1、第五节第五节 神经毒剂神经毒剂 神经毒剂，均是阻断神经传导，而不是直接杀死神经细胞。神经毒剂，均是阻断神经传导，而不是直接杀死神经细胞。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 神经毒剂 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 1. 1. 轴突毒剂轴突毒剂（1）滴滴涕的作用机理（2）菊酯类杀虫药剂的作用机理2. 2. 前突触毒剂前突触毒剂 六六六及环戊二烯类 3. 3. 胆碱酯酶抑制剂胆碱酯酶抑制剂（1）有机磷类杀虫剂的作用机理（2）氨基甲酸酯类杀虫药
2、剂的作用机理4. 4. 乙酰胆碱受体毒剂乙酰胆碱受体毒剂（1）烟碱及烟碱类杀虫药剂的作用机理（2）沙蚕毒素类杀虫药剂的作用机理5. GABA5. GABA受体毒剂受体毒剂（1）多氯环烷烃类（2）Avermectin类（3）苯并咪唑类及其类似物6. 6. 章鱼胺受体毒剂章鱼胺受体毒剂 杀虫脒类一、轴突毒剂一、轴突毒剂 药剂药剂对轴突传导的抑制主要是通过改变膜的离子对轴突传导的抑制主要是通过改变膜的离子通透性通透性，从而影响正常膜的电位差，使电冲动的发生，从而影响正常膜的电位差，使电冲动的发生与传导失常。而与传导失常。而离子通透性的改变主要与离子通道有离子通透性的改变主要与离子通道有关关。 离子通
3、道：离子通道：细胞膜上有通道蛋白形成的跨膜充水细胞膜上有通道蛋白形成的跨膜充水小孔，称为小孔，称为离子通道（离子通道（ion channelion channel），），离子通道使钠、钾、离子通道使钠、钾、钙等离子顺电化学梯度扩散，通过双分子层。钙等离子顺电化学梯度扩散，通过双分子层。 离子通道必须能够开放和关闭，才能实现其产生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的生理功能。和传导电信号的生理功能。 根据通道开关的调控机制（门控机制）的不同，根据通道开关的调控机制（门控机制）的不同，可可分为分为： (1) (1) 配体门控离子通道（受体控制性通道）配体门控离子通道（受体控制性
4、通道）(ligand gated) (ligand gated) 将化学信息转变为电信号将化学信息转变为电信号 AchAch受体、受体、GABAGABA受体等；受体等； (2) (2) 电压门控离子通道（电压依赖性通道）电压门控离子通道（电压依赖性通道）(voltage gated) (voltage gated) 开、关一方面由膜电位决定，另一方面与电位变开、关一方面由膜电位决定，另一方面与电位变化的时间有关化的时间有关( (时间依赖性时间依赖性) )。 钠通道、钾通道等；钠通道、钾通道等； 离子通道离子通道（ion channelion channel） 根据通道开关的调控机制（门控机制）
5、的不同，根据通道开关的调控机制（门控机制）的不同，可可分为分为： (3) (3) 环核苷酸门控环核苷酸门控(CNG)(CNG)通道通道 这类通道在视觉和嗅觉方面的信号传导中相当重要这类通道在视觉和嗅觉方面的信号传导中相当重要 (4) (4) 机械力敏感的离子通道机械力敏感的离子通道 当细胞受各种各样的机械力刺激时开启的离子通道当细胞受各种各样的机械力刺激时开启的离子通道离子通道离子通道（ion channelion channel）1. 1. 钠离子通道的结构与功能钠离子通道的结构与功能 5 5种：种：1 1种种, ,电鳗；电鳗；3 3种，大鼠脑神经，分别是种，大鼠脑神经，分别是I I、型；型
6、；1 1种，大鼠骨骼肌中。种，大鼠骨骼肌中。 这这5 5种在化学上各有其特点，但都包含一个由种在化学上各有其特点，但都包含一个由1 1 800-2O00800-2O00个氨基酸组成分子量约为个氨基酸组成分子量约为240-280240-280千道尔顿的千道尔顿的糖蛋白糖蛋白亚单位亚单位。 大鼠脑神经中的大鼠脑神经中的I I、型钠离子通道都是由型钠离子通道都是由a a亚单位亚单位(260(260千道尔顿千道尔顿) )、1 1亚单位亚单位(36(36千道尔顿千道尔顿) )和和22亚单位亚单位(33(33千道尔顿千道尔顿) )组成的复合体。电鳗中钠通道仅组成的复合体。电鳗中钠通道仅有一个有一个a a亚
7、单位构成。亚单位构成。 一、轴突毒剂一、轴突毒剂1. 1. 钠离子通道的结构与功能钠离子通道的结构与功能亚基是钠通道的亚基是钠通道的功能性亚单元：功能性亚单元： 通道的激活；通道的激活； 通道的离子选择性有关。通道的离子选择性有关。 1 1和和2 2亚单元则对亚单元则对亚单元在膜上的定位以及稳亚单元在膜上的定位以及稳定性起着重要的辅助作用，并参与调节定性起着重要的辅助作用，并参与调节亚单元的电亚单元的电压敏感性和失活过程。压敏感性和失活过程。 Na Na+ +通道是一个结合在神经通道是一个结合在神经轴突膜上的大型糖基化蛋白质，轴突膜上的大型糖基化蛋白质，存在存在关闭关闭、开启开启和和失活三种空
8、失活三种空间构型间构型，其构型之间的转变受，其构型之间的转变受神经膜电位变化的控制，也受神经膜电位变化的控制，也受到药物的影响。钠通道功能包到药物的影响。钠通道功能包括括选择性滤孔选择性滤孔（ selectivity filterselectivity filter）（位于细胞外膜，允许适当大（位于细胞外膜，允许适当大小和适当电荷的离子通过，钠小和适当电荷的离子通过，钠离子最容易通过）、离子最容易通过）、闸门闸门（gategate）（位于内膜，是通道的内侧（位于内膜，是通道的内侧口）、和口）、和电压感受器电压感受器（sensorsensor）（位于内外膜之间，对膜电位的变化很敏感，控制闸门的开
9、闭），（位于内外膜之间，对膜电位的变化很敏感，控制闸门的开闭），通道内侧有控制激活的通道内侧有控制激活的m m闸门闸门和控制失活的和控制失活的h h闸门闸门。去极化时，。去极化时，m m闸闸门打开，使钠离子通过，持续去极化则门打开，使钠离子通过，持续去极化则h h闸门关闭，极化时闸门关闭，极化时m m闸门闸门重新关闭，重新关闭，h h闸门重新打开，钠通道才会对去极化再次做反应。闸门重新打开，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 9个不同的神经毒个不同的神经毒素靶结合受体位点。按其在钠通道的作用方式和受体素靶结合受体位点。按其在钠通道的作用方
10、式和受体位点的结构，它们可被分为三大类：位点的结构，它们可被分为三大类： 阻滞钠电导的毒素；阻滞钠电导的毒素； 作用于跨膜区域内并影响电压依赖性的毒素；作用于跨膜区域内并影响电压依赖性的毒素； 通过作用于胞外影响钠通道电压依赖性的毒素。通过作用于胞外影响钠通道电压依赖性的毒素。 1. 1. 钠离子通道的结构与功能钠离子通道的结构与功能表表 1-1 电电压压门门控控钠钠通通道道上上的的神神经经毒毒素素和和杀杀虫虫剂剂结结合合位位点点 位位点点 毒毒素素 生生理理效效应应 别别构构偶偶联联* 1 河豚毒素(TTX)、蛤蚌毒素 (STX)、-芋螺毒素 抑制转运 +3，5，-2 2 树蛙毒素（BTX）
11、 、藜芦碱、乌头碱、 锓木毒素、N-烷基酰胺类 引发持续激活 +3，-6 3 -蝎毒素类 海洋白头翁毒素 II（ATXII） 抑制失活 促进持续激活 +2 4 -蝎毒素类 转变电压依赖活化 +2，4，-3 5 双鞭甲藻毒素类、Ciguatoxins 转变电压依赖活化 +2，4，-3 6 -芋螺毒素(-TxVIA) 抑制失活 7 DDT 及其类似物 菊酯类 抑制失活 转变电压依赖活化 +2，3，5 8 Goniopora coral toxin、Conus striatus toxin 抑制失活 9 局部性麻醉剂、抗惊厥剂、二氢吡唑类 抑制离子转运 +2 * *别够偶联是指一个受体位点被相应的神
12、经毒素占据后诱导其他神经毒素别够偶联是指一个受体位点被相应的神经毒素占据后诱导其他神经毒素在指定受体位点上的结合。正调节（在指定受体位点上的结合。正调节（+ +）指促进毒素在其他指定受体位点的）指促进毒素在其他指定受体位点的结合结合/ /或刺激或刺激NaNa+ +内流；（内流；（- -）指削弱毒素在指定受体位点的结合。）指削弱毒素在指定受体位点的结合。 （1 1）DDTDDT的中毒症状的中毒症状（2 2）作用机理）作用机理（3 3）症状与机理之间的关系）症状与机理之间的关系2. 2. 滴滴涕的作用机理滴滴涕的作用机理 该药剂中毒的鱼尸花蝇出现的症状为：兴奋性该药剂中毒的鱼尸花蝇出现的症状为：兴
13、奋性提高，身体及运动平衡被破坏，当运动量达到最大后，提高，身体及运动平衡被破坏，当运动量达到最大后，体躯强烈痉挛、颤栗，最后试虫麻痹，缓慢地死亡。体躯强烈痉挛、颤栗，最后试虫麻痹，缓慢地死亡。解剖虫尸发现，昆虫组织非常干燥，几乎完全丧失了解剖虫尸发现，昆虫组织非常干燥，几乎完全丧失了血淋巴。血淋巴。DDTDDT中毒后，一些昆虫还具有足自断现象，中毒后，一些昆虫还具有足自断现象，且断裂下的足仍长时间收缩。几丁虫还能咬掉中毒的且断裂下的足仍长时间收缩。几丁虫还能咬掉中毒的跗足，而保护自己免于失死亡。跗足，而保护自己免于失死亡。 DDTDDT的中毒症状的中毒症状图1 DDT对家蝇和粘虫的致毒症状A
14、麻痹；B 死亡；C 死亡；D 兴奋；E 痉挛；F 死亡ABCDEFDDTDDT的中毒症状的中毒症状 可以明显地分为兴奋、痉挛、麻痹、死亡共四个阶可以明显地分为兴奋、痉挛、麻痹、死亡共四个阶段，且伴随有体表失水、呕吐、足和触角颤抖等症状；段，且伴随有体表失水、呕吐、足和触角颤抖等症状；DDTDDT的中毒症状的中毒症状 DDT 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 DDTDDT主要是作用于昆虫神经膜上的钠离子通道。主要是作用于昆虫神经膜上的钠离子通道。2. 2. 滴滴涕的作用机理滴滴涕的作用机理 DDT DDT的作用是的作用是使钠离子通道打开使钠离子通道打开，延迟，延迟h
15、 h门的关闭，钠不断门的关闭，钠不断内流，从而使得负后电位加强，当负后电位超过了钠阈值，就内流，从而使得负后电位加强，当负后电位超过了钠阈值，就会引起电位的又一次上升，会引起电位的又一次上升，引起动作电位的重复后放引起动作电位的重复后放。动作电。动作电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状。在重复后放之后就是不规则的后放，有时产生一连串动作状。在重复后放之后就是不规则的后放，有时产生一连串动作电位，有时停止，这时乃是进入痉挛及麻痹阶段，到重复后放电位，有时停止，这时乃是进入痉挛及麻痹阶段，到重复后放变弱时乃进入完全麻痹，而
16、传导的停止既是死亡的来临。变弱时乃进入完全麻痹，而传导的停止既是死亡的来临。 2. 2. 滴滴涕的作用机理滴滴涕的作用机理 CaCa2+2+-ATP-ATP酶：酶： 滴滴涕主要抑制外滴滴涕主要抑制外CaCa2+2+-ATP-ATP酶。外酶。外CaCa2+2+-ATP-ATP酶的作用是调酶的作用是调节膜外节膜外CaCa2+2+的浓度，在浓度高时，酶不起作用，在浓度低时，它的浓度，在浓度高时，酶不起作用，在浓度低时，它的作用是使膜外的钙的浓度增加。因此抑制此酶，膜外钙的浓度的作用是使膜外的钙的浓度增加。因此抑制此酶，膜外钙的浓度就降低而不能恢复。膜外部就降低而不能恢复。膜外部CaCa2+2+的浓度
17、与轴突膜的兴奋性有关。的浓度与轴突膜的兴奋性有关。外部外部CaCa2+2+减少时，膜的限阈降低减少时，膜的限阈降低，因而易受刺激（即不稳定化）。，因而易受刺激（即不稳定化）。实际上，这是由于实际上，这是由于CaCa2+2+的减少造成了膜外面正电荷的降低，这样的减少造成了膜外面正电荷的降低，这样膜内对膜外的相对电位差也减小了，因此膜内对膜外的相对电位差也减小了，因此外部缺少外部缺少CaCa2+2+的轴突膜的轴突膜更容易去极化更容易去极化，也即更容易发生一系列的动作电位。，也即更容易发生一系列的动作电位。滴滴涕的作滴滴涕的作用是用是抑制了抑制了“外外CaCa2+2+-ATP-ATP酶酶”导致轴突膜
18、外表的导致轴突膜外表的CaCa2+2+减少，从而减少，从而使得刺激更容易引起超负后电位的加强，引起重复后放。使得刺激更容易引起超负后电位的加强，引起重复后放。另外，另外，在神经膜受到刺激时，膜外的钙离子浓度略有减少。加强膜外的在神经膜受到刺激时，膜外的钙离子浓度略有减少。加强膜外的CaCa2+2+浓度，有抑制钠闸门被打开的作用。因此钠闸门的延迟关闭浓度，有抑制钠闸门被打开的作用。因此钠闸门的延迟关闭也与钙降低有关。也与钙降低有关。 DDT DDT结合在钠通道上，延缓了钠通道的关闭，形成结合在钠通道上，延缓了钠通道的关闭，形成了动作电位重复后放，从而使神经持续兴奋，昆虫就了动作电位重复后放，从而
19、使神经持续兴奋，昆虫就表现出兴奋症状。在重复后放之后就是不规则的后放，表现出兴奋症状。在重复后放之后就是不规则的后放，有时产生一连串动作电位，有时停止，从而导致痉挛有时产生一连串动作电位，有时停止，从而导致痉挛及麻痹，到重复后放变弱时乃进入完全麻痹，而传导及麻痹，到重复后放变弱时乃进入完全麻痹，而传导的停止即是死亡的来临。的停止即是死亡的来临。DDTDDT对多种对多种ATPATP酶的影响是导酶的影响是导致昆虫呕吐、颤抖的主要原因。致昆虫呕吐、颤抖的主要原因。DDTDDT的症状与作用机理之间的关系：的症状与作用机理之间的关系：3. 3. 菊酯类杀虫药剂的作用机理菊酯类杀虫药剂的作用机理 （1 1
20、）中毒症状）中毒症状（2 2）作用机理）作用机理（3 3）症状与机理之间的关系）症状与机理之间的关系型拟除虫菊酯：型拟除虫菊酯：不带不带CNCN基的，处理的昆虫很快就出现高度兴基的，处理的昆虫很快就出现高度兴奋及不协调运动、麻痹即所谓奋及不协调运动、麻痹即所谓击倒击倒，但击倒时体内的药量若未，但击倒时体内的药量若未达到致死量时，将会苏醒，最后瘫软死亡，如丙烯菊酯和胺菊达到致死量时，将会苏醒，最后瘫软死亡，如丙烯菊酯和胺菊酯等。酯等。“击倒击倒”，即，即引起昆虫的快速的、可恢复的麻痹引起昆虫的快速的、可恢复的麻痹。 型拟除虫菊酯：型拟除虫菊酯：带有带有CNCN基的，处理昆虫不出现兴奋症状，而基的
21、，处理昆虫不出现兴奋症状，而出现运动失调以后的中毒症状，即很快痉挛，立即进入麻痹状出现运动失调以后的中毒症状，即很快痉挛，立即进入麻痹状态，最后瘫软死亡，如氯氰菊酯、溴氰菊酯和速灭杀丁等。态，最后瘫软死亡，如氯氰菊酯、溴氰菊酯和速灭杀丁等。图2 功夫对家蝇和粘虫的致毒症状A 痉挛，示拉出产卵器；B 痉挛，示呕吐；C 死亡；D痉挛；E 麻痹；F 死亡ABCDEF图3 氯氰菊酯对家蝇和粘虫的致毒症状A 痉挛，示足、翅异常；B 死亡，示腹部皱缩、翅异常；C 痉挛；D 麻痹，侧卧；E 麻痹，瘫软状；F 死亡；G 对照ACDEFGB 可分为四个阶段：兴奋、痉挛、麻痹、死亡。而可分为四个阶段：兴奋、痉挛、
22、麻痹、死亡。而型菊酯类杀虫药剂的典型中毒症状仅有痉挛、麻痹、型菊酯类杀虫药剂的典型中毒症状仅有痉挛、麻痹、死亡三个阶段。死亡三个阶段。菊酯类杀虫药剂的致毒症状菊酯类杀虫药剂的致毒症状电流和钠尾电流（电流和钠尾电流（ 表示有更多的钠通道处于开放状态）表示有更多的钠通道处于开放状态） 明显延长。明显延长。其中带其中带CNCN基的拟除虫菊酯类甚至能使钠通道基的拟除虫菊酯类甚至能使钠通道长期不关闭长期不关闭，如溴氰，如溴氰菊酯等。延长的钠电流引起菊酯等。延长的钠电流引起负后电位负后电位去极化，振幅和时程增加，去极化，振幅和时程增加，在负后电位去极化达到兴奋阈值时，发生在负后电位去极化达到兴奋阈值时，发
23、生重复后放重复后放。引起这样的。引起这样的重复后放可在神经系统的各个部位发生，特别在突触的神经末端重复后放可在神经系统的各个部位发生，特别在突触的神经末端和感觉神经元，引起神经肌肉痉挛产生超兴奋，使运动失调，最和感觉神经元，引起神经肌肉痉挛产生超兴奋，使运动失调，最后麻痹死亡。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的钠离子通上的钠离子通道道结合结合后，个后，个别的钠离子通别的钠离子通道被拟除虫菊道被拟除虫菊酯变构，在去酯变构，在去极化期间使极化期间使钠钠离子通道开启离子通道开启延长延长，导致钠，导致钠 NaNa+ +，K K+ +-ATP-ATP酶也是拟除虫菊酯类药剂的靶标之
24、一。酶也是拟除虫菊酯类药剂的靶标之一。这种这种观点和钠离子通道靶标学说并不矛盾。钠离子在神经细胞内外观点和钠离子通道靶标学说并不矛盾。钠离子在神经细胞内外的流动依靠的流动依靠NaNa+ +,K,K+ +离子泵。离子泵。NaNa+ +,K,K+ +-ATP-ATP酶的基本功能是催化酶的基本功能是催化ATPATP末端磷酸水解，并利用该反应产生的自由能来逆电化学梯末端磷酸水解，并利用该反应产生的自由能来逆电化学梯度进行度进行NaNa+ +、K K+ +的主动运输，从而维持细胞膜内外的主动运输，从而维持细胞膜内外NaNa+ +、K K+ +离子离子浓度的相对恒定及渗透压的平衡，以保证细胞正常的神经传导
25、浓度的相对恒定及渗透压的平衡，以保证细胞正常的神经传导或物质吸收等重要的生理功能。当或物质吸收等重要的生理功能。当NaNa+ +,K,K+ +-ATP-ATP酶受强烈的抑酶受强烈的抑制时，离子流受抑制，水被吸收，滞留，引起各种谷氨酸盐及制时，离子流受抑制，水被吸收，滞留，引起各种谷氨酸盐及其他神经递质的释放，进而引发中枢神经系统的疾病。拟除虫其他神经递质的释放，进而引发中枢神经系统的疾病。拟除虫菊酯作用于钠通道的同时可能也就抑制了菊酯作用于钠通道的同时可能也就抑制了NaNa+ +，K K+ +-ATP-ATP酶的活酶的活性。性。3. 3. 菊酯类杀虫药剂的作用机理菊酯类杀虫药剂的作用机理 另外
26、，拟除虫菊酯也对另外，拟除虫菊酯也对多种不同受体产生不同的作多种不同受体产生不同的作用，例如烟碱受体、乙酰胆用，例如烟碱受体、乙酰胆碱受体、碱受体、GABAGABA受体受体- -氯离子载氯离子载体系统、体系统、CaCa2+2+ATPATP酶酶、谷氨酸、谷氨酸受体受体等。等。3. 3. 菊酯类杀虫药剂的菊酯类杀虫药剂的作用机理作用机理 型菊酯与钠通道结合后延缓钠通道的关闭，使型菊酯与钠通道结合后延缓钠通道的关闭，使其长时间开放从而引起动作电位的重复后放。其长时间开放从而引起动作电位的重复后放。型菊型菊酯作用于钠通道后也可以产生延长的钠电流引起负后酯作用于钠通道后也可以产生延长的钠电流引起负后电位
27、去极化，振幅和时程增加，在负后电位去极化达电位去极化，振幅和时程增加，在负后电位去极化达到兴奋阈值时，发生后效，引起神经肌肉痉挛产生超到兴奋阈值时，发生后效，引起神经肌肉痉挛产生超兴奋，使运动失调，表现为强烈的痉挛，但钠通道一兴奋，使运动失调，表现为强烈的痉挛，但钠通道一直不关闭，则使神经传导被阻断，昆虫麻痹死亡。直不关闭，则使神经传导被阻断，昆虫麻痹死亡。 菊酯类杀虫药剂致毒症状与作用机理的关系菊酯类杀虫药剂致毒症状与作用机理的关系 DDT DDT和和型菊酯类药剂在型菊酯类药剂在症状上的区别症状上的区别，主要表，主要表现在三个方面：现在三个方面： 一是一是DDTDDT引起的中毒速度慢于菊酯类
28、；引起的中毒速度慢于菊酯类； 二是二是DDTDDT可引起持续兴奋，可引起持续兴奋，型菊酯引起的兴奋型菊酯引起的兴奋不明显；不明显； 型菊酯中毒后，在痉挛期，粘虫幼虫的足似乎型菊酯中毒后，在痉挛期，粘虫幼虫的足似乎完全充满了体液而暴突出来，整个虫体似乎成半透明完全充满了体液而暴突出来，整个虫体似乎成半透明状，而状，而DDTDDT中毒后无此现象。中毒后无此现象。与与DDTDDT的差异的差异: :与与DDTDDT的差异的差异: : 除虫菊酯不但对周围神经系统有作用，对于中央除虫菊酯不但对周围神经系统有作用，对于中央神经系统也有作用，而神经系统也有作用，而DDTDDT对中央神经系统无作用。对中央神经系
29、统无作用。 虽然除虫菊酯与虽然除虫菊酯与DDTDDT都作用于轴突，但除虫菊酯都作用于轴突，但除虫菊酯的作用主要是在冲动产生区的作用主要是在冲动产生区(impulse generating region)(impulse generating region)，而，而DDTDDT没有这样固定没有这样固定, ,并且除虫菊酯似乎对感觉器官的输入并且除虫菊酯似乎对感觉器官的输入神经的轴突特别有效。神经的轴突特别有效。 此外，在电生理学上发现有些小的差异。除虫菊酯此外，在电生理学上发现有些小的差异。除虫菊酯及其类似物的毒理作用比及其类似物的毒理作用比DDTDDT更为复杂，它同时具有驱更为复杂，它同时具有驱
30、避、击倒及毒杀三种不同的作用。避、击倒及毒杀三种不同的作用。 神经毒剂神经毒剂轴突毒剂 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 神经毒剂 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 二、前突触毒剂二、前突触毒剂 前突触膜毒剂是一类主要作用于前突触膜，即突前突触膜毒剂是一类主要作用于前突触膜，即突触前膜的杀虫剂。触前膜的杀虫剂。 六六六及环戊二烯类六六六及环戊二烯类 图4 丙体六六六对粘虫的致毒症状A 兴奋；B 痉挛；C 麻痹；D 死亡；E 对照ABDCE 中毒症状
31、分为兴奋、痉挛、麻痹、死亡等几个阶中毒症状分为兴奋、痉挛、麻痹、死亡等几个阶段。兴奋主要表现在试虫在四处爬动的过程中会不时段。兴奋主要表现在试虫在四处爬动的过程中会不时地将头胸高高举起，静立不动。在痉挛期，试虫的主地将头胸高高举起，静立不动。在痉挛期，试虫的主要中毒特点为全身抽搐，足、口器等颤抖不已，难以要中毒特点为全身抽搐，足、口器等颤抖不已，难以正卧或爬动。在麻痹期，最明显的特征也反映在足上，正卧或爬动。在麻痹期，最明显的特征也反映在足上，因足麻痹而呈瘫卧状，麻痹似乎为局部性的。死亡试因足麻痹而呈瘫卧状，麻痹似乎为局部性的。死亡试虫的体躯会极度皱缩，体长仅为对照的一半，特别是虫的体躯会极度
32、皱缩，体长仅为对照的一半，特别是体躯腹部紧缩在一起，周长也较对照小的多，因而显体躯腹部紧缩在一起，周长也较对照小的多，因而显得头特别大。得头特别大。昆虫对丙体六六六的中毒症状昆虫对丙体六六六的中毒症状二、前突触毒剂二、前突触毒剂 六六六和环戊二烯类能引起乙酰胆碱大量积累的六六六和环戊二烯类能引起乙酰胆碱大量积累的原因，并非是由于它们对胆碱酯酶抑制作用所造成的，原因，并非是由于它们对胆碱酯酶抑制作用所造成的，也不是由于它们占领了胆碱受体后使乙酰胆碱未能与也不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的乙酰胆碱积累的结果，而是六六六受体结合而造成的乙酰胆碱积累的结果，而是六六六与环戊
33、二烯类杀虫剂与环戊二烯类杀虫剂刺激前突触膜，加强了乙酰胆碱刺激前突触膜，加强了乙酰胆碱的释放的释放。但具体的作用位点尚无定论。但具体的作用位点尚无定论。 此类杀虫剂此类杀虫剂还为还为GABAGABA受体抑制剂受体抑制剂。 药剂刺激前突触膜，加强了药剂刺激前突触膜，加强了AChACh的释放，的释放，AChACh在突在突触间隙大量积累而不断地刺激触间隙大量积累而不断地刺激AChRAChR，引发动作电位，引发动作电位，试虫兴奋、痉挛；过量的试虫兴奋、痉挛；过量的AChACh可阻断神经的传导，造成可阻断神经的传导，造成试虫死亡。试虫死亡。丙体六六六致毒症状与作用机理之间的关系丙体六六六致毒症状与作用机
34、理之间的关系神经毒剂神经毒剂轴突毒剂 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 神经毒剂 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 三、三、 胆碱酯酶抑制剂胆碱酯酶抑制剂（一）乙酰胆碱酯酶的结构与功能（一）乙酰胆碱酯酶的结构与功能1. AChE1. AChE的基因结构及分子多态性的基因结构及分子多态性 所有的脊椎动物及无脊椎动物中的昆虫，其所有的脊椎动物及无脊椎动物中的昆虫，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AceA
35、ce结构存在差异。结构存在差异。 AChEAChE是一大分子糖蛋白，糖基约占总重量的是一大分子糖蛋白，糖基约占总重量的1515。AChEAChE按其分子特征可分为球型（对称型）及尾型（不按其分子特征可分为球型（对称型）及尾型（不对称型）。对称型）。 1. AChE1. AChE的基因结构及分子多态性的基因结构及分子多态性 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
36、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基酸残基。因此，该段相同的氨基酸序列也叫做。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。 2. AChE2. 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；
37、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。 3. AChE3. AChE酶蛋白结构和氨基酸组成酶蛋白结构和氨基酸组成 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：催化部位、结催化部位、结合部位及异构化部位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、有机磷和氨基甲酸又叫酯动部位，对乙酰胆碱、有机磷和氨基甲酸酯发生乙酰化、磷酰化和氨基甲酰化都在这个部位，这个部位酯发生乙酰化、磷酰化和氨
38、基甲酰化都在这个部位，这个部位主要是丝氨酸的主要是丝氨酸的OHOH基；基； 另外，在催化部位周围的许多氨基酸残基都有可能成为另外，在催化部位周围的许多氨基酸残基都有可能成为结结合部位合部位，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； 异构化部位异构化部位又叫外周离子部位。又叫外周离子部位。3. AChE3. AChE酶蛋白结构和氨基酸组成酶蛋白结构和氨基酸组成 该催化亚基是由该催化亚基是由1414个个螺旋与螺旋与1212个个折叠片组成折叠片组成的大小为的大小为4545 6060
39、6565 的椭球形分子；的椭球形分子；螺旋、螺旋、折叠片在晶体中的含量分别为折叠片在晶体中的含量分别为1515、3030，折叠片折叠片位于椭球形分子的中央而被位于椭球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. AChE3. AChE酶蛋白结构和氨基酸组成酶蛋白结构和氨基酸组成 AChE AChE的催化中心的的催化中心的3
40、 3个氨基酸残基：第个氨基酸残基：第200200位的丝氨酸位的丝氨酸(S(S200200) )、第、第327327位的谷氨酸位的谷氨酸(G(G327327) )、第、第440440位的组氨酸位的组氨酸(H(H440440) )均位均位于峡谷内，因此该峡谷也叫做活性中心峡谷。峡谷内壁四周主于峡谷内，因此该峡谷也叫做活性中心峡谷。峡谷内壁四周主要是由要是由3434个疏水的芳基氨基酸组成个疏水的芳基氨基酸组成, ,这些芳基氨基酸残基在这些芳基氨基酸残基在AChEAChE与底物的结合过程中起重要作用，其中第与底物的结合过程中起重要作用，其中第8484位的色氨酸位的色氨酸(W(W8484) )、3303
41、30位的酪氨酸位的酪氨酸(Y(Y330330) )或苯丙氨酸或苯丙氨酸(F(F330330) )、442442位的酪氨酸位的酪氨酸(Y(Y442442) )，与，与G G199199一起构成了一起构成了AChEAChE活性中心底物与酶的结合部位，活性中心底物与酶的结合部位，其亲和力主要来源于底物与芳环上电子的相互作用。其亲和力主要来源于底物与芳环上电子的相互作用。 酶晶体衍射研究的结果进一步表明，底物与酶分子的结合酶晶体衍射研究的结果进一步表明，底物与酶分子的结合部位和催化部位实际上同处于活性峡谷之中；底物与酶的结合部位和催化部位实际上同处于活性峡谷之中；底物与酶的结合部位主要是由疏水的芳基氨
42、基酸组成。部位主要是由疏水的芳基氨基酸组成。 在峡谷入口处附近，椭球形分子的外表面主要是由一些带在峡谷入口处附近，椭球形分子的外表面主要是由一些带负电的氨基酸组成。这些带负电的氨基酸组成了负电的氨基酸组成。这些带负电的氨基酸组成了AChEAChE的外周阴的外周阴离子部位离子部位(peripheral anionicsite,PAS)(peripheral anionicsite,PAS)。当。当配体结合于配体结合于PASPAS后，后，可以改变酶活性中心的立体构型，影响酶与底物或与其它配体可以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。的亲和力。它的存在可能有助于提高它的存在可能
43、有助于提高AChEAChE催化效率：乙酰胆碱催化效率：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，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；另外，的结合进程；另外，PASPAS可能还与高浓度底物对酶活性的抑制作可能还与高浓度底物对酶活性的抑制作用有关。用有关。3. AChE3. AChE酶蛋白结构和氨基酸组成酶蛋白结构和氨基酸组成 4 . AChE的功能的功能Ach是昆虫胆碱能突触的神经递质，在完成信息传是昆虫胆碱能突触的神经递质，在完成
44、信息传递（动作电位）后被递（动作电位）后被AChE分解分解CH3COOC2H4N+(CH3)3 CH3COOHHOC2H4N(CH3)3反应式：反应式：EAX EAX AE AE第一步可逆反应第一步可逆反应形成复合体形成复合体EAX Kd = 解离常数、亲和力常数；解离常数、亲和力常数； 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（亲合力愈大）力愈大）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）取决于（胆碱）取决于K2， K2速率常数（速率常数（ K2 大，易放出大，
45、易放出X）第三步水解反应第三步水解反应，脱乙酰化反应，放出乙酸，酶恢复，脱乙酰化反应，放出乙酸，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-1K2XK3CHCH3 3COOCCOOC2 2H H4 4N N+ +(CH(CH3 3) )3 3 CHCH3 3COOHCOOHHOCHOC2 2H H4 4N(CHN(CH3 3) )3 3反应式：反应式：E EAX EAX AE AAX EAX AE AE E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
46、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 R1O 烷氧基 CH3O- C2H5O-或R2O 胺基 NH2- 苯(氧)基 苯氧硫甲基 异丙硫基C3H7S- n C3H7SR3：强酸性基 -CH=CCl2 直接连P原子结构通式S(O)(RO)2=P-O(S)R3（二）有机磷杀虫剂的作用机理（二）有机磷杀虫剂的作用机理有机磷杀虫剂的化学结构类型有机磷杀虫剂的化学结构类型磷酸酯类(RO)2P-O-R：如久效磷、磷胺、敌敌畏 一硫代磷酸酯(RO)2P-O-R（硫逐）：如对硫磷、甲基对硫磷、 (RO)2P-S-R（硫赶）： 氧化乐果、内吸磷二硫代磷酸
47、酯(RO)2P-S-R：乐果、马拉硫磷、甲拌磷(3911) 膦酸酯类(RO)2PR：如敌百虫硫代膦酸酯 (RO)2PR：苯硫磷(硫代)磷酰胺类： 甲胺磷、乙酰甲胺磷=SS=OO=O=SOPNHRRORO(S)(S)(S)不对称结构：不对称结构： 如丙溴磷、甲丙硫磷如丙溴磷、甲丙硫磷杂环类硫代磷酸酯：杂环类硫代磷酸酯： 如三唑磷（如三唑磷（1,2,4-1,2,4-三唑）三唑） 毒死蜱（吡啶类）毒死蜱（吡啶类） 甲基硫环磷（二硫戊烯）甲基硫环磷（二硫戊烯）OPRORS(S)OROPRORS(S)OR111 CH3CH2CH3CH2CH2NPONNS(C2H5O)2（二）有机磷杀虫剂的作用机理（二）
48、有机磷杀虫剂的作用机理（1 1）中毒症状）中毒症状（2 2）作用机理）作用机理（3 3）症状与机理之间的关系）症状与机理之间的关系图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ABCDEFG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ABCDEFG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
49、挛；F 对照；G 死亡ABCDEFG 分为兴奋、痉挛、昏迷和死亡四个阶段。兴奋期分为兴奋、痉挛、昏迷和死亡四个阶段。兴奋期的主要症状为：试虫的运动速度、强度明显增强，不的主要症状为：试虫的运动速度、强度明显增强，不停地爬动或起飞；痉挛期的主要特点是试虫的触角、停地爬动或起飞；痉挛期的主要特点是试虫的触角、口器、足、翅等器官颤抖、抽搐，反吐胃液，排泄异口器、足、翅等器官颤抖、抽搐，反吐胃液，排泄异常，甚至会拉出直肠，或生殖器外伸，难以缩回；昏常，甚至会拉出直肠，或生殖器外伸，难以缩回；昏迷期的特点为试虫静卧不动，但对机械刺激有反应；迷期的特点为试虫静卧不动，但对机械刺激有反应；死亡期的特点为试虫
50、体壁干燥，体躯皱缩，体长仅为死亡期的特点为试虫体壁干燥，体躯皱缩，体长仅为对照的一半。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） 依靠抑制剂与酶活性区之间的亲和力形成抑制剂络依靠抑制剂与酶活性区之间的亲和力形成抑制剂络合物。合物。K+1K-1K2XK3OPOP杀虫剂对杀虫剂对AChEAChE抑制作用抑制作用1. 酶活性的抑制：酶活性的抑制：第二步第二步 酶磷酰化
