第三章 化学毒物的生物转化

亲电化合物如果与细胞蛋白或核酸上的亲核基团结合， 常引起细胞坏死、肿瘤、血液功能紊乱和过敏现象，谷胱甘
肽的结合，有力地解除了对机体有害的亲电化合物的毒性。
四、化学毒物的生物转化类型
NO2 NH2 O O O P OH O CH2 O N N N N
(2) 硫酸结合
+
在硫酸基转移酶 的催化下，可将
OH
HO
S O
O P HO O
OH OH
3'-磷酸-5'-磷硫酸
酰苷中硫酸基转 移到酚或醇的羟 基上，形成硫酸 酯结合物。
O S O NO2
PAPS—3’– 磷酸—5’—磷硫酸腺苷
O
O
NH2 N N
NH2 N
C NH2
N H H H H H C C C C C O OH O OH H H H
N C C C OH
N
H H H
C C C C C O
P OH
OH
O OH H
腺嘌呤
H H
H C H OH HO H C O P P O O O
H H OH HO H O P P ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ O
NADP+(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷根)
第三章 化学毒物的生物转化
第三章 化学毒物的生物转化
一、生物转化中的酶 二、 若干重要辅酶的功能 三、生物氧化过程的氢传递过程 四、化学毒物的生物转化类型
一、生物转化中的酶
生物转化 物质在生物的作用下所经受的化学变化，称为生物转化
或代谢(转化)。通过生物转化，有毒物质的毒性发生了转变。

Ⅰ相反应和Ⅱ相反应
S(底物)
P450 (Fe 3+ )
S
O2
P450
NADPH+H+
S－O （氧化型底物）
P450 (Fe 3+ )
(Fe 2+ )
e
O2
S
H2 O
O
S
2H+
P450对底物催化氧化
四、化学毒物的生物转化类型
① 碳双键环氧化
R1CH
CHR2
R1CH O
重排
CHR2
OH
+O
O
四、化学毒物的生物转化类型
2H
+
四、化学毒物的生物转化类型
(4) 还原脱氯酶还原
还原脱氯酶能使含氯化合物脱氯，或脱HCl而被还原。
H Cl C C H Cl C C Cl Cl C Cl Cl Cl Cl C Cl Cl Cl Cl H Cl
四、化学毒物的生物转化类型
4. 水解反应类型 (1) 羧酸脂酶使脂肪脂水解
一、生物转化中的酶
氧化还原酶； 转移酶； 根据催化 反应类型 辅基或辅酶的作
用是：传递电子 、原子
或某些基团。酶蛋白的 作用是决定催化专一性 和催化效率。 辅酶的成分是金
水解酶；
裂解酶； 异构酶； 合成酶；
属离子、含金属的有机
按酶的 成分 单成分酶 双成分酶 酶蛋白 辅基或辅酶 化合物或小分子的复杂 有机化合物。辅酶约有 30种。
中间产物。 兼性厌氧的酵母菌在无分子氧存在下以葡萄糖为生长底 物时，用葡萄糖转化中间产物乙醛作为受氢体，乙醛被还原 成乙醇。
2H NADH+H+ 葡萄糖
系列酶促反应
NAD+ CH3CH2OH
CH3CHO
乙醇脱氢酶
三、生物氧化过程的氢传递过程
4. 无氧氧化中某些无机含氧化合物作受氢体的递氢过程 在这类氢传递过程中，最常见的受氢体是硝酸根、硫酸根和 二氧化碳。它们接受来源于有机底物由酶传递来的氢，而被 分别还原为分子氮(或一氧化二氮)、硫化氢和甲烷。例如：
biotransformation is called mineralisation.
一、生物转化中的酶
生物转化中的酶
酶是由生物细胞制造和分泌的、以蛋白质为主要成分的、具
有催化活性的生物催化剂。
① 催化专一性高； ② 催化效率高； 根据催化作 用的场所 胞外酶 胞内酶
特点
③ 温和的外部条件； ④ 种类多；
泛酸
氨基乙硫醇
CH3CO-SCoA + H+
三、生物氧化过程的氢传递过程
三、生物氧化过程的氢传递过程
有氧氧化与无氧氧化
在生物氧化中有机物质的氧化多为去氢氧化。脱落的氢(H++ e)由相应的氧化还原酶按一定顺序传递至受体。这一氢原子
或电子的传递过程称为氢传递或电子传递过程，其受体为受
氢体或电子受体。受氢体如果为细胞内的分子氧，就是有氧 氧化，若为非分子氧，则为无氧氧化。
Biotransformation is the chemical modification (or
modifications) made by an organism. If this modification ends in mineral compounds like CO2, NH3+ or H2O, the
② 碳羟基化
CH3(CH2)nCH3 + O
CH3(CH2)nCH2OH
CH2(CH2)nCH3 + O
CH2(CH2)nCH2OH
Cl
+O
Cl
OH
四、化学毒物的生物转化类型
③ 氧脱烃
R
O
O
CH3 + O
CH2R
ROH + HCHO
OH
+O
+ RCHO
④ 硫脱烃、硫-氧化及脱硫
R S CH3 + O CH3 N N R SH + HCHO
2+
2H SH2 有机底物
NAD
+
1/2 O2
脱氢酶 NADH+ + H+
细胞色素酶系 2Fe3+ O2H2O
S 被氧化的 有机底物
2H
三、生物氧化过程的氢传递过程
3. 无氧氧化中有机底物转化中间产物作受氢体的递氢过程 有一种或一种以上酶参与，最后由脱氢酶辅酶 NADH +
H+将所含来源于有机底物的氢，传给该底物生物转化的相应
(4) 酰胺酶使酰胺水解
HN
O C CH3 + H2O NH2 + CH3COOH
OC2H5
OC2H5
四、化学毒物的生物转化类型
5. 若干重要结合反应类型 (1) 葡萄糖醛酸结合
在葡萄糖醛酸转移
酶作用下，生物体 内尿嘧啶核苷二磷 酸葡萄糖醛酸中， 葡萄糖醛酸基可转
移至含羟基的化合
物上，形成O-葡萄 糖苷酸结合物。
+O
R
R1 CH R2
R1
R1 NH2 + 2O R2
R1
C
NOH + H2O
CH
R2
NH2 + O R2
C
O + NH3
RCH2NH2 + O
RCHO + NH3
四、化学毒物的生物转化类型
(2) 脱氢酶脱氢氧化
脱氢酶是伴随有氢原子或电子转移，以非分子氧为受体
的酶。醇氧化成醛；醇氧化成酮；醛氧化成羧酸； (3) 氧化酶氧化 氧化酶是伴随氢或电子转移，以分子氧为直接受氢体的 酶类。
10[H]+2NO3
+ 2H
+
兼性厌氧 反硝化菌
N2 + 6 H2O
四、化学毒物的生物转化类型
1. 有毒有机污染物生物转化类型 有机毒物在生物体内的转化途径多种多样，但就其反应类型 来讲，主要有氧化、还原、水解和结合反应四种。
通常将氧化、还原、水解四种反应称为I相反应或第一阶段
反应；将结合反应称为II相反应或第二阶段反应。
NAD+(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)
在酶促反应中起递氢体的作用
二、若干重要辅酶的功能
3. 辅酶Q 辅酶Q又称为泛醌，简写为CoQ，是某些氧化还原反应的辅 酶。在酶促反应起到传递氢的作用。
二、若干重要辅酶的功能
4. 细胞色素酶系的辅酶 细胞色素 (Cytochromes)
细胞色素酶系是催化底物 氧化的一类酶系，主要有 细胞色素b,c1,c,a,a3等几种。 辅酶都是铁卟啉环。
S N
SH N N N (6-巯基嘌呤)
+O
+ HCHO
N N (6-甲巯基嘌呤)
四、化学毒物的生物转化类型
O
R2 S R2 + O R1 S O R2 R1 O S O R2
S C2H5O P O C2H5O 对硫磷
NO2 + O
O C2H5O P O C2H5O 对氧磷
NO2
⑤ 氮脱烃、氮-氧化及脱氮
通过I相反应，将活泼的极性基团加到疏水的有机分子之上， 通过II相反应，形成水溶性更高的化合物，容易排除体外。
四、化学毒物的生物转化类型
2. 氧化反应类型 (1) 微粒体混合功能氧化酶(MFO) 是机体内代谢外来化合物的关键酶系。主要存在于高等 生物体内。对于人及动物，在肝细胞内质网膜上含量最高。
S 被氧化的有机底物
三、生物氧化过程的氢传递过程
2. 有氧氧化中分子氧为间接受氢体的递氢过程
几种酶共同发挥作用：第一种酶从有机底物脱落氢，由其余 的酶顺序传递，最后把其中的电子传递给分子氧形成激活态
O2-，并与脱落氢中的质子结合成水。
2H+ FMNH2 脱氢酶 FMN CoQH2 2e 2e CoQ 2Fe
二、若干重要辅酶的功能
1. FMN和FAD
OH OH CH2 CH CH CH3 N OH CH CH2 O NH N O OH O P OH O
CH3
黄素单核苷酸(FMN) 磷酸
核酸核苷酸
戊糖
核苷
碱基
二、若干重要辅酶的功能
CH2 N OH OH OH CH CH CH CH2 O P O P O CH2 CH2 CH CH O N OH O OH NH2 N N NH O N N H O O OH OH H C
RNH
CH 3 + O
RNH2 + HCHO
四、化学毒物的生物转化类型
R1 R1
N
R2
CH2R3 + O R2
O H N C CH3 + O
NH
+ R3CHO
O N C OH H C CH3
C H H H
R1 N R2 + O N+ O
-
R1
R2
四、化学毒物的生物转化类型
OH H N R N
三、生物氧化过程的氢传递过程
1. 有氧氧化中以分子氧为直接受氢体的传递氢过程 只有一种酶作用于有机底物，脱落底物的氢(H++ e)，其中电 子由该酶的辅酶直接传递给分子氧，形成激活态O2-，与H+化 合形成水。
2H+ 2Cu2+ 氧化酶 2Cu+ 2e 1/2 O2 O2H2O
SH2 有机底物
RCH2NH2 + H2O RCHO + NH3 + 2H
四、化学毒物的生物转化类型
3. 还原反应类型
R1 R1
(1) 可逆脱氢酶加氢还原
R2
NO2
C
O + 2H
CH
R2
HN OH
OH
NO
NH2
(2) 硝基还原酶还原 (3) 偶氮还原酶还原
2H -H2O
2H
2H
N H2 H H
N H2
2H
N N N N
RCOOR' + H2O
(2) 芳香脂酶使芳香族脂水解
O C O CH2CH2N(C2H5)2 + H2O NH2
RCOOH + R'OH
O
C OH + HOCH2CH2N(C2H5)2 NH2
四、化学毒物的生物转化类型
(3) 磷酸酯酶使磷酸酯水解
OH C2H5O C2H5O O P O NO2 + H2O C2H5O C2H5O NO2 O P OH +
CH3
CH3
N
黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD) FMN或FAD是一些氧化还原酶的辅酶，在酶促反应中具有 传递氢原子的功能。
R H3C N N O H3C R N H N O
+2H+
NH H3C N O
-2H+
H3C N H O
NH
二、若干重要辅酶的功能
2. NAD+和NADP+
O C NH2 N
N N H OH O OH H H C C C C C O O O OH H N
细胞色素类是含铁的电子传 递体。
铁原子处于卟啉的结构中心， 构成血红素(heme)。
cytnFe
3+
+e -e
cytnFe2+
二、若干重要辅酶的功能
二、若干重要辅酶的功能
5. 辅酶A 辅酶A是泛酸的一个衍生物，简写为CoASH，结构是：
腺核苷3‘-磷酸 焦磷酸 CoASH + CH3CO+
功能：利用细胞内分子氧，将其中的一个氧原子与有机
底物结合，使之氧化，而使另一个氧原子与氢原子结合成水。
在这一催化过程中，混合功能氧化酶的成分之一，细胞色素 P450起着关键作用。 P450的活性部位是铁卟啉的铁原子。
四、化学毒物的生物转化类型
P450 (Fe 3+ )
s
e
2+ P450 (Fe )
NH2 O N O CH2 O N N N
+
O OH
HO
P OH
O P OH
OH
对硝基苯基硫酸酯
OH O PAP—3’– 磷酸—5’—磷酸腺苷
四、化学毒物的生物转化类型
(3) 谷胱甘肽结合
在相应的转移酶催化下，谷胱甘肽中的半胱氨酸及乙酰
辅酶A的乙酰基，将以 N-乙酰半胱氨酸基形式加到有机卤 (氟除外)化合物、环氧化物、强酸酯、芳香烃、烯等亲电化 合物的碳原子上，形成巯基尿酸结合物。