《动物毒理学》课件：第四章 毒性作用机理和影响毒作用的因素
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在一定浓度范围内的状态。（0.05-0.2 μM） 细胞内钙稳态的维持
钙泵 质膜上的Ca2+ -ATP酶（钙泵）将细 胞内过量的Ca2+泵出
钙隔离体系 线粒体、内质网、核膜上
细胞钙稳态学说
细胞损伤与胞内钙浓度升高有关 影响钙稳态的化学物
❖ 铅-剂量依赖双效应
低浓度铅降低Ca 2＋浓度，与钙调蛋白 （CaM）结 合，激活Ca-CaM依赖酶系
沙林对乙酰胆碱酯酶的作用
神经毒素沙林和一些杀虫剂如 马拉息昂：直接攻击乙酰胆碱 酯酶活性位点。
正常反应： 丝氨酸与乙酰胆碱的乙酰基
基团结合，降解该分子。然后 大约一微秒，水分子分解结合， 释放乙酸并恢复丝氨酸的初始 形态。 沙林：
向丝氨酸转移上一个甲基磷 酸酯基团 (图片中为MeP) 。磷 酸酯异常稳定可使酶几个小时 或几天失去活力。
烷化剂
能改变脱氧核糖核酸(DNA)中的核苷酸。 所含烷基能与细胞的DNA、RNA或蛋白质中亲
核基团起烷化作用，常可形成交叉联结或引起 脱嘌呤，使DNA链断裂，在下一次复制时，又 可使碱基配对错码，造成DNA结构和功能的损 害，严重时可致细胞死亡。 属于细胞周期非特异性药物。 常用的烷化剂有烯烃、卤烷、硫酸烷酯等。
生物膜结构
损伤生物膜结构
膜蛋白损伤 对膜脂质影响 对膜糖的影响
组 性脂 成 质质 改 改过 变 变氧
化
化学物对生物膜结构的损伤
农药DDT对Na+-K+-ATPase的作用
DD T
乙酰胆碱、乙酰胆碱受体、乙酰胆碱酯酶
“点火钥匙” 电冲动从大脑传到神经末梢，神经末梢释放乙酰胆 碱—“点火钥匙”。
启，膜外Na+内流，膜内K+外流，引起肌肉收缩。 Ach释放后，瞬间即被乙酰胆碱酯酶水解，通道在约1毫秒内关闭。
如果Ach存在的时间过长（约20毫秒后），则通道会处于失活状态。 筒箭毒和α银环蛇毒素可与乙酰胆碱受体结合，但不能开启通道，导
致肌肉麻痹。
药物干扰
新斯的明（Neostigmine，用于治疗重症肌无 力）、溴吡啶斯的明（Pyridostigmine）
AST活性：饮酒后首先降低，至第45-60 min时 最低(P<0.01)，120 min后逐渐恢复至饮酒前水 平；
ALP活性首先升高，至60-90 min时达到最高 (P<0.01)，随后下降。
ALT：丙氨酸氨基转移 酶 AST：天冬氨酸氨基转 移酶 GGT：谷氨酰转肽酶 ALP：碱性磷酸酶 CK：肌酸激酶 LDH：乳酸脱氢酶、 AMY：淀粉酶 LIPA：脂肪酶
高浓度铅与细胞内巯基结合，抑制Ca-CaMBaidu Nhomakorabea赖酶系
❖ 拟除虫菊酯 增高神经细胞内游离钙浓度 ❖ 四氯化碳 抑制肝细胞微粒体Ca 2＋-ATP酶的活性
四、 对酶系统的干扰
诱导酶的活性
❖药酶活性增高 细胞色素P-450氧化酶 葡萄糖醛酸转移酶
❖血清酶活性增高
例：啤酒在体内对血清酶活性的影响
ALT、GCT、CK、LDH、AMY和LIPA活性： 饮酒后均有不同程度的增高；
抑制乙酰胆碱酯酶，因此递质传递将持续较长 时间，有了更多的触发机会。 也能刺激内脏系统的非随意肌肉活动而导致 腹泻。 普鲁本辛（Propantheline）阻滞非随意肌 上受体，避免腹泻。
乙酰胆碱酯酶模型
乙酰胆碱酯酶：放电鱼类电 鳐中发现。
电鳐：有大量类似神经的结 构存在于发电器官中，乙酰 胆碱酯酶特别丰富。
化学物对生物膜功能的损伤
损伤生物膜功能
通透性
流动性
膜电荷
调节原有通透途径 建立新的通透途径 脂溶性
二、化学物与细胞大分子共价结合
与核酸共价结合 与蛋白质共价结合 与脂质共价结合
1. 与核酸共价结合
直接与核酸共价结合
如烷化剂、烷基硫酸酯类、N-亚硝基化合物、卤代亚硝 基脲类
代谢产物与核酸共价结合
第四章 毒性作用机理 及影响毒性作用的因素
本章提纲
第一节 毒性作用机理 一、化学物对生物膜的损害作用 二、化学物与细胞大分子共价结合 三、 对细胞钙稳态的影响 四、 对酶系统的干扰 第二节 影响毒作用的因素 一、毒物方面的因素 二、机体方面的因素 三、环境和管理因素 四、联合作用
如多环芳烃、黄曲霉素、芳香胺
DNA加合物的生物效应
细胞毒性、改变蛋白质-DNA相互作用、致突变、致癌
机制
亲电子活性代谢物 (最常见) 亲核活性代谢物 自由基 攻击碱基、核糖、脱氧核糖、磷酸酯
亲电：鸟嘌呤的7N、8C、6O，腺嘌呤的1N 、2N，胞嘧啶 和鸟嘌呤的氨基 亲核：胞嘧啶、尿嘧啶和胸腺嘧啶的6C
“锁孔” 乙酰胆碱跨过一个狭窄的间隙，插进了特制的“锁 孔”---肌肉细胞表面的乙酰胆碱受体，通过复杂的 电生理作用机制触发肌肉收缩。
“纪律检查官” 多余的乙酰胆碱被乙酰胆碱脂酶破坏—使肌肉再次 放松。
蛇毒对乙酰胆碱受体（Ach）的作用
Ach门通道：开启、关闭和失活。 当受体的两个α亚单位结合Ach时，引起通道构象改变，通道瞬间开
活性中心：处在一个深沟中， 其大小正好可使乙酰胆碱掉 入其中。
沟基部：由丝氨酸-组氨 酸-谷氨酸组成的三氨基酸序 列，这非常类似于丝氨酸蛋 白酶类中的一段序列，如胰 蛋白酶和糜蛋白酶。
对乙酰胆碱酯酶的作用
红色的是丝氨酸
绿色的是东曼巴蛇毒毒素
患Alzheimer病的病人随着病情的恶化 将丧失许多神经细胞，乙酰胆碱量会大 量减少。通过服用一种部份阻塞乙酰胆 碱酯酶的药物，神经递质的水平可能被 提升，以加强神经信号的滞留。一种药 物，插入于活跃部位沟处，暂时地阻挡 乙酰胆碱进入。
2. 与蛋白质共价结合
组织细胞毒性与坏死 免疫反应 致癌作用 其他作用
血红蛋白“自杀毁灭” 酶抑制
与蛋白质形成共价加合物的化合物类型
3. 与脂质共价结合
脂质最易产生共价结合的部位有： 磷脂酰丝氨酸 胆碱 乙醇胺
三、 对细胞钙稳态的影响
细胞内钙稳态 (calcium homeostasis) 指在生理状态下，细胞内Ca2+浓度的变化维持
第一节 毒性作用机理
对生物膜的损害作用 与细胞大分子共价结合 对细胞钙稳态的影响 对酶系统的干扰
毒性作用机理研究水平及意义
研究水平：
器官水平 细胞和亚细胞水平 分子水平 基因水平
研究意义： 有助于确定中毒的早期诊断技术 有助于开发特效解毒药物
一、化学物对生物膜的损害作用
对生物膜结构的损害 对生物膜功能的损害
钙泵 质膜上的Ca2+ -ATP酶（钙泵）将细 胞内过量的Ca2+泵出
钙隔离体系 线粒体、内质网、核膜上
细胞钙稳态学说
细胞损伤与胞内钙浓度升高有关 影响钙稳态的化学物
❖ 铅-剂量依赖双效应
低浓度铅降低Ca 2＋浓度，与钙调蛋白 （CaM）结 合，激活Ca-CaM依赖酶系
沙林对乙酰胆碱酯酶的作用
神经毒素沙林和一些杀虫剂如 马拉息昂：直接攻击乙酰胆碱 酯酶活性位点。
正常反应： 丝氨酸与乙酰胆碱的乙酰基
基团结合，降解该分子。然后 大约一微秒，水分子分解结合， 释放乙酸并恢复丝氨酸的初始 形态。 沙林：
向丝氨酸转移上一个甲基磷 酸酯基团 (图片中为MeP) 。磷 酸酯异常稳定可使酶几个小时 或几天失去活力。
烷化剂
能改变脱氧核糖核酸(DNA)中的核苷酸。 所含烷基能与细胞的DNA、RNA或蛋白质中亲
核基团起烷化作用，常可形成交叉联结或引起 脱嘌呤，使DNA链断裂，在下一次复制时，又 可使碱基配对错码，造成DNA结构和功能的损 害，严重时可致细胞死亡。 属于细胞周期非特异性药物。 常用的烷化剂有烯烃、卤烷、硫酸烷酯等。
生物膜结构
损伤生物膜结构
膜蛋白损伤 对膜脂质影响 对膜糖的影响
组 性脂 成 质质 改 改过 变 变氧
化
化学物对生物膜结构的损伤
农药DDT对Na+-K+-ATPase的作用
DD T
乙酰胆碱、乙酰胆碱受体、乙酰胆碱酯酶
“点火钥匙” 电冲动从大脑传到神经末梢，神经末梢释放乙酰胆 碱—“点火钥匙”。
启，膜外Na+内流，膜内K+外流，引起肌肉收缩。 Ach释放后，瞬间即被乙酰胆碱酯酶水解，通道在约1毫秒内关闭。
如果Ach存在的时间过长（约20毫秒后），则通道会处于失活状态。 筒箭毒和α银环蛇毒素可与乙酰胆碱受体结合，但不能开启通道，导
致肌肉麻痹。
药物干扰
新斯的明（Neostigmine，用于治疗重症肌无 力）、溴吡啶斯的明（Pyridostigmine）
AST活性：饮酒后首先降低，至第45-60 min时 最低(P<0.01)，120 min后逐渐恢复至饮酒前水 平；
ALP活性首先升高，至60-90 min时达到最高 (P<0.01)，随后下降。
ALT：丙氨酸氨基转移 酶 AST：天冬氨酸氨基转 移酶 GGT：谷氨酰转肽酶 ALP：碱性磷酸酶 CK：肌酸激酶 LDH：乳酸脱氢酶、 AMY：淀粉酶 LIPA：脂肪酶
高浓度铅与细胞内巯基结合，抑制Ca-CaMBaidu Nhomakorabea赖酶系
❖ 拟除虫菊酯 增高神经细胞内游离钙浓度 ❖ 四氯化碳 抑制肝细胞微粒体Ca 2＋-ATP酶的活性
四、 对酶系统的干扰
诱导酶的活性
❖药酶活性增高 细胞色素P-450氧化酶 葡萄糖醛酸转移酶
❖血清酶活性增高
例：啤酒在体内对血清酶活性的影响
ALT、GCT、CK、LDH、AMY和LIPA活性： 饮酒后均有不同程度的增高；
抑制乙酰胆碱酯酶，因此递质传递将持续较长 时间，有了更多的触发机会。 也能刺激内脏系统的非随意肌肉活动而导致 腹泻。 普鲁本辛（Propantheline）阻滞非随意肌 上受体，避免腹泻。
乙酰胆碱酯酶模型
乙酰胆碱酯酶：放电鱼类电 鳐中发现。
电鳐：有大量类似神经的结 构存在于发电器官中，乙酰 胆碱酯酶特别丰富。
化学物对生物膜功能的损伤
损伤生物膜功能
通透性
流动性
膜电荷
调节原有通透途径 建立新的通透途径 脂溶性
二、化学物与细胞大分子共价结合
与核酸共价结合 与蛋白质共价结合 与脂质共价结合
1. 与核酸共价结合
直接与核酸共价结合
如烷化剂、烷基硫酸酯类、N-亚硝基化合物、卤代亚硝 基脲类
代谢产物与核酸共价结合
第四章 毒性作用机理 及影响毒性作用的因素
本章提纲
第一节 毒性作用机理 一、化学物对生物膜的损害作用 二、化学物与细胞大分子共价结合 三、 对细胞钙稳态的影响 四、 对酶系统的干扰 第二节 影响毒作用的因素 一、毒物方面的因素 二、机体方面的因素 三、环境和管理因素 四、联合作用
如多环芳烃、黄曲霉素、芳香胺
DNA加合物的生物效应
细胞毒性、改变蛋白质-DNA相互作用、致突变、致癌
机制
亲电子活性代谢物 (最常见) 亲核活性代谢物 自由基 攻击碱基、核糖、脱氧核糖、磷酸酯
亲电：鸟嘌呤的7N、8C、6O，腺嘌呤的1N 、2N，胞嘧啶 和鸟嘌呤的氨基 亲核：胞嘧啶、尿嘧啶和胸腺嘧啶的6C
“锁孔” 乙酰胆碱跨过一个狭窄的间隙，插进了特制的“锁 孔”---肌肉细胞表面的乙酰胆碱受体，通过复杂的 电生理作用机制触发肌肉收缩。
“纪律检查官” 多余的乙酰胆碱被乙酰胆碱脂酶破坏—使肌肉再次 放松。
蛇毒对乙酰胆碱受体（Ach）的作用
Ach门通道：开启、关闭和失活。 当受体的两个α亚单位结合Ach时，引起通道构象改变，通道瞬间开
活性中心：处在一个深沟中， 其大小正好可使乙酰胆碱掉 入其中。
沟基部：由丝氨酸-组氨 酸-谷氨酸组成的三氨基酸序 列，这非常类似于丝氨酸蛋 白酶类中的一段序列，如胰 蛋白酶和糜蛋白酶。
对乙酰胆碱酯酶的作用
红色的是丝氨酸
绿色的是东曼巴蛇毒毒素
患Alzheimer病的病人随着病情的恶化 将丧失许多神经细胞，乙酰胆碱量会大 量减少。通过服用一种部份阻塞乙酰胆 碱酯酶的药物，神经递质的水平可能被 提升，以加强神经信号的滞留。一种药 物，插入于活跃部位沟处，暂时地阻挡 乙酰胆碱进入。
2. 与蛋白质共价结合
组织细胞毒性与坏死 免疫反应 致癌作用 其他作用
血红蛋白“自杀毁灭” 酶抑制
与蛋白质形成共价加合物的化合物类型
3. 与脂质共价结合
脂质最易产生共价结合的部位有： 磷脂酰丝氨酸 胆碱 乙醇胺
三、 对细胞钙稳态的影响
细胞内钙稳态 (calcium homeostasis) 指在生理状态下，细胞内Ca2+浓度的变化维持
第一节 毒性作用机理
对生物膜的损害作用 与细胞大分子共价结合 对细胞钙稳态的影响 对酶系统的干扰
毒性作用机理研究水平及意义
研究水平：
器官水平 细胞和亚细胞水平 分子水平 基因水平
研究意义： 有助于确定中毒的早期诊断技术 有助于开发特效解毒药物
一、化学物对生物膜的损害作用
对生物膜结构的损害 对生物膜功能的损害