生物轉化

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生物轉化:是指外源化學物在機體內經多種酶催化代謝轉化。生物轉化是機體對外源化學物處置的重要的環節,是機體維持穩態的主要機制。

目 錄1簡介

2酶的作用

3反應類型

4轉化分類

4.1 葡萄糖醛酸

4.2 硫酸

4.3 甲基化

4.4 乙酰化

4.5 甘氨酸結合

4.6 谷胱甘肽結合

5轉化過程

5.1 氧化反應

5.2 還原反應

5.3 水解反應

5.4 結合反應

6參考文獻

1簡介生物轉化:是指外源化學物在機體內經多種酶催化的代謝轉化。生物轉化是機體對外源化學物處置的重要的環節。是機體維持穩態的主要機制。

化學毒物在體內的吸收分佈排泄過程稱為生物轉運。

化學毒物的代謝變化過程稱為生物轉化。

肝臟是生物轉化作用的主要器官,在肝細胞微粒體、胞液、線粒體部位存在有關生物轉化的酶類。其它組織如腎、胃腸道、肺、皮膚胎盤等也可進行一定的生物轉化,但以肝臟最為重要,其生物轉化功能最強。

2酶的作用某些異物可以影響機體內同生物轉化有關的酶的活動,這種影響分為兩種:①酶的抑制。有些異物可以使一些酶的活力降低,從而降低異物的代謝速度,使其在體內的滯留時間延長,毒性增強。例如對硫磷代謝物對氧磷能夠抑制催化馬拉硫磷水解的羧酸酯酶,使馬拉硫磷的水解速度減慢,毒性增強。②酶的誘導。某些異物可以誘導同生物轉化有關的酶的合成,從而促進異物的代謝速度。具有這種作用的物質稱為誘導物。例如苯巴比妥作為誘導物在鼠肝中可誘導生成葡萄糖醛酸轉移酶;同時施用苯巴比妥與2-乙酰氨基芴,可降低或減弱後者的致癌作用

生物轉化的實驗研究過去主要以動物為對象,採用活體或離體實驗方法。研究結果發現在動物的各種組織中,肝臟(後來又發現主要是肝細胞的微粒體部分)的生物轉化能力最強;轉化的結果能使一些異物消除或降低毒性,或者轉化為易於排出的物質,因而曾稱之為解毒作用。但是隨後的研究表明,生物轉化的結果並非全然如此,有些異物,例如2-乙酰氨基芴(AAF,一種前致癌物,即不具活性的致癌物質)經過生物轉化(包括混合功能氧化酶催化的氧化反應與硫酸化結合反應)后能轉變成具有生物活性的終致癌物(硫酸AAF),這種現象稱為增毒作用。

3反應類型肝臟內的生物轉化反應主要可分為第一相反應(氧化(oxidation)反應、還原(reduction)反應、水解(hydrolysis)反應)和第二相反應(結合(conjugation)反應)。

影響生物轉化的因素如下:

生物轉化作用受年齡性別、肝臟疾病藥物等體內外各種因素的影響。例如新生兒生物轉化酶發育不全,對藥物及毒物的轉化能力不足,易發生藥物及毒素中毒等。老年人因器官退化,對氨基比林保泰松等的藥物轉化能力降低,用藥后藥效較強,副作用較大。此外,某些藥物或毒物可誘導轉化酶的合成,使肝髒的生物轉化能力增強,稱為藥物代謝酶的誘導。例如,長期服用苯巴比妥,可誘導肝微粒體加單氧酶系的合成,從而使機體對苯巴比妥類催眠葯產生耐藥性。同時,由於加單氧酶特異性較差,可利用誘導作用增強藥物代謝和解毒,如用苯巴比妥治療地高辛中毒。苯巴比妥還可誘導肝微粒體udp-葡萄糖醛酸轉移酶的合成,故臨床上用來治療新生兒黃疸。另一方面由於多種物質在體內轉化代謝常由同一酶系催化,同時服用多種藥物時,可出現競爭同一酶系而相互抑制其生物轉化作用。臨床用藥時應加以注意,如保泰松可抑制雙香豆素的代謝,同時服用時雙香豆素的抗凝作用加強,易發生出血現象。

生物轉化的特點是:多樣性(同一物質經多種反應實現轉化),連續性(第一、第二兩相反應連續進行),雙重性(物質進行生物轉化后毒性可能減弱也可能增強,即解毒與致毒)。[1]

4轉化分類生物轉化中的結合反應由於結合物種類的不同可分為下列幾種類型,各種類型結合反應舉例如下:

葡萄糖醛酸化肝細胞微粒體中含有非常活躍的葡糖醛酸基轉移酶,它以尿苷磷酸葡糖醛酸(UDP-葡糖醛酸)為供體,催化葡糖醛酸基轉移到多種含有極性基團的化合物(包括藥物、毒藥激素)上,如酚、醇、胺和羧酸等,生成β-葡糖醛酸苷。[2]

生物轉化

硫酸化硫酸化反應是人體化學防禦系統的一部分,同時在芳香胺、多環芳烴等許多化學致癌物的生物活化中起重要作用。

生物轉化

甲基化甲基化是指從活性甲基化合物(如S-腺苷甲硫氨酸)上將甲基催化轉移到其他化合物的過程。可形成各種甲基化合物,或是對某些蛋白質核酸等進行化學修飾形成甲基化產物。

生物轉化

乙酰化乙酰化就是將有機化合物分子中的氮、氧、碳原子上引入乙酰基CH3CO-的反應。

生物轉化

甘氨酸結合甘氨酸酰基轉移酶 甘氨酸+苯甲酰CoA────────→HSCoA+馬尿酸  ↑ (C6H5CONHCH2COOH)  苯甲酸  (C6H5COOH)

谷胱甘肽結合任何一種異物的生物轉化方式決不會是簡單劃一的;它們可同時進行不同的氧化還原或水解反應,此後又可繼續進行不同類型的結合反應。此外營養條件、激素功能、年齡、種族、個體差異等都對轉化方式發生顯著影響。

5轉化過程生物轉化一般分為Ⅰ、Ⅱ兩個連續的作用過程。在過程Ⅰ中,異物在有關酶系統的催化下經由氧化、還原或水解反應改變其化學結構,形成某些活性基團(如—OH、—SH、—COOH、—NH2等)或進一步使這些活性基團暴露。在過程Ⅱ中,異物的一級代謝物在另外的一些酶系統催化下通過上述活性基團與細胞內的某些化合物結合,生成結合產物(二級代謝物)。結合產物的極性(親水性)一般有所增強,利於排出,例如氨基甲酸酯類殺蟲劑胺甲萘(西維因)的生物轉化過程如下: 生物轉化

異物的生物轉化一般都要經歷這兩個連續過程,但也有一些異物由於本身已含有相應的活性基團,因而不必經由過程Ⅰ即可直接與細胞內的物質結合而完成其生物轉化。

氧化反應異物生物轉化過程Ⅰ中的氧化反應是在混合功能氧化酶系(又稱為單氧酶系、羥化酶系或細胞色素P-450酶系)的催化作用下進行的。異物的氧化可用下式表述: 生物轉化

NADPH2:還原型輔酶 II; NADP:氧化型輔酶 II這一酶系的活性很強,但專一性差,凡是具有一定脂溶性的異物,幾乎都能在它的催化下被氧化,因此常稱為混合功能氧化酶。目前認為它能催化的氧化反應如表所示。

還原反應生物轉化過程Ⅰ中的還原反應大多是在各種還原酶(如醇脫氫酶、醛脫氫酶、硝基還原酶、偶氮還原酶等)催化下進行的。如還原性脫鹵作用(例如DDT還原成DDD)就是異物經由還原反應進行生物轉化的重要方式。至於細胞色素P-450酶系是否也能催化其逆反應(還原反應),則尚無定論。

水解反應生物轉化過程Ⅰ中的水解反應是酯類、酰胺類等異物的轉化方式。有機磷農藥在化學上屬於酯類或酰胺類,因而這一類由相應的水解酶(如酯酶、酰胺酶等)催化的反應,在生物轉化上也很重要。例如: 生物轉化

生物轉化

生物轉化

生物轉化

結合反應生物轉化過程Ⅱ 由專一性強的各種轉移酶催化,可用下式表示: 生物轉化

式中的受體即異物,供體又稱結合物,是參與結合反應的細胞內物質結合物。主要是各種核苷酸衍生物,如尿苷二磷酸葡萄糖醛酸(UDPGA,提供葡萄糖醛酸基團、GA),3′-磷酸腺苷酸硫酸(PAPS,提供硫酸基團、S=SO3H),腺苷蛋氨酸(SAM,甲基供體,M=甲基),乙酰輔酶A(CH3CO—SCoA,乙酰基供體,CH3—CO二乙酰基)。此外,某些氨基酸(如甘氨酸、谷氨酰胺)及其衍生物(如谷胱甘肽)也是重要的結合物。供體或結合物都是細胞代謝的正常產物。

6參考文獻上海第一醫學院主編:《醫用生物化學》(上冊),人民衛生出版社,北京,1979。 A.DeBruin,Biochemical Toxicology of Environmental Agents,Elsevier/North-Holland Inc.,New York,1976.  J.B.Harborne,Introduction to Ecological Biochemistry,Academic Press,New York,1977.  B.Testa et al.,Drug Metabolism,Chemical and Biochemical Aspects,Marcel Dekker Inc.,New York,1975.

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參考資料 1. 賈弘禔,馮作化,屈伸,葯立波,方定志,馮濤. 生物化學與分子生物學[M],人民衛生出版社,2010

2. 葡萄糖醛酸 .維基百科 [引用日期2013-04-24] .

相關文獻生物質的生物轉化與利用研究進展-安徽農業科學-2011年 第4期 (39)

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1簡介2酶的作用3反應類型4轉化分類4.1葡萄糖醛酸化4.2硫酸化4.3甲基化4.4乙酰化4.5甘氨酸結合4.6谷胱甘肽結合5轉化過程5.1氧化反應5.2還原反應5.3水解反應5.4結合反應6參考文獻

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1簡介生物轉化:是指外源化學物在機體內經多種酶催化的代謝轉化。生物轉化是機體對外源化學物處置的重要的環節。是機體維持穩態的主要機制。

化學毒物在體內的吸收、分佈和排泄過程稱為生物轉運。

化學毒物的代謝變化過程稱為生物轉化。

肝臟是生物轉化作用的主要器官,在肝細胞微粒體、胞液、線粒體等部位均存在有關生物轉化的酶類。其它組織如腎、胃腸道、肺、皮膚及胎盤等也可進行一定的生物轉化,但以肝臟最為重要,其生物轉化功能最強。

2酶的作用某些異物可以影響機體內同生物轉化有關的酶的活動,這種影響分為兩種:①酶的抑制。有些異物可以使一些酶的活力降低,從而降低異物的代謝速度,使其在體內的滯留時間延長,毒性增強。例如對硫磷的代謝物對氧磷能夠抑制催化馬拉硫磷水解的羧酸酯酶,使馬拉硫磷的水解速度減慢,毒性增強。②酶的誘導。某些異物可以誘導同生物轉化有關的酶的合成,從而促進異物的代謝速度。具有這種作用的物質稱為誘導物。例如苯巴比妥作為誘導物在鼠肝中可誘導生成葡萄糖醛酸轉移酶;同時施用苯巴比妥與2-乙酰氨基芴,可降低或減弱後者的致癌作用。

生物轉化的實驗研究過去主要以動物為對象,採用活體或離體實驗方法。研究結果發現在動物的各種組織中,肝臟(後來又發現主要是肝細胞的微粒體部分)的生物轉化能力最強;轉化的結果能使一些異物消除或降低毒性,或者轉化為易於排出的物質,因而曾稱之為解毒作用。但是隨後的研究表明,生物轉化的結果並非全然如此,有些異物,例如2-乙酰氨基芴(AAF,一種前致癌物,即不具活性的致癌物質)經過生物轉化(包括混合功能氧化酶催化的氧化反應與硫酸化結合反應)后能轉變成具有生物活性的終致癌物(硫酸AAF),這種現象稱為增毒作用。

3反應類型肝臟內的生物轉化反應主要可分為第一相反應(氧化(oxidation)反應、還原(reduction)反應、水解(hydrolysis)反應)和第二相反應(結合(conjugation)反應)。

影響生物轉化的因素如下:

生物轉化作用受年齡、性別、肝臟疾病及藥物等體內外各種因素的影響。例如新生兒生物轉化酶發育不全,對藥物及毒物的轉化能力不足,易發生藥物及毒素中毒等。老年人因器官退化,對氨基比林、保泰松等的藥物轉化能力降低,用藥后藥效較強,副作用較大。此外,某些藥物或毒物可誘導轉化酶的合成,使肝髒的生物轉化能力增強,稱為藥物代謝酶的誘導。例如,長期服用苯巴比妥,可誘導肝微粒體加單氧酶系的合成,從而使機體對苯巴比妥類催眠葯產生耐藥性。同時,由於加單氧酶特異性較差,可利用誘導作用增強藥物代謝和解毒,如用苯巴比妥治療地高辛中毒。苯巴比妥還可誘導肝微粒體udp-葡萄糖醛酸轉移酶的合成,故臨床上用來治療新生兒黃疸。另一方面由於多種物質在體內轉化代謝常由同一酶系催化,同時服用多種藥物時,可出現競爭同一酶系而相互抑制其生物轉化作用。臨床用藥時應加以注意,如保泰松可抑制雙香豆素的代謝,同時服用時雙香豆素的抗凝作用加強,易發生出血現象。

生物轉化的特點是:多樣性(同一物質經多種反應實現轉化),連續性(第一、第二兩相反應連續進行),雙重性(物質進行生物轉化后毒性可能減弱也可能增強,即解毒與致毒)。[1]

4轉化分類生物轉化中的結合反應由於結合物種類的不同可分為下列幾種類型,各種類型結合反應舉例如下:

葡萄糖醛酸化肝細胞微粒體中含有非常活躍的葡糖醛酸基轉移酶,它以尿苷二磷酸葡糖醛酸(UDP-葡糖醛酸)為供體,催化葡糖醛酸基轉移到多種含有極性基團的化合物(包括藥物、毒藥和激素)上,如酚、醇、胺和羧酸等,生成β-葡糖醛酸苷。[2]

生物轉化

硫酸化硫酸化反應是人體化學防禦系統的一部分,同時在芳香胺、多環芳烴等許多化學致癌物的生物活化中起重要作用。

生物轉化

甲基化甲基化是指從活性甲基化合物(如S-腺苷基甲硫氨酸)上將甲基催化轉移到其他化合物的過程。可形成各種甲基化合物,或是對某些蛋白質或核酸等進行化學修飾形成甲基化產物。

生物轉化

乙酰化乙酰化就是將有機化合物分子中的氮、氧、碳原子上引入乙酰基CH3CO-的反應。

生物轉化

甘氨酸結合甘氨酸酰基轉移酶 甘氨酸+苯甲酰CoA────────→HSCoA+馬尿酸  ↑ (C6H5CONHCH2COOH)  苯甲酸  (C6H5COOH)

谷胱甘肽結合任何一種異物的生物轉化方式決不會是簡單劃一的;它們可同時進行不同的氧化還原或水解反應,此後又可繼續進行不同類型的結合反應。此外營養條件、激素功能、年齡、種族、個體差異等都對轉化方式發生顯著影響。

5轉化過程生物轉化一般分為Ⅰ、Ⅱ兩個連續的作用過程。在過程Ⅰ中,異物在有關酶系統的催化下經由氧化、還原或水解反應改變其化學結構,形成某些活性基團(如—OH、—SH、—COOH、—NH2等)或進一步使這些活性基團暴露。在過程Ⅱ中,異物的一級代謝物在另外的一些酶系統催化下通過上述活性基團與細胞內的某些化合物結合,生成結合產物(二級代謝物)。結合產物的極性(親水性)一般有所增強,利於排出,例如氨基甲酸酯類殺蟲劑胺甲萘(西維因)的生物轉化過程如下: 生物轉化

異物的生物轉化一般都要經歷這兩個連續過程,但也有一些異物由於本身已含有相應的活性基團,因而不必經由過程Ⅰ即可直接與細胞內的物質結合而完成其生物轉化。

氧化反應異物生物轉化過程Ⅰ中的氧化反應是在混合功能氧化酶系(又稱為單氧酶系、羥化酶系或細胞色素P-450酶系)的催化作用下進行的。異物的氧化可用下式表述: 生物轉化

NADPH2:還原型輔酶 II; NADP:氧化型輔酶 II這一酶系的活性很強,但專一性差,凡是具有一定脂溶性的異物,幾乎都能在它的催化下被氧化,因此常稱為混合功能氧化酶。目前認為它能催化的氧化反應如表所示。

還原反應生物轉化過程Ⅰ中的還原反應大多是在各種還原酶(如醇脫氫酶、醛脫氫酶、硝基還原酶、偶氮還原酶等)催化下進行的。如還原性脫鹵作用(例如DDT還原成DDD)就是異物經由還原反應進行生物轉化的重要方式。至於細胞色素P-450酶系是否也能催化其逆反應(還原反應),則尚無定論。

水解反應生物轉化過程Ⅰ中的水解反應是酯類、酰胺類等異物的轉化方式。有機磷農藥在化學上屬於酯類或酰胺類,因而這一類由相應的水解酶(如酯酶、酰胺酶等)催化的反應,在生物轉化上也很重要。例如: 生物轉化

生物轉化

生物轉化

生物轉化

結合反應生物轉化過程Ⅱ 由專一性強的各種轉移酶催化,可用下式表示: 生物轉化

式中的受體即異物,供體又稱結合物,是參與結合反應的細胞內物質結合物。主要是各種核苷酸衍生物,如尿苷二磷酸葡萄糖醛酸(UDPGA,提供葡萄糖醛酸基團、GA),3′-磷酸腺苷酸硫酸(PAPS,提供硫酸基團、S=SO3H),腺苷蛋氨酸(SAM,甲基供體,M=甲基),乙酰輔酶A(CH3CO—SCoA,乙酰基供體,CH3—CO二乙酰基)。此外,某些氨基酸(如甘氨酸、谷氨酰胺)及其衍生物(如谷胱甘肽)也是重要的結合物。供體或結合物都是細胞代謝的正常產物。

6參考文獻上海第一醫學院主編:《醫用生物化學》(上冊),人民衛生出版社,北京,1979。 A.DeBruin,Biochemical Toxicology of Environmental Agents,Elsevier/North-Holland Inc.,New York,1976.  J.B.Harborne,Introduction to Ecological Biochemistry,Academic Press,New York,1977.  B.Testa et al.,Drug Metabolism,Chemical and Biochemical Aspects,Marcel Dekker Inc.,New York,1975.