遗传毒物的生物转运与转化

《遗传毒物的生物转运与转化》由会员分享，可在线阅读，更多相关《遗传毒物的生物转运与转化（46页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、遗传毒物的生物转运与转化 遗传毒理学(genetic toxicology)研究环境因素对机体遗传物质和遗传过程 的作用,阐明遗传毒性对机体健康后果及作 用机制,为防止环境因素对遗传物质损伤、 增加生物遗传负荷，保护生态平衡和人体 健康提供科学依据的一门科学。 遗传毒物致突变物对生物体起始作用点是遗传物质. 也称为遗传毒物遗传毒性 遗传毒物引起生物细胞基因组分子结构特 异改变的有害效应.影响毒物毒性作用的因素毒物固有毒性及接触量；毒物或其代谢产物在靶器官内的浓度及持续 时间、毒物在体内的处置过程（吸收速率， 分布，代谢，快速消除）有关。 生物转运：毒物在体内的吸收，分布和排泄过程均是反 复通过

2、生物膜的过程生物转运。毒物通过生物膜的方式；毒物的吸收；毒物在体内的分布与贮存；毒物的排泄；毒物通过生物膜的方式 生生 物物 膜膜组成磷脂 糖 蛋白质：受体/载体/酶/离子通道等功能：隔离/生化反应和生命活动的场所/内外环境 物质交换的屏障生物膜结构一、被动转运 1.简单扩散 影响因素：1.生物膜两侧毒物的浓度梯度； 2.脂水分配系数； 3.毒物的解离度和体液的pH值；4.毒物与膜两侧蛋白质亲和力。pH，弱酸类毒物解离，脂溶性增高，易通过生物膜。 pH，弱碱类毒物解离，脂溶性增高，易通过生物膜。 膜孔滤过作用：毒物通过生物膜上的亲水 孔道过程。（嵌入脂质的蛋白质的亲水性a.a构成） 意义：水和

3、一些溶于水而不溶于脂质的物质，可 以通过完成生物转运过程。转运物质：分子直径膜孔的化学物影响因素：毒物分子量的大小一般孔0.4nm；M100-200的化合物可通过。肾小球和肾 毛细血管内皮膜孔大 ,可允许M5000以下分子通过。二、特殊转运 某些非脂溶性的、分子量较大的化学物通过特 殊转运机制通过生物膜。主动转运 易化扩散 膜动转运 1.主动转运 逆浓度梯度，耗能；载体介导；载体有一定容量；化合物达到一定浓度时，载体饱和，转运达到极限；载体选择性；对化学结构有专一性竞争性抑制。特点：意义：对毒物在体内不均匀分布和排泄有重要意义。 （ie.肝脏有排泄铅、锰、砷的主动转运系统。） 易化扩散：利用载

4、体由生物膜高浓度一侧 向低浓度侧转移。（ie.葡萄糖） 从高浓度处向低浓度处转运，不消耗能量；需要载体；有一定的主动性和选择性。特点： 膜动转运-吞噬与吞饮 膜动转运-吞噬与吞饮 遗传毒物的吸收 吸收：毒物经各种途径透过机体生物膜进 入血循环的过程。消化道呼吸道 皮肤毒理试验（腹腔/皮下/肌肉/静脉注射） 毒物吸收途径： 一、经胃肠道吸收 影响吸收的因素：毒物的脂溶性和pKa、胃肠液PH值、胃肠道内容 物量及胃肠蠕动和排空时间、消化酶和肠道菌群 胃肠道吸收特点：胃：弱有机酸类物质易吸收；小肠：吸收面积大300m2，主要吸收部位扩散吸收为主。弱有机碱类物质易吸收。 滤过吸收M100-200的小分

5、子毒物；（氟尿嘧啶） 吞噬和胞饮：肠上皮细胞（偶氮染料颗粒）。二、经呼吸道吸收 毒物存在形式 有毒气体，毒物蒸汽； 悬浮于空气中的颗粒；吸收特点 毒物直接进入血循环； 吸收速度快；1.气体和蒸汽的吸收及影响因素 主要在肺以简单扩散方式吸收（水溶性好或与细胞 表面起反应的气体可滞留鼻部，致鼻咽癌）影响因素：分压差和血/气分配系数：越大，吸收速度快；溶解度和相对分子量：肺通气量和血流量：脂溶性物质：取决于脂/水分配系数； 非脂溶性物质：取决于分子量大小； 脂溶性高：通气量，吸收；（氯仿） 脂溶性低：血流量，吸收；（乙烯） 2.颗粒物质的吸收及影响因素 主要受颗粒大小的影响。进入呼吸道颗粒物的归宿：

6、直径5m，上呼吸道、气管和支气管；直径1-5m，呼吸道深部或肺泡；直径1m，肺泡内沉积。沉积在肺泡内的颗粒物的归宿：吸收入血；随粘液咳出；吞噬进入淋巴系统；长期存留肺泡灰尘病灶/结节。三、经皮肤吸收 穿透阶段：毒物分子量、脂溶性及角质层厚度；吸收阶段：亲水性毒物易吸收；皮肤温度、湿度、损伤以及血流速度和出汗；动物种类；1.吸收过程 穿透阶段吸收阶段 2.影响因素：四、其他吸收途径 遗传毒物的分布与贮存 分布：毒物吸收入血/淋巴循环，分布全身组织器 官的过程。毒物在体内分布不均匀。影响分布的因素： 组织器官的血流量（初始分布） 毒物与器官的亲和力（再分布:靶器官或储存库） 体内屏障结构。胎盘：营

7、养物质主动转运；毒物简单扩散一、分部 进入血液的毒物大部分与血浆蛋白或机体各组织成 分结合。对积聚部位产生危害靶组织/靶器官；对积聚部位不显示毒害贮存库。一、贮存 1.体内主要的贮存部位： 血浆蛋白：1.白蛋白。 2.毒物与血浆蛋白可逆性结合， 血浆游离毒物有动态平衡；3.毒物与血浆蛋白竞争结合，结 合力强的毒物取代被结合毒物，显示毒性。 肝和肾：含特殊结合蛋白（金属硫蛋白），毒物亲和力高 脂肪组织：脂溶性毒物（DDT、多氯联苯、氯丹） 骨组织：骨组织某些成分对毒物有特殊亲和力（氟化物、铅 、锶）对急性中毒有保护作用，减少靶器官中毒物量； 当血浆游离毒物排除后，贮存的毒物释放入血， 具有潜在危

8、害。2.贮存的毒理学意义： 遗传毒物的排出 排泄：毒物及其代谢产物向机体外转运。包括经肾随 尿排出、经肝脏排出、经呼吸道排出、其他途径 。 二、排泄的途径： 1.随尿排出 肾小球被动滤过:(60KD,一部分重吸收，一部分排出 ) 肾小管分泌（血液中毒物通过肾小管上皮细胞）有机阳离子转运系有机阴离子转运系 肾小管重吸收:2.随粪便排出 与未吸收食物混合； 随胆汁排出；一部分随粪便一部分入肝肠循环（脂溶性毒物经小肠重吸收门V回肝）肝肠循环延长毒物的体内停留时间,毒性 3.随呼吸排出（毒性气体/挥发性液体） 4.其他排泄途径（ 乳汁、汗液、唾液、毛发、指甲） 乳汁：有机碱、亲脂性毒物、铅及钙复合物）

9、外源外源 化学物化学物接触皮肤皮肤肺肺消化道消化道粪粪接触排泄肝肝吸收再吸收胆汁胆汁代谢血液循环血液循环白蛋白结合型白蛋白结合型游离型游离型吸收靶器官靶器官( (损害损害) )器官组织器官组织( (贮存贮存) )分布肾肾肺肺分泌腺分泌腺尿尿呼气呼气乳汁、汗乳汁、汗排泄外源化学物在体内的动态过程分布注： 生物膜性屏障遗传毒物的代谢转化 基本概念相反应相反应代谢基因多态性影响因素一、基本概念 1. 生物转化：化学物在体内多种酶催化下发生的 生物化学变化的过程。（水溶性增加、毒性降低 ）主要生物转化部位-肝脏。转化酶的特征： 底物底物谱广，专一性不严格 。 某些酶基因构成家族/超家族。各成员有最适底

10、物。 多数酶受诱导后才表达。2. 代谢减毒：大部分化学物生物转化后，极性及 水溶性增加，易于排出，毒性降低。3. 生物活化：遗传毒物或其代谢物经生物转化后 ，形成亲电子剂，使毒性或致癌性增加。4. 转化的基本过程：生物转化氧化 第相反应第相反应排出体外引入功能基团（-OH /-NH2 /-SH /-COOH） 易溶于水与内源化学物结 合，亲水性还原 水解 结合 相反应 相反应定义主要反应类型定义主要反应类型将非极性、脂溶性 物质转变为 更具极 性的物质，通过 相反应引入相应的 功能基团，为下一 步相结合反应创 造条件。1.氧化反应：环氧 化作用；O /N /S去 烷基化作用，以 氧取代杂原子；

11、 脱氢作用 2.还原反应：重氮 还原、N还原、羰 基还原。 3.水解反应：酯解 、环氧化物水解 。外源物及 中间代谢 物与某些 内源物分 子的结合 反应。产 物往往更 富亲水性 和易以水 溶态被排 出。1.谷胱甘肽 结合 2.葡糖醛酸化 3.硫酸盐化 4.乙酰化 5.甲基化。遗传毒物的基本代谢过程 相反应的类型氧化反应还原反应水解反应硝基和偶氮还原（偶氮色素还原后有致癌性）羰基还原含硫基团还原脱卤还原（CCl4脱卤三氯甲烷自由基CCl3.）酯酶（催化酯类水解，形成酸和醇）环氧化物水化酶（形成二氢二醇）二、相反应 P450单加氧酶系脂肪族和芳香族羟化:八甲磷 双键环氧化： 杂原子(O-,S-,N

12、-)脱烷基化 杂原子(S-,N-,I-)氧化 脱氢反应 氧化基团转移(氧化脱氨、脱卤素)微粒体含黄素单加氧酶醇、醛、酮氧化和胺类氧化（74超基因家族）微粒体混合 功能酶系 氧化反应 （一）细胞色素P-450酶系分布：广，所有器官。肝最主要。细胞内主要分布在EM，MT和核膜也有。催化反应的种类、底物数量居各酶系首位。血红素蛋白酶。含有的血红素铁在还原态时与CO结合形成 复合体的最大吸收在450nm。 P450催化氧化反应：底物（RH）+O2+NADPH+H+ 产物+H2O+NADPH+电子来源：NADPHP450：超基因家族。氨基酸序列同源性40%归同一家族，55%归同一亚家族。（已测序74个基

13、因家族） P450的催化机制，共有7步：氧化型P450 (e3+)与底物 (RH)结合形成复合物；上述复合物在NADPH-P450还原酶作用下，由NADPH提供1个 电子使其转变为还原型P450（e2+)复合物；上述复合物和1个分子氧结合形成含氧复合物；含氧复合物(e2+O2)再加上1个H+和由NADPH-P-450还原酶 提供的第2个电子，转变成e2+ OOH复合物；第2个H+加入,e2+OOH复合物裂解，形成水和(eO)3+ 复 合物；(eO)3+ 复合物将氧原子转移到底物，生成产物(ROH)；释放产物(ROH)，此时P450 (e2+) 变成 P450 (e3+)。（二）微粒体含黄素单加

14、氧酶（FMO） 分布：肝/肾/肺，以FAD(黄素腺嘌呤二核苷酸)为辅酶。功能与机理：与P450单加氧酶相似，反应亦需要NADPH和O2，但借助FAD进行电子传递。由FMO催化的反应，大多可被P450催化。与P-450不同之处：FMO不能在C位催化氧化反应，但可以在N，S位上加氧。FMO对热不稳定，P450对非离子去垢剂不稳定。FMO种类少，只有5种。FMO在种属间表达不同，与P450相互补。P450活性强，则FMO活性弱。（三）前列腺素生物合成过程中的共 氧化作用 前列腺素合成酶（PHS）：双重活性。 环氧化酶活性 （花生四烯酸环状内过氧化物）过氧化物酶活性 （氢过氧化物前列腺素内过氧化物 H

15、2（PGH2）（遗传毒物发生共氧化，形成亲电子化合 物，和DNA大分子结合，致癌/突变）相反应的类型氧化反应还原反应水解反应硝基和偶氮还原（偶氮色素还原后有致癌性）羰基还原含硫基团还原脱卤还原（CCl4脱卤三氯甲烷自由基CCl3.）酯酶（催化酯类水解，形成酸和醇）环氧化物水化酶（水化环氧化物形成二氢二醇）二、相反应 （几乎所有器官微粒体都有分布。在肝肺分布和 P450重叠，保证P450催化的氧化物及时被水解） 三、相反应 结合反应是外源化学物经过相反应，引入羟基、羧基、氨基等极性基团后与另一些内源化学物进一步结合的反应。 绝大多数相反应都伴随分子亲水性的增加，从而促进遗传毒物的排出。相反应类型结合酶 底物葡糖醛酸 结合UDP-葡糖醛 酸转移酶底物包括羟基/羧基/胺基/巯基化学物。 产物 -葡萄糖醛酸苷，亲水性很高。UGT1/UGT2A/2B谷胱甘肽 结合谷胱甘肽-S- 转移酶GSH与含亲电子的C/N/S/O原子的化学毒物结合。 增加化学物的亲水性。硫酸盐化磺基转移酶含-OH/-NH2/-SH的毒物与含硫a.a代谢产物3-磷酸腺苷-5-磷酸硫酸结合。N-乙酰化乙酰转移酶乙酰辅酶A提供乙酰基。将乙酰基转移到含伯胺 、羟氨或巯基的毒物上。甲基化甲基转移酶S-腺苷蛋氨酸供甲基，与酚/硫醇/胺类/氮杂环 化合物结合。使