第五节神经毒剂的作用机理.pptx

第五节神经毒剂的作用机理第五节神经毒剂的作用机理一、轴突毒剂一、轴突毒剂药药剂剂对对轴轴突突传传导导得得抑抑制制主主要要就就是是通通过过改改变变膜膜得得离离子子通通透透性性,从从而而影影响响正正常常膜膜得得电电位位差差,使使电电冲冲动动得得发发生生与与传传导导失失常常。而而离离子子通通透透性性得得改改变变主主要要与与离离子子通通道道有有关。关。离离子子通通道道:细细胞胞膜膜上上有有通通道道蛋蛋白白形形成成得得跨跨膜膜充充水水小小孔孔,称称为为离离子子通通道道(ionchannel),离离子子通通道道使使钠钠、钾钾、钙钙等离子顺电化学梯度扩散等离子顺电化学梯度扩散,通过双分子层。通过双分子层。根根据据通通道道开开关关得得调调控控机机制制又又称称门门控控机机制制得得不不同同,离离子子通通道道可可分分为为:(1)配体门控离子通道或称受体控制性通道配体门控离子通道或称受体控制性通道Ach受体、受体、GABA受体等受体等;(2)电压门控离子通道或称电压依赖性通道电压门控离子通道或称电压依赖性通道开开、关关一一方方面面由由膜膜电电位位决决定定,另另一一方方面面与与电电位位变变化化得得时时间间有有关关(时间依赖性时间依赖性),钠通道、钾通道等钠通道、钾通道等;(3)环核苷酸门控环核苷酸门控(CNG)通道通道这类通道在视觉与嗅觉方面得信号传导中相当重要这类通道在视觉与嗅觉方面得信号传导中相当重要(4)机械力敏感得离子通道机械力敏感得离子通道当细胞受各种各样得机械力刺激时开启得离子通道当细胞受各种各样得机械力刺激时开启得离子通道离子通道离子通道一、轴突毒剂一、轴突毒剂1、钠离子通道得结构与功能钠离子通道得结构与功能 5 5种种:1 1种种,电电鳗鳗;3 3种种,大大鼠鼠脑脑神神经经,分分别别就就是是I I、型型;1 1种种,大鼠骨骼肌中。大鼠骨骼肌中。这这5 5种种在在化化学学上上各各有有其其特特点点,但但都都包包含含一一个个由由1 1 800-800-2O002O00个个氨氨基基酸酸组组成成分分子子量量约约为为240-280240-280千千道道尔尔顿顿得得糖糖蛋蛋白白亚单位。亚单位。大大鼠鼠脑脑神神经经中中得得I I、型型钠钠离离子子通通道道都都就就是是由由a a亚亚单单位位(260(260千千道道尔尔顿顿)、1亚亚单单位位(36(36千千道道尔尔顿顿)与与22亚亚单单位位(33(33千千道道尔尔顿顿)组组成成得得复复合合体体。电电鳗鳗中中钠钠通通道道仅仅有一个有一个a a亚单位构成。亚单位构成。1、钠离子通道得机构与功能钠离子通道得机构与功能 亚基就是钠通道得功能性亚单元亚基就是钠通道得功能性亚单元,它由它由4个高度相似得同源结个高度相似得同源结构域构域(D1-D4)围成一个中心孔道围成一个中心孔道,每一结构域有每一结构域有6个个螺旋跨膜片段螺旋跨膜片段(S1-S6)。每个结构域中。每个结构域中S4片段得氨基酸序列高度保守片段得氨基酸序列高度保守,就是通道得电就是通道得电压感受器。该片段含有重复得结构特征压感受器。该片段含有重复得结构特征:每隔每隔2个疏水残基即有一个个疏水残基即有一个带正电得带正电得Arg或或Lys残基。该段氨基酸残基得点突变或化学修饰会影残基。该段氨基酸残基得点突变或化学修饰会影响通道得激活功能。响通道得激活功能。结构域构域(Domain):蛋白蛋白质中一个有着特定功能得独立中一个有着特定功能得独立单元。元。多个多个结构域共同构成蛋白构域共同构成蛋白质得功能。得功能。联结联结S5与与S6片段得发夹样片段得发夹样折叠折叠SS1与与SS2(亦称亦称P区区)被嵌被嵌入膜内入膜内,构成孔道衬里构成孔道衬里,与通道得离子选择性有关。它得氨基酸与通道得离子选择性有关。它得氨基酸残基点突变会降低通道得离子选择性以及诸如残基点突变会降低通道得离子选择性以及诸如TTX类阻断剂对类阻断剂对通道得选择性。钠通道结构域通道得选择性。钠通道结构域III与与IV得细胞内连接环充当通道得细胞内连接环充当通道失活化门控襻失活化门控襻,它可电压依赖性地进入钠通道得孔道内口它可电压依赖性地进入钠通道得孔道内口,进而进而堵塞孔道堵塞孔道,致使通道失活。致使通道失活。1、钠离子通道得机构与功能钠离子通道得机构与功能 1与与2亚单元则对亚单元则对亚单元在膜上得定位以及稳定性起着亚单元在膜上得定位以及稳定性起着重要得辅助作用重要得辅助作用,并参与调节并参与调节亚单元得电压敏感性与失活过程。亚单元得电压敏感性与失活过程。1、钠离子通道得机构与功能钠离子通道得机构与功能Na+通通道道就就是是一一个个结结合合在在神神经经轴轴突突膜膜上上得得大大型型糖糖基基化化蛋蛋白白质质,存存在在关关闭闭、开开启启与与失失活活三三种种空空间间构构型型,其其构构型型之之间间得得转转变变受受神神经经膜膜电电位位变变化化得得控控制制,也也受受到到药药物物得得影影响响。钠钠通通道道功功能能包包括括选选择择性性滤滤孔孔(selectivityfilter)(位位于于细细胞胞外外膜膜,允允许许适适当当大大小小与与适适当当电电荷荷得得离离子子通通过过,钠钠离离子子最最容容易易通通过过)、闸闸门门(gate)(位位于于内内膜膜,就就是是通通道道得得内内侧侧口口)、与电压感受器与电压感受器(sensor)(位位于于内内外外膜膜之之间间,对对膜膜电电位位得得变变化化很很敏敏感感,控控制制闸闸门门得得开开闭闭),通通道道内内侧侧有有控控制制激激活活得得m闸闸门门与与控控制制失失活活得得h闸闸门门。去去极极化化时时,m闸闸门门打打开开,使使钠钠离离子子通通过过,持持续续去去极极化化则则h闸闸门门关关闭闭,极极化化时时m闸闸门门重重新关闭新关闭,h闸门重新打开闸门重新打开,钠通道才会对去极化再次做反应。钠通道才会对去极化再次做反应。hm 在电压门控钠通道上至少存在在电压门控钠通道上至少存在9个不同得神经毒素个不同得神经毒素靶结合受体位点。按其在钠通道得作用方式与受体位靶结合受体位点。按其在钠通道得作用方式与受体位点得结构点得结构,它们可被分为三大类它们可被分为三大类:阻滞钠电导得毒素阻滞钠电导得毒素;作用于跨膜区域内并影响电压依赖性得毒素作用于跨膜区域内并影响电压依赖性得毒素;通过作用于胞外影响钠通道电压依赖性得毒素。通过作用于胞外影响钠通道电压依赖性得毒素。1、钠离子通道得机构与功能钠离子通道得机构与功能大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静继续保持安静*别够偶联就是指一个受体位点被相应得神经毒素占据后诱导其她神经毒别够偶联就是指一个受体位点被相应得神经毒素占据后诱导其她神经毒素在指定受体位点上得结合。正调节素在指定受体位点上得结合。正调节(+)指促进毒素在其她指定受体位点得结指促进毒素在其她指定受体位点得结合合/或刺激或刺激Na+内流内流;(;(-)指削弱毒素在指定受体位点得结合。指削弱毒素在指定受体位点得结合。2、滴滴涕得作用机理滴滴涕得作用机理一、轴突毒剂一、轴突毒剂 该药剂中毒得鱼尸花蝇出现得症状为该药剂中毒得鱼尸花蝇出现得症状为:兴奋性提兴奋性提高高,身体及运动平衡被破坏身体及运动平衡被破坏,当运动量达到最大后当运动量达到最大后,体体躯强烈痉挛、颤栗躯强烈痉挛、颤栗,最后试虫麻痹最后试虫麻痹,缓慢地死亡。解剖缓慢地死亡。解剖虫尸发现虫尸发现,昆虫组织非常干燥昆虫组织非常干燥,几乎完全丧失了血淋巴。几乎完全丧失了血淋巴。DDT中毒后中毒后,一些昆虫还具有足自断现象一些昆虫还具有足自断现象,且断裂下且断裂下得足仍长时间收缩。几丁虫还能咬掉中毒得跗足得足仍长时间收缩。几丁虫还能咬掉中毒得跗足,而而保护自己免于失死亡。保护自己免于失死亡。DDT受体学说受体学说酪胺酪胺钠离子通道学说钠离子通道学说DDT主要就是作用于昆虫神经膜上得钠离子通道。主要就是作用于昆虫神经膜上得钠离子通道。2、滴滴涕得作用机理滴滴涕得作用机理DDT得作用就是使钠离子通道打开得作用就是使钠离子通道打开,延迟延迟h门得关闭门得关闭,钠不钠不断内流断内流,从而使得负后电位加强从而使得负后电位加强,当负后电位超过了钠阈值当负后电位超过了钠阈值,就就会引起电位得又一次上升会引起电位得又一次上升,引起动作电位得重复后放。动作电引起动作电位得重复后放。动作电位重复后放使神经持续兴奋位重复后放使神经持续兴奋,昆虫就表现出急速爬动等兴奋症昆虫就表现出急速爬动等兴奋症状。在重复后放之后就就是不规则得后放状。在重复后放之后就就是不规则得后放,有时产生一连串动有时产生一连串动作电位作电位,有时停止有时停止,这时乃就是进入痉挛及麻痹阶段这时乃就是进入痉挛及麻痹阶段,到重复后到重复后放变弱时乃进入完全麻痹放变弱时乃进入完全麻痹,而传导得停止既就是死亡得来临。而传导得停止既就是死亡得来临。2、滴滴涕得作用机理滴滴涕得作用机理Ca2+-ATP酶酶:滴滴涕主要抑制外滴滴涕主要抑制外Ca2+-ATP酶。外酶。外Ca2+-ATP酶得作用就是酶得作用就是调节膜外调节膜外Ca2+得浓度得浓度,在浓度高时在浓度高时,酶不起作用酶不起作用,在浓度低时在浓度低时,它得它得作用就是使膜外得钙得浓度增加。因此抑制此酶作用就是使膜外得钙得浓度增加。因此抑制此酶,膜外钙得浓度膜外钙得浓度就降低而不能恢复。膜外部就降低而不能恢复。膜外部Ca2+得浓度与轴突膜得兴奋性有关。得浓度与轴突膜得兴奋性有关。外部外部Ca2+减少时减少时,膜得限阈降低膜得限阈降低,因而易受刺激因而易受刺激(即不稳定化即不稳定化)。实。实际上际上,这就是由于这就是由于Ca2+得减少造成了膜外面正电荷得降低得减少造成了膜外面正电荷得降低,这样膜这样膜内对膜外得相对电位差也减小了内对膜外得相对电位差也减小了,因此外部缺少因此外部缺少Ca2+得轴突膜更得轴突膜更容易去极化容易去极化,也即更容易发生一系列得动作电位。滴滴涕得作用也即更容易发生一系列得动作电位。滴滴涕得作用就是抑制了就是抑制了“外外Ca2+-ATP酶酶”导致轴突膜外表得导致轴突膜外表得Ca2+减少减少,从而从而使得刺激更容易引起超负后电位得加强使得刺激更容易引起超负后电位得加强,引起重复后放。另外引起重复后放。另外,在神经膜受到刺激时在神经膜受到刺激时,膜外得钙离子浓度略有减少。加强膜外得膜外得钙离子浓度略有减少。加强膜外得Ca2+浓度浓度,有抑制钠闸门被打开得作用。因此钠闸门得延迟关闭有抑制钠闸门被打开得作用。因此钠闸门得延迟关闭也与钙降低有关。也与钙降低有关。型拟除虫菊酯型拟除虫菊酯:不带不带CN基得基得,处理得昆虫很快就出现高度兴奋处理得昆虫很快就出现高度兴奋及不协调运动、麻痹即所谓击倒及不协调运动、麻痹即所谓击倒,但击倒时体内得药量若未达但击倒时体内得药量若未达到致死量时到致死量时,将会苏醒将会苏醒,最后瘫软死亡最后瘫软死亡,如丙烯菊酯与胺菊酯等。如丙烯菊酯与胺菊酯等。“击倒击倒”,即引起昆虫得快速得、可恢复得麻痹。即引起昆虫得快速得、可恢复得麻痹。型拟除虫菊酯型拟除虫菊酯:带有带有CN基得基得,处理昆虫不出现兴奋症状处理昆虫不出现兴奋症状,而出而出现运动失调以后得中毒症状现运动失调以后得中毒症状,即很快痉挛即很快痉挛,立即进入麻痹状态立即进入麻痹状态,最后瘫软死亡最后瘫软死亡,如氯氰菊酯、溴氰菊酯与速灭杀丁等。如氯氰菊酯、溴氰菊酯与速灭杀丁等。3、菊酯类杀虫药剂得作用机理菊酯类杀虫药剂得作用机理电流与钠尾电流电流与钠尾电流(表示有更多得钠通道处于开放状态表示有更多得钠通道处于开放状态)明显延长。明显延长。其中带其中带CN基得拟除虫菊酯类甚至能使钠通道长期不关闭基得拟除虫菊酯类甚至能使钠通道长期不关闭,如溴氰如溴氰菊酯等。延长得钠电流引起负后电位去极化菊酯等。延长得钠电流引起负后电位去极化,振幅与时程增加振幅与时程增加,在在负后电位去极化达到兴奋阈值时负后电位去极化达到兴奋阈值时,发生重复后放。引起这样得重复发生重复后放。引起这样得重复后放可在神经系统得各个部位发生后放可在神经系统得各个部位发生,特别在突触得神经末端与感觉特别在突触得神经末端与感觉神经元神经元,引起神经肌肉痉挛产生超兴奋引起神经肌肉痉挛产生超兴奋,使运动失调使运动失调,最后麻痹死亡。最后麻痹死亡。当拟除虫当拟除虫菊酯与神经膜菊酯与神经膜上得钠离子通上得钠离子通道结合后道结合后,个个别得钠离子通别得钠离子通道被拟除虫菊道被拟除虫菊酯变构酯变构,在去在去极化期间使钠极化期间使钠离子通道开启离子通道开启延长延长,导致钠导致钠Na+,K+-ATP酶酶也也就就是是拟拟除除虫虫菊菊酯酯类类药药剂剂得得靶靶标标之之一一。这这种种观观点点与与钠钠离离子子通通道道靶靶标标学学说说并并不不矛矛盾盾。钠钠离离子子在在神神经经细细胞胞内内外外得得流流动动依依靠靠Na+,K+离离子子泵泵。Na+,K+-ATP酶酶得得基基本本功功能能就就是是催催化化ATP末末端端磷磷酸酸水水解解,并并利利用用该该反反应应产产生生得得自自由由能能来来逆逆电电化化学学梯梯度度进进行行Na+、K+得得主主动动运运输输,从从而而维维持持细细胞胞膜膜内内外外Na+、K+离离子子浓浓度度得得相相对对恒恒定定及及渗渗透透压压得得平平衡衡,以以保保证证细细胞胞正正常常得得神神经经传传导导或或物物质质吸吸收收等等重重要要得得生生理理功功能能。当当Na+,K+-ATP酶酶受受强强烈烈得得抑抑制制时时,离离子子流流受受抑抑制制,水水被被吸吸收收,滞滞留留,引引起起各各种种谷谷氨氨酸酸盐盐及及其其她她神神经经递递质质得得释释放放,进进而而引引发发中中枢枢神神经经系系统统得得疾疾病病。拟拟除除虫虫菊菊酯酯作作用用于于钠钠通通道道得得同同时时可可能能也也就就抑抑制制了了Na+,K+-ATP酶酶得得活活性。性。3、菊酯类杀虫药剂得作用机理菊酯类杀虫药剂得作用机理另外另外,拟除虫菊酯也对多种不同受体产生不同得作用拟除虫菊酯也对多种不同受体产生不同得作用,例如烟例如烟碱受体、乙酰胆碱受体、碱受体、乙酰胆碱受体、GABA受体受体-氯离子载体系统、氯离子载体系统、Ca2+ATP酶酶、谷氨酸受体、谷氨酸受体等。等。3、菊酯类杀虫药剂得作用机理菊酯类杀虫药剂得作用机理二、前突触毒剂二、前突触毒剂前突触膜毒剂就是一类主要作用于前突触膜前突触膜毒剂就是一类主要作用于前突触膜,即突触前膜得即突触前膜得杀虫剂。六六六及环戊二烯类杀虫剂。六六六及环戊二烯类,中毒症状大致分为兴奋、痉挛、中毒症状大致分为兴奋、痉挛、麻痹、死亡等几个阶段麻痹、死亡等几个阶段。六六六与环戊二烯类杀虫剂六六六与环戊二烯类杀虫剂:刺激前突触膜大量释放乙酰胆刺激前突触膜大量释放乙酰胆碱碱,造成乙酰胆碱在前后两个神经元得间隙中大量积累造成乙酰胆碱在前后两个神经元得间隙中大量积累,因而阻因而阻碍了神经元之间得神经传导。碍了神经元之间得神经传导。六六六与环戊二烯类能引起乙酰胆碱大量积累得原因六六六与环戊二烯类能引起乙酰胆碱大量积累得原因,并非并非就是由于它们对胆碱酯酶抑制作用所造成得就是由于它们对胆碱酯酶抑制作用所造成得,也不就是由于它们也不就是由于它们占领了胆碱受体后使乙酰胆碱未能与受体结合而造成得乙酰胆占领了胆碱受体后使乙酰胆碱未能与受体结合而造成得乙酰胆碱积累得结果碱积累得结果,而就是六六六与环戊二烯类杀虫剂刺激前突触膜而就是六六六与环戊二烯类杀虫剂刺激前突触膜,加强了乙酰胆碱得释放。但具体得作用位点尚无定论。加强了乙酰胆碱得释放。但具体得作用位点尚无定论。此类杀虫剂还为此类杀虫剂还为GABA受体抑制剂。受体抑制剂。三、三、胆碱酯酶抑制剂胆碱酯酶抑制剂(一一)乙酰胆碱酯酶得结构与功能乙酰胆碱酯酶得结构与功能1 1、AChE AChE得基因结构及分子多态性得基因结构及分子多态性 所有得脊椎动物及无脊椎动物中得昆虫所有得脊椎动物及无脊椎动物中得昆虫,其其AChEAChE均由单个均由单个AceAce编码。在不同生物间编码。在不同生物间AceAce结构存在差异。人、鼠等哺乳动物结构存在差异。人、鼠等哺乳动物AceAce结构相对紧凑结构相对紧凑,6 6个外显子个外显子(基因上含有蛋白质编码信息得部基因上含有蛋白质编码信息得部分分,每个外显子均编码一个完整蛋白质得特定部分每个外显子均编码一个完整蛋白质得特定部分)、5 5个内含子个内含子(基因中除了外显子基因中除了外显子,剩余得剩余得DNA序列就构成了内含子序列就构成了内含子,内含子被内含子被转录成转录成RNA,但就是接着就被剪切掉但就是接着就被剪切掉,因此内含子不编码蛋白质。因此内含子不编码蛋白质。)分布在分布在4 4、5-45-4、7kb7kb得碱基序列内得碱基序列内;按蚊与黑尾果蝇按蚊与黑尾果蝇 AceAce由由9 9个个内含子与内含子与l 0l 0个外显子组成个外显子组成,其总长度分别为其总长度分别为23kb23kb与与34kb34kb。AChEAChE就是一大分子糖蛋白就是一大分子糖蛋白,糖基约占总重量得糖基约占总重量得1515。AChEAChE按其分子特征可分为球型按其分子特征可分为球型(对称型对称型)及尾型及尾型(不对称型不对称型)。球型单。球型单体体(G(G1 1)分子量约分子量约70-80kD70-80kD,单体通过单一得链间二硫键装配成二单体通过单一得链间二硫键装配成二聚体聚体(G(G2 2),两个二聚体通过范得华氏力结合为四聚体两个二聚体通过范得华氏力结合为四聚体(G(G4 4)。球型。球型四聚体通过加入三股胶原样尾而成为尾四聚体通过加入三股胶原样尾而成为尾(collagen-like tail)(collagen-like tail)型四聚体型四聚体(A A4 4)。胶原性尾可通过二硫键直接与四聚体中得二聚。胶原性尾可通过二硫键直接与四聚体中得二聚体相连。每一个尾有三个联接点体相连。每一个尾有三个联接点,可分别形成尾型八聚体可分别形成尾型八聚体(A(A8 8)及十二聚体及十二聚体(A(A1212)。球形分子依据其溶解性又可分球形分子依据其溶解性又可分为两两亲分子分子(G-amphiphilic)(G-amphiphilic)与非两与非两亲分子分子(G-nonamphiphilic)(G-nonamphiphilic)。1 1、AChE AChE得基因结构及分子多态性得基因结构及分子多态性1 1、AChE AChE得基因结构及分子多态性得基因结构及分子多态性 同一生物得不同同一生物得不同AChEAChE分子分子,其分子大小、形状、溶解性等其分子大小、形状、溶解性等理化性质存在差异理化性质存在差异,但这些不同得酶分子却具有相同得底物催但这些不同得酶分子却具有相同得底物催化特性化特性,其原因在于其原因在于AChEAChE氨基端得氨基酸序列在不同酶分子之氨基端得氨基酸序列在不同酶分子之间完全相同。该相同得氨基酸序列包含了间完全相同。该相同得氨基酸序列包含了AChEAChE完成其催化功能完成其催化功能所必须得所有氨基酸残基。因此所必须得所有氨基酸残基。因此,该段相同得氨基酸序列也叫该段相同得氨基酸序列也叫做做AChEAChE得催化亚基。与催化亚基羧基端连接得不同结构域决定得催化亚基。与催化亚基羧基端连接得不同结构域决定着酶分子得类型与酶分子得理化特性。着酶分子得类型与酶分子得理化特性。2 2、AChE AChE得分布得分布 主要分布在神经肌肉组织。主要分布在神经肌肉组织。昆虫昆虫:中枢神经中枢神经;肌肉、血淋巴肌肉、血淋巴 脊椎动物脊椎动物:中枢、周围中枢、周围 神经组织中得神经组织中得AChEAChE主要就是球型。主要就是球型。电鳐肌肉中得电鳐肌肉中得AChEAChE几乎全部为几乎全部为A12A12型。哺乳动物肌肉型。哺乳动物肌肉AChEAChE呈多型性呈多型性,主要为主要为A12AChEA12AChE,也含有其她分子型也含有其她分子型AchEAchE。3 3、AChE AChE酶酶蛋白蛋白结构与氨基酸构与氨基酸组成成 AChE就是一个异构化酶就是一个异构化酶,它有三类作用部位它有三类作用部位:催化部位、催化部位、结合部位及异构化部位。结合部位及异构化部位。催化部位与结合部位构成该酶得活性中心。催化部位与结合部位构成该酶得活性中心。催化部位又叫酯动部位催化部位又叫酯动部位,对乙酰胆碱、有机磷与氨基甲酸对乙酰胆碱、有机磷与氨基甲酸酯发生乙酰化、磷酰化与氨基甲酰化都在这个部位酯发生乙酰化、磷酰化与氨基甲酰化都在这个部位,这个部位这个部位主要就是丝氨酸得主要就是丝氨酸得OH基基;另外另外,在催化部位周围得许多氨基酸残基都有可能成为结在催化部位周围得许多氨基酸残基都有可能成为结合部位合部位,主要有阴离子部位、疏水部位、电荷转移复合体部位、主要有阴离子部位、疏水部位、电荷转移复合体部位、靛酚结合部位、巯基结合部位等靛酚结合部位、巯基结合部位等;异构化部位又叫外周离子部位。异构化部位又叫外周离子部位。3 3、AChE AChE酶酶蛋白蛋白结构与氨基酸构与氨基酸组成成 该该催催化化亚亚基基就就是是由由1414个个螺螺旋旋与与1212个个折折叠叠片片组组成成得得大大小小为为454560606565得得椭椭球球形形分分子子;螺螺旋旋、折折叠叠片片在在晶晶体体中中得得含含量量分分别别为为1515、3030,折折叠叠片片位位于于椭椭球球形形分分子子得得中中央央而而被被螺旋所包围。螺旋所包围。该分子结构最明显得特点就是在球形分子得表面有一向内该分子结构最明显得特点就是在球形分子得表面有一向内凹陷得又深又窄得凹陷得又深又窄得“峡谷峡谷”(gorge)(gorge),峡谷得深度达到峡谷得深度达到20 20,相相对于入口处其底部更加扩展。对于入口处其底部更加扩展。3 3、AChE AChE酶酶蛋白蛋白结构与氨基酸构与氨基酸组成成 AChEAChE得得催催化化中中心心得得3 3个个氨氨基基酸酸残残基基:第第200200位位得得丝丝氨氨酸酸(S(S200200)、第第327327位位得得谷谷氨氨酸酸(G(G327327)、第第440440位位得得组组氨氨酸酸(H(H440440)均均位位于于峡峡谷谷内内,因因此此该该峡峡谷谷也也叫叫做做活活性性中中心心峡峡谷谷。峡峡谷谷内内壁壁四四周周主主要要就就是是由由3434个个疏疏水水得得芳芳基基氨氨基基酸酸组组成成,这这些些芳芳基基氨氨基基酸酸残残基基在在AChEAChE与与底底物物得得结结合合过过程程中中起起重重要要作作用用,其其中中第第8484位位得得色色氨氨酸酸(W(W8484)、330330位位得得酪酪氨氨酸酸(Y(Y330330)或或苯苯丙丙氨氨酸酸(F(F330330)、442442位位得得酪酪氨氨酸酸(Y(Y442442),与与G G199199一一起起构构成成了了AChEAChE活活性性中中心心底底物物与与酶酶得得结结合合部部位位,其其亲亲与与力力主主要要来来源于底物与芳环上电子得相互作用。源于底物与芳环上电子得相互作用。酶酶晶晶体体衍衍射射研研究究得得结结果果进进一一步步表表明明,底底物物与与酶酶分分子子得得结结合合部部位位与与催催化化部部位位实实际际上上同同处处于于活活性性峡峡谷谷之之中中;底底物物与与酶酶得得结结合合部部位主要就是由疏水得芳基氨基酸组成。位主要就是由疏水得芳基氨基酸组成。在峡谷入口处附近在峡谷入口处附近,椭球形分子得外表面主要就是由一些带负椭球形分子得外表面主要就是由一些带负电得氨基酸组成。这些带负电得氨基酸组成了电得氨基酸组成。这些带负电得氨基酸组成了AChEAChE得外周阴离得外周阴离子部位子部位(peripheral anionicsite,PAS)(peripheral anionicsite,PAS)。十二十二烷双胺、普双胺、普罗吩吩胺等化合物与胺等化合物与PASPAS部位均有很高得部位均有很高得亲与力。与力。这些配体些配体结合于合于PASPAS后后,可以改可以改变酶酶活性中心得立体构型活性中心得立体构型,影响影响酶酶与底物或与其它配体与底物或与其它配体得得亲与力。与力。它得存在可能有助于提高它得存在可能有助于提高AChEAChE催化效率催化效率:乙酰胆碱进乙酰胆碱进入活性中心之前入活性中心之前,先通过静电吸引结合于先通过静电吸引结合于PASPAS,然后顺势滑入到峡然后顺势滑入到峡谷内并进一步扩散到活性中心谷内并进一步扩散到活性中心,从而加快底物与活性中心得结合从而加快底物与活性中心得结合进程进程;另外另外,PASPAS可能还与高浓度底物对酶活性得抑制作用有关。可能还与高浓度底物对酶活性得抑制作用有关。3 3、AChE AChE酶酶蛋白蛋白结构与氨基酸构与氨基酸组成成 4、AChE得功能得功能Ach就是昆虫胆碱能突触得神经递质就是昆虫胆碱能突触得神经递质,在完成信息传在完成信息传递递(动作电位动作电位)后被后被AChE分解分解CH3COOC2H4N+(CH3)3CH3COOHHOC2H4N(CH3)3反应式反应式:EAXEAXAEAE第一步可逆反应形成复合体第一步可逆反应形成复合体EAXKd=解离常数、亲与力常数解离常数、亲与力常数;K+1结合速率常结合速率常数数;K-1解离速率常数解离速率常数;Kd愈小愈小,EAX愈大愈大(亲合力愈亲合力愈大大)H2OAChEK+1K-1K2XK3K+1K-1第二步酶乙酰化反应第二步酶乙酰化反应,放出放出X(胆碱胆碱)取决于取决于K2,K2速率常数速率常数(K2大大,易放出易放出X)第三步水解反应第三步水解反应,脱乙酰化反应脱乙酰化反应,放出乙酸放出乙酸,酶恢复酶恢复,水解速率常数水解速率常数K3,快快,(1/几几1/100msec)。H2OAChEK+1K-1K2XK3CH3COOC2H4N+(CH3)3CH3COOHHOC2H4N(CH3)3反应式反应式:EAXEAXAEAE阴离子部位疏水基部位(结合部位)电荷转移复合体吲哚苯基结合部位酯动部位(催化部位)丝氨酸羟基相邻组氨酸得咪唑基活化丝氨酸OH诱导反应,整个反应很快,仅23msecAChE酶与乙酰胆碱得季铵基团N+(CH3)3结合(二二)OP杀虫剂对杀虫剂对AChE抑制作用抑制作用1、酶活性得抑制酶活性得抑制:EPXPXEPEPE第一步第一步形成可逆性复合体形成可逆性复合体(PXE存地时间短存地时间短)第二步第二步酶磷酰化反应酶磷酰化反应,P原子原子(亲电性亲电性)与酶丝氨酸与酶丝氨酸OH反应反应,亲电性愈强亲电性愈强,对酶抑制能力愈强对酶抑制能力愈强,X基团分离能基团分离能力愈大。力愈大。K2磷酰化反应速率常数很快磷酰化反应速率常数很快第三步酶去磷酰化第三步酶去磷酰化,K3速率常数速率常数,几乎不发生几乎不发生K+1K-1K2XK32、酶酶活活性性得得恢恢复复酶酶经经磷磷酰酰化化后后,虽虽然然水水解解作作用用极极为为缓缓慢慢,但但仍仍然然能能自自发发地地放放出出磷磷酸酸并并使使酶酶复复活活,这这一一反反应应称称为为自发复活作用或脱磷酰化作用。自发复活作用或脱磷酰化作用。EP+H2OEH+P一一OH自自发发复复活活速速度度与与抑抑制制剂剂得得离离去去基基团团无无关关,而而取取决决于于磷磷原原子子上上残残留留得得取取代代基基以以及及酶酶得得来来源源。AChE复复活活剂剂:羟羟胺胺(NH2OH)(弱弱)、肟肟、羟羟肟肟酸酸(强强)引引入入阳阳离离子子活活性性更更强强。攻击磷酰化酶中得攻击磷酰化酶中得P原子而取代它们。原子而取代它们。(解磷定)3、磷酰化酶得老化磷酰化酶得老化老老化化:指指磷磷酰酰化化酶酶在在恢恢复复过过程程中中转转变变为为另另一一种种结结构构,以以至至于于羟羟胺胺类类得得药药物物不不能能使使酶酶恢恢复复活活性性。老老化化现现象象就就是是由于二烷基磷酰酶得脱烷基反应造成得。由于二烷基磷酰酶得脱烷基反应造成得。磷磷酰酰化化酶酶得得老老化化速速率率与与磷磷酰酰基基上上得得烷烷基基有有关关。二二乙乙基基磷磷酰酰化化酶酶老老化化缓缓慢慢,但但甲甲基基、仲仲烷烷基基及及苄苄基基(苯苯甲甲基基)酯得老化速度要快得多。酯得老化速度要快得多。老老化化反反应应速速度度取取决决于于非非酶酶得得化化学学力力,发发生生烷烷基基磷磷酸酸酯酯基基C一一O键键得得断断裂裂。因因此此,酶酶如如果果受受烷烷基基化化能能力力高高得得磷磷酸酸酯得抑制酯得抑制,老化现象易于发生。老化现象易于发生。1 1、抑制神经细胞得生长发育抑制神经细胞得生长发育:AChEAChE得催化作用能增强神经轴突得生长得催化作用能增强神经轴突得生长,因而因而,在在AChEAChE活性活性被有机磷杀虫剂抑制后被有机磷杀虫剂抑制后,即使未致死亡即使未致死亡,机体神经细胞得生长发机体神经细胞得生长发育也受到阻碍。毒死蜱可以抑制育也受到阻碍。毒死蜱可以抑制PC12PC12细胞得有丝分裂与轴突得细胞得有丝分裂与轴突得长出长出,抑制神经细胞抑制神经细胞DNADNA得合成得合成,在远低于使在远低于使AChEAChE活性抑制所需要活性抑制所需要得浓度时即可引起与脑发育有关得分子得浓度时即可引起与脑发育有关得分子-磷酸化得磷酸化得CaCa2+2+cAMPcAMP介导得反应元件结合蛋白介导得反应元件结合蛋白(CREB)(CREB)得活性增加。可见得活性增加。可见,有机磷有机磷杀虫剂不仅具有胆碱能毒性杀虫剂不仅具有胆碱能毒性,还具有非胆碱能毒性作用。还具有非胆碱能毒性作用。有机磷杀虫剂得其她作用机理有机磷杀虫剂得其她作用机理:有机磷杀虫剂得其她作用机理有机磷杀虫剂得其她作用机理:2、抑制乙酰胆碱受体抑制乙酰胆碱受体:乐果可以增强肌细胞膜上得乐果可以增强肌细胞膜上得nAChR得表达。它可通过结合到非竞争性位点改变该受体得构型或得表达。它可通过结合到非竞争性位点改变该受体得构型或就是直接阻断就是直接阻断nAChR通道而抑制其功能。通道而抑制其功能。3 3、影响神经突触得影响神经突触得AChACh得释放得释放:毒死蜱可以作用于突触毒死蜱可以作用于突触膜上得自主型膜上得自主型nAChRnAChR,抑制这些自主受体得功能抑制这些自主受体得功能,从而影响从而影响AChACh得释放。得释放。此外此外,有机磷杀虫剂还对大脑突触体得钙离子通道功能有有机磷杀虫剂还对大脑突触体得钙离子通道功能有抑制作用抑制作用,例如例如:甲胺磷甲胺磷(methamidophos)(methamidophos)可以使脑突触体钙摄可以使脑突触体钙摄取减少取减少,说明甲胺磷影响了膜上得电压敏感型钙离子通道。说明甲胺磷影响了膜上得电压敏感型钙离子通道。与与OP差异差异:K3比乙酰化酶水解慢比乙酰化酶水解慢,但就是比磷酰化酶水解快得但就是比磷酰化酶水解快得多。乙酰化酶得复活半衰期只有多。乙酰化酶得复活半衰期只有0、1ms左右左右,氨基甲酰氨基甲酰化酶为几分钟到数小时化酶为几分钟到数小时,而磷酰化酶为几小时到几十天而磷酰化酶为几小时到几十天,甚至永不复活。甚至永不复活。无老化无老化治疗治疗,阿托品效好阿托品效好,酶复活剂酶复活剂(2-PAM、4-PAM、双、双复磷复磷)无效无效(三三)氨基甲酸酯类对乙酰胆碱酯酶得抑制作用氨基甲酸酯类对乙酰胆碱酯酶得抑制作用总之总之:二者均就是二者均就是AChE得不正常底物得不正常底物,为酯动部位抑制剂为酯动部位抑制剂(有有时也称为酸转移抑制剂时也称为酸转移抑制剂)。有机磷或氨基甲酸酯与。有机磷或氨基甲酸酯与AChE丝氨酸得羟基结合丝氨酸得羟基结合,使使AChE磷酰化或氨基甲酰化磷酰化或氨基甲酰化,即被即被抑制抑制,去磷酰化需要几个月得时间去磷酰化需要几个月得时间,而去氨基甲酰化也需而去氨基甲酰化也需要几个小时左右要几个小时左右,但就是去乙酰化只要几分之一毫秒。但就是去乙酰化只要几分之一毫秒。这样导致突触部位积累大量得乙酰胆碱这样导致突触部位积累大量得乙酰胆碱,突触后膜得乙突触后膜得乙酰胆碱受体不断地被激活酰胆碱受体不断地被激活,突触后神经纤维长期处于兴突触后神经纤维长期处于兴奋状态奋状态,中毒试虫就表现出兴奋状态。但就是过量得乙中毒试虫就表现出兴奋状态。但就是过量得乙酰胆碱又可造成去极化阻断酰胆碱又可造成去极化阻断,从而抑制了神经传导从而抑制了神经传导,使昆使昆虫在中毒后期逐渐地失去活动能力虫在中毒后期逐渐地失去活动能力,昏迷死亡。另外昏迷死亡。另外,神神经传导得阻断必然会影响到整个生理生化过程得失调与经传导得阻断必然会影响到整个生理生化过程得失调与破坏。破坏。各种有机磷与氨基甲酸酯得抑制能力有很大得不各种有机磷与氨基甲酸酯得抑制能力有很大得不同同,这决定于有机磷及氨基甲酸酯得化学特性这决定于有机磷及氨基甲酸酯得化学特性,如磷原如磷原子得亲电子性等子得亲电子性等;还决定于酶得特性还决定于酶得特性,AChE具有多种不具有多种不同得结合部位同得结合部位,各种有机磷与氨基甲酸酯对她们得结各种有机磷与氨基甲酸酯对她们得结合能力不同合能力不同,也就影响其催化作用也就影响其催化作用;与与AChE得异构部得异构部位得变化也有关位得变化也有关,某些化合物得作用可整个改变酶得某些化合物得作用可整个改变酶得反应性。所以反应性。所以,各种有机磷酸酯及氨基甲酸得抑制能各种有机磷酸酯及氨基甲酸得抑制能力不同力不同,在很大程度上决定于它们与哪些部位起作用。在很大程度上决定于它们与哪些部位起作用。四、四、乙酰胆碱受体毒剂乙酰胆碱受体毒剂受体受体:细胞膜或细胞内能与某些化学物质细胞膜或细胞内能与某些化学物质(递质、调质、激递质、调质、激素等素等)特异性结合并诱发生物效应得特殊生物分子特异性结合并诱发生物效应得特殊生物分子,其本质为蛋其本质为蛋白质。每一种受体均有其相应得激动剂白质。每一种受体均有其相应得激动剂(agonist)与拮抗剂与拮抗剂(antagonist)。神经递质得受体神经递质得受体:在神经生化领域内把对神经递质起应答作在神经生化领域内把对神经递质起应答作用得生物活性物质称为神经递质得受体用得生物活性物质称为神经递质得受体,它们就是存在于突触膜它们就是存在于突触膜上得蛋白质分子上得蛋白质分子,其分子链镶嵌在膜内其分子链镶嵌在膜内,而与配体而与配体(递质递质)结合得结合得位点露在膜外。神经递质必须通过与受体结合后才能发挥作用。位点露在膜外。神经递质必须通过与受体结合后才能发挥作用。神经递质得受体神经递质得受体,两类两类:配体门控离子通道配体门控离子通道:N-型乙酰胆碱受体型乙酰胆碱受体(nAChR)、-氨基丁酸受体氨基丁酸受体(GABAR)甘氨酸受体甘氨酸受体(GlyR);与信号转导蛋白相偶联得受体与信号转导蛋白相偶联得受体:当递质与受体结合当递质与受体结合后后,经经G蛋白将信号传给腺苷酸环化酶蛋白将信号传给腺苷酸环化酶,产生产生CAMP,调调节细胞代谢节细胞代谢,最后引起各种生理效应最后引起各种生理效应,肾上腺素受体、肾上腺素受体、M-型乙酰胆碱受体型乙酰胆碱受体(mAChR)、单胺类受体与视紫红质单胺类受体与视紫红质(Rh)等。等。将化学信号重新将化学信号重新转变为电信号转变为电信号四、四、乙酰胆碱受体毒剂乙酰胆碱受体毒剂以昆虫神经系统得受体为作用靶标得一类药剂以昆虫神经系统得受体为作用靶标得一类药剂称为受体毒剂。昆虫体内作为杀虫靶标得有乙酰胆称为受体毒剂。昆虫体内作为杀虫靶标得有乙酰胆碱受体、碱受体、GABA受体、章鱼胺受体这三类主要得神受体、章鱼胺受体这三类主要得神经受体经受体,另外还有多巴胺受体、另外还有多巴胺受体、5-羟色胺受体、谷氨羟色胺受体、谷氨酸受体等。酸受体等。1、乙酰胆碱受体乙酰胆碱受体(AChR)生理功能生理功能:在胆碱能突触得重要作用在于识别与在胆碱能突触得重要作用在于识别与转导化学信号转导化学信号ACh。类别类别:烟碱样受体烟碱样受体(nAChR)蕈毒碱样受体蕈毒碱样受体(mAChR)蕈毒酮样受体蕈毒酮样受体(muscaronicreceptor)。烟碱样受体烟碱样受体:一种能被烟碱激活得寡聚一种能被烟碱激活得寡聚糖蛋白糖蛋白,位于细胞膜上位于细胞膜上,由由4 4种种不同得亚单位不同得亚单位(、)构成得五聚体糖蛋白构成得五聚体糖蛋白,2 2 。该受体就是突该受体就是突触后膜得配体门控离子通道触后膜得配体门控离子通道,当受体与当受体与ACh结合后结合后,其构相其构相改变改变,直接影响膜电