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.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.前突触毒剂前突触毒剂3.胆碱酯酶抑制剂胆碱酯酶抑制剂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
2、用机理5.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.章鱼胺受体毒剂章鱼胺受体毒剂第五节第五节 神经毒剂神经毒剂一、轴突毒剂一、轴突毒剂 药剂对轴突传导的抑制主要是通过改变膜的离子药剂对轴突传导的抑制主要是通过改变膜的离子通透性，从而影响正常膜的电位差，使电冲动的发生通透性，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
3、channel），），离子通道使钠、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。钾、钙等离子顺电化学梯度扩散，通过双分子层。根据通道开关的调控机制又称门控机制的不同，根据通道开关的调控机制又称门控机制的不同，离子通道可分离子通道可分为为：(1)配体门控离子通道或称受体控制性通道配体门控离子通道或称受体控制性通道 Ach受体、受体、GABA受体等；受体等；(2)电压门控离子通道或称电压依赖性通道电压门控离子通道或称电压依赖性通道 开、关一方面由膜电位决定，另一方面与电位变化的时间开、关一方面由膜电位决定，另一方面与电位变化的时间有关有关(时间依赖性时间依赖性)，钠通道、钾通道等；，
4、钠通道、钾通道等；(3)环核苷酸门控环核苷酸门控(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)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一、轴突毒剂一、轴突毒剂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；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
5、都包含一个由1 800-1 800-2O002O00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糖蛋白白亚单位亚单位。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亚亚单位单位(260(260千道尔顿千道尔顿)、1亚单位亚单位(36(36千道尔顿千道尔顿)和和22亚亚单位单位(33(33千道尔顿千道尔顿)组成的复合体。电鳗中钠通道仅有组成的复合体。电鳗中钠通道仅有一个一个a a亚单位构成。亚单位构成。1和和2亚单元则对亚单元则对亚单元在膜上的定位以及稳定性起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
6、调节着重要的辅助作用，并参与调节亚单元的电压敏感性和失活亚单元的电压敏感性和失活过程。过程。1.钠离子通道的机构与功能钠离子通道的机构与功能 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 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
7、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（gate）（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（sensor）（位于内外膜之间，对膜电位的变化很敏感，控制闸门的开（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闭），通道内侧有控制激活的m闸门闸门和控制失活的和控制失活的h闸门闸门。去极。去极化时，化时，m闸门打开，使钠离子通过，持续去极化则闸门打开，使钠离子通过，持续去极化则h闸门关闭，闸门关闭，极化时极化时m闸门重新关闭，闸门重新关闭，h闸门重新打开，钠通道才会对去极化闸门重新打开，钠通道才会对去极
8、化再次做反应。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.钠离子通道的机构与功能钠离子通道的机构与功能表表 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
9、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）、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、
10、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经毒素占据后诱导其他神经毒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（素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）指促进毒素在其他指定受体位点的结合的结合/或刺激或刺激Na+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。2.滴滴涕的作用机理滴滴涕的作用机理 一、轴突毒剂一、轴突毒剂 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
11、花蝇出现的症状为：兴奋性提高，身体及运动平衡被破坏，当运动量达到最大提高，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，缓慢地后，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，几乎完死亡。解剖虫尸发现，昆虫组织非常干燥，几乎完全丧失了血淋巴。全丧失了血淋巴。DDT中毒后，一些昆虫还具有足中毒后，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跗足，而保护自己免于失死亡。能咬掉中毒的跗足，而保护自己免于失死亡。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
12、学说 DDT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.滴滴涕的作用机理滴滴涕的作用机理 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门的关闭，钠不门的关闭，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，断内流，从而使得负后电位加强，当负后电位超过了钠阈值，就会引起电位的又一次上升，就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。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状。在重复后放之后就是不规则的后放，有时产生一连串动
13、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，这时乃是进入痉挛及麻痹阶段，到重复后作电位，有时停止，这时乃是进入痉挛及麻痹阶段，到重复后放变弱时乃进入完全麻痹，而传导的停止既是死亡的来临。放变弱时乃进入完全麻痹，而传导的停止既是死亡的来临。2.滴滴涕的作用机理滴滴涕的作用机理 Ca2+-ATP酶：酶：滴滴涕主要抑制外滴滴涕主要抑制外Ca2+-ATP酶。外酶。外Ca2+-ATP酶的作用是调酶的作用是调节膜外节膜外Ca2+的浓度，在浓度高时，酶不起作用，在浓度低时，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，膜外钙的它的作用是
14、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。膜外部浓度就降低而不能恢复。膜外部Ca2+的浓度与轴突膜的兴奋性的浓度与轴突膜的兴奋性有关。外部有关。外部Ca2+减少时，膜的限阈降低，因而易受刺激（即不减少时，膜的限阈降低，因而易受刺激（即不稳定化）。实际上，这是由于稳定化）。实际上，这是由于Ca2+的减少造成了膜外面正电荷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，因此外部缺的降低，这样膜内对膜外的相对电位差也减小了，因此外部缺少少Ca2+的轴突膜更容易去极化，也即更容易发生一系列的动作的轴突膜更容易去极化，也即更容易发生一系列的动作电位。滴滴涕的作
15、用是抑制了电位。滴滴涕的作用是抑制了“外外Ca2+-ATP酶酶”导致轴突膜外导致轴突膜外表的表的Ca2+减少，从而使得刺激更容易引起超负后电位的加强，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。另外，在神经膜受到刺激时，膜外的钙离子浓引起重复后放。另外，在神经膜受到刺激时，膜外的钙离子浓度略有减少。加强膜外的度略有减少。加强膜外的Ca2+浓度，有抑制钠闸门被打开的作浓度，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。用。因此钠闸门的延迟关闭也与钙降低有关。型拟除虫菊酯：型拟除虫菊酯：不带不带CN基的，处理的昆虫很快就出现高度基的，处理的昆虫很快就出现高度兴奋及不
16、协调运动、麻痹即所谓兴奋及不协调运动、麻痹即所谓击倒击倒，但击倒时体内的药量若，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，如丙烯菊酯和胺菊酯等。菊酯等。“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CN基的，处理昆虫不出现兴奋症状，基的，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，立即进入麻痹状态，最后瘫软死亡，如氯氰菊酯、溴氰菊酯和速灭杀丁等。状态，最后瘫软死亡，如氯氰菊酯、
17、溴氰菊酯和速灭杀丁等。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 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CN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
18、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 Na+，K+-ATP酶也是拟除虫菊酯类药剂的靶标之一。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
19、在神经细胞内外的流动依靠的流动依靠Na+,K+离子泵。离子泵。Na+,K+-ATP酶的基本功能是催化酶的基本功能是催化ATP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Na+、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Na+、K+离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或物质吸收等重要的生理功能。当导或物质吸收等重要的生理功能。当Na+,K+-ATP酶受强烈的酶受强烈的抑制时，离子流受抑制，水被吸收，滞留，引起各种谷氨酸盐抑制时，离
20、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。拟除虫菊酯作用于钠通道的同时可能也就抑制了虫菊酯作用于钠通道的同时可能也就抑制了Na+，K+-ATP酶的酶的活性。活性。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，拟除虫菊酯也对多种不同受体产生不同的作用，例如另外，拟除虫菊酯也对多种不同受体产生不同的作用，例如烟碱受体、乙酰胆碱受体、烟碱受体、乙酰胆碱受体、GABA受体受体-氯离子载体系统、氯离子载体系统、Ca2+ATP酶酶、谷氨酸受体、谷氨酸受体等。等。3.菊酯类杀虫药剂的作用机
21、理菊酯类杀虫药剂的作用机理 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，即突触前膜的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。杀虫剂。六六六及环戊二烯类六六六及环戊二烯类，中毒症状大致分为兴奋、痉挛、，中毒症状大致分为兴奋、痉挛、麻痹、死亡等几个阶段麻痹、死亡等几个阶段。六六六和环戊二烯类杀虫剂六六六和环戊二烯类杀虫剂：刺激前突触膜大量释放乙酰：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的间隙中大量积累，因胆碱，造成乙酰胆碱在前后两个神经元的间隙中大量积累，因而阻碍了神经元之间的神经传导。而阻碍了神经元之间的神经传导。六六六和环戊二烯类能
22、引起乙酰胆碱大量积累的原因，并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，也不是由于它们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受体结合而造成的乙酰胆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，而是六六六与环戊二烯类杀虫剂碱积累的结果，而是六六六与环戊二烯类杀虫剂刺激前突触膜，刺激前突触膜，加强了乙酰胆碱的释放加强了乙酰胆碱的释放。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GABA受体抑制剂受体抑制剂。三、三、胆碱酯酶抑制剂胆碱酯酶抑制剂（一
23、）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AceAce结构存在差异。人、鼠等哺乳动物结构存在差异。人、鼠等哺乳动物AceAce结构相对紧凑，结构相对紧凑，6 6个外显子（基因上含有蛋白质编码信息的个外显子（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）、部分，每个外显子均编码一个完整蛋白质的特定部分）、5 5个内个内含子（基因中除
24、了外显子，剩余的含子（基因中除了外显子，剩余的DNA序列就构成了内含子，序列就构成了内含子，内含子被转录成内含子被转录成RNA，但是接着就被剪切掉，因此内含子不编，但是接着就被剪切掉，因此内含子不编码蛋白质。码蛋白质。）分布在）分布在4.5-4.7kb4.5-4.7kb的碱基序列内；按蚊和黑尾果的碱基序列内；按蚊和黑尾果蝇蝇 AceAce由由9 9个内含子和个内含子和l 0l 0个外显子组成，其总长度分别为个外显子组成，其总长度分别为23kb23kb和和34kb34kb。AChE AChE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按按其分子特
25、征可分为球型（对称型）及尾型（不对称型）。球型其分子特征可分为球型（对称型）及尾型（不对称型）。球型单体单体(G(G1 1)分子量约分子量约70-80kD70-80kD，单体通过单一的链间二硫键装配，单体通过单一的链间二硫键装配成二聚体成二聚体(G(G2 2)，两个二聚体通过范得华氏力结合为四聚体，两个二聚体通过范得华氏力结合为四聚体(G(G4 4)。球型四聚体通过加入三股胶原样尾而成为尾球型四聚体通过加入三股胶原样尾而成为尾(collagen-like(collagen-like tail)tail)型四聚体（型四聚体（A A4 4）。胶原性尾可通过二硫键直接与四聚体）。胶原性尾可通过二硫键
26、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聚体(A(A8 8)及十二聚体及十二聚体(A(A1212)。球形分子依据其溶解性又可分为两球形分子依据其溶解性又可分为两亲分子亲分子(G-amphiphilic)(G-amphiphilic)和非两亲分子和非两亲分子(G-nonamphiphilic)(G-nonamphiphilic)。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
27、，其分子大小、形状、溶解性等分子，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具有相同的底物催理化性质存在差异，但这些不同的酶分子却具有相同的底物催化特性，其原因在于化特性，其原因在于AChEAChE氨基端的氨基酸序列在不同酶分子之氨基端的氨基酸序列在不同酶分子之间完全相同。该相同的氨基酸序列包含了间完全相同。该相同的氨基酸序列包含了AChEAChE完成其催化功能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定。与催化亚基羧
28、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。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；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A12A12型。哺乳动物肌肉型。哺乳动物肌肉AChEAChE呈多型性，主要为呈多型性，主要为A12AChEA12AChE，也含有其他分子型，也含有其他分子型AchEAchE。3.AChE3.ACh
29、E酶蛋白结构和氨基酸组成酶蛋白结构和氨基酸组成 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、催化部位、结合部位及异构化部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OH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
30、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个个折叠片组成的大小为折叠片组成的大小为454560606565的椭球形分子；的椭球形分子；螺旋、螺旋、折叠片在晶体中的折叠片在晶体中的含量分别为含量分别为1515、3030，折叠片位于椭球形分子的中央而被折叠片位于椭球形分子的中央而
31、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一向内凹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陷的又深又窄的“峡谷峡谷”(gorge)(gorge)，峡谷的深度达到，峡谷的深度达到20 20，相，相对于入口处其底部更加扩展。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 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
32、(H(H440440)均位于峡谷内，均位于峡谷内，因此该峡谷也叫做活性中心峡谷。峡谷内壁四周主要是由因此该峡谷也叫做活性中心峡谷。峡谷内壁四周主要是由3434个个疏水的芳基氨基酸组成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与底物的与底物的结合过程中起重要作用，其中第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)、330330位的位的酪氨酸酪氨酸(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
33、心底物与酶的结合部位，其亲和力主要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。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部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基酸组成。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负在峡谷入口处附近，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电的氨基酸组成。这些带负电的氨基酸组成
34、了AChEAChE的外周阴离的外周阴离子部位子部位(peripheral anionicsite,PAS)(peripheral anionicsite,PAS)。十二烷双胺、普罗吩十二烷双胺、普罗吩胺等化合物与胺等化合物与PASPAS部位均有很高的亲和力。这些配体结合于部位均有很高的亲和力。这些配体结合于PASPAS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的亲和力。配体的亲和力。它的存在可能有助于提高它的存在可能有助于提高AChEAChE催化效率：乙酰催化效率：乙酰胆碱进入活性中心之前，先通过静电吸引结合于胆碱进入活性中
35、心之前，先通过静电吸引结合于PASPAS，然后顺势，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；另外，中心的结合进程；另外，PASPAS可能还与高浓度底物对酶活性的抑可能还与高浓度底物对酶活性的抑制作用有关。制作用有关。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 CH3COOHHOC2
36、H4N(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，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K
37、3，快，（快，（1/几几 1/100msec）。）。H2OAChEK+1K-1K2XK3CH3COOC2H4N+(CH3)3 CH3COOHHOC2H4N(CH3)3反应式：反应式：EAX EAX AE AE阴离子部位 疏水基部位（结合部位）电荷转移复合体 吲哚苯基结合部位 酯动部位 （催化部位）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（二）（二）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
38、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-1K2XK32.酶活性的恢复酶活性的恢复 酶经磷酰化后，虽然水解作用极为缓酶经磷酰化后，虽然水解作用极为缓慢，但仍然能自发地放出磷酸并使酶复活，这一反应称慢，但仍然能自发地放出磷酸并使酶复活，这一反应称为为自发复活作用自发复活作用或或脱
39、磷酰化作用脱磷酰化作用。EP+H2O EH+P一一OH 自发复活速度与抑制剂的离去基团无关，而取决自发复活速度与抑制剂的离去基团无关，而取决于磷原子上残留的取代基以及酶的来源。于磷原子上残留的取代基以及酶的来源。AChE复活剂复活剂：羟胺羟胺(NH2OH)（弱）、肟、羟肟酸（强）引入阳离子活（弱）、肟、羟肟酸（强）引入阳离子活性更强。性更强。攻击磷酰化酶中的攻击磷酰化酶中的P原子而取代它们原子而取代它们。（解磷定）3.磷酰化酶的老化磷酰化酶的老化 老化：老化：指磷酰化酶在恢复过程中转变为另一种结构，指磷酰化酶在恢复过程中转变为另一种结构，以至于羟胺类的药物不能使酶恢复活性。老化现象是由以至于羟
40、胺类的药物不能使酶恢复活性。老化现象是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。磷酰化酶的老化速率与磷酰化酶的老化速率与磷酰基上的烷基磷酰基上的烷基有关。二乙有关。二乙基磷酰化酶老化缓慢，但甲基、仲烷基及苄基（苯甲基）基磷酰化酶老化缓慢，但甲基、仲烷基及苄基（苯甲基）酯的老化速度要快得多。酯的老化速度要快得多。老化反应速度取决于非酶的化学力，发生烷基磷酸老化反应速度取决于非酶的化学力，发生烷基磷酸酯基酯基C一一O键的断裂。因此，酶如果受烷基化能力高的键的断裂。因此，酶如果受烷基化能力高的磷酸酯的抑制，老化现象易于发生。磷酸酯的抑制，老化现象易于发生。1.1.抑制神经
41、细胞的生长发育：抑制神经细胞的生长发育：AChEAChE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
42、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：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.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nAChR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是直接阻断nAChR通道而
43、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毒死蜱可以作用于突触膜上的自主型膜上的自主型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的释放。的释放。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：甲胺磷有抑制作用，例如：甲胺磷(methamidophos)(methamidophos)可以使脑突触体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钙摄取减少，说明甲胺磷影响了膜上的电压敏感
44、型钙离子通道。道。与与OP差异：差异：K3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0.1ms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-PAM、4-PAM、双复磷双复磷）无效）无效（三）氨基甲酸酯类对乙酰胆碱酯酶的抑制作用（三）氨基甲酸酯类对乙酰胆碱酯酶的抑制作用总之：总之：二者均是二者均是AChE的不正常底物，为酯
45、动部位抑制剂（有的不正常底物，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时也称为酸转移抑制剂）。有机磷或氨基甲酸酯与与AChE丝氨酸的羟基结合丝氨酸的羟基结合，使，使AChE磷酰化或氨基甲酰磷酰化或氨基甲酰化，即被化，即被抑制抑制，去磷酰化需要几个月的时间，而去氨基，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秒。这样导致突触部位一毫秒。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，突触后膜的乙酰胆碱受体不断地被激活，突触后神经纤维长后膜的乙酰胆碱受体不断地被激活，突触后
46、神经纤维长期处于兴奋状态，中毒试虫就表现出兴奋状态。但是过期处于兴奋状态，中毒试虫就表现出兴奋状态。但是过量的乙酰胆碱又可量的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，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。导，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另外，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。的失调与破坏。各种有机磷和氨基甲酸酯的抑制能力有很大的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，不同，这决定于有机磷及氨基甲酸酯的化学特性，如磷原
47、子的亲电子性等；还决定于酶的特性，如磷原子的亲电子性等；还决定于酶的特性，AChE具有多种不同的结合部位，各种有机磷和氨基甲酸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不同，也就影响其催化作用；酯对他们的结合能力不同，也就影响其催化作用；与与AChE的异构部位的变化也有关，某些化合物的作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。所以，各种有机磷酸酯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，在很大程度上决定于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。它们与哪些部位起作用。四、四、乙酰胆碱受体毒剂乙酰胆碱受
48、体毒剂 受体：受体：细胞膜或细胞内能与某些化学物质（递质、调质、细胞膜或细胞内能与某些化学物质（递质、调质、激素等）特异性结合并诱发生物效应的特殊生物分子，其本质激素等）特异性结合并诱发生物效应的特殊生物分子，其本质为蛋白质。每一种受体均有其相应的激动剂为蛋白质。每一种受体均有其相应的激动剂（agonist）和拮抗）和拮抗剂（剂（antagonist）。）。神经递质的受体：神经递质的受体：在神经生化领域内把对神经递质起应答在神经生化领域内把对神经递质起应答作用的生物活性物质称为作用的生物活性物质称为神经递质的受体神经递质的受体，它们是存在于突触，它们是存在于突触膜上的蛋白质分子，其分子链镶嵌在
49、膜内，而与配体（递质）膜上的蛋白质分子，其分子链镶嵌在膜内，而与配体（递质）结合的位点露在膜外。结合的位点露在膜外。神经递质必须通过与受体结合后才能发神经递质必须通过与受体结合后才能发挥作用。挥作用。神经递质的受体，两类：神经递质的受体，两类：配体门控离子通道：配体门控离子通道：N-型乙酰胆碱受体（型乙酰胆碱受体（nAChR）、）、-氨基丁酸受体（氨基丁酸受体（GABAR）甘氨酸受体（甘氨酸受体（GlyR）；）；与信号转导蛋白相偶联的受体：与信号转导蛋白相偶联的受体：当递质与受体结当递质与受体结合后，经合后，经G蛋白将信号传给腺苷酸环化酶，产生蛋白将信号传给腺苷酸环化酶，产生CAMP，调节细胞
50、代谢，最后引起各种生理效应，调节细胞代谢，最后引起各种生理效应，肾上腺素受体、肾上腺素受体、M-型乙酰胆碱受体（型乙酰胆碱受体（mAChR）、）、单胺类受体和视紫红质（单胺类受体和视紫红质（Rh）等。等。将化学信号重新将化学信号重新转变为电信号转变为电信号四、四、乙酰胆碱受体毒剂乙酰胆碱受体毒剂 以昆虫神经系统的受体为作用靶标的一类药剂以昆虫神经系统的受体为作用靶标的一类药剂称为称为受体毒剂受体毒剂。昆虫体内作为杀虫靶标的有乙酰胆。昆虫体内作为杀虫靶标的有乙酰胆碱受体、碱受体、GABA受体、章鱼胺受体这三类主要的神受体、章鱼胺受体这三类主要的神经受体，另外还有多巴胺受体、经受体，另外还有多巴胺
