 用法计算了个母体多环芳烃的 前 沿电子密度
6、并分为、三 群。八群 是主致癌团、副致癌团都有而污主户碗图三多环芳烃 的主致癌团、副致 癌团团的前洽电子密 度很大的化合物,几乎都有致癌作用。群是只具有主致癌团而无副致癌团的化合物,这些化合物即使前沿电子密 度很大,致癌作 用却很弱或根本没有致癌作旧。群是只具 汀副致癌团、或虽有两 个致癌团,但由于它们位置 的前沿电子密度很小而 无致癌作用。因此得出结论致癌反应中主致癌团和副致癌团两位置相接近是必要的,两者是互补的致癌反应是致癌剂和生物体成分 中某种亲核活性 中心 的 反应,电子 的流 向是从生物 体,致癌剂。副致癌团的概念并未对区理论有根本的改善。而 后在一定时期他们认为致癌的关键部位是中区
7、,则与近代生 物代谢实验矛盾。因此,并没有产生重大影响。四、清区理论七十年代以来,致癌剂尤其是多环芳烃生物代谢实验资料的大量积累,人们认识到角环 的环氧化物是与生物大分子共价结 合的重要中间体。因此,又提出 了“湾区”理论二”。其主要论点是湾区的角环在代谢活化过程中,对致癌反应起着关键性作用,其最终致癌形式为湾区环氧化物湾区正碳高子稳定性越高,致癌性就越强。及等用法计算了个多环芳烃湾区正离子 的离域能,与实验致癌标度尚属平行。但更多的计算发现有多个湾区的化合 物没有致癌性,而若干没有湾区的化合物则有程度不同的致癌性。五、双区理论年,找国戴乾圆提出 了双官能亲 电理论,即“双区”理论。其一卜要论
8、点是多环芳烃致癌 的必要结构是存在着两个且仅需两个活性区域,即致癌剂在代谢过程中将产生两个亲电子活性中心发展的“脱毒区”概 念。认识到脱毒与活化是两个相关而又相互矛盾的过程。戴乾圆称为代 谢模型在化学致癌机理上更强调致癌与致突变机理的相关性。认为致癌 的关键过 程 是要求股间互补碱对的横向交联以及致癌的机理是的双股 互补移码变异提出了以多环芳烃的离域能作为参 数 的致癌性的定量公式,即二孟一么三式中第一 项 为活化项,第二项为脱毒项,为最高 离城能角环的离域能位,为次高禹城能角环的离域能值,为脱毒区总数,即区、等价区及未参 与活化 的角坏总级。提出了在环芳烃致癌 问题上,应该考虑距离因素和传输
9、因素,指 出亲 电的双官能团的距离以人为致癌最优 距 离,最近又提 出最优距离近于一。入,而大于六个苯边单位 的“双区”都无活性认为致癌的主要反应 为生物大分子的负性 中心上发生的亲 电反应,有效步骤是双官能亲电过程,但并不 完全排除 自由基反应或协 同过程的可能性,要看这 类反应能否 促进双官能横向交联,虽然 忽略构型 异构体间可能差别 的近似,但强调 了多环芳烃代谢过程中酶的活性 中心空间要求 的 重要性。戴乾圆用法计算了个 多环芳烃,其符合率达,同时还预言 了个未作过生物实验的多 环芳烃。以上 是有关多 环芳烃电子分布的五种具有 代表性 的 假说。当然也有人基于一些实验结果,提 出了多环
10、芳烃 决代基及取泛隽性质与致癌性、多环芳烃分子平面构型及位阻现象与致癌性、多环芳烃分子 的某些对称性与致癌性 的相关关系。等等。但是,到目前 为止还没有 得到能概括所有实验结果 的结构与致癌性 的关系式而得到的关 系式一 般都是有限的几种化合物可以适合。多环芳烃 的结构与致癌性之间的精确关系尚未弄清,可能有两方面原因尽管确信分子结构与致癌性之间存在着某种 内在联系,但这种联系要受 到多种因素的影响。如在体液中的溶解度,弥散性,在脂一水相 中的分配系数,在体 内酶的作用下被话化和灭活的相对速率等。多环芳烃的致癌性试验 动物的种类、年 令、性 别,导入途径、作用部位的影响。同时还可能受试验动物所接
11、受的致癌剂剂量,以及足以引起致癌时间的影响。已提出的一各种 假说,或只反映了事物的某些方面,而要全面、正确地弄清化学结构与致癌性之间的关系,还需 要医学、细 胞学、遗传学、生物化学及化学、物理学、数学等各学科厂作者的协同作 战,共同努力。主要参 考文 献程元恺著,“致癌性 多环芳烃”,人民卫生 出版社出版,呈认一,永田亲义著,“量子生物学入门”东京大学出版会 出版,了,、一,人、,了卜,飞,。一主。,二,一,几,、,巨,下转书页少一口一小一一华一一,秋,一用,电解 时间分钟电 流倍 率 一。一一 一一图榕出峰及峰电位。消化,、士至管壁有 白 色结晶析出为,令却,月 浓一中和剩 余 高汉酸。二、
12、测定川精密酸度计调二。一的盐酸溶 液,加此酸溶液毫升于冷却后的中性血清样品中,将此样品溶液经琉蒸棉富集钢,流出液加,酷酸按 及。酒石 酸按,调二,再经另一琉 纂棉特富集,再犷淋 洗。,将淋没液蒸发近干。最后在毫升所选最佳支持电解质休系中按上述实验方法测定了角溶,爷,万度,标 准 加入法计算每毫升血清 样品中锌 含母。,萝个一趁表人体血 清中滚,锌 的分析 结果血清样号人体 血清中痕锌 量口平均 值标准偏差刃士。变 异 系 数 擎,。,拜自以上结果均扣除空白俏衰目收实验血清样 按号毫升血清 加入锌量回收 锌 含锌一目收率,以上结果均 扣除空白值今考文欲,、,。、,李宗沂等,生物 化学 与 生 物物 理 学报,第卷,第期,。刘建业,卫生防疫专辑内部参考第四期,了上接第页,戴乾圆,中国科学,戴乾圆,环境化学,
