第3章毒作用机制
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3章-生态毒理学研究方法
生物测试(bioassay)指系统地利用生物的反应测定一
种或多种污染物单独或联合存在条件下，所导致的影
响或危害。
所利用的生物反应包括分子、细胞、组织、器官、个
体、种群、群落-生态系统各级水平上的反映。
13
（二）毒性试验的方式 1.毒性试验的分类 根据毒性试验所经历的时间长短：短期毒性试验，中 期毒性试验和长期毒性试验。 根据试验溶液或试验气体的给予方式：静止式毒性试 验和流动式毒性试验。
29
(二)荧光原位技术的基本过程
1.制备和探针标记：
常用的探针信号标记方法有两种： ①直接标记法。将荧光分子直接标记于探针DNA/RNA 上，杂交后可直接在荧光显微镜下检测。 ②间接法。采用一中间分子标记探针，杂交后再用荧 光分子标记的中间分子的亲和物或抗体进行检测。
30
2.染色体原位杂交 杂交前变性处理染色体标本，使染色体DNA变为部 分单链，并去掉附着的RNA及蛋白质，变性处理生
八、RAPD技术在DNA损伤检测中的作用
21
一、PCR—SSCP技术
(一)PCR—SSCP的基本原理 单链DNA由于有链内碱基配对而具有一定的空间 结构，当DNA链上的碱基(即使是一个碱基)发生 改变时，单链DNA会形成不同的构象，称为单链 构象多态性(single strand conformation
28
二、荧光原位杂交技术
(一)荧光原位杂交的原理及特点
荧光原位杂交(fluorescene in situ hybridization， FISH)是20世纪80年代在原位杂交基础上建立起来的 一种高度灵敏、特异性好以及分辨率强的染色体和 基因分析技术，它通过荧光标记的各类DNA和RNA 探针与细胞或组织在玻片上进行杂交，在不改变其 结构的情况下，进行细胞内DNA、RNA某特定序列 的测定，可用于染色体识别、基因定位和基因诊断、 染色体结构畸变和数目改变分析。
种或多种污染物单独或联合存在条件下，所导致的影
响或危害。
所利用的生物反应包括分子、细胞、组织、器官、个
体、种群、群落-生态系统各级水平上的反映。
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（二）毒性试验的方式 1.毒性试验的分类 根据毒性试验所经历的时间长短：短期毒性试验，中 期毒性试验和长期毒性试验。 根据试验溶液或试验气体的给予方式：静止式毒性试 验和流动式毒性试验。
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(二)荧光原位技术的基本过程
1.制备和探针标记：
常用的探针信号标记方法有两种： ①直接标记法。将荧光分子直接标记于探针DNA/RNA 上，杂交后可直接在荧光显微镜下检测。 ②间接法。采用一中间分子标记探针，杂交后再用荧 光分子标记的中间分子的亲和物或抗体进行检测。
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2.染色体原位杂交 杂交前变性处理染色体标本，使染色体DNA变为部 分单链，并去掉附着的RNA及蛋白质，变性处理生
八、RAPD技术在DNA损伤检测中的作用
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一、PCR—SSCP技术
(一)PCR—SSCP的基本原理 单链DNA由于有链内碱基配对而具有一定的空间 结构，当DNA链上的碱基(即使是一个碱基)发生 改变时，单链DNA会形成不同的构象，称为单链 构象多态性(single strand conformation
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二、荧光原位杂交技术
(一)荧光原位杂交的原理及特点
荧光原位杂交(fluorescene in situ hybridization， FISH)是20世纪80年代在原位杂交基础上建立起来的 一种高度灵敏、特异性好以及分辨率强的染色体和 基因分析技术，它通过荧光标记的各类DNA和RNA 探针与细胞或组织在玻片上进行杂交，在不改变其 结构的情况下，进行细胞内DNA、RNA某特定序列 的测定，可用于染色体识别、基因定位和基因诊断、 染色体结构畸变和数目改变分析。
第三章 化学毒物的生物转化
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
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：
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
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
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：
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
第三章 毒作用及影响因素
a, b,c....n—混合物中A,B...N化合物所占的重量(质量）百分比 联合作用系数K与联合作用类型
方法 Smyth法 Keplinger法
拮抗作用 相加作用 协同作用 <0.4 0.4~2.7 >2.7 <0.57 0.57~1.75 >1.75
(2)等效应线图法
只能评定两个化合物的联合作用
（五）自由基与脂质过氧化
自由基作用学说
• 自由基：含有未配对电子的原子或分子，可通过共价键均裂或 电子俘获产生
CH3:HCH3•+H•
CCl4+e CCl3•+Cl 具有极高的反应活性：可攻击核酸、蛋白质、脂质等生物大分 子，导致结构和功能的异常，出现癌变、畸变、细胞死亡等 有些环境化学物本身具有自由基性质：NO2 可产生自由基的污染物：硝基、氨基化合物，芳香族化合物， 喹啉、CCl4等
பைடு நூலகம்
M Ti
1
n
M M0 Tmax
MTI <0 =0 0~1 =1 >1
效应类型 拮抗作用 独立作用 部分可加性 可加性 效应加强
2、毒性分级： LD50或ED50:环境化学物毒性评价的重要参数。 欧共体有害物毒性分级指标
毒性等级 极毒 LD50 mg/kg <25 吸收途径： 白鼠口服
<50
三、剂量效应（反应）关系
• 剂量—效应关系：描述外源性化学物的剂量水平 与所引起的个体或群体的量效应之间的相互关系； • 剂量—反应关系：描述外源性化学物的剂量水平 与所引起的效应发生率之间的相互关系 1、剂量—效应（反应）关系的基本类型： （1）直线型： 仅在一些体外试验中一定剂量范 围内存在 （2）抛物线型： 将剂量换成对数值后，可转化为 直线 （3）S-形曲线（Logistic growth curve):
03第3章外源性化学物质的体内过程
酶的多态性：同分子但氨基酸序列及构象不 同，功能也不同。因此酶的命名以一级氨基 酸序列建立较为合适。
酶催化反应的选择性：酶对化学物质的催化 具有立体构想选择性。
4.1.3 毒物代谢酶的分布
组织器官分布：肝是酶分布的主要器官，其 次为皮肤、肺、鼻粘膜、眼及胃肠道，再次 是肾、肾上腺、胰、脾、心脏、大脑、睾丸 卵巢、胎盘、血浆、血细胞、血小板、林巴 细胞及大动脉。
脂肪族和芳香族的羟化
也称碳羟化反应。 脂肪族在体内往往是末端的或倒数第二个碳
原子被氧化成羟基。如八甲磷末位甲基羟化 成N-羟基八甲磷（活性较八甲磷强10倍）。 多数芳香族毒物被羟化成酚类。如苯胺可氧 化为对氨基酚、邻氨基酚或羟基苯胺。
转运速率符合Fick定律：R=K·A(c1－c2)/d R—扩散速率 K—扩散常数 A---膜面积 (c1－c2)---膜两侧浓度差 d—膜厚度
影响转运的因素
转运速率除与膜两侧的物质浓度有关外，还
取决于体液的pH、物质本身的脂溶性和极性。
可用Handerson-Hasselbalch公式来解释。
注意：细胞色素P-450的氧化机制还有一些副 反应，若催化循环在不同步骤中断，则可分 别产生单电子还原、生成超氧阴离子、生成 过氧化氢和其他过氧化物。
催化反应类型
脂肪族和芳香族的羟化（hydroxylation of an aliphatic or aromatic carbon）
双键的环氧化（epoxidation of double bond） 杂原子（S-，N-，I-）氧化和N-羟化（ heteroatom
催化机制1
①氧化型细胞色素P-450（ Fe3+）先与RH结合形成 一种复合物；
酶催化反应的选择性：酶对化学物质的催化 具有立体构想选择性。
4.1.3 毒物代谢酶的分布
组织器官分布：肝是酶分布的主要器官，其 次为皮肤、肺、鼻粘膜、眼及胃肠道，再次 是肾、肾上腺、胰、脾、心脏、大脑、睾丸 卵巢、胎盘、血浆、血细胞、血小板、林巴 细胞及大动脉。
脂肪族和芳香族的羟化
也称碳羟化反应。 脂肪族在体内往往是末端的或倒数第二个碳
原子被氧化成羟基。如八甲磷末位甲基羟化 成N-羟基八甲磷（活性较八甲磷强10倍）。 多数芳香族毒物被羟化成酚类。如苯胺可氧 化为对氨基酚、邻氨基酚或羟基苯胺。
转运速率符合Fick定律：R=K·A(c1－c2)/d R—扩散速率 K—扩散常数 A---膜面积 (c1－c2)---膜两侧浓度差 d—膜厚度
影响转运的因素
转运速率除与膜两侧的物质浓度有关外，还
取决于体液的pH、物质本身的脂溶性和极性。
可用Handerson-Hasselbalch公式来解释。
注意：细胞色素P-450的氧化机制还有一些副 反应，若催化循环在不同步骤中断，则可分 别产生单电子还原、生成超氧阴离子、生成 过氧化氢和其他过氧化物。
催化反应类型
脂肪族和芳香族的羟化（hydroxylation of an aliphatic or aromatic carbon）
双键的环氧化（epoxidation of double bond） 杂原子（S-，N-，I-）氧化和N-羟化（ heteroatom
催化机制1
①氧化型细胞色素P-450（ Fe3+）先与RH结合形成 一种复合物；
第三章-设计安全无毒化学品的基本原理和方法
有良好的水溶性和脂溶性。
22
表3-3 影响吸收和膜渗透的物理化学及生物化学因素
物理化学因素
分子大小，相对分子质量，水溶性， 油溶性，状态（气、液还是固体）， 分解常数，粒子大小等等。
23
表3-3 影响吸收和膜渗透的物理化学及生物化学因素
生物化学因素
接触途径
表面积/m2 1.8 200 140
25
①肠胃系统吸收
C.影响物质在肠胃系统中吸收程度的物 理化学性质有： 物质的状态、固体物质粒子的大小、 物质的水溶性和油溶性、分解常数、 相对分子质量、分子大小等。
具体影响
26
①肠胃系统吸收 胃肠吸收特点？ 1. 物质必须有相当大的水溶性，才能溶解 成为其自由分子的形式。 2. 液态物质、被溶解了的物质比固态物质 更容易被吸收。 3. 盐类物质均有很大的水溶性，因此比中 性物质更容易被吸收。
2.利用构效关系消除毒性；
3.利用后代谢原理消除毒性；
4.用等效的无毒物代替有毒物质和
不使用有毒物质。
17
一、毒理学分析及相关分子设计
1.化学品 的毒性
2.通过分子修饰 减少吸收
3.了解毒性机 理后设计更安 全的化学品
4.利用毒性机理 知识设计更加安 全化学品的例子
18
（一）化学品的毒性
有毒化学品对人的致毒途径：
传统的工业化学 人才培养模式
工业合成 化学人才
药理学、 生物化学、 毒理学（SAR）
医药和杀虫剂 化学人才 杀虫剂化学人才 培养模式
复合型绿色 化学人才
14
传统的医药和
第二节 设计安全有效化学品的方法
15
毒理学第三章 毒物的生物转运与转化
酶、载体、离子通道） ＊糖（少量） 功能： ＊隔离功能 ＊进行生化反应和生命现象的场所 ＊内外环境物质交换的屏障
(二) 外源化学物通过生物膜的方式
1. 被动转运（passive transport） ＊简单扩散（simple diffusion) ＊滤过（filtration)
2. 特殊转运（special transport) ＊主动转运（active transport) ＊易化扩散（facilitated diffusion) ＊膜动转运（cytosis）
双功能诱导剂 单功能诱导剂
第二节 外源化学物在体内的生物转化
毒物代谢酶的主要诱导剂 巴比妥类
以PB为代表，可诱导CYP2B1/2、2C、3A1/2、 NADPH-细胞色素P-450 还原酶、EH、UDPGT和GST； 多环芳烃类 以3-MC为代表可诱，导CYP1A1/2、EH 和ST； 醇 / 酮类 如乙醇、异烟肼可诱导CYP2E1； 甾类 如孕烯醇酮16α-腈、地塞米松可诱导CYP3A1/2； 氯贝特（安妥明）类过氧化物酶体诱导剂： 可诱导CYP4A1/2和NAT。 多氯联苯（PCB，如Aroclor1254） 兼有PB和3-MC样诱导作用
Disposition
Summary
absorption
Biotransportation distribution
Biotranformation
excretion
Elimination
(metabolism metabolic transformation)
§研究外源化学物ADEM过程的意义
第二节 外源化学物在体内的生物转化
第三章 外源化学物在体内的 生物转运与生物转化
前言 毒物的如何进入机体内的？ 在体内发生了什么？ 如何排出体外？
(二) 外源化学物通过生物膜的方式
1. 被动转运（passive transport） ＊简单扩散（simple diffusion) ＊滤过（filtration)
2. 特殊转运（special transport) ＊主动转运（active transport) ＊易化扩散（facilitated diffusion) ＊膜动转运（cytosis）
双功能诱导剂 单功能诱导剂
第二节 外源化学物在体内的生物转化
毒物代谢酶的主要诱导剂 巴比妥类
以PB为代表，可诱导CYP2B1/2、2C、3A1/2、 NADPH-细胞色素P-450 还原酶、EH、UDPGT和GST； 多环芳烃类 以3-MC为代表可诱，导CYP1A1/2、EH 和ST； 醇 / 酮类 如乙醇、异烟肼可诱导CYP2E1； 甾类 如孕烯醇酮16α-腈、地塞米松可诱导CYP3A1/2； 氯贝特（安妥明）类过氧化物酶体诱导剂： 可诱导CYP4A1/2和NAT。 多氯联苯（PCB，如Aroclor1254） 兼有PB和3-MC样诱导作用
Disposition
Summary
absorption
Biotransportation distribution
Biotranformation
excretion
Elimination
(metabolism metabolic transformation)
§研究外源化学物ADEM过程的意义
第二节 外源化学物在体内的生物转化
第三章 外源化学物在体内的 生物转运与生物转化
前言 毒物的如何进入机体内的？ 在体内发生了什么？ 如何排出体外？
第3章 化学毒物在体内的生物转运与生物转化 (921)
部位吸收，转运进入血液、再转运至组织与脏器、
最终转运到排泄器官离开机体过程。
生物转化( biotransformation) :是指化学毒物在细胞
内发生一系列化学结构和理化性质而转化为新的
衍生物的过程。
8
毒物动力学(toxicokinetics) : 是研究化学毒物的数量
在生物转运和生物转化过程（ADME过程）中依
影响胃肠道吸收因素
✓ 胃肠道的酸碱度
✓ 外源化学物的分子结构及理化性质
✓ 胃肠道的蠕动和排空情况
✓ 胃肠道中的某些物质及菌丛
27
（一）经胃肠吸收
经胃肠道吸收的外源毒物可在胃肠道细胞内代谢，或通
过门静脉系统到达肝脏进行生物转化，或不经生物转化
直接进入胆汁，这种化学毒物进入体循环之前即被清除
的现象称为体循环前消除（presystemic elimination）或首
✓ 肝肾：与化学毒物有很强的结合能力。金属硫蛋白，金属
✓ 脂肪组织：高脂溶性毒物。降低靶器官浓度；动员时释放
✓ 骨骼：铅、锶、氟
36
（二）、特殊屏障
血脑屏障（blood-brain barrier, BBB): 是指由毛细血管内皮细
胞和聚集包围毛细血管的星形胶质细胞的软脑膜组成的一
种特殊的功能结构。
围的部分区域构成。主要成份为脑脊液侧的内皮细胞，具
有紧密连接和主动转运系统，可防止化学毒物透过。
38
（二）、特殊屏障
胎盘屏障（placental barrier): 是指分隔母体和胚胎血液循环
系统之间的几层细胞结构。
大部分化学毒物透过胎盘的机理是简单扩散；
39
四、排泄 （Excretion）
最终转运到排泄器官离开机体过程。
生物转化( biotransformation) :是指化学毒物在细胞
内发生一系列化学结构和理化性质而转化为新的
衍生物的过程。
8
毒物动力学(toxicokinetics) : 是研究化学毒物的数量
在生物转运和生物转化过程（ADME过程）中依
影响胃肠道吸收因素
✓ 胃肠道的酸碱度
✓ 外源化学物的分子结构及理化性质
✓ 胃肠道的蠕动和排空情况
✓ 胃肠道中的某些物质及菌丛
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（一）经胃肠吸收
经胃肠道吸收的外源毒物可在胃肠道细胞内代谢，或通
过门静脉系统到达肝脏进行生物转化，或不经生物转化
直接进入胆汁，这种化学毒物进入体循环之前即被清除
的现象称为体循环前消除（presystemic elimination）或首
✓ 肝肾：与化学毒物有很强的结合能力。金属硫蛋白，金属
✓ 脂肪组织：高脂溶性毒物。降低靶器官浓度；动员时释放
✓ 骨骼：铅、锶、氟
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（二）、特殊屏障
血脑屏障（blood-brain barrier, BBB): 是指由毛细血管内皮细
胞和聚集包围毛细血管的星形胶质细胞的软脑膜组成的一
种特殊的功能结构。
围的部分区域构成。主要成份为脑脊液侧的内皮细胞，具
有紧密连接和主动转运系统，可防止化学毒物透过。
38
（二）、特殊屏障
胎盘屏障（placental barrier): 是指分隔母体和胚胎血液循环
系统之间的几层细胞结构。
大部分化学毒物透过胎盘的机理是简单扩散；
39
四、排泄 （Excretion）
第三章毒理学基础
（3）分级
毒性 分级
剧毒
Ⅴ
高毒
Ⅳ
中等毒 Ⅲ
低毒
Ⅱ
微毒
Ⅰ
成人致死量/(mg/kg体重)
＜50 50~500 500~5000 5000~15000 ＞15000
60kg成人致死总量 /g 0.1 3
30 250 ＞1000
LOGO
第一节 毒性和毒性作用
二、毒性、毒性作用及分类
1、毒性
（4）选择毒性
①定义：一种外源化学物只对某一种生物有损害，而对其他 种类的生物不具有损害作用，或者只对生物体内某一组织 器官产生毒性，而对其它组织器官无毒性作用
亚硝酸盐：氰化物的有效解毒剂
硒：摄入低于50μg导致心肌炎、克山病、免 疫力低下，超过200 μg导致中毒，超过1mg 致死
维生素A：超量引起严重胃肠扰乱 氟：过量时引起低血钙、氟斑牙、氟骨症
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第一节 毒性和毒性作用
对机体有不同水平的有害性，但具备有害特征的并不 一定是毒物
▪ 毒作用终点 优点：有助于阐明中毒机制
• 特异指标 缺点：完成系统的毒理学研究之前难以确定
• 死亡指标 优点：简单、客观、易观察 缺点：粗糙，不能反映毒作用的本质
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第三节 化学结构与毒性效应
▪ 靶器官
▪ 定义：外源化学物可以直接发挥毒作用的器官或组 织就称为该物质的靶器官
▪ 靶器官形成的原因
①该器官的血液供应； ②存在特殊的酶或生化途径； ③器官的功能和在体内的解剖位置； ④对特异性损伤的易感性； ⑤对损伤的修复能力； ⑥具有特殊的摄入系统； ⑦代谢毒物的能力和活化／解毒系统平衡； ⑧毒物与特殊的生物大分子结合等。
• 经过毒理学研究之后确定的 • 必须能够进入机体，与机体发生有害的相互作用
毒性 分级
剧毒
Ⅴ
高毒
Ⅳ
中等毒 Ⅲ
低毒
Ⅱ
微毒
Ⅰ
成人致死量/(mg/kg体重)
＜50 50~500 500~5000 5000~15000 ＞15000
60kg成人致死总量 /g 0.1 3
30 250 ＞1000
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第一节 毒性和毒性作用
二、毒性、毒性作用及分类
1、毒性
（4）选择毒性
①定义：一种外源化学物只对某一种生物有损害，而对其他 种类的生物不具有损害作用，或者只对生物体内某一组织 器官产生毒性，而对其它组织器官无毒性作用
亚硝酸盐：氰化物的有效解毒剂
硒：摄入低于50μg导致心肌炎、克山病、免 疫力低下，超过200 μg导致中毒，超过1mg 致死
维生素A：超量引起严重胃肠扰乱 氟：过量时引起低血钙、氟斑牙、氟骨症
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第一节 毒性和毒性作用
对机体有不同水平的有害性，但具备有害特征的并不 一定是毒物
▪ 毒作用终点 优点：有助于阐明中毒机制
• 特异指标 缺点：完成系统的毒理学研究之前难以确定
• 死亡指标 优点：简单、客观、易观察 缺点：粗糙，不能反映毒作用的本质
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第三节 化学结构与毒性效应
▪ 靶器官
▪ 定义：外源化学物可以直接发挥毒作用的器官或组 织就称为该物质的靶器官
▪ 靶器官形成的原因
①该器官的血液供应； ②存在特殊的酶或生化途径； ③器官的功能和在体内的解剖位置； ④对特异性损伤的易感性； ⑤对损伤的修复能力； ⑥具有特殊的摄入系统； ⑦代谢毒物的能力和活化／解毒系统平衡； ⑧毒物与特殊的生物大分子结合等。
• 经过毒理学研究之后确定的 • 必须能够进入机体，与机体发生有害的相互作用
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（2）主要的活性氧 ① 超氧阴离子自由基
A、超氧阴离子自由基的基本特点
❖超氧阴离子自由基是一种弱的氧化剂，能氧化某些分
子如维生素C和巯基。但在更多的情况下是一种强的还 原剂，如还原细胞色素C。 B、超氧阴离子自由基的增毒途径
❖一是导致过氧化氢的形成，然后生成羟自由基。 ❖二是产生过氧亚硝基（ONOO-） ，最后生成二氧化氮
与.OH相比，O2.-、H2O2的反应性弱，但它们有较长的寿 命，因此它们能与远离自由基产生部位的分子反应。
4. 自由基的来源
机体内自由基的来源:
生物系统本身产生； 外来化合物的代谢产生。
生物系统产生自由基的主要途径
① 胞浆中的小分子：胞浆中的小分子通过自氧化使O2还原产生 氧自由基。如儿茶酚胺、黄素类、四氢碟呤类、醌类等。
① 醌类：醌类是数量最多的一类可发生氧化还原循环的化学 物，临床上广泛用于抗肿瘤的药物。如丝裂霉素、阿霉素、 博莱霉素等均能产生ROS。
❖ 其中，目前研究最深入的是氧自由基。
常见的自由基
超氧阴离子自由基 羟自由基 碳酸盐阴离子自由基 二氧化氮 一氧化氮 三氯甲基自由基
2.活性氧
（1）活性氧的概念 活性氧(reactive oxygen species, ROS),也称反应氧族，
是一个集合名词，不仅包括氧中心自由基，如超氧阴离 子自由基和羟自由基；也包括某些氧的非自由基衍生物， 如过氧化氢、单线态氧和次氯酸，甚至包括过氧化物、 氢过氧化物和内源性脂质及外源性化学物的环氧代谢物。 它们的共同特点是都含有化学性质活泼的含氧功能基团。
外源化学物的氧化还原代谢
许多外源化学物可通过不同途径形成自由基，但其中最 主要的途径是通过氧化还原循环。
氧化还原循环:外源化学物通过加入一个电子而还原为不 稳定的中间代谢产物，随后这个电子转移给分子氧而形 成超氧阴离子自由基，而中间产物则再变成原化学物。
通常由NADPH-细胞色素P450还原酶催化。
1. 亲电物的形成 2. 亲核物的形成 3. 氧化还原性反应物质的形成 4. 自由基的形成
(一) 亲电物的形成
1、亲电物的概念 亲电物是指含有一个缺电子原子的分子。 它带有一部分或者一个完整的正电荷，能通过与亲核物
中的富电子原子共享电子对而发生效应。
2、亲电物的形成
① 外源性化学物通过插入一个O原子而产生。O原子从其 附着的原子抽取一个电子使其具有亲电性。如醛、酮 、环氧化物、亚硝基化学物、亚砜物的形成等等。
② 过氧化氢（ H2O2 ）： 歧化反应的结果， 任何产生O2.-的系统也将产生 H2O2由于。H2O2 是一种弱氧化剂和弱还原剂， 在缺乏过渡金属离子时是相对稳定的。
过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶可将其分解 成水和氧。
③ 羟基自由基（.OH)
羟自由基是化学性质极强的自由基，能与任何生物分子 反应。 半衰期短(不到1μs)，作用直径很短(3nm)。
1.自由基的概念
❖ 自由基的概念： 自由基是独立游离存在的带有不成对电子的分子、原子
或离子。 自由基的特点：化学性质十分活泼，反应性极高，半减
期极短。 近30年来，自由基在肿瘤、老化及其疾病的发生发展过
程中的作用得到了进一步证实。
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自由基的种类
❖ 自由基的种类很多，主要有 ➢ A、以氧为中心的自由基； ➢ B、以碳为中心的自由基； ➢ C、以氢为中心的自由基； ➢ D、以硫为中心的自由基； ➢ E、以氮为中心的自由基； ➢ F、过渡金属离子：
② 共轭双键形成。外源性化学物形成共轭双键后，通过 氧的吸电子作用而被极化，使得双键碳之一发生电子 缺失，成为亲电物。如α、β-不饱合醛和酮、醌、醌 亚胺等的形成。
③ 阳离子亲电物的形成多是化学键异裂的结果。如碳翁 离子、氮翁离子、金属离子如二价汞离子。
形成亲电物增毒的物质
(二) 亲核物的形成
在毒物的活化机制中，亲核物形成比较少见。 苦杏仁经肠道细菌β-糖苷酶催化形成氰化物； 丙烯腈环氧化后与谷胱甘肽结合形成氰化物。
化碳的活性代谢产物； ③ 活性氧与活性氮： ④ 内源性物质的产物：
终毒物与其来源
3、终毒物的类型 外源性化学物经代谢活化后，最常见的是转化为以下四
种产物。 ① 亲电物； ② 亲核物； ③ 自由基； ④ 氧化还原性反应物。 毒物引起的毒效应强度主要取决于终毒物在靶位点的浓 度和持续时间。
二、终毒物的形成
主要内容
第1节 终毒物形成 第2节 终毒物与靶分子的反应 第3节 细胞功能障碍与毒性
第1节 终毒物的形成
1、终毒物的概念 2、终毒物的形成
一、终毒物的概念
1、终毒物的概念 终毒物是指与内源性靶分子如受体、酶、DNA、微丝蛋白、
脂质等反应，或者严重改变生物学微环境，导致机体结构 和功能改变而表现出毒性的物质。 2、终毒物的来源： ① 外源性化学物的原形：如CO，重金属等； ② 外源性化学物的代谢物，即代谢活化：如正已烷、四氯
(三) 氧化还原活性剂的形成
如硝酸盐经过肠道细菌的作用还原，生成亚硝酸盐,可 引起高铁血红蛋白血症。
还原性物质如抗坏血酸等，以及NADPH-细胞色素P450 还原酶等还原酶可使Cr6+还原为Cr5+。Cr5+反过来又可 催化HO·生成。
(四) 自由基的形成
❖ 1、自由基的概念 ❖ 2、活性氧 ❖ 3、自由基的来源
② 胞浆蛋白质：某些胞浆酶如黄嘌呤氧化酶可通过酶促循环产 生ROS。
③ 线粒体电子传递过程能生成ROS。 主要是O2.-。 ④ 吞噬细胞的吞噬过程和“呼吸爆发”： 生物体中O2.-的主要来
源之一。当吞噬细胞活化准备吞噬时，就会出现氧耗量增加。 1973年，Babior等首先证实了这种“呼吸爆发”的过程，使 氧分子还原为超氧自由基。
和碳酸盐阴离子自由基。
超氧阴离子自由基的两个增毒途径
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C、超氧阴离子自由基的消除过程。
❖ 在水溶液中O2.- 通过歧化反应消除，产生H2O2和O2，反 应由铜锌超氧化物歧化酶（SOD）催化。
O2.- + O2.- +2H+
H2O2+O2
SOD按辅基不同分为2类： ① Cu/Zn-SOD: 存在于真核生物的胞液中。 ② Mn-SOD: 存在于真核生物的线粒体中。