第三章第三章 外源性化合物在体内的生物转运和生物转化外源性化合物在体内的生物转运和生物转化(Biotransportation and biotransformation of xenobotics) 案例 杀虫剂, synthesized by Zeideler, 1874;暴露途径: 吸入, 消化道 问题:1 动物给予DDT后，短时间禁食会出现什么现象?2 短期暴露 DDT，体胖者与体瘦者谁的耐受性更大? D Dichlorodiphenyl-ethanesichlorodiphenyl-ethanes (DDT (DDT双对氯苯基三氯乙烷双对氯苯基三氯乙烷双对氯苯基三氯乙烷双对氯苯基三氯乙烷 ) )Introduction外源外源外源外源外源外源化学物化学物化学物化学物化学物化学物接触接触皮肤皮肤皮肤皮肤肺肺肺肺消化道消化道消化道消化道粪粪粪粪接触接触排泄排泄肝肝肝肝吸收吸收再吸收再吸收胆汁胆汁胆汁胆汁代谢代谢血液循环血液循环血液循环血液循环白蛋白结合型白蛋白结合型白蛋白结合型白蛋白结合型游离型游离型游离型游离型吸收吸收靶器官靶器官靶器官靶器官( (损害损害损害损害) )器官组织器官组织器官组织器官组织( (贮存贮存贮存贮存) )分布分布肾肾肾肾肺肺肺肺分泌腺分泌腺分泌腺分泌腺尿尿尿尿呼气呼气呼气呼气乳汁、汗乳汁、汗乳汁、汗乳汁、汗排泄排泄图图3-1 外源化学物在体内的动态过程外源化学物在体内的动态过程吸收吸收分布分布代谢代谢排泄排泄生物转运生物转运生物转化生物转化 吸收吸收 absorption 分布分布 distribution 排泄排泄 excretion 代谢代谢 metabolism Content vBiotransportation(生物转运生物转运)vBiotransformation(生物转化生物转化) vToxicokinetics(毒物动力学毒物动力学) 吸收吸收 absorption 分布分布 distribution 排泄排泄 excretion 第一节第一节 外源化学物在体内的生物转运外源化学物在体内的生物转运Section 1 Xenobiotic Biotransportation （一）生物膜（一）生物膜 外源化学物在体内的转运需要通过多个生物屏障，例如皮肤的复层上皮 ，肺单层上皮细胞胃肠道上皮细胞, 毛细血管内皮细胞, 最终，到达靶器官。 （二）（二） 外源化学物通过生物膜的方式外源化学物通过生物膜的方式Routs of xenobiotics crossing membrane-review简单扩散简单扩散 simple diffusion吞噬作用吞噬作用 phagocytosis胞饮作用胞饮作用 pinocytosis胞吐作用胞吐作用 exocytosis生生物物转转运运主动转运主动转运 active transport被动转运被动转运passive transport 膜动转运膜动转运 cytosis易化扩散易化扩散 facilitated diffusion滤过滤过 filtration特殊转运特殊转运specialtransport 1. 被动转运（被动转运（Passive transport）Definition ：The process of xenobiotics crossing biomembrane from high concentration side to lower side定义：外源化学物顺浓度差透过生物膜的过程。定义：外源化学物顺浓度差透过生物膜的过程。1.1 简单扩散简单扩散（ Simple diffusion ）l 定义：指化学物从浓度较高一侧向浓度较低一侧定义：指化学物从浓度较高一侧向浓度较低一侧经脂质双分子层进行的扩散性转运。经脂质双分子层进行的扩散性转运。l 特点特点 ：顺浓度梯度；不需消耗能量；不需要载体；：顺浓度梯度；不需消耗能量；不需要载体；无饱和现象及竞争性抑制。无饱和现象及竞争性抑制。l 影响因素：膜两侧浓度梯度；外源化学物的脂溶影响因素：膜两侧浓度梯度；外源化学物的脂溶性；外源化学物的解离状态；膜的厚度和面积性；外源化学物的解离状态；膜的厚度和面积 。 1.2 滤过（滤过（ Filtration ）l 定义：是外源化学物通过生物膜上亲水孔道的过定义：是外源化学物通过生物膜上亲水孔道的过程。程。l 大大部部分分孔孔道道都都比比较较小小，只只能能通通过过分分子子量量小小于于100不不带带电电荷荷的的极极性性分分子子。如如水水、乙乙醇醇、尿尿素素、乳乳酸酸等等水溶性小分子。水溶性小分子。v毛细血管的膜孔较大，可以允许分子毛细血管的膜孔较大，可以允许分子量小于清蛋白量小于清蛋白(60 000) 的物质通过，游的物质通过，游离型毒物几乎都能通过离型毒物几乎都能通过v内皮细胞之间的孔隙就像滤器，允许内皮细胞之间的孔隙就像滤器，允许小分子物质通过阻止大分子物质小分子物质通过阻止大分子物质 v某些器官某些器官 (如肝、肾大约如肝、肾大约 70 nm) 内皮内皮细胞是不连续的，细胞是不连续的， 允许物质自由通行允许物质自由通行生生物物转转运运主动转运主动转运 active transport被动转运被动转运passive transport 膜动转运膜动转运 cytosis简单扩散简单扩散 simple diffusion易化扩散易化扩散 facilitated diffusion滤过滤过 filtration吞噬作用吞噬作用 phagocytosis胞饮作用胞饮作用 pinocytosis胞吐作用胞吐作用 exocytosis特殊转运特殊转运specialtransport Division of Toxicology2 特殊转运特殊转运 Special transport定义：定义：外源化学物借助于载体或特殊的转运系统而发外源化学物借助于载体或特殊的转运系统而发 生的跨膜运动。生的跨膜运动。 Division of Toxicology 2.1 Active transport 主动转运主动转运 外源化学物在载体的参与下，逆浓度外源化学物在载体的参与下，逆浓度梯度通过生物膜的转运过程。因此梯度通过生物膜的转运过程。因此能量能量 载体（饱和性）载体（饱和性）例如：许多药物例如：许多药物 弱酸性弱酸性 （盘尼西林，尿酸）（盘尼西林，尿酸）弱碱性（如组胺）弱碱性（如组胺）容易经肾小管分泌，容易经肾小管分泌， 被迅速代谢。被迅速代谢。2.2 主动转运的特点主动转运的特点Characters of Active transport l 逆浓度梯度；逆浓度梯度；l 需要消耗能量；需要消耗能量；l 需要载体参加；需要载体参加；l 具有选择性；具有选择性；l 具有饱和现象和竞争性抑制。具有饱和现象和竞争性抑制。 2.3 主动转运类型主动转运类型v总之，据估计至少5% 人类基因参与转运，这表明生物转运功能在生物学和毒理学的重要性。n原发性主动转运 直接利用代谢产生的能量 通常是带电的离子 如钠钾泵、钙泵n继发性主动转运 间接利用代谢产生ATP 依靠膜两侧浓度差 如葡萄糖及氨基酸在小肠粘膜上皮细胞的重吸收Examples-Energy-dependent transporter ATPaseFacilitative transporters内源性物质的转运包括：葡萄糖， 神经递质，核苷酸及多肽类物质等 2.2易化扩散（易化扩散（ facilitated diffusion ）l 定义：指某些不溶于脂质的亲水性化学物透过定义：指某些不溶于脂质的亲水性化学物透过生物膜由高浓度处向低浓度处移动的过程。生物膜由高浓度处向低浓度处移动的过程。l 特特点点：不不消消耗耗能能量量；需需要要载载体体参参加加，底底物物的的特特异异选选择择性性；有有载载体体参参与与，具具有有饱饱和和性性和和竞竞争争性性抑抑制制。2.3 Cytosis (膜动转运膜动转运)l 吞吞噬噬作作用用（phagocytosis）：固固态态颗颗粒粒物物质质如如烟烟尘尘、粉粉尘尘等等与与细细胞胞膜膜接接触触后后，可可改改变变膜膜的的表表面面张张力力，引引起外包或内凹，将异物包围进入细胞。起外包或内凹，将异物包围进入细胞。l 胞胞饮饮作作用用（pinocytosis）：某某些些液液态态蛋蛋白白或或大大分分子物质也以此种方式进入细胞，称为胞饮作用。子物质也以此种方式进入细胞，称为胞饮作用。l 胞胞吐吐作作用用（exocytosis）：某某些些大大分分子子通通过过此此种种方方式从细胞内转运到细胞外，称为胞吐作用。式从细胞内转运到细胞外，称为胞吐作用。Compare Three Transport waysMechanismDirectionEnergy requiredCarrierSaturablePassive diffusionAlong gradientNoNoNoFacilitated diffusionAlong gradientNoYesYesActive transportAgainst gradientYesYesYesModule 2 Absorption 吸收吸收 经胃肠道吸收经胃肠道吸收（ GI tract） 1经呼吸道吸收经呼吸道吸收（lung） 2经皮肤吸收经皮肤吸收 (skin) 3其他吸收途径其他吸收途径(other） 4吸吸收收（Absorption）指指外外源源化化学学物物从从机机体体的的接触部位透过生物膜屏障进入血液的过程。接触部位透过生物膜屏障进入血液的过程。I 经胃肠道吸收经胃肠道吸收（ Absorption of Toxicants by the Gastrointestinal Tract ）1.1 Stomachu 简单扩散和主动转运是主要的转运途径简单扩散和主动转运是主要的转运途径u Spot: 胃液为酸性 u 弱有机酸呈非解离态，易被吸收u 弱有机碱呈解离态，不易被吸收 1.2 小肠小肠 (Intestine)u简单扩散和主动转运简单扩散和主动转运u Spot: pH约 7 u 弱碱性物质呈非解离态，具有较高的脂溶 性，易被吸收u 微绒毛使其表面积增加约600倍2.3影响胃肠道吸收的因素影响胃肠道吸收的因素2.4 Spot: 首过消除 first pass eliminationu 化学物的结构和理化性质包括脂溶性和水溶性化学物的结构和理化性质包括脂溶性和水溶性u 胃肠蠕动情况胃肠蠕动情况u 胃肠道内的食物胃肠道内的食物u 肠道中的细菌菌丛肠道中的细菌菌丛u 胃肠道内的酸碱度胃肠道内的酸碱度u 消化酶消化酶u 胆汁酸胆汁酸II 经呼吸道吸收经呼吸道吸收 Absorption of Toxicants by the Lungs 主要吸收器官: 肺 特点:肺泡上皮细胞层极薄，吸收迅速肺泡上皮细胞层极薄，吸收迅速 表面积大表面积大; 直接经肺静脉进入全身血液循环直接经肺静脉进入全身血液循环 血管丰富血管丰富例如：CO、SiO2气体 CO, NO2, CS2 挥发性的蒸汽或易挥发的液体 苯、四氯化碳气溶胶 和颗粒物 灰尘、烟雾 2.1气体和蒸汽的吸收（气体和蒸汽的吸收（ Gases and Vapors ）u简单扩散u血血/气气分分配配系系数数（blood/gas partition coefficient）：呼呼吸吸道道两两侧侧的的分分压压达达到到动动态态平平衡衡时时，气气体体在在血血液液中中的的浓浓度度（mg/L）与在肺泡气中的浓度（）与在肺泡气中的浓度（mg/L）之比。）之比。u血血/气气分分配配系系数数较较高高的的物物质质如如三三氯氯甲甲烷烷，易易于于经经呼呼吸吸吸吸收收入入血。血。 2 气溶胶和颗粒物的吸收气溶胶和颗粒物的吸收 (Aerosols and Particles) 2.1 Absorption rate : Aerosol size and water solubility2.2 肺泡颗粒物的肺泡颗粒物的3个去向个去向 Three outcomes of alveoli particlesl 直接从肺泡吸收入血直接从肺泡吸收入血l 随粘液咳出或被咽入胃肠道随粘液咳出或被咽入胃肠道l 游离或被吞噬的颗粒物透过肺间质进入淋巴系统游离或被吞噬的颗粒物透过肺间质进入淋巴系统III经皮肤吸收经皮肤吸收 Absorption of Toxicants by skin 3.1 Skin structure 第一阶段 透过角质层的过程。 简单扩散 极性物质与非极性物质 第二阶段 透过表皮、真皮并经静脉、毛细淋巴管进入体循环的过程3.2 影响吸收速度因素影响吸收速度因素u 化化学学物物相相对对分分子子量量的的大大小小、脂脂/水水分分配配系系数数及及角角质层的厚度有关。质层的厚度有关。u 不同物种动物表皮的通透性不同。不同物种动物表皮的通透性不同。u 皮肤血流和组织液流动速度。皮肤血流和组织液流动速度。u 角质层损伤因子。角质层损伤因子。u 温度。温度。 IV 其他吸收途径Other absorption routes intravenous injection 静脉注射静脉注射 Intraperitoneal injection 腹腔注射腹腔注射 Subcutaneou injection 皮下皮下 intramusculars injection 肌肉内注射肌肉内注射 Module 3 分布分布 Distributionv 定定义义：外外源源化化学学物物被被吸吸收收后后，随随血血液液或或淋淋巴巴液分布到全身各组织器官的过程。液分布到全身各组织器官的过程。v 器器官官或或组组织织的的血血流流量量和和对对外外源源化化学学物物的的亲亲和和力是影响外源化学物分布的最关键的因素。力是影响外源化学物分布的最关键的因素。 3.1 再分布再分布Redistribution 毒物吸收的数分钟内，血液灌注量最高的器官如肝、肾等毒毒物吸收的数分钟内，血液灌注量最高的器官如肝、肾等毒物的分布量最多，而血液灌注量低的器官如皮肤、结缔组织物的分布量最多，而血液灌注量低的器官如皮肤、结缔组织等分布量很少。等分布量很少。随着时间的推移，分布受到化学物经膜扩散速率及其与组织随着时间的推移，分布受到化学物经膜扩散速率及其与组织器官亲和力的影响（如血浆蛋白、骨骼、脂肪组织），发生器官亲和力的影响（如血浆蛋白、骨骼、脂肪组织），发生再分布。再分布。例如例如 铅吸收后，先分布于红细胞、肝、肾等软组织中，但铅吸收后，先分布于红细胞、肝、肾等软组织中，但1个月后，体内的铅又重新分布，约个月后，体内的铅又重新分布，约90%的铅转移到骨骼并沉的铅转移到骨骼并沉积其中。积其中。持久性有机污染物（持久性有机污染物（POPs）吸收后并没有快速的分布到脂）吸收后并没有快速的分布到脂肪组织，但随着时间的推移会最终分布到脂肪组织。肪组织，但随着时间的推移会最终分布到脂肪组织。3.2 化学物的储存 靶组织或靶器官靶组织或靶器官l 有有些些化化学学物物可可在在其其聚聚集集部部位位直直接接发发挥挥毒毒性性作作用用，该部位称为靶部位。该部位称为靶部位。l 如如百百草草枯枯聚聚集集于于肺肺脏脏，可可引引起起肺肺组组织织充充血血、水水肿、发炎、坏死及广泛的纤维化。肿、发炎、坏死及广泛的纤维化。 储存库（储存库（storage depot）l 有些部位化学物含量虽高，但却未显示中毒有些部位化学物含量虽高，但却未显示中毒效应。效应。l 如如DDT在脂肪中含量最高，但所致毒作用在脂肪中含量最高，但所致毒作用发生在神经系统等组织。发生在神经系统等组织。储存库具有双重意义储存库具有双重意义l 对急性中毒具有保护作用。对急性中毒具有保护作用。l 体内慢性中毒的来源。体内慢性中毒的来源。l 在在机机体体应应激激情情况况下下，储储存存库库中中的的毒毒物物可可大大量量释释放入血，引起明显的毒作用。放入血，引起明显的毒作用。 血浆蛋白是蛋白结合的主要部位，不同的血浆蛋白是蛋白结合的主要部位，不同的血浆蛋白与外源化学物的不同成分结合。血浆蛋白与外源化学物的不同成分结合。 清蛋白 转铁蛋白 铜蓝蛋白 脂蛋白 球蛋白3.2.1血浆蛋白血浆蛋白 Plasma Proteins as a storage site 外源化学物与血浆蛋白结合特点外源化学物与血浆蛋白结合特点l 可逆性结合，在一定条件下可发生解离。可逆性结合，在一定条件下可发生解离。l 血浆蛋白含量一定，具有饱和现象。血浆蛋白含量一定，具有饱和现象。l 结合位点专一性不强，有竞争性抑制现象。结合位点专一性不强，有竞争性抑制现象。3.2.2 肝肾作为储存库肝肾作为储存库Liver & Kidney Storage肝脏和肾脏对于外源化学物具有很强的结合能肝脏和肾脏对于外源化学物具有很强的结合能力，使许多毒物的浓度高于其它器官，这可能力，使许多毒物的浓度高于其它器官，这可能与它们的代谢及排泄功能有关。与它们的代谢及排泄功能有关。 金属硫蛋白 能与镉、汞、锌、铅等结合3.2.3 脂肪组织作为储存库脂肪组织作为储存库Fat as a storage sitev环境中许多外源化学物具有脂溶性，易于分布并环境中许多外源化学物具有脂溶性，易于分布并储存到脂肪组织中。储存到脂肪组织中。v如：如：DDT、二恶英、多氯联苯等。、二恶英、多氯联苯等。u优点 降低靶器官毒物浓度，具有保护作用。u缺点 慢性毒性作用发生的物质基础。uSpot: 储存在脂肪组织中的化学物会表现出潜在的毒性，包括致癌性、发育毒性及内分泌毒性。3.2.4 骨骼作为储存库骨骼作为储存库Bone as Storage Depot p 骨骼是某些外源化合物如铅、氟化物的主要储存库。例如：骨骼是某些外源化合物如铅、氟化物的主要储存库。例如：90%铅最终储存在骨骼中。铅最终储存在骨骼中。p 外源化学物与骨组织的结合是可逆的，可以通过晶体表面外源化学物与骨组织的结合是可逆的，可以通过晶体表面的的离子相互交换和破骨活动从骨中释放入血。离子相互交换和破骨活动从骨中释放入血。p 铅或锶通过交换吸附反应置换骨质羟磷灰石晶格结构中的铅或锶通过交换吸附反应置换骨质羟磷灰石晶格结构中的钙、氟替代骨质中钙、氟替代骨质中 OH而沉积在骨骼中。而沉积在骨骼中。v在有些器官或组织， 特别是中枢神经系统 (血脑屏障) 和胎盘 (胎盘屏障) v血管内皮细胞结合紧密v内皮细胞外层被连续不断地基底膜包围v这些特点阻止有害物质由血液进入器官并且对于药物的药代动力学分布起着很重要的影响。3.3 特殊屏障 Special barriersBrain Barrier血脑屏障血脑屏障 解剖和生理结构 毛细血管内皮细胞结合紧密 具有多药耐受蛋白 Mdr 星形胶质细胞包裹 双层膜屏障 组织间液蛋白含量较低 进入 CNS 脂溶性 甲基汞 无机汞Module 4排泄（排泄（ Excretion ）毒物在体内的清除主要通过以下几个途径:肾脏 是机体清除外源化学物最重要的器官。很多化学物排泄的最重要途径是经肾脏随尿液排泄。粪便 机体机体清除外源化学物的另一个重要途径。气体 经肺排出。胆汁 经胆汁排泄的外源化学物或其代谢产物是经粪便排泄外源化学物的主要来源。 此外，体内的分泌物脑脊液、汗液、唾液、乳汁及眼泪也可以排泄外源化学物。排泄排泄- 肾脏 尿液肾脏 尿液 极性/水溶性毒物 弱酸性物质和弱碱性物质 主动分泌外源化学物经肾脏排泄的机制为肾小球被动滤过和肾小管主动分泌两种方式。由于外源化学物的物理化学性质不同，它可能经肾小管细胞重吸收入血或随尿液排出体外。脂/水分配系数较高的毒物容易经重吸收，而极性化合物和离子则随尿液排出。排泄排泄- 粪便排泄粪便排泄1 未被消化吸收未被消化吸收2 随胆汁排出的毒物随胆汁排出的毒物经肝脏生物转化形成的代谢产物及某些毒物的原型可以直经肝脏生物转化形成的代谢产物及某些毒物的原型可以直接排入胆汁，最终随粪便排出体外。接排入胆汁，最终随粪便排出体外。肝脏具有多种与外源化学物有关的转运体： Mrp2，Mdr1，Oatp，oct等，负责把肝细胞内的毒物或其代谢产物转运到胆汁排泄排泄- 呼气体温下以气态存在的物质以及挥发性液体均可经简体温下以气态存在的物质以及挥发性液体均可经简单扩散的方式由肺排出，排出的速度与吸收速度成单扩散的方式由肺排出，排出的速度与吸收速度成反比。反比。 在血液中溶解度较低（乙烯）的气体排泄较快，而在血液中溶解度较低（乙烯）的气体排泄较快，而血液中溶解度较高（氟烃类麻醉剂）的物质经肺脏血液中溶解度较高（氟烃类麻醉剂）的物质经肺脏排出较慢。排出较慢。其他排泄途径其他排泄途径 (other routes ) 脑脊液脑脊液 Cerebrospinal Fluid( CSF) 乳汁乳汁 milk 有毒物质可以经母乳进入婴儿体内 通过乳制品转移给人 汗液和唾液汗液和唾液 Sweat and Saliva Summarybiotransportation 第二节第二节外源化学物在体内的生物转化外源化学物在体内的生物转化 Biotransformation of xenobiotic v定义及意义 v类型v影响因素生物转化生物转化 Biotransformationv外源化学物在体内经历酶促反应或非酶促反应而形成代谢产物的过程。 Module 1 生物转化的意义生物转化的意义 Significance of biotransformation v外源化合物的生物转化可以改变外源化合物的生物学性能 。v可以经生物转化降低其毒性，也可经生物转化增强其毒性。 Metabolic detoxication 代谢解毒 Metabolic activation 代谢活化 vElectrophiles 亲电子剂vFree radicals 自由基vNucleophiles 亲核物vRedox-active reductants 氧化还原产物u对于判定外源化学物对机体的影响有重要作用。u探讨外源化学物产生活性基团、活性分子的重要规律，为防治其对机体损伤有重要意义。u有利于探讨其损伤机制，作用的靶器官、靶组织、靶细胞乃至靶分子。u可为中毒诊断、损伤程度判断和治疗效果评价提供有意义的生物学资料。 生物转化的意义 Phase I 相反应相反应n氧化反应氧化反应 Oxidation (细胞色素细胞色素P450 酶系酶系 cytochrome P450)n还原反应还原反应 Reduction (羰基还原酶羰基还原酶carbonyl reductase)n水解反应水解反应 Hydrolysis (羧酸酯酶羧酸酯酶 carboxylesterase)Phase II 相反应相反应n葡萄糖醛酸结合 Glucuronidationn硫酸结合 Sulfonationn谷胱甘肽结合 Glutathione Conjugationn甲基结合 Methylationn乙酰化结合 Acetylationn氨基酸结合 Amino Acid Conjugation Module 2 生物转化的类型生物转化的类型 Types of biotransformation I相相反反应应的的类类型型氧化作用氧化作用还原作用还原作用水解作用水解作用硝基和偶氮还原硝基和偶氮还原羰基还原羰基还原含硫基团还原含硫基团还原醌还原醌还原脱卤还原脱卤还原酯酶和酯酶和酰胺酶酰胺酶肽酶肽酶环氧化物水化酶环氧化物水化酶 Oxidation 氧化反应氧化反应v部位部位: : 肝细胞微粒体肝细胞微粒体v催化酶催化酶n细胞色素P450酶系n黄素单加氧酶v其它部位其它部位 线粒体、胞液线粒体、胞液 v催化酶催化酶n醇脱氢酶n醛脱氢酶n单胺氧化酶n钼水解酶Cytochrome P450 细胞色素 P450酶是一个蛋白质超家族，在药物的代谢过程起着很重要的作用。 这些酶几乎参与每一种药物代谢，这导致药物生物利用度的降低。细胞色素 P450 酶在不同的编码区域表现出结构多态性。Cytochrom P450 Gene familiesCYP450Human 14+Plants 22Insects 3Fungi 11Yeasts 2Nematodes 3Bacteria 18Molluscs 1Cytochrome P450 催化反应 Cytochrome P450催化的基本反应是单加氧反应。The iron is part of a HEM moiety人细胞色素人细胞色素 P450 家族家族细胞色素超家族中，以下家族存在于人体内：细胞色素超家族中，以下家族存在于人体内：CYP 1-5, 7, 8, 11, 17, 19, 21, 24, 26, 27, 39, 46, 51 功能功能:CYP 1, 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 3 药物、杀虫剂等的代谢药物、杀虫剂等的代谢CYP 2G1, 7, 8B1, 11, 17, 19, 21, 27A1, 46, 51 类固醇的类固醇的 代谢代谢CYP 2J2, 4, 5, 8A1脂肪酸的代谢脂肪酸的代谢CYP 24 (vitamine D), 26 (视黄酸视黄酸), 27B1 (vitamine D), .细胞色素细胞色素 P450 酶酶大多数 CYPs 存在于肝脏，但是某些 CYPs 也存在于肠壁细胞中。哺乳动物的 CYPs 存在于内质网。氧化作用氧化作用P-450催化氧化催化氧化微粒体含黄素加单氧酶微粒体含黄素加单氧酶醇、醛、酮氧化和胺类氧化醇、醛、酮氧化和胺类氧化脂肪族和芳香族羟化脂肪族和芳香族羟化双键的环氧化双键的环氧化杂原子杂原子(O-,S-,N-)、金属脱烷基、金属脱烷基杂原子杂原子(S-,N-,I-)氧化和氧化和N-羟化羟化氧化基团转移氧化基团转移 (氧化脱氨、脱硫、脱卤素氧化脱氨、脱硫、脱卤素)酯裂解酯裂解(羧酸酯、磷酸酯羧酸酯、磷酸酯)脱氢脱氢CYP450催化的反应类型vhydroxylation of aliphatic and aromatic substance (脂肪族和芳香族羟化）vEpoxidation （环氧化）vS-,N-I- oxgenation 杂原子的氧化 O-,S-,N- dealkylation 脱烷基 Oxidative group transfer (氧化基团转移）Dehydrogeneration 脱氢氧化作用氧化作用P-450催化氧化催化氧化微粒体含黄素加单氧酶微粒体含黄素加单氧酶醇、醛、酮氧化和胺类氧化醇、醛、酮氧化和胺类氧化脂肪族和芳香族羟化脂肪族和芳香族羟化双键的环氧化双键的环氧化杂原子杂原子(O-,S-,N-)、金属脱烷基、金属脱烷基杂原子杂原子(S-,N-,I-)氧化和氧化和N-羟化羟化氧化基团转移氧化基团转移 (氧化脱氨、脱硫、脱卤素氧化脱氨、脱硫、脱卤素)酯裂解酯裂解(羧酸酯、磷酸酯羧酸酯、磷酸酯)脱氢脱氢FMO催化反应类型微粒体外的氧化反应微粒体外的氧化反应vAlcohol dehydrogenase ADH 醇脱氢酶醇脱氢酶vADHs 是一种含锌酶, 位于胞浆，肝脏含量最高，肾脏、肺和胃黏膜中也有存在。Aldehyde Dehydrogenase ALDH （醛脱氢酶）（醛脱氢酶）醛脱氢酶在NAD+辅因子作用下氧化乙醛为乙酸。v钼水解酶钼水解酶 (Molybdozymes) v主要有两种钼水解酶：醛氧化酶和黄嘌呤氧化酶v单胺氧化酶单胺氧化酶, 二胺氧化酶二胺氧化酶, 和多胺氧化酶和多胺氧化酶v单胺氧化酶单胺氧化酶主要有两种形式： MAOA 和 MAOB。v二胺氧化酶二胺氧化酶(DAO; gene symbol ABP1)v多胺氧化酶多胺氧化酶(PAO; gene symbol PAOX) Reduction 还原反应 还原反应还原反应羰基还原羰基还原含氮基团还原含氮基团还原含硫基团还原含硫基团还原含卤基团还原含卤基团还原醌还原醌还原硝基还原硝基还原偶氮还原偶氮还原Enzymes are cyp450, FMO 肠道菌群 Hydrolysis 水解反应 酯类水解 有机磷杀虫剂 酰胺类水解 乐果水解脱卤反应 DDT DDE环氧化的水化反应 相反应相反应葡糖醛酸结合葡糖醛酸结合葡糖醛酸结合葡糖醛酸结合硫酸结合硫酸结合硫酸结合硫酸结合乙酰化作用乙酰化作用乙酰化作用乙酰化作用甲基化反应甲基化反应甲基化反应甲基化反应 谷胱甘肽谷胱甘肽谷胱甘肽谷胱甘肽(GSH)(GSH)结合结合结合结合氨基酸结合氨基酸结合氨基酸结合氨基酸结合UDP-葡萄糖醛酸转移酶葡萄糖醛酸转移酶 硫转移酶硫转移酶N-乙酰转移酶乙酰转移酶甲基转移酶甲基转移酶谷胱甘肽谷胱甘肽-S-转移酶转移酶N-酰基转移酶酰基转移酶结合反应类型结合反应类型 结合酶结合酶Phase II enzyme reactionsGlucuronidation 葡葡萄糖醛酸结合萄糖醛酸结合v葡萄糖醛酸结合是哺乳动物体内最主要的结合反应类型， 猫科动物除外 (狮子, 山猫, 和家猫)。v 酶： UDP-葡萄糖醛酸转移酶 Sulfonation 硫酸结合硫酸结合v硫酸结合的反应产物为高水溶性的硫酸酯。v催化反应的酶是 ulfotransferases (SULT), 该酶是多基因家族主要分布于肝、肾、肠、肺、血小板和脑等组织。v内源性硫酸来源：PAPSv 脂肪醇、醛类及 R-OH的结合反应如下Glutathione Conjugation 谷胱甘肽结合谷胱甘肽结合vTripeptide glutathione (GSH)由 甘氨酸, 半胱氨酸和氨基戊二酸组成 。v谷胱甘肽结合的底物包含以下两个特点: v含有亲电子原子 v 具有一定疏水性v可与GSH发生非酶促反应Methylation 甲基化反应甲基化反应甲基化反应不同于大多数结合反应因为它通常降低化合物的水溶性，并且掩盖可能被其它结合酶代谢的外源化学物的功能基团。能够进行甲基结合反应的化学物主要含有羟基、巯基或氨基的酚类、硫醇类和各种胺类。Acetylation 乙酰化反应乙酰化反应vN-乙酰化作用是含芳香胺(RNH2)或肼基团(RNHNH2)的外源化学物代谢的主要途径，反应产物分别是芳香酰胺 (RNHCOCH3) 和酰肼 。vN-乙酰基转移酶为催化该反应的酶。乙酰辅酶A (acetyl-CoA)提供反应所需的乙酰基供体。Amino Acid Conjugation 氨基酸结合氨基酸结合氨基酸结合是羧酸和芳香羟胺的主要代谢途径。羧酸现在酰基-CoA合成酶催化下形成酰基-CoA硫酯，然后在N-酰基转移酶作用下将酰基转移到甘氨酸、谷氨酸或牛磺酸的氨基上，形成酰胺。芳香羟胺与丝氨酸和脯氨酸等含有的羧基结合形成N-酯的过程。Phase IIbiotransformationglucuronidationglucuronidationsulfationsulfationacetylationacetylationmethylation methylation glutathion glutathion Amino acid Amino acid conjugationconjugationUDPGTSulfotranferase SULTNATMethyl transferaseGSTN-acyltransferaseType EnzymesPhase II enzyme reactions影响生物转化的某些因素 v 遗传因素遗传因素 n基因多态性v 环境因素环境因素n抑制与激活 n诱导和阻遏Cytochrome P450 polymorphisms 每个人或多或少都会有不同。这意味着: 相同的基因型可能为不同的表型。而基因型由个体DNA 序列决定。 人类：染色体是二倍体。表型以酶实际的活力或 CYP酶表达量为特征。Depending on the metabolic activity, three major cathegories of metabolizers are separated: extensive metabolizer (normal), poor metabolizer, and ultra-rapid metabolizer (increased metabolism of xenobiotics) Lit: K. Nagata et al. Drug Metabol. Pharmacokin 3 (2002) 167CYP 2D6 Polymorphism (II) Lit: J. van der Weide et al. Ann. Clin. Biochem 36 (1999) 722CYPs 基因多态性基因多态性CYP 1A2 个体个体: 快、中、慢基因型影响咖啡因的清除快、中、慢基因型影响咖啡因的清除 CYP 2B6 缺失型个体存在于缺失型个体存在于 3-4 % 高加索人群高加索人群CYP 2C9 缺失存在于缺失存在于 1-3 % 高加索人高加索人CYP 2C19 非活性酶个体非活性酶个体 (3-6 % 高加索人高加索人 and 15-20 % 亚洲人亚洲人)CYP 2D6 慢代谢型存在于慢代谢型存在于 5-8 % 欧洲人，欧洲人，10 % 高加高加索人索人 和和 1% 日本人。一部分非洲和东方人出现基因日本人。一部分非洲和东方人出现基因过度表达（基因复制）。过度表达（基因复制）。 CYP 3A4 很少数发生突变。很少数发生突变。GST 基因多态性基因多态性 vGST T1vGST M1vGST P1 NAT 基因多态性基因多态性vFaster metabolismvSlower metabolism酶的诱导酶的诱导Enzyme induction v诱导剂诱导剂:可引起某些代谢酶的合成增加并伴有活力增强效可引起某些代谢酶的合成增加并伴有活力增强效应的毒物。应的毒物。v巴巴比妥类比妥类: 苯巴比妥苯巴比妥(PB) CYP2B1/2, 2C, 3A1/2 EH, UDPGT GST v多环芳烃类多环芳烃类 3-MC可诱导可诱导GSTv醇醇/铜类：乙醇诱导铜类：乙醇诱导CYP2E1 v 甾类：地塞米松诱导甾类：地塞米松诱导CYP3A1酶的抑制作用酶的抑制作用 Enzyme inhibition v竞争性抑制竞争性抑制 竞争同一催化酶的活性中心竞争同一催化酶的活性中心v非竞争性抑制非竞争性抑制n与酶活性中心发生可逆或不可逆结合与酶活性中心发生可逆或不可逆结合n破坏酶破坏酶n减少酶的合成减少酶的合成n变构作用变构作用n缺乏辅因子缺乏辅因子小测验小测验 v 请列出外源化学物通过生物膜的方式请列出外源化学物通过生物膜的方式v Lipid/water partition coefficientv Blood/gas partition coefficientv I 相反应和相反应和II相反应的类型相反应的类型