杀虫剂在昆虫体内的代谢.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,杀虫剂在昆虫体内的代谢,杀虫剂在昆虫体内的代谢,第1页,第二章 昆虫体壁,一、初级代谢,氧化代谢：,微粒体多功效氧化酶（,microsomal mixed function oxidase,MFO,）,还原代谢：,水解：,酯酶（,esterases,）,脱卤化代谢：,杀虫剂在昆虫体内的代谢,第2页,第二章 昆虫体壁,微粒体多功效氧化酶（,microsomal mixed function oxidase,MFO,）,:,是分布于动物一些细胞光滑内质网上一个氧化酶系，在还原型辅酶,及分子氧参加下，催化各种各样外源物和内源物氧化。,氧化代谢,分布：,脊椎动物中主要分布于肝、肺、肾、肠等器官中，在昆虫体内则主要分布于中肠、脂肪体、马氏管等器官中。,组成：,多功效氧化酶主要组分包含二种类型细胞色素,(,细胞色素,P450,和细胞色素,b5),、二种黄素蛋白,(NADPH,细胞色素,P450,还原酶和,NADH,细胞色素,b5,还原酶,),及磷酯等。,杀虫剂在昆虫体内的代谢,第3页,第二章 昆虫体壁,催化机制：,单氧加氧酶,RH+NADPH+O2 NADP+ROH+H2O,MFO,催化反应类型：,羟基化反应、脱烷基反应、硫醚氧化及酯氧化反应、环氧化反应,微粒体多功效氧化酶,MFO,杀虫剂在昆虫体内的代谢,第4页,第二章 昆虫体壁,农药在动物体内进行还原形式代谢较多地发生于那些含硝基苯核或含卤原子化合物中。它们经细菌或酶作用，被转化为对应氨基化合物及脱卤代谢物。不过农药结构上卤原子脱除，还原并非是唯一路径。,还原,杀虫剂在昆虫体内的代谢,第5页,第二章 昆虫体壁,在农药初级代谢中，以微粒体多功效氧化酶最为主要，但也有一个别农药初级代谢是水解作用。尤其是有机磷农药中有许各种是以水解为主，其它如氨基甲酸酯类、拟除虫菊酯类杀虫剂代谢也包括水解。下面将依据化合物类别及相关酶系分别加以叙述。,酯酶,(esterases),是催化水解代谢主要酶系，但酯酶分类比较混乱。有时所用术语仅描述一些反应。如“磷酸酯酶”水解,P-O-C,键，“酰胺酶”水解酰胺键，“羧酸酯酶”水解羧酯键等。,水解,杀虫剂在昆虫体内的代谢,第6页,第二章 昆虫体壁,很多农药都是含卤素化合物，在动物体内脱卤素反应解毒代谢非常普遍。比如已证实在昆虫体内,DDT,由脱氯化氢酶作用而变成,DDE,，而在哺乳动物体内则变成,DDD,和,DDA,。又如林丹，在昆虫体内，先在谷胱甘肽转移酶作用下和谷胱甘肽作用，然后再脱去,HCl,而生成苯硫酚。而在哺乳动物体内则逐步脱氯化氢形成三氯苯，再羟基化成三氯苯酚。,脱卤化代谢,杀虫剂在昆虫体内的代谢,第7页,第二章 昆虫体壁,二、次级代谢,动物体内初级代谢产物往往仍没有足够水溶性，尚需经过次级代谢，生成完全溶于水轭合物，经过排泄系统排出体外。轭合作用是一个生物合成过程，含有下述几个特点,:,（,1,）与轭合作用相关酶系分布广泛，所以，轭合作用在胞液、线粒体或内质网中都可发生。,（,2,）轭合作用是合成反应，要消耗能量，需要,ATP,、乙酰辅酶,A,等供给。,（,3,）普通被轭合化合物都含有,OH,，,NH2,，,COOH,等基团。不带这些基团化合物需先经氧化、水解、还原等初级反应后才能被轭合。,动物体内主要轭合作用有：葡萄糖醛酸轭合、葡葡糖轭合、硫酸盐轭合、谷胱甘肽轭合及氨基酸轭合等。,杀虫剂在昆虫体内的代谢,第8页,谷胱甘肽,(GSH),轭合是农药在动物中解毒代谢主要路径，与前述,4,种轭合作用不一样是，谷胱甘肽并非一定要和强极性初级代谢产物反应，而是能够直接参加农药初级代谢，和亲脂性强农药直接轭合，尤其在有机磷酸酯农药解毒代谢中，在谷胱甘肽,-S-,转移酶作用下脱烷基反应。普通来说，脱去甲基比较轻易，脱去乙基、丙基就比较困难，而且往往只脱去,1,个甲基，,2,个甲基同时脱去就十分困难。,谷胱甘肽轭合过程以下：,首先是底物（,RX,）与谷胱甘肽在谷胱甘肽,S,转移酶作用下轭合形成一个轭合物。这个轭合物由谷氨酰转移酶作用转变为半胱氨酸轭合物，半胱氨酸轭合物再依次经半胱氨酰转移酶和乙酰转移酶作用，最终形成硫醚氨酸。谷胱甘肽轭合作用中关键酶称为谷胱甘肽,S,转移酶（,glutathione S-transferase,，简称,GST,）。在哺乳动物中，,GST,主要分布在肝细胞中。在昆虫中，,GST,主要分布在脂肪体中。,GST,实际上是一酶系，按其底物特异性可分成：,（,1,）谷胱甘肽,S-,烷基转移酶,该酶转移烷基包含硝基烷烃、卤代烷或烯烃、烷基有机磷化合物。比如甲氧基有机磷农药转化为去甲基有机磷。,（,2,）谷胱甘肽,S,芳基转移酶,该酶转移芳基包含简单、复杂芳环、硝基呋喃、三嗪等。如二嗪农代谢。,杀虫剂在昆虫体内的代谢,第9页,第三节 杀虫剂作用方式与作用机理概述,作用方式：,指杀虫剂进入昆虫体内并抵达作用部位路径和方法。,作用机理：,指杀虫剂进入虫体后与靶标作用，即对昆虫酶系、受体及其它物质作用，及由此对虫体产生影响和后效应。,杀虫剂在昆虫体内的代谢,第10页,第二章 昆虫体壁,一、杀虫剂作用方式,触杀作用,胃毒作用,熏蒸作用,内吸作用,常规杀虫剂,特异性杀虫剂,拒食作用,忌避作用,引诱作用,不育作用,生长发育调整作用,杀虫剂在昆虫体内的代谢,第11页,第二章 昆虫体壁,二、杀虫剂作用机理,杀虫剂,神经毒剂,呼吸毒剂,消化毒剂：,B.t,等,生长调整剂,生殖毒剂：,喜树碱等,行为干扰剂,轴突毒剂：,DDT,、除虫菊酯类,前突触膜毒剂：环戊二烯类,胆碱酯酶抑制剂：有机磷类、氨基甲酸酯类,乙酰胆碱受体毒剂：烟碱类、沙蚕毒素类,GABA,受体毒剂：锐劲特、,Avermectin,、环戊二烯类,章鱼胺受体毒剂：杀虫脒类,其它,外呼吸毒剂：矿物油、砷素剂等,内呼吸毒剂：磷化氢、鱼藤酮等,保幼激素类似物：双氧威、灭幼宝等,抗保幼激素类似物：早熟素等,几丁质合成抑制剂：磺酰脲类、噻嗪酮,蜕皮激素类似物：虫酰肼等,信息素：性信息素、聚集信息素等,拒食剂：印楝素,忌避剂：一些植物源物质,拒产卵剂：一些植物源物质,其它,其它类：,吡蚜酮等,杀虫剂在昆虫体内的代谢,第12页,第四节 昆虫神经生理,作用方式：,指杀虫剂进入昆虫体内并抵达作用部位路径和方法。,作用机理：,指杀虫剂进入虫体后与靶标作用，即对昆虫酶系、受体及其它物质作用，及由此对虫体产生影响和后效应。,杀虫剂在昆虫体内的代谢,第13页,第五节 神经毒剂,杀虫药剂中绝大个别是神经毒剂，均是阻断神经传导，而不是直接杀死神经细胞。,张宗炳按照神经毒剂毒理机制分为六大类：,（,1,）影响轴突传导药剂，如,DDT,及除虫菊酯类化合物；,（,2,）影响突触乙酰胆碱传导药剂，又可分为四类：,（,a,）引发乙酰胆碱过分释放，如六六六、狄氏剂等；,（,b,）抑制胆碱酯酶，如有机磷及氨基甲酸酯类等；,（,c,）抑制胆碱乙酰化酶造成乙酰胆碱消耗尽药品；,（,d,）占领乙酰胆碱受体药品，如烟碱、沙蚕毒素等；,（,3,）影响突触其它神经传导体，可能还包括到膜敏感性药品，如杀虫脒等。,杀虫剂在昆虫体内的代谢,第14页,第三节 神经传导机制,静息电位,离子在神经细胞膜内、外分布不均一性和神经细胞膜对离子通透选择性，使神经细胞膜在无外来刺激时，处于外正内负极化状态，膜内外这时电位差叫静息电位（,rest potential,）。,动作电位,当神经细胞接收到传入信号刺激后，膜对离子通透性发生改变，产生去极化，从而引发了瞬时内正外负动作电位（,action potential,）。,神经活动基础是神经细胞跨膜电位，刺激使膜通透性发生改变，引发动作电位发生。神经传导包含轴突传导和突触传导。,神经生理,轴突传导,杀虫剂在昆虫体内的代谢,第15页,第三节 神经传导机制,动作电流,去极化区,极化区,轴突膜,轴浆,K,+,膜,极化（董南平衡）,静息电位,Na,+,膜,去极化,动作电位,刺激,动作电位产生与传导,杀虫剂在昆虫体内的代谢,第16页,第三节 神经传导机制,突触,结构,突触（,synapses,）是神经元间、神经与肌肉间、神经与腺体间连接点，是神经传导联络区。由,突触前膜,、,突触后膜,和,突触间隙,3,个别组成。,1,个神经元细胞通常与多个神经细胞形成输入和输出突触。,突触类型,分化学突触和电突触两类。,电突触,间隙很窄（,3.5nm,），靠直接电偶合即可传递信息，且速度很快，但在昆虫中极少存在。,化学突触,间隙较宽（,20,25nm,），靠化学递质传递神经活动信息，速度较慢，在昆虫中普遍存在。,突触传导,杀虫剂在昆虫体内的代谢,第17页,第三节 神经传导机制,电,突,触,电突触,电源,前突触膜,后突触膜,间隙连接,蛋白复合体,电流经过,间隙汇合处,突触传导,杀虫剂在昆虫体内的代谢,第18页,第三节 神经传导机制,化学突触,树,-,树突触,刺激,脉冲,化学突触,轴,-,体突触,兴奋性,突触电流,抑制性,突触电流,抑制性轴突,兴奋性,前突触轴突,神经,-,肌肉突触,肌肉,兴奋性,神经元,前突触上,神经末梢,抑制性,神经元,肌纤维上,神经末梢,突触传导,杀虫剂在昆虫体内的代谢,第19页,化学突触及其,传导,化学突触前膜膨大成,突触小结,（,synaptic knob,），小结中含有许多内含神经递质,突触小泡,。在以,乙酰胆碱,（,acetycholine,，,Ach,）为递质突触中，每个小泡内含数万个,Ach,分子。动作电位传导到突触前膜时，引发膜上对电压敏感,Ca,2+,通道,打开，使膜外,Ca,2+,进入膜内，促使突触小泡与突触膜融合成“,”,状，,Ach,从开口处释放到突触间隙。,突触后膜略膨大，膜上有与,Ach,特异性结合受体蛋白。,Ach,抵达后膜便与之结合，引发受体分子构象发生改变，离子通道随之打开，使,Na,+,、,K,+,通透性改变，造成膜去极化，产生突触后电位，将冲动传递到下一个神经元。,第三节 神经传导机制,突触传导,杀虫剂在昆虫体内的代谢,第20页,第三节 神经传导机制,昆虫神经元突触间,Ach,传导示意图,在突触间隙存在有乙酰胆碱酯酶（,AchE,），可将,Ach,及时水解成乙酸（,Ac,）和胆碱（,Ch,）；二者又被突触前膜吸收，在胆碱乙酰化酶作用下，合成,Ach,备用。,CH,3,CH,3,CH,3,CH,3,乙酰胆碱酯酶,胆碱乙酰化酶,（乙酰胆碱）,（乙酸）,（胆碱）,CH,3,COOCH,2,CH,2,-N-CH,3,+H,2,O CH,3,COOH+HOCH,2,CH,2,-N-CH,3,突触间隙,突触前膜,（半胆碱）,突触小泡,突触前端丛,递质释放点,轴丘,树突端丛,EPSP,递减传布,突触前电位,峰,Ch,HC-3,Ac+ChAch,Ach,Ach,Ach,Ach,Ach,Ca,2+,AchR,Ac+Ch,AchE,突触后膜,突触传导,杀虫剂在昆虫体内的代谢,第21页,神,经,突,触,结,构,和,突,触,传,导,第三节 神经传导机制,突触传导,杀虫剂在昆虫体内的代谢,第22页,第三节 神经传导机制,昆虫神经递质与脊椎动物不一样,脊,椎,动,物,昆,虫,乙,酰,胆,碱,谷,氨,酸,谷,氨,酸,乙,酰,胆,碱,中枢神经,系统,神经,-,肌肉,系统,中枢神经,系统,神经,-,肌肉,系统,突触传导,杀虫剂在昆虫体内的代谢,第23页,拟除虫菊酯类杀虫剂，主要作用于轴突膜上离子通道（主要是,Na,+,通道），经过延迟钠离子通道关闭，使负后电位上升到去极化阈值，造成重复后放，破坏神经传导引发中毒。,第四节 杀虫剂对神经系统影响,4.1,对轴突传导影响,4.2,对乙酰胆碱酯酶影响,有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂，都是乙酰胆碱酯酶抑制剂，进入突触间隙后，能象,Ach,那样与,AchE,结合，且结合后极难水解，结果使酶正常作用受阻，造成突触部位,Ach,大量积累，致使昆虫过分兴奋，行动失调，最终麻痹死亡。,杀虫剂在昆虫体内的代谢,第24页,4.3,对突触后膜影响,沙蚕毒素和吡虫啉等氯化烟酰类化合物，主要作用于神经突触后膜上乙酰胆碱受体，前者抑制突触后膜兴奋性，使昆虫瘫痪死亡，后者则增加突触后膜兴奋性，使昆虫不停出现神经冲动，产生颤动症状，随之发生痉挛，最终麻痹而死。,阿维菌素类杀虫剂作用靶标是神经,肌肉接点突触后膜，阻断神经与肌肉间联络，破坏肌肉兴奋收缩功效，是昆虫中毒死亡。,第四节 杀虫剂对神经系统影响,杀虫剂在昆虫体内的代谢,第25页,一、轴突毒剂,药剂对轴突传导抑制主要是经过改变膜,离子通透性,，从而影响正常膜电位差，使电冲动发生与传导失常。而离子通透性改变主要与离子通道（,ion channel,）相关。离子通道使钠、钾、钙等离子顺电化学梯度扩散，经过双分子膜。离子通道必须能够开放和关闭，才能实现其产生和传导电信号生理功效。,依据通道开关调控机制又称门控机制不一样，离子通道可分为：,(1),配体门控离子通道或称受体控制性通道，,Ach,受体、,GABA,受体等都是配体门控通道，将化学信息转变为电信号；,(2),电压门控离子通道，或称电压依赖性通道，其开、关首先由膜电位决定，另首先与电位改变时间相关,(,时间依赖性,),，这类通道在维持可兴奋性细胞动作电位方面起相当主要作用，钠通道、钾通道等都是电压门控离子通道；,(3),环核苷酸门控,(CNG),通道，这类通道在视觉和嗅觉方面信号传导中相当主要。,(4),机械力敏感离子通道，即当细胞受各种各样机械力刺激时开启离子通道。,杀虫剂在昆虫体内的代谢,第26页,钠离子通道,滴滴涕、除虫菊酯类,拟除虫菊酯类杀虫剂，主要作用于轴突膜上离子通道（主要是,Na+,通道），经过延迟钠离子通道关闭，使负后电位上升到去极化阈值，造成重复后放，破坏神经传导引发中毒。,杀虫剂在昆虫体内的代谢,第27页,二、前突触毒剂,六六六和环戊二烯类杀虫剂主要对中枢神经系统中突触部位起作用，刺激前突触膜大量释放乙酰胆碱，造成乙酰胆碱在前后两个神经元间隙中大量积累，因而妨碍了神经元之间神经传导。,多年来，伴随毒理学研究伎俩改进，尤其是放射性标识配体结合技术和膜片钳技术引入，发觉这类杀虫剂能抑制,GABA,诱导氯离子流，并能抑制二氢苦毒宁（,DXPTX,）与受体结合，认为该类药剂为,GABA,受体抑制剂。,至于,GABA,受体和突触前膜，这两个靶标中，哪个是初始靶标，哪种机理是致毒机理，到当前为止还未见报道。,杀虫剂在昆虫体内的代谢,第28页,三、,胆碱酯酶抑制剂,乙酰胆碱释放是化学传递所必需，不过，它必须快速地被除去，不然连续刺激会引发乙酰胆碱积累，而积累过多反而引发神经传递阻断。所以，乙酰胆碱酯酶是十分主要，抑制了这种酶就会引发神经传导阻断,(,有一个先期兴奋,),。,分解后产生胆碱重新被突触前膜所吸收，乙酸被普通细胞均能吸收。它们与辅酶,A,结合，形成乙酰辅酶,A,，然后，运输到前突触中，在胆碱乙酰转移酶作用下重新合成乙酰胆碱。,有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂，都是乙酰胆碱酯酶抑制剂，进入突触间隙后，能象,Ach,那样与,AchE,结合，且结合后极难水解，结果使酶正常作用受阻，造成突触部位,Ach,大量积累，致使昆虫过分兴奋，行动失调，最终麻痹死亡。,杀虫剂在昆虫体内的代谢,第29页,四、乙酰胆碱受体毒剂,以昆虫神经系统受体为作用靶标一类药剂称为受体毒剂。昆虫体内作为杀虫靶标有乙酰胆碱受体、,GABA,受体、章鱼胺受体这三类主要神经受体，另外还有多巴胺受体、,5-,羟色胺受体、谷氨酸受体等。,乙酰胆碱受体,Acetylcholine Receptor,沙蚕毒素和吡虫啉等氯化烟酰类化合物，主要作用于神经突触后膜上乙酰胆碱受体，前者抑制突触后膜兴奋性，使昆虫瘫痪死亡，后者则增加突触后膜兴奋性，使昆虫不停出现神经冲动，产生颤动症状，随之发生痉挛，最终麻痹而死。,阿维菌素类杀虫剂作用靶标是神经,肌肉接点突触后膜，阻断神经与肌肉间联络，破坏肌肉兴奋收缩功效，是昆虫中毒死亡。,杀虫剂在昆虫体内的代谢,第30页,乙酰胆碱受体,Acetylcholine Receptor,以昆虫神经系统受体为作用靶标一类药剂称为受体毒剂。昆虫体内作为杀虫靶标有乙酰胆碱受体、,GABA,受体、章鱼胺受体这三类主要神经受体，另外还有多巴胺受体、,5-,羟色胺受体、谷氨酸受体等。,乙酰胆碱受体，与乙酰胆碱酯酶一样，都是蛋白质，它们甚至于含有相同氨基酸组成。不过，受体是一个酸性糖蛋白，它处于突触后膜膜内，一端伸出膜外，为接收乙酰胆碱部位。乙酰胆碱受体（,AChR,）是一个配体门控阳离子通道，其在胆碱能突触主要作用在于识别和转导化学信号,ACh,。据作用方式和药理学不一样将,AChR,分为三类，即烟碱样受体（,nicotinic receptor,，,N-R,，,nAChR,）、蕈毒碱样受体（,muscarinic receptor,，,M-R,，,mAChR,）、蕈毒酮样受体,(muscaronic receptor),。烟碱类化台物和蕈毒类化合物可作为配体分别与,nAchR,和,mAchR,结合，从而模拟,Ach,作用。这两类化台物是胆碱能系统拮抗物，可用来分析判定这两种受体。乙酰胆碱与受体结合就是对受体激活过程，这个激活包含受体本身发生一些改变，而这些改变又间接地引发突触后膜三维结构改变。膜改变主要是各种离子通导性改变了。乙酰胆碱与不一样受体结合产生生理效应不一样。,杀虫剂在昆虫体内的代谢,第31页,五、,GABA,受体毒剂,以昆虫神经系统受体为作用靶标一类药剂称为受体毒剂。昆虫体内作为杀虫靶标有乙酰胆碱受体、,GABA,受体、章鱼胺受体这三类主要神经受体，另外还有多巴胺受体、,5-,羟色胺受体、谷氨酸受体等。,多氯环烷烃类,Avermectin,类,苯并咪唑类及其类似物,杀虫剂在昆虫体内的代谢,第32页,