农药毒理生物氧化.pptx

第十章第十章 生物氧化生物氧化n维维持持生生命命活活动动的的能能量量，主要有两个来源主要有两个来源:n光光能能（太太阳阳能能）：植植物物和和某某些些藻藻类类，通通过过光光合合作作用用将将光光能能转转变变成生物能。成生物能。n化化学学能能：动动物物和和大大多多数数的的微微生生物物，通通过过生生物物氧氧化化作作用用将将有有机机物物质质（主主要要是是各各种种光光合合作作用用产产物物）存存储储的的化化学学能能释释放放出出来来，并并转转变成生物能。变成生物能。n有有机机物物质质在在生生物物体体内内的的氧氧化化作作用用，称称为为生生物物氧氧化化。生生物物氧氧化化通通常常需需要要消消耗耗氧氧，所所以以又又称称为为呼呼吸吸作作用用。在在整整个个生生物物氧氧化化过过程程中中，有有机机物物质质最最终被氧化成终被氧化成COCO2 2和水，并释放出能量。和水，并释放出能量。n而而外外源源有有机机物物（药药物物、毒毒物物等等）进进入入机机体体后后，在在微微粒粒体体氧氧化化酶酶系系的的作作用用下下，将将发发生生一一系系列列化化学学变变化化并并形形成成一一些些分分解解产产物物或或衍衍生生物物，此此种种过过程称为生物转化或代谢转化。程称为生物转化或代谢转化。生物氧化的特点生物氧化的特点n1 1，生生物物氧氧化化是是在在生生物物细细胞胞内内进进行行的的酶酶促促氧氧化化过过程，反应条件温和（水溶液，程，反应条件温和（水溶液，pHpH 7 7和常温）。和常温）。n2 2，氧氧化化进进行行过过程程中中，必必然然伴伴随随生生物物还还原原反反应应的的发生。发生。n3 3，水水是是许许多多生生物物氧氧化化反反应应的的氧氧供供体体。通通过过加加水水脱氢作用直接参予了氧化反应。脱氢作用直接参予了氧化反应。n4 4，在在生生物物氧氧化化中中，碳碳的的氧氧化化和和氢氢的的氧氧化化是是非非同同步步进进行行的的。氧氧化化过过程程中中脱脱下下来来的的氢氢质质子子和和电电子子，通常由各种载体，如通常由各种载体，如NADHNADH等传递到氧并生成水。等传递到氧并生成水。n5 5，生物氧化是一个分步进行的过程。每一步，生物氧化是一个分步进行的过程。每一步都由特殊的酶催化，每一步反应的产物都可以都由特殊的酶催化，每一步反应的产物都可以分离出来。这种逐步进行的反应模式有利于在分离出来。这种逐步进行的反应模式有利于在温和的条件下释放能量，提高能量利用率。温和的条件下释放能量，提高能量利用率。n6 6，生物氧化释放的能量，通过与，生物氧化释放的能量，通过与ATPATP合成相偶合成相偶联，转换成生物体能够直接利用的生物能联，转换成生物体能够直接利用的生物能ATPATP。第一节、生物能及其存在形式第一节、生物能及其存在形式n一般的能量形式，如光能（如太阳能）、热能一般的能量形式，如光能（如太阳能）、热能和化学能等，都不能为生物细胞直接利用。和化学能等，都不能为生物细胞直接利用。n光能需要通过光合作用转变成光能需要通过光合作用转变成ATP(ATP(光合磷酸化光合磷酸化)；化学能则需要通过生物氧化转变成；化学能则需要通过生物氧化转变成ATPATP（氧（氧化磷酸化）。化磷酸化）。nATPATP是能够被生物细胞直接利用的能量形式。是能够被生物细胞直接利用的能量形式。一、生物能和一、生物能和ATPATP二、高能化合物二、高能化合物n磷酸酯类化合物在生物体的能量转换过程中起者磷酸酯类化合物在生物体的能量转换过程中起者重要作用。许多磷酸酯类化合物在水解过程中都重要作用。许多磷酸酯类化合物在水解过程中都能够释放出自由能。能够释放出自由能。n一般将水解时能够释放一般将水解时能够释放21kJ/mol21kJ/mol（5 5千卡千卡/mol)/mol)以以上自由能（上自由能（G G-21kJ/mol-21kJ/mol）的化合物称为高）的化合物称为高能化合物。能化合物。nATPATP是生物细胞中最重要的高能磷酸酯类化合物。是生物细胞中最重要的高能磷酸酯类化合物。n根据生物体内高能化合物键的特性可以把他们分根据生物体内高能化合物键的特性可以把他们分成以下几种类型。成以下几种类型。1,1,高能磷酸化高能磷酸化合物合物结构结构 G G 千焦耳千焦耳/摩尔摩尔 G G（千卡（千卡/摩摩尔）尔）磷酸烯醇式丙磷酸烯醇式丙酮酸酮酸-61.9-61.914.814.83-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸磷酸-49.3-49.311.811.8磷酸肌酸磷酸肌酸-43.1-43.110.310.3乙酰基磷酸乙酰基磷酸-42.3-42.310.110.1三磷酸腺苷三磷酸腺苷-30.5-30.57.37.32,2,氮磷键型氮磷键型磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸精氨酸磷酸精氨酸10.310.3千卡千卡/摩尔摩尔7.77.7千卡千卡/摩尔摩尔这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用。这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用。3,3,硫酯键型硫酯键型3 3-磷酸腺苷磷酸腺苷-5-5-磷酸硫酸磷酸硫酸酰基辅酶酰基辅酶A A4,4,甲硫键型甲硫键型S-S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸第二节、线粒体呼吸链和第二节、线粒体呼吸链和ATPATP合成合成n细胞内的线粒体是生物氧化的主要场所，主要功细胞内的线粒体是生物氧化的主要场所，主要功能是将代谢物脱下的氢通过多种酶及辅酶所组成能是将代谢物脱下的氢通过多种酶及辅酶所组成的传递体系的传递，最终与氧结合生成水。的传递体系的传递，最终与氧结合生成水。n由供氢体、传递体、受氢体以及相应的酶催化系由供氢体、传递体、受氢体以及相应的酶催化系统组成的这种代谢途径一般称为生物氧化还原链，统组成的这种代谢途径一般称为生物氧化还原链，当受氢体是氧时，称为呼吸链。当受氢体是氧时，称为呼吸链。一、一、线粒体呼吸链的组成线粒体呼吸链的组成线粒体呼吸链线粒体呼吸链NADHnNADHNADH是呼吸链组成的第一个成员，主要来自是呼吸链组成的第一个成员，主要来自生物大分子代谢过程。生物大分子代谢过程。NADH NADH 泛醌还原酶泛醌还原酶n简写为简写为NADHNADH Q Q还原酶还原酶,即复合物即复合物I I，它的作用是，它的作用是催化催化NADHNADH的氧化脱氢以及的氧化脱氢以及Q Q的还原。所以它既是的还原。所以它既是一种脱氢酶，也是一种还原酶。一种脱氢酶，也是一种还原酶。NADHNADH Q Q还原酶还原酶最少含有最少含有1616个多肽亚基。它的活性部分含有辅基个多肽亚基。它的活性部分含有辅基FMNFMN和铁硫蛋白。和铁硫蛋白。nFMNFMN的作用是接受脱氢酶脱下来的电子和质子，的作用是接受脱氢酶脱下来的电子和质子，形成还原型形成还原型FMNHFMNH2 2。还原型。还原型FMNHFMNH2 2可以进一步将电可以进一步将电子转移给子转移给Q Q。n NADH Q还原酶还原酶n NADH +Q +H+=NAD+QH2复合体复合体:NADH-:NADH-泛醌还原酶泛醌还原酶铁硫簇Fe4S4结构示意图 铁硫蛋白的铁硫蛋白的Fe-S Fe-S 中心也许象中心也许象 (a)(a)一样简一样简单单,来自于半胱氨酸的四个硫原子环绕着铁来自于半胱氨酸的四个硫原子环绕着铁原子。其它中心包括无机和半胱氨酸的原子。其它中心包括无机和半胱氨酸的S S原原子子,如同如同 (b)2Fe-2S(b)2Fe-2S 或或 (c)4Fe-4S(c)4Fe-4S 中心中心.(d).(d)的铁氧还原蛋白有的铁氧还原蛋白有 一个一个2Fe-2S 2Fe-2S 中心。中心。泛醌泛醌n（简简写写为为Q Q）或或辅辅酶酶-Q-Q（CoQCoQ）：它它是是电电子子传传递递链链中中唯唯一一的的非非蛋蛋白白电电子子载载体体。为为一一种种脂脂溶溶性性醌醌类化合物。类化合物。辅酶辅酶Q Q的功能的功能nQ Q(醌醌型型结结构构)很很容容易易接接受受电电子子和和质质子子，还还原原成成QHQH2 2（还还原原型型）；QHQH2 2也也容容易易给给出出电电子子和和质质子子，重重新新氧氧化化成成Q Q。因因此此，它它在在线线粒粒体体呼呼吸吸链链中中作作为为电电子子和和质质子子的的传传递递体。体。泛醌泛醌 细胞色素细胞色素c c还原酶还原酶n简简写写为为QHQH2 2-cyt.-cyt.c c还还原原酶酶,即即复复合合物物III,III,它它是是线线粒粒体体内内膜膜上上的的一一种种跨跨膜膜蛋蛋白白复复合合物物，其其作作用用是是催催化化还还原原型型QHQH2 2的的氧氧化化和和细细胞胞色色素素c c（cyt.cyt.c c）的的还原。还原。n QHQH2 2-cyt.c-cyt.c 还原酶还原酶nQHQH2 2 +2 cyt.c(Fe+2 cyt.c(Fe3+3+)=Q +2 cyt.c(Fe)=Q +2 cyt.c(Fe2+2+)+2H)+2H+nQHQH2 2-cyt.-cyt.c c还还原原酶酶由由9 9个个多多肽肽亚亚基基组组成成。活活性性部部分分主主要要包包括括细细胞胞色色素素b b 和和c c1 1，以以及及铁铁硫硫蛋蛋白白（2Fe-2S2Fe-2S）。）。泛泛醌醌 细细胞胞色色素素c c还还原原酶酶 细胞色素细胞色素n简简写写为为cyt.cyt.是是含含铁铁的的电电子子传传递递体体，辅辅基基为为铁铁卟卟啉啉的的衍衍生生物物，铁铁原原子子处处于于卟卟啉啉环环的的中中心心，构构成成血血红红素素。各各种种细细胞胞色色素素的的辅辅基基结结构构略略有有不不同同。线线粒粒体体呼呼吸吸链链中中主主要要含含有有细细胞胞色色素素a,a,b,b,c c 和和c c1 1等等，组组成成它它们们的的辅辅基基分分别别为为血血红红素素A A、B B和和C C。细细胞胞色色素素a,a,b,b,c c可可以以通通过过它它们们的的紫紫外外-可可见见吸吸收光谱来鉴别。收光谱来鉴别。n细胞色素主要是通过细胞色素主要是通过FeFe3+3+Fe Fe2+2+的互变起传的互变起传递电子的作用的。递电子的作用的。细胞色素根据它们吸收光谱不同而分类细胞色素根据它们吸收光谱不同而分类。细胞色素细胞色素c c（cyt.ccyt.c）n它它是是电电子子传传递递链链中中一一个个独独立立的的蛋蛋白白质质电电子子载载体体，位位于于线线粒粒体体内内膜膜外外表表，属属于于膜膜周周蛋蛋白白，易易溶溶于于水水。它它与与细细胞胞色色素素c c1 1含含有有相相同同的的辅辅基基，但但是是蛋蛋白白组组成成则则有有所所不不同同。在在电电子子传传递递过过程程中中，cyt.cyt.c c通通过过FeFe3+3+FeFe2+2+的的互互变变起起电电子子传传递递中中间间体体作用。作用。n由于由于QHQH2 2是一个双电子载体，而参与上述反应过程的是一个双电子载体，而参与上述反应过程的其它组分其它组分(如如cyt.c)cyt.c)都是单电子传递体，所以，实际都是单电子传递体，所以，实际反应情况比较复杂。反应情况比较复杂。QHQH2 2所携带的一个高能电子通过所携带的一个高能电子通过铁硫蛋白，传递给铁硫蛋白，传递给cyt.ccyt.c，本身形成半醌自由基，本身形成半醌自由基（QHQH）；另一个电子则传递给）；另一个电子则传递给cyt.bcyt.b。还原型。还原型cyt.bcyt.b可以将可以将QHQH 还原成还原成QHQH2 2。其结果是通过一个循环，。其结果是通过一个循环，QHQH2 2将其中的一个电子传递给将其中的一个电子传递给cyt.ccyt.c。细胞色素细胞色素c c氧化酶氧化酶n简写为简写为cyt.c cyt.c 氧氧化酶，即复合物化酶，即复合物IVIV，它是位于线，它是位于线粒体呼吸链末端粒体呼吸链末端的蛋白复合物，的蛋白复合物，由由1212个多肽亚基个多肽亚基组成。活性部分组成。活性部分主要包括主要包括cyt.acyt.a和和a a3 3。复合体复合体IVIV的结构的结构ncyt.acyt.a和和a a3 3组成一个复合体，除了含有铁卟啉组成一个复合体，除了含有铁卟啉外，还含有铜原子。外，还含有铜原子。cyt.a acyt.a a3 3可以直接以可以直接以O O2 2为为电子受体。电子受体。n在电子传递过程中，分子中的铜离子可以发生在电子传递过程中，分子中的铜离子可以发生CuCu+Cu Cu2+2+的互变，将的互变，将cyt.ccyt.c所携带的电子传递所携带的电子传递给给O O2 2。琥珀酸琥珀酸-Q-Q还原酶还原酶n琥琥珀珀酸酸是是生生物物代代谢谢过过程程（三三羧羧酸酸循循环环）中中产产生生的的中中间间产产物物，它它在在琥琥珀珀酸酸-Q-Q还还原原酶酶（复复合合物物IIII）催催化化下下，将将两两个个高高能能电电子子传传递递给给Q Q。再再通通过过QHQH2 2-cyt,-cyt,c c还还原原酶酶、cyt.cyt.c c和和cyt.ccyt.c氧化酶将电子传递到氧化酶将电子传递到O O2 2。n琥琥珀珀酸酸-Q-Q还还原原酶酶比比NADH-QNADH-Q还还原原酶酶的的结结构构简简单单，由由4 4个个不不同同的多肽亚基组成的多肽亚基组成.活性部分含有辅基活性部分含有辅基FADFAD和铁硫蛋白。和铁硫蛋白。二、氧化二、氧化-还原电势与自由能的变化还原电势与自由能的变化n在生物氧化反应中，氧化与还原总是相互偶联的。一个在生物氧化反应中，氧化与还原总是相互偶联的。一个化合物（还原剂）失去电子，必然伴随另一个化合物化合物（还原剂）失去电子，必然伴随另一个化合物(氧氧化剂）接受电子。在线粒体呼吸链中，推动电子从化剂）接受电子。在线粒体呼吸链中，推动电子从NADH传递到传递到O2的力，是由于的力，是由于NAD+/NADH+H+和和1/2O2/H2O两个半反应之间存在很大的电势差。两个半反应之间存在很大的电势差。n(a)O2+2H+2e-H2OE0=+0.82Vn(b)NAD+H+2e-NADHE0=-0.322Vn将将(a)减去减去(b)，即得，即得(c)式：式：n(c)O2+NADH+2H+H2O+NAD+E0=+1.14Vn G=-nF E0=-2 96500 1.14=-220kJ/mol呼呼吸吸链链的的电电子子传传递递第三节、氧化磷酸化第三节、氧化磷酸化n NADHNADH或琥珀酸所携带的高能电子通过线粒体呼或琥珀酸所携带的高能电子通过线粒体呼吸链传递到吸链传递到O O2 2的过程中，释放出大量的能量。的过程中，释放出大量的能量。这种高能电子传递过程的释能反应与这种高能电子传递过程的释能反应与ADPADP和磷和磷酸合成酸合成ATPATP的需能反应相偶联，是的需能反应相偶联，是ATPATP形成的基形成的基本机制。本机制。1,ATP1,ATP酶复合体酶复合体n线线粒粒体体内内膜膜的的表表面面有有一一层层规规则则地地间间格格排排列列着着的的球球状状颗颗粒粒，称称为为ATPATP酶酶复复合合体体，是是ATPATP合成的场所。合成的场所。二、二、ATPATP合成反应合成反应-氧化磷酸化氧化磷酸化n生物氧化的释能反应与生物氧化的释能反应与ADPADP的磷酰化反应偶联合的磷酰化反应偶联合成成ATPATP的过程，称为氧化磷酸化。的过程，称为氧化磷酸化。n线粒体的离体实验证明，一分子线粒体的离体实验证明，一分子NADHNADH所含的两所含的两个高能电子，经过呼吸链传递给个高能电子，经过呼吸链传递给O O2 2生成水过程生成水过程中，生成了中，生成了3 3分子的分子的ATPATP。也就是说，在线粒体。也就是说，在线粒体呼吸链，每传递呼吸链，每传递2 2个电子，将消耗一个氧原子个电子，将消耗一个氧原子（1/2O1/2O2 2），其结果是有），其结果是有3 3个个ADPADP分子与分子与3 3个无机个无机磷酸分子作用，生成磷酸分子作用，生成3 3分子的分子的ATPATP。在此反应中，。在此反应中，参予反应的磷原子与氧原子之比（简称参予反应的磷原子与氧原子之比（简称P/OP/O比）比）为为3/13/1。ATPATP ATP 氧化磷酸化偶联部位氧化磷酸化偶联部位电子传递链自由能变化电子传递链自由能变化 线粒体基质线粒体基质线粒体膜线粒体膜+-H+O2 H2O H+e-ADP+Pi ATP 三，氧化磷酸化的偶联机理三，氧化磷酸化的偶联机理化学渗透假说化学渗透假说n电子经呼吸链传递时，可将质子（电子经呼吸链传递时，可将质子（H H+）从线粒体内膜的基）从线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内外质子电化学梯度储存能质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内外质子电化学梯度储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动量。当质子顺浓度梯度回流时驱动ADPADP与与PiPi生成生成ATPATP。四、氧化磷酸化作用的抑制和解偶联四、氧化磷酸化作用的抑制和解偶联 n能够阻断呼吸链中某一部位电子流的物能够阻断呼吸链中某一部位电子流的物质称为电子传递抑制剂，利用某些特异质称为电子传递抑制剂，利用某些特异性的抑制剂切断某部位的电子流，再测性的抑制剂切断某部位的电子流，再测定电子传递链中各组分的氧化定电子传递链中各组分的氧化-还原状还原状态，是研究电子传递顺序的一种重要方态，是研究电子传递顺序的一种重要方法。已知的抑制剂有以下几种：法。已知的抑制剂有以下几种：1,1,复合物复合物I I抑制剂抑制剂 n鱼藤酮（鱼藤酮（rotenonerotenone）、安密妥（）、安密妥（amytalamytal）以及杀粉蝶菌素（以及杀粉蝶菌素（piericidinpiericidin），它们的），它们的作用是抑制作用是抑制NADHNADH 泛醌还原酶，从而阻断泛醌还原酶，从而阻断电子由电子由NADHNADH向辅酶向辅酶Q Q的传递。的传递。n鱼藤酮是一种极毒的植物物质，常用作杀鱼藤酮是一种极毒的植物物质，常用作杀虫剂使用，安密妥用作麻醉药就是根据这虫剂使用，安密妥用作麻醉药就是根据这个原理。杀粉蝶菌素的结构类似辅酶个原理。杀粉蝶菌素的结构类似辅酶Q Q，因，因此可以和辅酶此可以和辅酶Q Q相竞争。相竞争。2,2,复合物复合物IIIIII抑制剂抑制剂 n抗霉素抗霉素A A（antimycinA）是从链霉菌是从链霉菌（streptomycesgriseus）中分离出的抗菌素，可中分离出的抗菌素，可以抑制电子从细胞色素以抑制电子从细胞色素b b到细胞色素到细胞色素c c1 1传递的作用。传递的作用。n氰化物、硫化氢、叠氮化物和一氧化氰化物、硫化氢、叠氮化物和一氧化碳等可以抑制细胞色素碳等可以抑制细胞色素c c氧化酶，从氧化酶，从而阻断电子由细胞色素而阻断电子由细胞色素aaaa3 3传至氧的传至氧的作用，这就是氰化物等中毒的原理。作用，这就是氰化物等中毒的原理。3 3，复合物，复合物IVIV抑制剂抑制剂 4 4，氧化磷酸化作用的解偶联剂，氧化磷酸化作用的解偶联剂 n除了上述抑制剂外，还有一类抑制剂可以阻断除了上述抑制剂外，还有一类抑制剂可以阻断氧化磷酸化作用，这类物质称为解偶联剂。解氧化磷酸化作用，这类物质称为解偶联剂。解偶联剂可使正常紧密联系着的氧化过程与磷酸偶联剂可使正常紧密联系着的氧化过程与磷酸化过程发生松解，甚至完全拆离，相应地使化过程发生松解，甚至完全拆离，相应地使P PO O比率下降或变为零。比率下降或变为零。n由于氧化速度增加而磷酸化作用下降，结果产由于氧化速度增加而磷酸化作用下降，结果产生过量的热。在整体的动物过量产热表现为发生过量的热。在整体的动物过量产热表现为发热及导致由其他代谢紊乱而出现的临床症状，热及导致由其他代谢紊乱而出现的临床症状，因为因为ATPATP相对缺乏，阻滞了某些重要的细胞活相对缺乏，阻滞了某些重要的细胞活动，例如离子的转送，膜的通透性改变等。动，例如离子的转送，膜的通透性改变等。n常见的解偶联剂有常见的解偶联剂有2,42,4二硝基苯酚二硝基苯酚(曾用于降体重曾用于降体重)、双香豆素、某些水杨酸苯胺的取代物以至游离、双香豆素、某些水杨酸苯胺的取代物以至游离的水杨酸，即阿斯匹林的代谢物。从用量多少比较，的水杨酸，即阿斯匹林的代谢物。从用量多少比较，水杨酸苯胺是目前已知的最强效解偶联剂。天然解水杨酸苯胺是目前已知的最强效解偶联剂。天然解偶联剂包括胆色素、胆红素、游离脂肪酸，也许还偶联剂包括胆色素、胆红素、游离脂肪酸，也许还有甲状腺素。有甲状腺素。n这些物质必须在线粒体内达到足够高浓度才起解偶这些物质必须在线粒体内达到足够高浓度才起解偶联作用。某些病原微生物产生的可溶性毒素也有解联作用。某些病原微生物产生的可溶性毒素也有解偶联作用，粮食生产以至家庭使用的某些杀虫药，偶联作用，粮食生产以至家庭使用的某些杀虫药，过量时也有解偶联作用。过量时也有解偶联作用。鱼藤酮鱼藤酮安密妥安密妥抗菌素抗菌素A A5 5，解偶联蛋白，解偶联蛋白UCPUCP n化学渗透假说指出，在电子传递链中，从线粒化学渗透假说指出，在电子传递链中，从线粒体基质泵出体基质泵出H H+，产生，产生H H+跨膜电化学势能，这种势跨膜电化学势能，这种势能又驱使能又驱使H H+通过通过ATPATP合成酶重新回到线粒体基质合成酶重新回到线粒体基质中，同时合成中，同时合成ATPATP。n然而，线粒体在没有然而，线粒体在没有ADPADP的情况下也可进行呼吸的情况下也可进行呼吸作用，即作用，即H H+不通过不通过ATPATP合成酶也可以从线粒体内合成酶也可以从线粒体内膜渗漏到线粒体基质中，而不产生膜渗漏到线粒体基质中，而不产生ATPATP。研究发。研究发现这种解偶联作用是由线粒体内膜上的现这种解偶联作用是由线粒体内膜上的UCPUCP所介所介导的。导的。UCPUCP在产热在产热 控制控制ROSROS、调控脂肪酸氧化以、调控脂肪酸氧化以及肥胖和糖尿病中起重要作用。及肥胖和糖尿病中起重要作用。UCPUCP解偶联机制解偶联机制 第四节第四节 非线粒体氧化体系非线粒体氧化体系 n在高等动植物细胞内，还有在高等动植物细胞内，还有些其他氧化体系，些其他氧化体系，如微粒体氧化体系、过氧化物酶体氧化体系等。如微粒体氧化体系、过氧化物酶体氧化体系等。n其中以肝脏的微粒体与过氧化物酶体较为重要。其中以肝脏的微粒体与过氧化物酶体较为重要。它们有不同于线粒体的氧化酶类，组成特殊的氧它们有不同于线粒体的氧化酶类，组成特殊的氧化体系，在氧化过程中不伴有偶联磷酸化不产生化体系，在氧化过程中不伴有偶联磷酸化不产生ATPATP，不是机体氧化产生能的基地而是与某些代，不是机体氧化产生能的基地而是与某些代谢中间产物或某些药物、毒物的生物转化有关。谢中间产物或某些药物、毒物的生物转化有关。n微粒体微粒体(microsome)(microsome)并非独立的细胞器，是内质并非独立的细胞器，是内质网在细胞匀桨过程中形成的颗粒，其中富含催化网在细胞匀桨过程中形成的颗粒，其中富含催化氧化反应的各种酶类。氧化反应的各种酶类。一、微粒体氧化体系一、微粒体氧化体系 n微粒体中存在一类加氧酶微粒体中存在一类加氧酶(Oxygenase)(Oxygenase)，这类加氧酶也参与代谢物的氧化作用。这类加氧酶也参与代谢物的氧化作用。n这类酶催化的氧化反应是将氧直接加到这类酶催化的氧化反应是将氧直接加到底物分子上。加氧酶类可分为单加氧酶底物分子上。加氧酶类可分为单加氧酶和双加氧酶两种。和双加氧酶两种。1 1，微粒体中催化氧化反应的酶类，微粒体中催化氧化反应的酶类（1 1）微粒体混合功能氧化酶系）微粒体混合功能氧化酶系 n其中包括微粒体细胞色素其中包括微粒体细胞色素P P450450依赖性单加氧酶、依赖性单加氧酶、微粒体细胞色素微粒体细胞色素b b5 5依赖性单加氧酶、依赖性单加氧酶、NADPH-NADPH-细细胞色素胞色素P P450450还原酶和还原酶和NADH-NADH-细胞色素细胞色素P P450450还原酶；还原酶；目前发现的细胞色素目前发现的细胞色素P P450450已有已有2020多种，其中多种，其中CYP2C9CYP2C9、CYP2D6CYP2D6和和CYP3A4CYP3A4是药物代谢过程中比是药物代谢过程中比较重要的酶系。较重要的酶系。n微粒体混合功能氧化酶系催化反应中需要一个微粒体混合功能氧化酶系催化反应中需要一个氧分子氧分子(O(O2 2)，其中一个氧原子将参入作为底物，其中一个氧原子将参入作为底物的外源有机物质分子中，使其增加一个氧原子，的外源有机物质分子中，使其增加一个氧原子，另一个氧原子则被还原为另一个氧原子则被还原为H H2 2O O。n由于氧分子具有两种作用，故称为混合功能氧由于氧分子具有两种作用，故称为混合功能氧化酶，而且因为在反应过程中仅有一个氧原子化酶，而且因为在反应过程中仅有一个氧原子参入底物，所以亦称为单加氧酶或加单氧酶。参入底物，所以亦称为单加氧酶或加单氧酶。反应过程中所需的电子或氢原子则由反应过程中所需的电子或氢原子则由NADPHNADPH或或NADHNADH提供。提供。n细胞色素细胞色素P450P450与底物结合形与底物结合形成复合物后被还原成成复合物后被还原成2 2价铁价铁离子。此过程需要黄素蛋白离子。此过程需要黄素蛋白细胞色素细胞色素P450P450还原酶和还原酶和NADPHNADPH参与。该还原型复合参与。该还原型复合物物P450(FeP450(Fe3+3+)-RH)-RH能与分子能与分子氧反应，生成低自旋的六螯氧反应，生成低自旋的六螯合复合物，底物结合于氧的合复合物，底物结合于氧的附近。生成的过氧化物被还附近。生成的过氧化物被还原成过氧负离子，此时有细原成过氧负离子，此时有细胞色素胞色素b5b5或其他体系参与反或其他体系参与反应；过氧负离子析出过氧化应；过氧负离子析出过氧化氢或重排成环氧化物，进而氢或重排成环氧化物，进而生成氧化型产物和生成氧化型产物和1 1分子水分子水及恢复到静止状态的细胞色及恢复到静止状态的细胞色素素P450P450。（2 2）微粒体含）微粒体含FADFAD单加氧酶单加氧酶 n其功能及反应机理与细胞色素其功能及反应机理与细胞色素P-P-450450单加氧酶相单加氧酶相似，反应过程中亦需要似，反应过程中亦需要NADPHNADPH和和O O2 2，黄素腺嘌呤，黄素腺嘌呤二核苷酸起传递电子的作用，不需要细胞色素二核苷酸起传递电子的作用，不需要细胞色素P-P-450450。n此酶主要催化仲胺类、叔胺类和一些含硫化合此酶主要催化仲胺类、叔胺类和一些含硫化合物的氧化反应，例如硫醇类、硫醚类和硫化物物的氧化反应，例如硫醇类、硫醚类和硫化物等，也参与农药硫代氨基甲酸酯、有机磷化合等，也参与农药硫代氨基甲酸酯、有机磷化合物的氧化以及烟碱氧化为烟碱物的氧化以及烟碱氧化为烟碱-1-N-1-N-氧化物的氧化物的反应。反应。二、微粒体氧化酶系催化的二、微粒体氧化酶系催化的氧化反应类型氧化反应类型n氧化反应是外源有机物质在生物转化过氧化反应是外源有机物质在生物转化过程中获得氧的反应，是生物转化中一个程中获得氧的反应，是生物转化中一个重要过程。重要过程。n化合物结构不同在氧化反应中会发生不化合物结构不同在氧化反应中会发生不同类型的氧化作用。同类型的氧化作用。反应类型反应类型反应式反应式羟化羟化氧化脱氨氧化脱氨氧化脱烷基氧化脱烷基环氧化环氧化N-N-氧化氧化S-S-氧化氧化（1 1）脂肪烃羟化反应）脂肪烃羟化反应 n亦称为脂肪族氧化反应，常见于直链脂肪族化合物烷烃类，亦称为脂肪族氧化反应，常见于直链脂肪族化合物烷烃类，其羟化产物为醇类。羟化反应多发生在碳氢链上的其羟化产物为醇类。羟化反应多发生在碳氢链上的碳原碳原子（或子（或-氧化）或氧化）或-1-1碳原子。碳原子。-碳原子是脂肪族碳氢碳原子是脂肪族碳氢链上倒数第一个碳原子，即最后一个碳原子，链上倒数第一个碳原子，即最后一个碳原子，-1-1碳原子碳原子与与-碳原子相邻，即倒数第二个碳原子。烷烃在体内的碳原子相邻，即倒数第二个碳原子。烷烃在体内的-氧化产物为氧化产物为1-1-醇，醇，-1-1氧化产物为氧化产物为2-2-醇，该氧化作用醇，该氧化作用具有立体选择性。具有立体选择性。（2 2）芳香族羟化反应）芳香族羟化反应 n芳香环上的氢被氧化，形成酚类。例如芳香环上的氢被氧化，形成酚类。例如苯可形成苯酚，苯胺可形成对氨基酚或苯可形成苯酚，苯胺可形成对氨基酚或邻氨基酚。邻氨基酚。（3 3）环氧化反应）环氧化反应 n在微粒体混合功能氧化酶催化下，碳在微粒体混合功能氧化酶催化下，碳碳双键碳双键可加氧形成环氧化物。有些环氧化物可以致癌，可加氧形成环氧化物。有些环氧化物可以致癌，例如氯乙烯的环氧化产物环氧化氯乙烯即为终例如氯乙烯的环氧化产物环氧化氯乙烯即为终致癌物。致癌物。n有些环氧化物性质极不稳定，将继续发生水解，有些环氧化物性质极不稳定，将继续发生水解，形成二醇化物。有许多致癌物本身并不致癌，形成二醇化物。有许多致癌物本身并不致癌，需要经代谢转化或称代谢活化才形成具有致癌需要经代谢转化或称代谢活化才形成具有致癌作用的终致癌物，或者经代谢转化先形成近致作用的终致癌物，或者经代谢转化先形成近致癌物，并继续代谢转化形成终致癌物。癌物，并继续代谢转化形成终致癌物。n黄曲霉毒素黄曲霉毒素B B1 1在体内经环氧化反应可形成在体内经环氧化反应可形成黄曲霉毒素黄曲霉毒素B B1 1-8,9-8,9-环氧化物。此种环氧化环氧化物。此种环氧化物性质并不稳定，可形成物性质并不稳定，可形成1111种羟化产物，种羟化产物，其中有的为终致癌物，将与其中有的为终致癌物，将与DNADNA等生物大分等生物大分子结合，诱发突变及癌变。子结合，诱发突变及癌变。（4 4）N-N-羟化反应羟化反应 n脂肪胺和芳香胺类物质在微粒体混合功能氧化酶催脂肪胺和芳香胺类物质在微粒体混合功能氧化酶催化下，在氨基上引入羟基，所以也称为化下，在氨基上引入羟基，所以也称为N-N-氧化反应。氧化反应。由于底物的不同，可形成不同的代谢产物。由于底物的不同，可形成不同的代谢产物。n苯胺可代表一种类型。苯胺经羟化后形成羟胺，羟苯胺可代表一种类型。苯胺经羟化后形成羟胺，羟胺的毒性较苯胺本身为高，可使血红蛋白氧化成为胺的毒性较苯胺本身为高，可使血红蛋白氧化成为高铁血红蛋白。具有重要毒理学意义的是有些芳香高铁血红蛋白。具有重要毒理学意义的是有些芳香肤类本身并不致癌，经肤类本身并不致癌，经N-N-羟化后才具有致癌作用。羟化后才具有致癌作用。n2-2-乙酰氨基芴，经乙酰氨基芴，经N-N-羟化形成近致病物羟化形成近致病物N-N-羟基羟基-2-2-乙酰氨基芴，并可继续转化乙酰氨基芴，并可继续转化为终致癌物。羟化反应如发生在芳香环为终致癌物。羟化反应如发生在芳香环上，通过芳香族羟化，形成上，通过芳香族羟化，形成7-7-羟基羟基-2-2-乙乙酰氨基芴，则不具有致癌作用。酰氨基芴，则不具有致癌作用。（5 5）脱烷基反应）脱烷基反应 n醚、硫醚以及有机含氮化合物，分子中含有醚、硫醚以及有机含氮化合物，分子中含有N N、S S或或O O原子相连的烷基。在微粒体氧化酶系的作用原子相连的烷基。在微粒体氧化酶系的作用下，碳原子被氧化并脱去一个烷基，反应产物为下，碳原子被氧化并脱去一个烷基，反应产物为分别含有氨基、羟基或巯基的化合物并有醛或酮分别含有氨基、羟基或巯基的化合物并有醛或酮生成，称为氧化脱烷基反应。生成，称为氧化脱烷基反应。n根据反应发生的位置不同，可分根据反应发生的位置不同，可分N-N-脱烷基反应、脱烷基反应、O-O-脱烷基反应和脱烷基反应和S-S-脱烷基反应。脱烷基反应。n致癌物二甲基亚硝胺经脱烷基后，形成单甲基亚硝致癌物二甲基亚硝胺经脱烷基后，形成单甲基亚硝胺和甲醛。单甲基亚硝胺自身分子重排形成重氮羟胺和甲醛。单甲基亚硝胺自身分子重排形成重氮羟化物羟化重氮甲烷。羟化重氮甲烷分解产生自由甲化物羟化重氮甲烷。羟化重氮甲烷分解产生自由甲基，可使细胞核内核酸分子的嘌呤碱发生烷基化，基，可使细胞核内核酸分子的嘌呤碱发生烷基化，诱发突变以及癌变。诱发突变以及癌变。（7 7）脱疏反应）脱疏反应 n含有含有C=SC=S双键活双键活P=SP=S双键的药物在体内微粒体氧化酶双键的药物在体内微粒体氧化酶系的作用下，代谢成为系的作用下，代谢成为 C=OC=O或或P=OP=O，称作脱硫。例如，称作脱硫。例如对硫磷经脱硫反应形成对氧磷。硫喷妥对硫磷经脱硫反应形成对氧磷。硫喷妥(Thiopental)脱硫形成戊巴比妥脱硫形成戊巴比妥（Pentabarbital）。（8 8）氧化脱氨基反应）氧化脱氨基反应 n氧化脱氨基反应是在微粒体细胞色素氧化脱氨基反应是在微粒体细胞色素P-450P-450依赖性依赖性单加氧酶催化下，在邻近氮原子的碳原子上进行单加氧酶催化下，在邻近氮原子的碳原子上进行氧化，脱去氨基，形成丙酮类化合物，其中间代氧化，脱去氨基，形成丙酮类化合物，其中间代谢产物为甲醇胺类化合物。谢产物为甲醇胺类化合物。三、还原反应三、还原反应 n在厌氧条件下，细胞色素在厌氧条件下，细胞色素P450P450还原酶也还原酶也能催化许多化合物的还原反应，反应需能催化许多化合物的还原反应，反应需要要NADPHNADPH提供电子，例如硝基化合物、提供电子，例如硝基化合物、偶氮化合物等。偶氮化合物等。(1)(1)羰基还原反应羰基还原反应 n进行羰基还原反应的化合物主要有醛类和酮类，进行羰基还原反应的化合物主要有醛类和酮类，可分别生成伯醇和仲醇。酮的还原有立体选择性，可分别生成伯醇和仲醇。酮的还原有立体选择性，例如苯乙酮被还原生成例如苯乙酮被还原生成S(S()-)-甲基苄醇。甲基苄醇。(2)(2)含氮基团还原反应含氮基团还原反应 n硝基及偶氮基在肝脏可被还原成相应的胺类。催硝基及偶氮基在肝脏可被还原成相应的胺类。催化硝基和偶氮基化合物还原的酶类主要是微粒体化硝基和偶氮基化合物还原的酶类主要是微粒体NADPHNADPH依赖性硝基还原酶。例如硝基苯的还原，依赖性硝基还原酶。例如硝基苯的还原，在反应过程中首先形成亚硝基苯和苯羟胺，最终在反应过程中首先形成亚硝基苯和苯羟胺，最终产物为苯胺。硝基苯可以引起高铁血红蛋白症，产物为苯胺。硝基苯可以引起高铁血红蛋白症，主要是因为还原产物苯基羟胺所导致。主要是因为还原产物苯基羟胺所导致。n脂溶性偶氮化合物百浪多息经偶氮还原反脂溶性偶氮化合物百浪多息经偶氮还原反应先形成含联亚氨基应先形成含联亚氨基(-NHNH-)的中间产物，的中间产物，然后形成具有生理活性的氨苯磺胺。然后形成具有生理活性的氨苯磺胺。