环境污染物的生物转运和生物转化生物转化

结语
谢谢大家！
环 氧 化 反 应
N-
脱 烷 基 反 应
O-
脱 烷 基 反 应
S-
脱 烷 基 反 应
N-
羟 化 反 应
金 属 脱 烷 基 反 应
S-
氧 化 反 应
脱 硫 反 应
氧 化 脱 卤 反 应
醇醛胺 脱脱氧 氢氢化 酶酶酶
1.微粒体混合功能氧化酶系催化的氧化反应
微粒体混合功能氧化酶系
(microsomal mixed function oxidase system,MFOS) ➢特异性低 ➢主要存在与肝脏内质网中
（四）结合反应
进入体内的外源化学物在代谢过程中与某些其他内 源性化学物或基团发生的生物合成反应。
外源化学物可直接发生结合反应，也可经第一相反 应后再发生结合反应（第二相反应）。
大多数外源化学物及其代谢产物均需经过结合反应， 再排出体外。
结合物 conjugate
（四）结合反应
结合反应类型
葡 糖 醛 酸 结 合
肠道厌氧环境,发生还原反应的可能性较大
（二）还原反应 还原反应类型
羰 基 还 原
反 应
含 氮 基 团
还 原 反 应
含 硫 基 团
还 原 反 应
含 卤 素 基
团 还 原 反
应
无 机 化 合
物 还 原
（二）还原反应
1.羰基还原反应
醛类和酮类可分别还原成伯醇和仲醇。
RCHO 醛
RCH2OH 伯醇
RC O R'
酰胺酶
杀虫剂乐果可通过此水解反应降解和解毒。
反应停在人体内的水解产物主要为邻苯二甲酰亚胺,与致 畸作用有关
反应停事件
1956年进入市场,1962年撤药 30多个国家和地区共报告了"海豹胎1万余例 西德：至少6000例畸胎 英国：5500个这样的畸胎， 日本：1000余例 台湾省:至少有69例畸胎出生。
硫 酸 结 合
谷 胱 甘 肽 结 合
乙 酰 结 合
氨 基 酸 结 合
甲 基 结 合
（四）结合反应
1.与葡糖醛酸结合反应
OH
COOH
葡糖醛酸基转移酶 H O O
+ UDPGA
OH H
OH
H
H OH
苯基-β-葡糖醛酸苷
+ UDP
尿苷二磷酸
（四）结合反应
2．硫酸结合
内源性硫酸来自含硫氨基酸的代谢产物，但必须先经三 磷酸腺苷(ATP)活化，成为3-磷酸腺苷-5-磷酸硫酸(PAPS)。
甲基主要由S-腺苷蛋氨酸提供，其次可由N5-甲基四氢
叶酸衍生物和维生素B12（甲基类咕啉）衍生物提供。
蛋氨酸的甲基经ATP活化，成为S-腺苷甲硫氨酸，再经
甲基转移酶催化，发生甲基化反应。
二、影响生物转化的因素
（一）物种差异和个体差异 1．种属差异 ①代谢酶的种类 ②代谢酶的活力不同 2．个体差异 遗传背景
C2H5O P S
O
C2H5O
S CH2 S
C2H5O C2H5O
P
S S
CH2
S
三硫磷亚砜 Cl
三硫磷 Cl
（二）还原反应
4.含卤素基团还原反应
NADPH细胞色
素P450还原酶
CCl4 + NADPH
[CCl3] + NADP + HCl
5.无机化合物还原
如五价砷化合物可在体内还原为毒性作用更 强的三价砷化合物。
花生四烯酸 环加氧酶
前列腺素G2 (PGG2)
过氧化物酶 (共氧化反应)
前列腺素H2
（二）还原反应
发生还原反应的条件：
① 还原性化学物或代谢物在组织细胞内积聚,形 成局部还原环境。
② 在细胞色素P450单加氧酶系催化的氧化反应 中，也有电子的转移，一些外源化学物可接受电子 被还原。
③ 氧化还原反应中的可逆反应。
（乙酰辅酶A） 苯胺
NHCOCH3 +HSCoA
5.氨基酸结合
含有羧基（－COOH）的外源化学物如有机 酸可与氨基酸结合，反应的本质是肽式结合，以 甘氨酸多见。
（四）结合反应
（四）结合反应
6.甲基结合
各种酚类（特别是多羟基酚）、硫醇类、胺类及氮杂环 化合物（如吡啶、喹啉、异吡唑等）在体内可与甲基结合。
（三）水解反应
3.水解脱卤反应
DDT在生物转化过程中形成DDE是典型的水解脱卤反应。 DDT–脱氯化氢酶可催化DDT转化为DDE。
在此催化过程中需要谷胱甘肽的存在，以维持该酶的 结构。
人体吸收的DDT约60%可经此反应转化为DDE。DDE的毒 性远较DDT为低，且DDE可继续转化为易于排泄的代谢物。
水解反应是许多有机磷杀虫剂在体内的主要代谢方 式，例如；敌敌畏、对硫磷（或对氧磷）及马拉硫磷 等水解后毒性降低和消失。
（三）水解反应
2.酰胺类水解反应
酰胺是羧酸中羧基的OH被胺基置换而形成的产物，通 式为RNH2，其中胺基中的H也可被R′或R″所取代。酰胺 酶类催化此类反应。
RC O N H R ' +[H2O] R C O O H + R 'N H 2
3.磷脂类
黄素单加氧酶 肝、肾、肺等组织细胞的微粒体
氧化化合物结构中N,S,P等亲核原子
非微粒体混合功能氧化酶系
肝细胞线粒体和胞浆中，肝、肾肠和神经的单胺氧化酶 醇、醛、酮的脱氢氧化和单胺类氧化脱氢
(一) 氧化反应
氧化反应
微粒体混合功能氧化酶 黄素单加氧酶
非微粒体混合功能氧化酶
脂 肪 族 羟 化
芳 香 族 羟 化
（三）水解反应
4.环氧化物的水化反应
含有不饱和的双键或三键化合物在相应的酶和催化剂 作用下，与水分子化合的反应，又称水化反应。
H2C＝CH2 + H2O
CH3CH2OH
芳烃类和脂肪族烃类化合物经氧化作用形成的环氧化物， 在环氧化物水化酶的催化下通过水化反应可形成相应的二氢 二醇化合物。
水化反应对于致癌物活化过程有重要意义
（1）醇脱氢酶
NAD RC H2O H
醇类
RCHO + NADH + H+
醛类
2.非微粒体酶催化的氧化反应
（2）醛脱氢酶
NAD RCHO
源自文库
RCOOH
醛类
酸类
（3）胺氧化酶
[O] RCH2NH2 + H2O
RCHO + NH3 + H2O
3.前列腺素生物合成过程中的共氧化作用
在机体内花生四烯酸经氧化作用形成前列腺素。 在此过程中，某些外源化学物可同时被氧化，即共 氧化作用。
RH +NADPH + H+ + O2 MFOS ROH +H2O+NADP+
底物 还原型辅酶Ⅱ
氧化产物
1.微粒体混合功能氧化酶系催化的氧化反应
（1）脂肪族羟化
脂肪族化合物侧链（R）末端倒数第一个或第二个碳 原子发生氧化，形成羟基。
[O]
RCH3
RCH2OH
有机磷杀虫剂八甲磷经此反应生成羟甲基八甲磷， 毒性增强
3.4.1 生物转化的反应类型
氧化
生
还原
物
转 化
水解
结合
第Ⅰ相反应
外源化学物
第Ⅱ相反应
排出体外
(一) 氧化反应
参与氧化反应的主要酶系
微粒体混合功能氧化酶系(P-450)
细胞色素P-450酶系
肝细胞内质网
1.血红蛋白类
细胞色素P-450 和细胞色素b5
2.黄素蛋白类
NADPH-细胞色素P-450 还原酶和细胞色素b5还原酶
CH3 R N [O]
CH3
CH3
RN CH2OH
CH3
RN
+ HCHO
H
[O]
胺
酮
二甲基亚硝胺在N-脱烷基后可形成自由基CH3+ ·,使细胞
核内核酸分子上的鸟嘌呤甲基化，诱发癌变或突变
1.微粒体混合功能氧化酶系催化的氧化反应
（5）O-脱烷基和S-脱烷基反应
[O] R－O－CH3 [R－O－CH2OH]
[O]
NO2
C2H5O C2H5O
P
O O
NO2
对硫磷
对氧磷
（11）氧化脱卤反应
X
[O ]
R CH2X
RCHOH
RCHO + HX
2.非微粒体酶催化的氧化反应
主要催化具有醇、醛、酮功能基团的外源化学物的氧 化反应。主要包括醇脱氢酶、醛脱氢酶及胺氧化酶类。 主要存在于肝细胞线粒体和胞液中存在，也存在于消化 道,肺、肾。
酮
RC HO HR'
仲醇
醇脱氢酶
C H3C H2O H
C H3C HO
乙醇
乙醛
（二）还原反应
2.含氮基团还原反应
（1）硝基还原反应
NO2
NO
NHOH
NH2
硝基苯 亚硝基苯 苯羟胺
苯胺
（2）偶氮还原反应 磺胺类药物,偶氮色素
（3）N–氧化物还原
（二）还原反应
3.含硫基团还原反应
二硫化物、亚砜化合物等可在体内被还原。杀虫剂三 硫磷可被氧化形成三硫磷亚砜，在一定条件下可被还原成 三硫磷。
[O] R－S－CH3 [R－S－CH2OH]
ROH + HCHO RSH + HCHO
（6）脱氨基反应
[O]
R－CH2－NH2
RCHO + NH3
1.微粒体混合功能氧化酶系催化的氧化反应
（7）N-羟化反应
[O ] R NH2
R NH OH
NH2
NHOH
苯胺
N-羟基苯胺
1.微粒体混合功能氧化酶系催化的氧化反应
（8）烷基金属脱烷基反应
Pb(C2H5)4
Pb(C2H5)3
（9）S-氧化反应
[O]
[O]
R－S－R′
R－SO－R′
R－SO2－R′
硫醚
亚砜
砜
1.微粒体混合功能氧化酶系催化的氧化反应
（10）脱硫反应
RO
S
[O ]
RO P O R' ( 或 S R')
RO
O
P
RO O R'(或 S R')
C2H5O P S C2H5O O
（二）饮食营养状况 （三）年龄、性别等生理因素
1.年龄 2.性别 3.激素 4.昼夜节律
二、影响生物转化的因素
（四）代谢饱和状态
毒物的浓度或剂量能影响毒物的代谢状况。 机体吸收毒物后，随毒物在体内的浓度增高，单位时 间内代谢酶对毒物催化代谢形成的产物量也随之增高。 但当毒物量达到一定浓度时，其代谢过程中所需的基 质可能被耗尽或者参与代谢的酶的催化能力不能满足其需 要，单位时间内的代谢产物量不再随之增高。 这种代谢途径被饱和的现象称为代谢饱和。
（三）水解反应
在水解酶的催化下，化学物与水发生化学反应， 引起化学物分解的反应。
分布：血浆、肝、肾、肠粘膜、肌肉和神经组织
酯类水解反应
水 解
酰胺类水解反应
反
水解脱卤反应
应
环氧化物的水化反应
（三）水解反应
1.酯类水解反应
酯类在酯酶的催化下发生水解反应生成相应
的酸和醇
酯酶
RCO O R'
R C O O H + R 'O H
进一步通过磺基转移酶的催化，与醇类、酚类或胺类结 合为硫酸酯。
硫酸化酶
SO4２－ + ATP
5-磷酰硫酸腺苷（APS）+ 焦磷酸（PPi）
APS激酶
APS + ATP
PAPS + ADP
（四）结合反应
3．谷胱甘肽结合
（四）结合反应
4．乙酰结合
NO2
NH2
还原反应
N–乙酰转移酶
硝基苯
CH3COSCoA
1.微粒体混合功能氧化酶系催化的氧化反应 (2）芳香族羟化 芳香环上的氢被氧化形成-OH。
C6H5R
RC6H4OH
（3）环氧化反应
多环芳烃形成的环氧化物可与生物大分子共价结合， 诱发突变或癌变
1.微粒体混合功能氧化酶系催化的氧化反应
（4）N-脱烷基反应
胺类化合物氨基N上的烷基被氧化脱去一个烷基， 形成醛类或酮类