第二章_转运与转化1
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生物膜（biomembrane）是细胞膜 （cell membrane，也称质膜）和细胞器 膜的总称
一、生物膜(biomembrane)
脂质
组成 糖
蛋白质：结构蛋白、受体、酶、载体、
生
离子通道等
物 结构：液态镶嵌模型
膜
隔离功能
功能
生化反应和生命活动的场所 内外环境物质交换的屏障
二、化学物通过生物膜转运的方式
简单扩散(simple diffusion)
被动转运
易化扩散(facilitated diffusion)
生
(specialized 滤过(filtration)
物 transport)
转 运
主动转运(active transport)
膜动转运
胞吞 (endocytosis)：吞噬、胞饮；
(endocytosis) 胞吐 (exocytosis)
一些颗粒物质和液滴可通过吞噬或胞饮 作用进入小肠上皮细胞。
某些外源化学物受胃肠道中的消化 酶或菌群的作用后，可形成新的外源化 学物而影响其吸收或改变其毒性。小肠 内的菌群还能还原芳香硝基成芳香胺
胃肠道的内容物减少、胃排空时 间和肠蠕动减缓均有助于增加外源化 学物的吸收
毒理学试验
首Baidu Nhomakorabea效应
（first-pass effect） ➢ 减少经体循环到达靶器官组织的 外源化学物数量； ➢ 减轻毒性效应； ➢ 与吸收部位的损伤有关
一、经胃肠道吸收
毒物的吸收可发生于整个胃肠道，主要是 在小肠。肠绒毛可增加200-300m2的小肠吸收 面积，以简单扩散为主要吸收方式
➢ 被动扩散； ➢ 膜孔过滤； ➢ 载体中介； ➢ 吞噬或胞饮
第三章 外源化学物在体内 的生物转运与转化
机体对毒物 的处置
（disposition）
吸收 （Absorption）
分布 （Distribution）
代谢 （Metabolism）
排泄 （Excretion）
生 物 转 运 生物转化 消 除
ADME过程
第一节 生物膜和生物转运
外源化学物的吸收、分布和排泄过程 是通过由生物膜构成的屏障结构的过程
➢ 特点：顺浓 度梯度移动，饱 和现象，结构特 异性, 竞争性抑 制
经载体易化扩散的溶质浓度与 溶质跨膜扩散速率的关系曲线
3. 滤过
亦称水溶性扩散，是化学物质通过生物 膜上亲水孔道的过程。
影响因素
➢主要是化学物质的分子量大小。一般分子量小 于100-200、极性大、不带电荷的小分子物质，如 水、乙醇、尿素、气体分子等，可以通过孔径为 4Å 的通道；分子量小于白蛋白（＜ 60000）的物 质，可通过40Å 的通道。
滤过
毒理学意义
➢ 水及一些溶于水而不溶于脂质的小分子物 质可通过滤过完成生物转运过程。
➢ 与简单扩散一样，在滤过过程中，生物膜 不具有主动性，仅为单纯的物理学过程， 因此两者均为被动转运。
4. 主动转运
特点
逆浓度梯度（或逆电位）故需消耗能量； 需要载体； 载体有选择性； 有转运限量； 立体构型相似物质会引起竞争性抑制。
（lipid-water partition coefficient）
当一种物质在脂相和水相的分配 达到平衡时，其在脂相和水相中溶解 度的比值
第二节 吸 收
吸收 （absorption）
外源化学物从接触部位（机体 的外表面或内表面的生物膜）转运 至血循环的过程
主要途径：
环境化学物
消化道 呼吸道 皮肤 注射
某些外源化学物可以通过相同的特殊 转运系统吸收。氟尿嘧啶通过嘧啶转运系 统吸收，铊、钴和锰通过铁转运系统吸收， 铅通过钙转运体吸收。某些二肽和寡肽转 运体在含有-内酰胺结构的药物的主动吸 收中发挥重要的作用。
胃肠道至少有一个主动转运系统可减少 外源化学物的吸收，多药耐受转运体(mdr) 定位于肠细胞，当mdr的底物进入肠细胞时， 可被排回到肠腔，不易从胃肠道吸收。
毒理学意义
主动转运
主动转运对于化学物质在各器官的不均匀 分布，以及毒物从肝肾的排泄有特别重要 的意义。
影响因素
主动转运需要消耗能量，其能量由细胞内 ATP提供，因此主动转与细胞代谢密切相 关，任何影响代谢的因素，都会影响主动 转运过程。
5. 膜动转运
是细胞膜通过膜结构和机能的变化来进行 转运。即细胞通过内吞或外吐的方式与外 界环境进行物质交换。
（1）入胞作用
固体颗粒——吞噬作用（形成吞噬体） 液体微滴——胞饮作用（形成吞饮体)
（2）胞吐作用
胞吞（endocytosis）
胞吐
大分子物质跨膜转运示意图
影响转运的主要因素
➢ 外源化学物本身结构； ➢ 分子量大小； ➢ 脂-水分配系数； ➢ 带电性； ➢ 内源性物质的相似性
脂-水分配系数
Na+/K+—ATPase
易化扩散的原理与主动转运相同，都需要 借助膜上的载体进行膜内外的转运，区别 在于易化扩散是顺浓度梯度，不需要耗能。
2. 经载体易化扩散
➢ 概念：在载体蛋白的帮助下，水溶性 的小分子物质顺浓度梯度的扩散
➢对象：水溶性的小分子如葡萄糖、 氨基酸、核苷酸等
经通道(channel) 的易化扩散
1. 单纯扩散（simple diffusion）
对象：脂溶性的非极性 分子(CO2和O2等)
特点：顺浓度梯度
简单扩散方式的条件
➢ 膜两侧存在浓度梯度； ➢ 外源化学物有脂溶性； ➢ 外源化学物是非解离状态。
简单扩散方式不消耗能量，不需载体， 不受饱和限速与竞争性抑制的影响
毒理学意义
简单扩散
➢ 大多数性化学物质以简单扩散的方式进行 生物转运。
影响胃肠道吸收因素
胃肠道的酸碱度 外源化学的分子结构及理化性质 胃肠道的蠕动情况 胃肠道中的某些物质及菌丛
有机酸在胃内（pH2）主要呈非解离 状态，脂溶性大，主要在胃和十二指肠内 吸收，而有机碱在胃内呈解离状态难以吸 收，主要在小肠吸收。分子量较小的水溶 性外源化学物可经膜孔滤过。通过膜孔的 水流可能携带小分子外源化学物通过膜。
影响因素
➢浓度梯度； ➢化学物在脂质中的溶解度；
脂/水分配系数 ➢化学物的离解度和体液pH值。
2. 易化扩散（facilitated diffusion）
一些亲水性的物质如葡萄糖、氨基酸、各 种无机离子，很难以简单扩散的方式通过 细胞膜，这类物质的转运需要在载体的帮 助下由高浓度一侧向低浓度一侧转运。
一、生物膜(biomembrane)
脂质
组成 糖
蛋白质：结构蛋白、受体、酶、载体、
生
离子通道等
物 结构：液态镶嵌模型
膜
隔离功能
功能
生化反应和生命活动的场所 内外环境物质交换的屏障
二、化学物通过生物膜转运的方式
简单扩散(simple diffusion)
被动转运
易化扩散(facilitated diffusion)
生
(specialized 滤过(filtration)
物 transport)
转 运
主动转运(active transport)
膜动转运
胞吞 (endocytosis)：吞噬、胞饮；
(endocytosis) 胞吐 (exocytosis)
一些颗粒物质和液滴可通过吞噬或胞饮 作用进入小肠上皮细胞。
某些外源化学物受胃肠道中的消化 酶或菌群的作用后，可形成新的外源化 学物而影响其吸收或改变其毒性。小肠 内的菌群还能还原芳香硝基成芳香胺
胃肠道的内容物减少、胃排空时 间和肠蠕动减缓均有助于增加外源化 学物的吸收
毒理学试验
首Baidu Nhomakorabea效应
（first-pass effect） ➢ 减少经体循环到达靶器官组织的 外源化学物数量； ➢ 减轻毒性效应； ➢ 与吸收部位的损伤有关
一、经胃肠道吸收
毒物的吸收可发生于整个胃肠道，主要是 在小肠。肠绒毛可增加200-300m2的小肠吸收 面积，以简单扩散为主要吸收方式
➢ 被动扩散； ➢ 膜孔过滤； ➢ 载体中介； ➢ 吞噬或胞饮
第三章 外源化学物在体内 的生物转运与转化
机体对毒物 的处置
（disposition）
吸收 （Absorption）
分布 （Distribution）
代谢 （Metabolism）
排泄 （Excretion）
生 物 转 运 生物转化 消 除
ADME过程
第一节 生物膜和生物转运
外源化学物的吸收、分布和排泄过程 是通过由生物膜构成的屏障结构的过程
➢ 特点：顺浓 度梯度移动，饱 和现象，结构特 异性, 竞争性抑 制
经载体易化扩散的溶质浓度与 溶质跨膜扩散速率的关系曲线
3. 滤过
亦称水溶性扩散，是化学物质通过生物 膜上亲水孔道的过程。
影响因素
➢主要是化学物质的分子量大小。一般分子量小 于100-200、极性大、不带电荷的小分子物质，如 水、乙醇、尿素、气体分子等，可以通过孔径为 4Å 的通道；分子量小于白蛋白（＜ 60000）的物 质，可通过40Å 的通道。
滤过
毒理学意义
➢ 水及一些溶于水而不溶于脂质的小分子物 质可通过滤过完成生物转运过程。
➢ 与简单扩散一样，在滤过过程中，生物膜 不具有主动性，仅为单纯的物理学过程， 因此两者均为被动转运。
4. 主动转运
特点
逆浓度梯度（或逆电位）故需消耗能量； 需要载体； 载体有选择性； 有转运限量； 立体构型相似物质会引起竞争性抑制。
（lipid-water partition coefficient）
当一种物质在脂相和水相的分配 达到平衡时，其在脂相和水相中溶解 度的比值
第二节 吸 收
吸收 （absorption）
外源化学物从接触部位（机体 的外表面或内表面的生物膜）转运 至血循环的过程
主要途径：
环境化学物
消化道 呼吸道 皮肤 注射
某些外源化学物可以通过相同的特殊 转运系统吸收。氟尿嘧啶通过嘧啶转运系 统吸收，铊、钴和锰通过铁转运系统吸收， 铅通过钙转运体吸收。某些二肽和寡肽转 运体在含有-内酰胺结构的药物的主动吸 收中发挥重要的作用。
胃肠道至少有一个主动转运系统可减少 外源化学物的吸收，多药耐受转运体(mdr) 定位于肠细胞，当mdr的底物进入肠细胞时， 可被排回到肠腔，不易从胃肠道吸收。
毒理学意义
主动转运
主动转运对于化学物质在各器官的不均匀 分布，以及毒物从肝肾的排泄有特别重要 的意义。
影响因素
主动转运需要消耗能量，其能量由细胞内 ATP提供，因此主动转与细胞代谢密切相 关，任何影响代谢的因素，都会影响主动 转运过程。
5. 膜动转运
是细胞膜通过膜结构和机能的变化来进行 转运。即细胞通过内吞或外吐的方式与外 界环境进行物质交换。
（1）入胞作用
固体颗粒——吞噬作用（形成吞噬体） 液体微滴——胞饮作用（形成吞饮体)
（2）胞吐作用
胞吞（endocytosis）
胞吐
大分子物质跨膜转运示意图
影响转运的主要因素
➢ 外源化学物本身结构； ➢ 分子量大小； ➢ 脂-水分配系数； ➢ 带电性； ➢ 内源性物质的相似性
脂-水分配系数
Na+/K+—ATPase
易化扩散的原理与主动转运相同，都需要 借助膜上的载体进行膜内外的转运，区别 在于易化扩散是顺浓度梯度，不需要耗能。
2. 经载体易化扩散
➢ 概念：在载体蛋白的帮助下，水溶性 的小分子物质顺浓度梯度的扩散
➢对象：水溶性的小分子如葡萄糖、 氨基酸、核苷酸等
经通道(channel) 的易化扩散
1. 单纯扩散（simple diffusion）
对象：脂溶性的非极性 分子(CO2和O2等)
特点：顺浓度梯度
简单扩散方式的条件
➢ 膜两侧存在浓度梯度； ➢ 外源化学物有脂溶性； ➢ 外源化学物是非解离状态。
简单扩散方式不消耗能量，不需载体， 不受饱和限速与竞争性抑制的影响
毒理学意义
简单扩散
➢ 大多数性化学物质以简单扩散的方式进行 生物转运。
影响胃肠道吸收因素
胃肠道的酸碱度 外源化学的分子结构及理化性质 胃肠道的蠕动情况 胃肠道中的某些物质及菌丛
有机酸在胃内（pH2）主要呈非解离 状态，脂溶性大，主要在胃和十二指肠内 吸收，而有机碱在胃内呈解离状态难以吸 收，主要在小肠吸收。分子量较小的水溶 性外源化学物可经膜孔滤过。通过膜孔的 水流可能携带小分子外源化学物通过膜。
影响因素
➢浓度梯度； ➢化学物在脂质中的溶解度；
脂/水分配系数 ➢化学物的离解度和体液pH值。
2. 易化扩散（facilitated diffusion）
一些亲水性的物质如葡萄糖、氨基酸、各 种无机离子，很难以简单扩散的方式通过 细胞膜，这类物质的转运需要在载体的帮 助下由高浓度一侧向低浓度一侧转运。