神经毒剂的作用机理培训课件

1 1、乙酰胆碱酯酶的结构与功能、乙酰胆碱酯酶的结构与功能（1 1）AChE AChE的基因结构及分子多态性的基因结构及分子多态性 AChE AChE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结构存结构存在差异。人、鼠等，在差异。人、鼠等，6 6个外显子个外显子（基因上含有蛋白质编码信息的部分，每个外显子均编码一个完整蛋白质的特定部分）、）、5 5个内含子个内含子（基因中除了外显子，剩余的DNA序列就构成了内含子，内含子被转录成RNA，但是接着就被剪切掉，因此内含子不编码蛋白质。）分布）分布在在4.5-4.7kb4.5-4.7kb的碱基序列内；按蚊和黑尾果蝇的碱基序列内；按蚊和黑尾果蝇 ，9 9个内个内含子和含子和l0l0个外显子，其总长度分别为个外显子，其总长度分别为23kb23kb和和34kb34kb。（三）乙酰胆碱酯酶抑制剂（三）乙酰胆碱酯酶抑制剂7/13/20241神经毒剂的作用机理 AChE AChE是一大分子糖蛋白，糖基约占是一大分子糖蛋白，糖基约占1515。AChEAChE按按其分子特征可分为其分子特征可分为球型球型（对称型）及（对称型）及尾型尾型（不对称型）（不对称型）。球型单体。球型单体(G(G1 1)分子量约分子量约70-80kD70-80kD，单体通过单一的链，单体通过单一的链间二硫键装配成二聚体间二硫键装配成二聚体(G(G2 2)，两个二聚体通过范得华氏，两个二聚体通过范得华氏力结合为四聚体力结合为四聚体(G(G4 4)。球型四聚体通过加入三股胶原样。球型四聚体通过加入三股胶原样尾而成为尾尾而成为尾(collagen-like tail)(collagen-like tail)型四聚体（型四聚体（A A4 4）。胶）。胶原性尾可通过二硫键直接与四聚体中的二聚体相连。原性尾可通过二硫键直接与四聚体中的二聚体相连。每一个尾有三个联接点，可分别形成尾型八聚体每一个尾有三个联接点，可分别形成尾型八聚体(A(A8 8)及及十二聚体十二聚体(A(A1212)。（1 1）AChE AChE的基因结构及分子多态性的基因结构及分子多态性7/13/20242神经毒剂的作用机理 球形分子依据其溶解性又可分为两亲分子球形分子依据其溶解性又可分为两亲分子(G-(G-amphiphilic)amphiphilic)和非两亲分子和非两亲分子(G-nonamphiphilic)(G-nonamphiphilic)。AChEAChE羟基末端羟基末端3 3种不同类型的疏水结构域对应于种不同类型的疏水结构域对应于3 3种不种不同的酶分子：同的酶分子：I I型；型；型；尾部疏水性型；尾部疏水性AChEAChE。昆虫，昆虫，AChEAChE简单，缺少胶质样尾的不对称分子和简单，缺少胶质样尾的不对称分子和球形的四聚体分子，主要以球形的四聚体分子，主要以GPLGPL（乙醇胺（乙醇胺-多聚糖多聚糖-磷脂磷脂酰肌醇酰肌醇）锚着于膜上的二聚体形式存在，其次是）锚着于膜上的二聚体形式存在，其次是GPLGPL单体，另有极少量非两亲的二聚体和单体分子。单体，另有极少量非两亲的二聚体和单体分子。（1 1）AChE AChE的基因结构及分子多态性的基因结构及分子多态性7/13/20243神经毒剂的作用机理 同一生物的不同同一生物的不同AChEAChE分子，其分子大小、形状、分子，其分子大小、形状、溶解性等理化性质存在差异，但这些不同的酶分子却溶解性等理化性质存在差异，但这些不同的酶分子却具有相同的底物催化特性，其原因在于具有相同的底物催化特性，其原因在于AChEAChE氨基端的氨基端的氨基酸序列在不同酶分子之间完全相同氨基酸序列在不同酶分子之间完全相同。该相同的氨。该相同的氨基酸序列包含了基酸序列包含了AChEAChE完成其催化功能所必须的所有氨完成其催化功能所必须的所有氨基酸残基。因此，该段相同的氨基酸序列也叫做基酸残基。因此，该段相同的氨基酸序列也叫做AChEAChE的催化亚基的催化亚基。与催化亚基羧基端连接的不同结构域决。与催化亚基羧基端连接的不同结构域决定着酶分子的类型和酶分子的理化特性。定着酶分子的类型和酶分子的理化特性。（1 1）AChE AChE的基因结构及分子多态性的基因结构及分子多态性7/13/20244神经毒剂的作用机理（2 2）AChE AChE的分布的分布 主要分布在神经肌肉组织。主要分布在神经肌肉组织。昆虫：中枢神经昆虫：中枢神经 ；肌肉、血淋巴；肌肉、血淋巴 脊椎动物：中枢、周围脊椎动物：中枢、周围 神经组织中的神经组织中的AChEAChE主要是球型。主要是球型。电鳐肌肉中的电鳐肌肉中的AChEAChE几乎全部为几乎全部为A A1212型。哺乳动物肌型。哺乳动物肌肉肉AChEAChE呈多型性，主要为呈多型性，主要为A A1212AChEAChE，也含有其他分子型，也含有其他分子型AchEAchE。7/13/20245神经毒剂的作用机理 催催化化亚亚基基是是由由1515个个螺螺旋旋、1111个个中中央央混混合合折折叠叠和和 一一 个个 N N端端 的的 短短 的的 3 3束束 折折 叠叠 组组 成成 的的 大大 小小 为为456065456065的的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的的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分子的中央而被形分子的中央而被螺旋所包围。螺旋所包围。该分子结构最明显的特点是在球形分子的表面有该分子结构最明显的特点是在球形分子的表面有一向内凹陷的又深又窄的一向内凹陷的又深又窄的“峡谷峡谷”(gorge)”(gorge)，峡谷的，峡谷的深度达到深度达到20 20，相对于入口处其底部更加扩展。，相对于入口处其底部更加扩展。（3 3）AChE AChE酶酶蛋白蛋白结结构及功能位点构及功能位点 7/13/20246神经毒剂的作用机理（3 3）AChE AChE酶酶蛋白蛋白结结构及功能位点构及功能位点 AChE AChE是一个异构化酶，它有三类作用部位：是一个异构化酶，它有三类作用部位：催化部催化部位、结合部位及异构化部位位、结合部位及异构化部位。催化部位和结合部位催化部位和结合部位构成该构成该酶的活性中心酶的活性中心。催化部位：催化部位：又叫酯动部位，对乙酰胆碱、有机磷和又叫酯动部位，对乙酰胆碱、有机磷和氨基甲酸酯发生酰化都在这个部位，丝氨酸的氨基甲酸酯发生酰化都在这个部位，丝氨酸的OHOH基；基；结合部位：结合部位：催化部位周围的许多氨基酸残基都有可催化部位周围的许多氨基酸残基都有可能成为能成为结合部位结合部位，主要有阴离子部位、疏水部位、电荷，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；转移复合体部位、靛酚结合部位、巯基结合部位等；异构化部位：异构化部位：又叫外周离子部位。又叫外周离子部位。7/13/20247神经毒剂的作用机理（3 3）AChE AChE酶酶蛋白蛋白结结构及功能位点构及功能位点 7 7个功能位点：个功能位点：催化三联体。催化三联体。AChEAChE的催化中心的的催化中心的3 3个氨基酸残基：第个氨基酸残基：第200200位的丝位的丝氨酸氨酸(S200)(S200)、第、第327327位的谷氨酸位的谷氨酸(G327)(G327)、第第440440位的组氨酸位的组氨酸(H440)(H440)均位于峡谷内，活性中心峡谷。这均位于峡谷内，活性中心峡谷。这3 3个氨基酸组成称为催化三联体，个氨基酸组成称为催化三联体，即即Ser200-Glu327-His440Ser200-Glu327-His440。在水解。在水解AchAch时，位于谷底向上时，位于谷底向上0.4nm0.4nm处处的活性位点的活性位点Ser200Ser200的羟基靠近的羟基靠近AchAch羰基的碳原子，羰基上的氧通过羰基的碳原子，羰基上的氧通过氢原子结合到氢原子结合到Glu119Glu119、Tyr121Tyr121或或Ala201Ala201位的两个酰胺骨架上而得位的两个酰胺骨架上而得到稳定。底物到稳定。底物AchAch的季铵离子通过静电作用和的季铵离子通过静电作用和AChEAChE的阴离子亚位点的阴离子亚位点结合。而结合。而AchAch的亲电子羰基碳原子分两步与的亲电子羰基碳原子分两步与AChEAChE中酯动部位的中酯动部位的SerSer的羟基发生作用。首先是的羟基发生作用。首先是酶与底物结合形成可逆的复合体，酶与底物结合形成可逆的复合体，SerSer的的羟基攻击羟基攻击AchAch的亲电子羰基上的碳原子，导致酶被乙酰化和释放胆的亲电子羰基上的碳原子，导致酶被乙酰化和释放胆碱；第二步是水分子中电负性的氧原子进攻乙酰化基团中的亲电碱；第二步是水分子中电负性的氧原子进攻乙酰化基团中的亲电子的碳原子，形成正常的酶和乙酸。子的碳原子，形成正常的酶和乙酸。7/13/20248神经毒剂的作用机理（3 3）AChE AChE酶酶蛋白蛋白结结构及功能位点构及功能位点 7 7个功能位点：个功能位点：胆碱结合部位。胆碱结合部位。峡谷内壁四周的芳基氨基酸残基在峡谷内壁四周的芳基氨基酸残基在AChEAChE与底物的结合过程中起重要作用。与底物的结合过程中起重要作用。第第8484位的色氨酸位的色氨酸(W84)(W84)、330330位的酪氨酸位的酪氨酸(Y330)(Y330)或苯丙氨酸或苯丙氨酸(F330)(F330)、442442位位的酪氨酸的酪氨酸(Y442)(Y442)，其中的任何其中的任何1 1个定向致突变，都显著的个定向致突变，都显著的降低降低AChEAChE与底物或配体的亲和力和酶的活性，上述与底物或配体的亲和力和酶的活性，上述3 3个芳个芳基氨基酸残基与基氨基酸残基与G199G199一起构成了一起构成了AChEAChE活性中心底物与酶活性中心底物与酶的结合部位。的结合部位。7/13/20249神经毒剂的作用机理（3 3）AChE AChE酶酶蛋白蛋白结结构及功能位点构及功能位点 7 7个功能位点：个功能位点：酰基口袋。酰基口袋。峡谷内壁一侧，分布着峡谷内壁一侧，分布着两个苯丙氨酸两个苯丙氨酸(F288(F288、F290)F290)，两者构成了，两者构成了AChEAChE的的“酰基口袋酰基口袋”(acyl”(acyl pocket)pocket)，F288F288、F290F290通过其芳环侧链向通过其芳环侧链向“峡谷峡谷”内伸展内伸展，限制活性中心空间范围，限制活性中心空间范围，从而限制结构较大的底物或，从而限制结构较大的底物或配体分子进入活性中心。配体分子进入活性中心。7/13/202410神经毒剂的作用机理（3 3）AChE AChE酶酶蛋白蛋白结结构及功能位点构及功能位点 7 7个功能位点：个功能位点：氧阴离子洞。氧阴离子洞。氧阴离子洞（氧阴离子洞（oxyanion holeoxyanion hole）可能是由）可能是由Gly118Gly118、Gly119Gly119和和Ala201Ala201的主链氮原子与羰基氧相互作的主链氮原子与羰基氧相互作用，以及酯键的氧与用，以及酯键的氧与His440His440的咪唑基相互作用共同构成的咪唑基相互作用共同构成。Gly119Gly119作为底物结合位点的阴离子成分，与底物中作为底物结合位点的阴离子成分，与底物中4 4甲基甲基的碳或胆碱的的碳或胆碱的碳原子紧密接触。碳原子紧密接触。7/13/202411神经毒剂的作用机理（3 3）AChE AChE酶酶蛋白蛋白结结构及功能位点构及功能位点 7 7个功能位点：个功能位点：外周阴离子部位。外周阴离子部位。在峡谷入口处，椭球形分子的外表面主要是在峡谷入口处，椭球形分子的外表面主要是由一些由一些带负电的氨基酸带负电的氨基酸Tyr70Tyr70、Tyr121Tyr121、Trp290Trp290和和Asp72Asp72，组成了，组成了AChEAChE的的外周阴离子部位外周阴离子部位(PAS)(PAS)。配体结合于。配体结合于PASPAS后，可以后，可以改变酶活改变酶活性中心的立体构型，影响酶与底物或与其它配体的亲和力性中心的立体构型，影响酶与底物或与其它配体的亲和力。不同。不同的配体结合于的配体结合于PASPAS的不同位点，但所有配体的结合位点中均包含第的不同位点，但所有配体的结合位点中均包含第7272位的精氨酸和第位的精氨酸和第279279位的色氨酸。位的色氨酸。PASPAS的存在有助于提高的存在有助于提高AChEAChE催催化效率：乙酰胆碱进入活性中心之前，先通过静电吸引结合于化效率：乙酰胆碱进入活性中心之前，先通过静电吸引结合于PASPAS，然后顺势滑入到峡谷内并进一步扩散到活性中心，从而加快底，然后顺势滑入到峡谷内并进一步扩散到活性中心，从而加快底物与活性中心的结合进程物与活性中心的结合进程；另外，；另外，PASPAS可能还与高浓度底物对酶活可能还与高浓度底物对酶活性的抑制作用有关。性的抑制作用有关。7/13/202412神经毒剂的作用机理（3 3）AChE AChE酶酶蛋白蛋白结结构及功能位点构及功能位点 7 7个功能位点：个功能位点：芳香族基氨基酸形成谷内表面及芳香引导（芳香族基氨基酸形成谷内表面及芳香引导（aromatic aromatic guidanceguidance）机制）机制。峡谷内壁四周主要是由。峡谷内壁四周主要是由1414个疏水的芳香族基氨个疏水的芳香族基氨基酸基酸(Tyr70(Tyr70、Trp80Trp80、Trp114Trp114、Tyr121Tyr121、Tyr130Tyr130、Trp233Trp233、Trp279Trp279、Phe288Phe288、Phe290Phe290、Phe330Phe330、Phe331Phe331、Tyr334Tyr334、Trp432Trp432和和Tyr442)Tyr442)组组成。高度保守。峡谷中上部芳香补丁（成。高度保守。峡谷中上部芳香补丁（aromatic patcharomatic patch），它们），它们在在AChEAChE与底物的结合过程中起重要作用与底物的结合过程中起重要作用。谷壁表面疏水，可将谷壁表面疏水，可将AchAch吸收到低亲和性部位，这就是芳香族氨基酸残疾所形成的芳香引吸收到低亲和性部位，这就是芳香族氨基酸残疾所形成的芳香引导机制。导机制。反应产物胆碱从谷中有效地、快速地清除也可能采取同反应产物胆碱从谷中有效地、快速地清除也可能采取同样的机制。样的机制。谷内芳香族氨基酸残疾的作用有可能加速底物向活性谷内芳香族氨基酸残疾的作用有可能加速底物向活性中心的扩散中心的扩散。7/13/202413神经毒剂的作用机理（3 3）AChE AChE酶酶蛋白蛋白结结构及功能位点构及功能位点 7 7个功能位点：个功能位点：“后门后门”及其开放机制。及其开放机制。由由CysCys（半胱氨酸）（半胱氨酸）6767Cys95Cys95之间的之间的“”“”噜噗（环）组成的活瓣样过渡构象。噜噗（环）组成的活瓣样过渡构象。后门开放后门开放在酶的催化功能上具有重要的意义在酶的催化功能上具有重要的意义。7/13/202414神经毒剂的作用机理将乙酰胆碱水解为乙酸及胆碱。将乙酰胆碱水解为乙酸及胆碱。乙酰胆碱具体被水解的过程，可以分为乙酰胆碱具体被水解的过程，可以分为五步五步：（1 1）乙乙酰酰胆胆碱碱结结合合到到阴阴离离子子部部位位上上，它它的的铵铵氮氮的阳电荷与阴离子部位的阴电荷结合；的阳电荷与阴离子部位的阴电荷结合；（4 4）AChEAChE的功能的功能7/13/202415神经毒剂的作用机理 （2 2）形成了酶与乙酰胆碱的）形成了酶与乙酰胆碱的复合体复合体(EAX)(EAX)；Kd=Kd=K K+1+1/K/K-1-1解离常数、亲和力常数；解离常数、亲和力常数；K K+1+1结合速率结合速率常数；常数；K K-1-1解离速率常数；解离速率常数；KdKd愈小，愈小，EAX EAX 愈大愈大（亲合（亲合力愈大）力愈大）（4 4）AChEAChE的功能的功能K+1K-1K2XK3EAXEAXAEAE7/13/202416神经毒剂的作用机理（3）酶乙酰化反应）酶乙酰化反应，放出，放出X（胆碱）取决于（胆碱）取决于K2，K2速率常数（速率常数（K2 大，易放出大，易放出X）（4）（）（5）水解反应）水解反应，脱乙酰化反应，放出乙酸，酶，脱乙酰化反应，放出乙酸，酶恢复，恢复，水解速率常数水解速率常数K3，快，（快，（1/几几 1/100msec）。）。K+1K-1K2XK3反应式：反应式：EAX EAX AE AE（4 4）AChEAChE的功能的功能7/13/202417神经毒剂的作用机理7/13/202418神经毒剂的作用机理7/13/202419神经毒剂的作用机理 因此，整个催化过程可以表示为：因此，整个催化过程可以表示为：CH3COOC2H4N+(CH3)3 kd(k-l/k+l)，k2及及k3在乙酰胆碱的情况下都发生得极快，特别在乙酰胆碱的情况下都发生得极快，特别是是k3(去乙酰化作用去乙酰化作用)，只需百分之一毫秒。分解后产生的胆碱重，只需百分之一毫秒。分解后产生的胆碱重新被突触前膜所吸收，乙酸被一般细胞均能吸收。它们与辅酶新被突触前膜所吸收，乙酸被一般细胞均能吸收。它们与辅酶A结合，形成乙酰辅酶结合，形成乙酰辅酶A，然后，运送到前突触中，在胆碱乙酰转，然后，运送到前突触中，在胆碱乙酰转移酶的作用下重新合成乙酰胆碱。移酶的作用下重新合成乙酰胆碱。（4 4）AChEAChE的功能的功能H2OAChEK+1K-1K2XK3CH3COOHHOC2H4N(CH3)3EAXEAXAEAE7/13/202420神经毒剂的作用机理7/13/202421神经毒剂的作用机理结合部位 阴离子部位 疏水基部位 电荷转移复合体 吲哚苯基结合部位催化部位 （酯动部位）丝氨酸羟基相邻组氨酸的咪唑基活化丝氨酸OH诱导反应，整个反应很快，仅23msecAChE酶与乙酰胆碱的季铵基团N+(CH3)3结合 7/13/202422神经毒剂的作用机理图5 久效磷对家蝇和粘虫的致毒症状A 痉挛，示足、翅异常；B 死亡，示足异常、口器伸出；C 兴奋；D 痉挛，示呕吐；E 昏迷；F 对照；G 死亡ABCDEFG2、OP杀虫剂对杀虫剂对AChE抑制作用抑制作用7/13/202423神经毒剂的作用机理图6 辛硫磷对家蝇和粘虫的致毒症状A 昏迷，示足、翅异常，且口器伸出；B 兴奋；C痉挛；D 昏迷，示体皱缩，且拉出部分直肠；E 对照；F 死亡；G 呕吐致滤纸变色ABCDEFG7/13/202424神经毒剂的作用机理图7 马拉松对家蝇和粘虫的致毒症状A 昏迷，示口器、足异常；B 昏迷，示足、翅异常；C死亡，示产卵部分伸出，足、翅异常；D 兴奋；E 痉挛；F 对照；G 死亡ABCDEFG7/13/202425神经毒剂的作用机理 分分为为兴兴奋奋、痉痉挛挛、昏昏迷迷和和死死亡亡四四个个阶阶段段。兴兴奋奋期期的的主主要要症症状状为为：试试虫虫的的运运动动速速度度、强强度度明明显显增增强强，不不停停地地爬爬动动或或起起飞飞；痉痉挛挛期期的的主主要要特特点点是是试试虫虫的的触触角角、口口器器、足足、翅翅等等器器官官颤颤抖抖、抽抽搐搐，反反吐吐胃胃液液，排排泄泄异异常常，甚甚至至会会拉拉出出直直肠肠，或或生生殖殖器器外外伸伸，难难以以缩缩回回；昏昏迷迷期期的的特特点点为为试试虫虫静静卧卧不不动动，但但对对机机械械刺刺激激有有反反应应；死死亡亡期期的的特特点点为为试试虫虫体体壁壁干干燥燥，体体躯躯皱皱缩缩，体体长长仅仅为为对照的一半。另外，在兴奋前，试虫有一定的安静期。对照的一半。另外，在兴奋前，试虫有一定的安静期。有机磷类杀虫药剂的致毒症状有机磷类杀虫药剂的致毒症状7/13/202426神经毒剂的作用机理2、OP杀虫剂对杀虫剂对AChE抑制作用抑制作用（1）酶活性的抑制：酶活性的抑制：EPX PXE PEPE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（亲电性）与酶丝氨酸原子（亲电性）与酶丝氨酸OH反应，亲电性愈强，对酶抑制能力愈强，反应，亲电性愈强，对酶抑制能力愈强，X基团基团分离能力愈大。分离能力愈大。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，几乎不发生速率常数，几乎不发生K+1K-1K2XK37/13/202427神经毒剂的作用机理（2）酶酶活活性性的的恢恢复复 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，这这一一反反应称为应称为自发复活作用自发复活作用或或脱磷酰化作用脱磷酰化作用。EP+H2O EH+P一一OH 自自发发复复活活速速度度与与抑抑制制剂剂的的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的的取取代代基基以以及及酶酶的的来来源源。亲亲核核试试剂剂攻攻击击磷磷酰酰化化酶酶中中的的P原原子子而而取取代代它它们们。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。（解磷定）7/13/202428神经毒剂的作用机理（3）磷酰化酶的老化磷酰化酶的老化 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的的药药物物不不能能使使酶酶恢恢复复活活性性。老老化化现现象象是是由由于二烷基磷酰酶的脱烷基反应造成的。于二烷基磷酰酶的脱烷基反应造成的。磷磷酰酰化化酶酶的的老老化化速速率率与与磷磷酰酰基基上上的的烷烷基基有有关关。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）酯的老化速度要快得多。酯的老化速度要快得多。老老化化反反应应速速度度取取决决于于非非酶酶的的化化学学力力，发发生生烷烷基基磷磷酸酸酯酯基基C一一O键键的的断断裂裂。因因此此，酶酶如如果果受受烷烷基基化化能能力力高高的的磷酸酯的抑制，老化现象易于发生。磷酸酯的抑制，老化现象易于发生。7/13/202429神经毒剂的作用机理有机磷化合物的结构与其对有机磷化合物的结构与其对AChEAChE的抑制作用有关。的抑制作用有关。含含P=SP=S键。键。在离体情况下不能抑制在离体情况下不能抑制AChEAChE或抑制作用很或抑制作用很低，但在活体情况下，低，但在活体情况下，P=SP=S转化为转化为P=OP=O后，则对后，则对AChEAChE抑制抑制可增强几百倍，甚至几千倍。例如，对硫磷转化为对氧可增强几百倍，甚至几千倍。例如，对硫磷转化为对氧磷后对磷后对AChEAChE的抑制作用增强的抑制作用增强1000010000倍以上。倍以上。2 2、OPOP杀虫剂对杀虫剂对AChEAChE抑制作用抑制作用7/13/202430神经毒剂的作用机理 苯基磷酸酯的间位引入取代基苯基磷酸酯的间位引入取代基，如甲基对硫磷苯环，如甲基对硫磷苯环的间位引入甲基称为杀螟硫磷，毒性的间位引入甲基称为杀螟硫磷，毒性1/1801/180，杀虫活性相，杀虫活性相当。原因：大大地增强了对家蝇当。原因：大大地增强了对家蝇AChEAChE的抑制作用，而降的抑制作用，而降低了对哺乳动物低了对哺乳动物AChEAChE活性。活性。原因：昆虫，原因：昆虫，AChEAChE的阴离子部位的阴离子部位与酯动部位之间的距离位与酯动部位之间的距离位0.50.50.55nm0.55nm，而在哺乳动物，而在哺乳动物0.430.430.47nm0.47nm，苯环间位烷基与磷原子的距离为，苯环间位烷基与磷原子的距离为0.520.520.62nm0.62nm，因而间，因而间位烷基能很好地附着于昆虫的阴离子部位，使酯与其的亲和力增位烷基能很好地附着于昆虫的阴离子部位，使酯与其的亲和力增强，促进酶抑制剂复合物的形成；而哺乳动物强，促进酶抑制剂复合物的形成；而哺乳动物AChEAChE却因为距离却因为距离匹配性差而不利于酶抑制剂复合物的形成，亲和力就不强。这匹配性差而不利于酶抑制剂复合物的形成，亲和力就不强。这就是这类化合物具有选择毒性的原因所在。就是这类化合物具有选择毒性的原因所在。另外，另外，有机磷的手性对有机磷的手性对AChEAChE的抑制作用也有影响的抑制作用也有影响。2 2、OPOP杀虫剂对杀虫剂对AChEAChE抑制作用抑制作用7/13/202431神经毒剂的作用机理1.1.抑制神经细胞的生长发育：抑制神经细胞的生长发育：AChE AChE的催化作用能增强神经轴突的生长，因而，在的催化作用能增强神经轴突的生长，因而，在AChEAChE活活性被有机磷杀虫剂抑制后，即使未致死亡，机体神经细胞的生性被有机磷杀虫剂抑制后，即使未致死亡，机体神经细胞的生长发育也受到阻碍。毒死蜱可以抑制长发育也受到阻碍。毒死蜱可以抑制PC12PC12细胞的有丝分裂和轴细胞的有丝分裂和轴突的长出，抑制神经细胞突的长出，抑制神经细胞DNADNA的合成，在远低于使的合成，在远低于使AChEAChE活性抑制活性抑制所需要的浓度时即可引起与脑发育有关的分子所需要的浓度时即可引起与脑发育有关的分子-磷酸化的磷酸化的CaCa2+2+cAMPcAMP介导的反应元件结合蛋白介导的反应元件结合蛋白(CREB)(CREB)的活性增加。可见，的活性增加。可见，有机磷杀虫剂不仅具有胆碱能毒性，还具有非胆碱能毒性作用。有机磷杀虫剂不仅具有胆碱能毒性，还具有非胆碱能毒性作用。有机磷杀虫剂的其他作用机理：有机磷杀虫剂的其他作用机理：7/13/202432神经毒剂的作用机理有机磷杀虫剂的其他作用机理：有机磷杀虫剂的其他作用机理：2.2.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的乐果可以增强肌细胞膜上的nAChRnAChR的表达。它可通过结合到非竞争性位点改变该受体的构型或是的表达。它可通过结合到非竞争性位点改变该受体的构型或是直接阻断直接阻断nAChRnAChR通道而抑制其功能。通道而抑制其功能。3.3.影响神经突触的影响神经突触的AChACh的释放：的释放：毒死蜱可以作用于突触膜毒死蜱可以作用于突触膜上的自主型上的自主型nAChRnAChR，抑制这些自主受体的功能，从而影响，抑制这些自主受体的功能，从而影响AChACh的的释放。释放。此外，有机磷杀虫剂还对大脑突触体的钙离子通道功能有此外，有机磷杀虫剂还对大脑突触体的钙离子通道功能有抑制作用，例如：甲胺磷抑制作用，例如：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，说明甲胺磷影响了膜上的电压敏感型钙离子通道。取减少，说明甲胺磷影响了膜上的电压敏感型钙离子通道。7/13/202433神经毒剂的作用机理图图8 灭多威对家蝇和粘虫的致毒症状灭多威对家蝇和粘虫的致毒症状A 昏迷，示翅、足异常；昏迷，示翅、足异常；B 兴奋；兴奋；C 痉挛；痉挛；D、E 昏迷；昏迷；F 死亡；死亡；G 对照对照ABCDEFG3 3、氨基甲酸酯类对乙酰胆碱酯酶的抑制作用、氨基甲酸酯类对乙酰胆碱酯酶的抑制作用7/13/202434神经毒剂的作用机理图图9 呋喃丹对粘虫的致毒症状呋喃丹对粘虫的致毒症状A 痉挛；痉挛；B 昏迷；昏迷；C 死亡；死亡；D 对照对照图图10 丁硫克百威对丁硫克百威对家蝇的致毒症状家蝇的致毒症状A 痉挛；痉挛；B 昏迷；昏迷；ABCDAB7/13/202435神经毒剂的作用机理致致毒毒症症状状主主要要分分为为兴兴奋奋、痉痉挛挛、昏昏迷迷和和死死亡亡四四个个阶阶段段。各各阶阶段段的的症症状状特特点点和和有有机机磷磷杀杀虫虫药药剂剂的的几几乎乎相相同同，即即：在在兴兴奋奋期期，主主要要症症状状为为试试虫虫的的运运动动速速度度加加快快、运运动动强强度度明明显显增增强强；痉痉挛挛期期的的主主要要特特点点是是试试虫虫的的触触角角、口口器器、足足、翅翅等等器器官官颤颤抖抖、抽抽搐搐，反反吐吐胃胃液液，排排泄泄异异常常，甚甚至至会会拉拉出出直直肠肠，或或生生殖殖器器外外伸伸，难难以以缩缩回回；昏昏迷迷期期的的特特点点为为试试虫虫静静卧卧不不动动，但但对对机机械械刺刺激激有有反反应应；死死亡亡试试虫虫的的体体壁壁干干燥燥，体体躯躯皱皱缩缩，体长仅为对照的一半。体长仅为对照的一半。和和有有机机磷磷类类的的区区别别主主要要表表现现在在：氨氨基基甲甲酸酸酯酯类类药药剂剂的的作作用用速速度度快快，处处理理后后很很快快兴兴奋奋，且且兴兴奋奋强强度度高高，而而有有机机磷磷类作用速度慢，处理后有一明显的安静期，兴奋强度弱。类作用速度慢，处理后有一明显的安静期，兴奋强度弱。7/13/202436神经毒剂的作用机理与与OPOP差异：差异：K K3 3比乙酰化酶水解慢，但是比磷酰化酶水解快得比乙酰化酶水解慢，但是比磷酰化酶水解快得多。乙酰化酶的复活半衰期只有多。乙酰化酶的复活半衰期只有0.1ms0.1ms左右，氨基甲酰左右，氨基甲酰化酶为几分钟到数小时，而磷酰化酶为几小时到几十化酶为几分钟到数小时，而磷酰化酶为几小时到几十天，甚至永不复活。天，甚至永不复活。无老化无老化 治疗，阿托品效好，酶复活剂（治疗，阿托品效好，酶复活剂（2-PAM2-PAM、4-PAM4-PAM、双复磷双复磷 ）无效）无效3 3、氨基甲酸酯类对乙酰胆碱酯酶的抑制作用、氨基甲酸酯类对乙酰胆碱酯酶的抑制作用7/13/202437神经毒剂的作用机理总之：总之：二者均是二者均是AChEAChE的不正常底物，为酯动部位抑制剂的不正常底物，为酯动部位抑制剂（有时也称为酸转移抑制剂）。有机磷或氨基甲酸酯（有时也称为酸转移抑制剂）。有机磷或氨基甲酸酯与与AChEAChE丝氨酸的羟基结合丝氨酸的羟基结合，使，使AChEAChE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的时间，而去氨基甲酰，去磷酰化需要几个月的时间，而去氨基甲酰化也需要几个小时左右，但是去乙酰化只要几分之一毫化也需要几个小时左右，但是去乙酰化只要几分之一毫秒。这样导致突触部位秒。这样导致突触部位积累大量的乙酰胆碱积累大量的乙酰胆碱，突触后膜，突触后膜的乙酰胆碱受体不断地被激活，突触后神经纤维长期处的乙酰胆碱受体不断地被激活，突触后神经纤维长期处于兴奋状态，中毒试虫就表现出兴奋状态。但是过量的于兴奋状态，中毒试虫就表现出兴奋状态。但是过量的乙酰胆碱又可乙酰胆碱又可造成去极化阻断造成去极化阻断，从而抑制了神经传导，从而抑制了神经传导，使昆虫在中毒后期逐渐地失去活动能力，昏迷死亡。另使昆虫在中毒后期逐渐地失去活动能力，昏迷死亡。另外，神经传导的阻断必然会影响到整个生理生化过程的外，神经传导的阻断必然会影响到整个生理生化过程的失调与破坏。失调与破坏。7/13/202438神经毒剂的作用机理 各种有机磷和氨基甲酸酯的抑制能力有很大的不同，各种有机磷和氨基甲酸酯的抑制能力有很大的不同，这决定于有机磷及氨基甲酸酯的化学特性，如磷原子的这决定于有机磷及氨基甲酸酯的化学特性，如磷原子的亲电子性等；还决定于酶的特性，亲电子性等；还决定于酶的特性，AChEAChE具有多种不同的具有多种不同的结合部位，各种有机磷和氨基甲酸酯对他们的结合能力结合部位，各种有机磷和氨基甲酸酯对他们的结合能力不同，也就影响其催化作用；与不同，也就影响其催化作用；与AChEAChE的异构部位的变化的异构部位的变化也有关，某些化合物的作用可整个改变酶的反应性。所也有关，某些化合物的作用可整个改变酶的反应性。所以，各种有机磷酸酯及氨基甲酸的抑制能力不同，在很以，各种有机磷酸酯及氨基甲酸的抑制能力不同，在很大程度上决定于它们与哪些部位起作用。大程度上决定于它们与哪些部位起作用。7/13/202439神经毒剂的作用机理