（環(huán)境科學專業(yè)論文）rac異丙甲草胺及其s對映體的生態(tài)毒性作用的手性差異性研究.pdf

浙江大學碩士學位論文 阻有關(guān) r a c m t 對蛋白核小球藻的2 4 h 4 8 h 7 2 h 和9 6 h 的e c 5 0 分別是o 1 9 6 0 2 4 1 0 1 7 7 和0 1 5 2m gl 相應的s m t 的e c 5 0 分別是o 1 1 6 o 1 0 6 o 0 8 1 和0 0 6 8m g l e c 5 0 值顯示了s m t 比r a e m t 對蛋白核小球藻的急性毒性大 r a c m t 處理的 藻的9 6 h 的葉綠素以和葉綠素b 的濃度都比相應的s m t 濃度高 另外 這種手性 農(nóng)藥的高濃度會顯著的抑制過氧化氫酶的活性 透射電子顯微電鏡 t e m 觀察發(fā) 現(xiàn)農(nóng)藥處理的藻都有質(zhì)壁分離現(xiàn)象 并且在葉綠體中聚集了許多淀粉粒 在胞質(zhì) 中有一些脂質(zhì)小滴和一些未知的電子不透明沉淀小體 還有大量的處于分裂狀態(tài) 或未完全分裂即已死亡的細胞 這些結(jié)果說明r a c m t 和s m t 對蛋白核小球藻的 毒性作用有手性差異性 s m t 比r a c m t 毒性作用較大 r a e m t 和s m t 會破壞蛋白 核小球藻的細胞結(jié)構(gòu) 抑制細胞的正常生長和代謝 關(guān)鍵詞 r a e 異丙甲草胺 s 異丙甲草胺 生態(tài)毒性 蛋白核小球藻 透射電子 顯微鏡 t e m 手性選擇性 1 1 1 浙江大學碩士學位論文 a b s t r a c t w i d e s p r e a da p p l i c a t i o no fc h i r a lh e r b i c i d e si s i n e v i t a b l et oo c c u r i a t ot h e e n v i r o n m e n t i n g e n e r a l t h ee n a n t i o m e r so fc h i r a lp e s t i c i d e s a r ed i f f e r e n ti n b i o l o g i c a lp r o c e s s e s t h e r e f o r e r e s u l t i n ge n a n t i o s e l e c t i v ee c o t o x i c i t yt on o n t a r g e t b i o l o g y n o w a d a y s t h ee n v i r o n m e n t a ls a f eb e h a v i o u ra n de n a n t i o s e l e c t i v e e c o t o x i c o l o g yo fc h i r a lh e r b i c i d e sh a v eb e c o m ean e wp o i n to fg l o b a ls c i e n t i f i c r e s e a r c h m e t o l a c h l o ri so n eo ft h ew i d e l yu s e dc h l o r o a c e t a n i l i d eh e r b i c i d e s w h i c h c o n t a i n st w or i s o m e r sa n dt w os i s o m e r s s e n a n t i o m e ri sm o r ee f f e c t i v ei nt h e h e r b i c i d a la c t i v i t yw h i l er e n a n t i o m e rw a sr e p o r t e dh a v i n ga m u t a g e n i ce f f e c t i nt h i s p a p e r t h ep l a n tp h y s i o l o g i c a le f f e c t s e n z y m ea c t i v i t i e sa n dc e l lu l t r a s t m c t u r e so f m a i z e y e d a n l 3 z e am a y s a n dr i c e h y o u 9 2 o r y z as a t i v a a f t e re x p o s e di n r a c m e t o l a c h l o r r a c m t a n ds m e t o l a c h l o r s m t w e r er e s e a r c h e d t h e e n a n t i o s e l e c t i v i t yo fm e t o l a c h l o rw a st r i e dt oe v a l u a t ei nt h e s et w ow i d e l yc u l t i v a t e d c r o p s i na d d i t i o n d u et o t h eo v e r u s eo fm e t o l a c h l o r h e r b i c i d e sa r e e a s i l y t r a n s f o r m e dt ot h es u r f a c ew a t e ro rg r o u n dw a t e ra n da c c u m u l a t e di nt h ea q u a t i c o r g a n i s m s m a yd e t e r i o r a t et h eb a l a n c eo fa q u a t i ce c o s y s t e m s i no r d e rt ow e l l u n d e r s t a n dt h e i re c o l o g i c a lr i s k sa n de n a n t i o m e rs e l e c t i v i t yi n a q u a t i cs y s t e m t h e a c u t e t o x i c i t y o fc h l o r e l l ap y r e n o i d o s aa sw e l la sc a t a l a s e a c t i v i t r a n dc e l l u l t r a s t r u c t u r ea f t e rr a c m ta n ds m t e x p o s u r ew e r er e s e a r c h e d i nt h ec o m p a r i s o no ft h ee c s oo fm a i z ea n dr i c ea f t e rr a c m ta n ds m tt r e a t m e n t s i to b v i o u s l yi n d i c a t e dt h a tr i c ew a sm o r es e n s i t i v i t yt h a nm a i z e f o rt h ee c s o 9 6 ho fr i c e w e r e12 3 2 9 mo fr a c m t 9 4 4 1 a mo fs m t h o w e v e r t h e e c s 0 9 6 h o fm a i z ew e r e 7 8 2 7 3 9 m 7 5 5 9 8l a m r e s p e c t i v e l y w h i c hw e r ea b o u t6 0t i m e sm o r et h a nr i c e t h e e l o n g a t i o no fm a i nr o o t g r o w t ho fl a t e r a lr o o ta n ds h o o to fm a i z ea n dr i c es e e d l i n g s w e r ei n h i b i t e d t h ec h l o r o p h y l la c h l o r o p h y l lba n dt o t a l w e r er e d u c e d a f t e rr a c m ta n ds m tt r e a t m e n t s t h ea n t i o x i d a n te n z y m e s p o d s o d c y p 2 e 1 g s ha n dg s t a c t i v i t yw e r ei n d u c e da f t e rh e r b i c i d ee x p o s u r e b e s i d e st h a tt h es o d a c t i v i t yi nr a c m tt r e a t m e n tw a sh i g h e rt h a ns m tt r e a t m e n t o t h e re n z y m ea c t i v i t i e s f v 浙江大學碩士學位論文 w e r ei nt h ec o n t r a r y t h eu l t r a s t r u c t u r eo ff i c es e e d l i n g si n d i c a t e dt h a tr a c m ta n ds m t w o u l dd e s t r o yt h ec h l o r o p l a s ta n dm i t o c h o n d f i a m a k ec h l o r o p l a s tl a m e l l a rs d m c t u r e s p a r s e n e s s r e d u c et h ec o n t e n to fc h l o r o p h y l l d i s o r d e rm i t o c h o n d r i a lc r i s t a e e v e n l e a dt ov a c u i t yo fm i t o c h o n d r i a s o m em i n o re x p a n s i o ni nt h er o u g he n d o p l a s m i c r e t i c u l u ma n das l i g h t l ys w e l l i n gi nt h ee n do ft h eg o l g ic o m p l e xw e r eo b s e r v e d a l l o ft h e s ep h e n o m e n am a yi n d i c a t et h a tb i o l o g i c a lm o l e c u l a rs y n t h e s i so rt r a n s p o r t a t i o n w e r eb l o c k e d t h et o x i c i t yo ft h ec h i r a lh e r b i c i d e sr a c m ta n ds m tt oc h l o r e l l ap y r e n o i d o s a w a sd e t e r m i n e da n dc o m p a r e di nt h i ss t u d y b a s e do nf o u rd i f f e r e n tt e s te n d p o i n t s t h e g r o w t hi n h i b i t i o nr a t e t h ec h l o r o p h y l la a n dc h l o r o p h y l lbc o n c e n t r a t i o n t h ec a t a l a s e a c t i v i t y a n dt h eu l t r a s t r u c t u r a lm o r p h o l o g yo fc e l l s t h e2 4l l 4 8h 7 2ha n d9 6h e c s 0v a l u e so f r a c m tw e r e0 1 9 6 0 2 4 1 0 1 7 7a n d0 1 5 2m gl r e s p e c t i v e l y t h e s e v a l u e sw e r eh i g h e rt h a nt h o s eo f s m t w h i c hw e r e0 1 1 6 o 1 0 6 0 0 8 1a n d0 0 6 8m g l 1 r e s p e c t i v e l y t h i si n d i c a t e st h a ts m tw a sm o r et o x i ct oc h l o r e l l ap y r e n o i d o s a t h a nr a c m t t h ec h l 口a n dc h lbc o n c e n t r a t i o no fc h l o r e l l ap y r e n o i d o s at r e a t e db y r a c m tw a sh i g h e rt h a nt h a tt r e a t e db ys m t i ng e n e r a l t h ec a t a l a s ea c t i v i t yo f c h l o r e l l ap y r e n o i d o s at r e a t e db ys m tw a sh i g h e rt h a nt h a te x p o s e dt or a c m t a n d c a t a l a s ea c t i v i t yw a si n h i b i t e da t h i g h c o n c e n t r a t i o n so fb o t hh e r b i c i d e s t h e u l t r a s t r u c t u r a lm o r p h o l o g yo fc e l l sg r o w ni nt h et w oh e r b i c i d e sw a so b s e r v e db y t r a n s m i s s i o ne l e c t r o nm i c r o s c o p y t h ec e l lw a l ls e p a r a t e df r o mt h ec e l lm e m b r a n e a c c u m u l a t e ds t a r c hg r a n u l e sw e r eo b s e r v e di nt h ec h l o r o p l a s t a n ds o m el i p i dd r o p l e t s a n du n k n o w ne l e c t r o n o p a q u ed e p o s i t sw e r ea l s oo b s e r v e di nt h ec y t o p l a s m t h e r e w e r es o m ed e a dc e l l su n d e r s e p a r a t i o na f t e rh e r b i c i d ee x p o s u r e e s p e c i a l l yi nt h ec e l l s o fs m tt r e a t m e n t t h e s er e s u l t si n d i c a t e dt h a tr a c m ta n ds m th a ds e l e c t i v et o x i c e f f e c t st oc h l o r e l l ap y r e n o i d o s a b o t ho ft h e md e s t r o y e dt h ec e l ls t r u c t u r e d e t e r r e d t h en o r m a lc e l lg r o w t ha n dm e t a b o l i s m k e yw o r d s r a c m e t o l a c h l o r s m e t o l a c h l o r e c o t o x i c i t y c h l o r e l l a p y r e n o i d o s a t r a n s m i s s i o ne l e c t r o nm i c r o s c o p y t e m e n a n t i o s e l e c t i v i t y v 漸江大學碩士學位論文 圖表目錄 圖1 1 左右手鏡面對稱 4 圖1 2 異丙甲草胺的對映體結(jié)構(gòu)圖 9 圖1 3 異丙甲草胺及其代謝產(chǎn)物 1 2 圖2 1r a c m t 及s m t 對水稻和玉米幼苗生長影響的掃描圖 2 8 圖2 2r a c m t 和s m t 處理的玉米和水稻中p o d 活性 3 0 圖2 3r a c m t 和s m t 處理的玉米和水稻中s o d 活性 3 1 圖2 44 硝基苯酚兒茶酚掃描光譜圖 3 2 圖2 5r a c r n t 和s m t 處理的玉米和水稻中的c y p 2 e 1 活性 3 3 圖2 6r a c m t 和s m t 處理后的玉米和水稻中的g s h 含量與g s t 活性 3 4 圖2 7 對照水稻細胞透射電鏡超微結(jié)構(gòu)圖 3 5 圖2 8r a c m t 處理后的水稻細胞透射電鏡超微結(jié)構(gòu)圖 一3 6 圖2 9s m t 處理后的水稻細胞透射電鏡超微結(jié)構(gòu)圖 3 6 圖3 1 濃度效應曲線數(shù)據(jù)和濃度效應擬合曲線 5 2 圖3 2 蛋白核小球藻暴露9 6 h 后的過氧化氫酶活性 5 4 圖3 3 蛋白核小球藻在暴露9 6 h 后的透射電子顯微鏡觀察 5 5 圖3 4 蛋白核小球藻受農(nóng)藥處理后受毒害作用細胞透射電子顯微鏡圖 5 6 表1 1 注冊使用異丙甲草胺的作物 1 0 表2 1r a c m t 及s m t 對玉米和水稻的e c 5 0 9 6 h 的比較 2 6 表2 2 玉米和水稻的各項根系參數(shù) 2 7 表2 3r a c m t 和s m t 處理后的水稻和玉米葉綠素含量 2 8 表3 1l o g a r t h i s m 模型參數(shù)和預測的e c s o 值 5 0 表3 2w e i l b u l l 模型參數(shù)和預測的e c 5 0 值 5 0 表3 3l o g i s t i c 模型參數(shù)和預測的e c s o 值 5 1 表3 4 暴露9 6 h 后蛋白核小球藻的c h la 和c h lb 的濃度 5 2 表3 5 異丙甲草胺對不同水生生物的e c s o 比較 5 7 v l 浙江大學碩士學位論文 專業(yè)名詞中英文及縮寫對照 外消旋 異丙甲草胺 r a c m e t o l a c h l o r r a c m t s 異丙甲草胺 s m e t o l a c h l o r s m t 活性氧自由基 r e a c t i v eo x y g e ns p e c i e s r o s 過氧化氫酶 c a t a l a s ea c t i v i t y c a t 過氧化物酶 p e r o x i d a s ea c t i v i t y p o d 超氧化物歧化酶 s u p e r o x i d ed i s m u t a s e s o d 抗壞血酸酶 a s c o r b a t ep e r o x i d a s e a p x 谷胱甘肽 g l u t a t h i o n e g s h 細胞色素p 4 5 0 c y t o c h r o m ep i g m e n t4 5 0 c y p 4 5 0 谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶 g l u t a t h i o n es t r a n s f e r a s e s g s t 4 硝基苯酚 4n i t r o p h e n o l 4 n p 4 硝基苯酚兒茶酚 4n i t r o c a t e c h o l 4 n c t 線粒體 m i t o c h o n d r i a m 嵴 c r i s t a e c 粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng) r o u g he n d o p l a s m i cr e t i c u l u m e r 滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng) s m o o t he n d o p l a s m i cr e t i c u l u m 核糖體 r i b o s o m e r 高爾基體 g o l g ia p p a r a t u s g 長鏈脂肪酸 v e r yl o n g c h a i nf a t t ya c i d s v l c f a s 葉綠體 c h l o r o p l a s t c h l 葉綠素 c h l o r o p h y l l 類囊體 t h y l a k o i d t h y 基粒類囊體 g r a n u mt h y l a k o i d 蛋白核 p y r e n o i d p y 細胞核 n u c l e u s n 液泡 v a c u o l e v 細胞壁 c e l lw a i l c w 細胞膜 c e l lm e m b r a n e c m 鞭毛 f l a g e l l u m f 1 v 1 1 獨創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學位論文是本人在導師指導下進行的研究工作及取得的 研究成果 據(jù)我所知 除了文中特別加以標注和致謝的地方外 論文中不包含其 他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果 也不包含為獲得逝姿苤堂或其他教育機 構(gòu)的學位或證書而使用過的材料 與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻 均已在論文中作了明確的說明并表示謝意 學位論文作者簽名 豫d a 喃 簽字日期 力 p 年二月 日 學位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學位論文作者完全了解澎鎏盤堂有關(guān)保留 使用學位論文的規(guī)定 有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復印件和磁盤 允許論文被查閱和 借閱 本人授權(quán)塹 江盤鱟可以將學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫 進行檢索 可以采用影印 縮印或掃描等復制手段保存 匯編學位論文 保密的學位論文在解密后適用本授權(quán)書 學位論文作者簽名 熊鼠r 前 簽字日期 2 df d 年工月j 日 學位論文作者畢業(yè)后去向 工作單位 通訊地址 導師躲荔忙z 簽字日期 砂 年弓月占e l 電話 郵編 浙江大學碩士學位論文 致謝 本論文是在導師劉惠君教授的悉心指導和不斷鼓勵之下完成的 非常感謝導 師給我提供了一個優(yōu)越 寬松的學習環(huán)境 讓我能夠順利完成我的碩士論文 感 謝導師對我學業(yè)上的悉心指導 生活上的熱心幫助 人生上的積極引導和諄諄教 誨 在此 謹向思師表達我最誠摯的謝意 衷心感謝劉維屏教授 虞云龍教授 童裳倫副教授 文岳中副研究員k 徐冬 梅老師 方華老師等眾多老師對我的指導和關(guān)懷 特別感謝浙江大學分析測試中 心的洪健老師和黎軍英老煩等人對我實驗部分的指導 感謝田寶蓮碩士 袁玉麗 碩士 葉榮民碩士 沈忱思碩士 郭贊碩士 陳慧碩士 瞿姍姍碩士 郭亞楠碩 士 宋淑芳碩士 謝飛碩士和蔡衛(wèi)丹碩士對我的實驗的熱情幫助 讓我在其樂融 融的實驗室大家庭中順利完成我的畢業(yè)論文 同時感謝我的室友張春娣 武麗麗 是她們給予了我輕松愉快的生活氛圍 讓我的學習及生活充滿甜蜜和幸福 最后要感謝一直支持我的家人 我親愛的爸爸 媽媽和妹妹 家人對我的支 持和期待是我學習的動力和源泉 無論遇到什么困難 家人一直是我堅實的后盾 支持并鼓勵著我 時光荏苒 轉(zhuǎn)眼間碩士生活匆匆而過 美麗的華家池 慈愛的導師 親愛的 同學 和睦的實驗室集體以及溫馨的寢室都將成為我記憶中磨滅不掉的印痕 再 次向所有關(guān)心和支持我的老師 同學 朋友和親人致以最衷心的感謝和祝福 愿 大家身體健康 生活幸福 熊明瑜 2 0 1 0 年1 月于浙江大學 浙江大學碩士學位論文 1 前言 第一章文獻綜述 近年來 手性化合物的生物效應的對映體選擇性得到了不斷的重視 在非手 性的環(huán)境中 手性化合物的對映體有相同的物理和化學特性 但在生命體系中 蛋白質(zhì) 核酸 激素 磷脂質(zhì)和糖類都是手性的 當一個手性化合物進入生命體 時 對映體之間的生物轉(zhuǎn)化 生物轉(zhuǎn)運以及生理和毒理學效應往往是不同的 甚 至有時會表現(xiàn)出完全相反的效應 對于手性藥物 一個對映體可能是有藥效的 而另 二個對映體可能是無效甚至是有害的 許多藥物都具有手性結(jié)構(gòu) 并在生物 體內(nèi)具有手性選擇性 如r 和s 沙立度胺都有鎮(zhèn)靜作用 又稱為反應停 r 一沙立度胺具有終止妊娠的作用 而s 沙立度胺則具有致畸作用 類似的 是很多環(huán)境污染物也包含手性結(jié)構(gòu) 如2 0 0 1 年的 斯德哥爾摩公約 中首批公 布的1 2 個持久性有機污染物 p o p s 中的8 個有機氯農(nóng)藥都具有手性的 多環(huán)芳 烴 p a h s 氟利昂替代品 多溴聯(lián)苯醚 p b d e 等新型有機污染物也具有手性結(jié) 構(gòu) l i u 2 0 0 4 徐超 2 0 0 8 這些手性化合物用途廣泛 使用量大 在環(huán)境中殘留 時間長 可能會對人類和生物造成持久性的影響 農(nóng)藥已日益成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的生產(chǎn)資料 2 0 0 8 年我國的農(nóng)藥總產(chǎn)量 為1 9 0 2 0 萬噸 2 0 0 9 年1 1 0 月份的化學農(nóng)藥原藥累計產(chǎn)量達1 6 6 萬噸 農(nóng)藥在 我國的使用每年呈不斷增加的趨勢 目前我國已能生產(chǎn)3 0 0 多種原藥 1 0 0 0 多 種制劑 幾十種劑型 殺蟲劑 殺菌劑 除草劑三大類農(nóng)藥品種比例也由解放初 期的9 0 3 3 調(diào)整為2 0 0 8 年的3 4 6 1 0 3 3 2 4 隨著農(nóng)村經(jīng)濟的 發(fā)展 化學除草的面積以每年3 0 0 0 萬 5 0 0 0 萬畝的速度擴大 除草荊的使用量 逐年增加 尤其在農(nóng)村經(jīng)濟比較發(fā)達的江蘇 浙江和廣東以及大面積機械化耕作 的東北地區(qū) 除草劑增加得更快 9 0 年代以來 除草劑產(chǎn)量從2 0 0 0 年的1 1 7 萬 噸增加到2 0 0 8 年的6 1 6 萬噸 年均增長率達到約3 0 e e 國農(nóng)藥工業(yè)協(xié)會 2 0 0 5 中國農(nóng)藥工業(yè)網(wǎng) 2 0 0 9 就世界范圍而言 除草劑在化學農(nóng)藥中所占比重最大 2 0 0 3 年銷售額占農(nóng)藥銷售總額的4 7 左右 王魯梅 2 0 0 8 張中一 2 0 0 3 農(nóng)藥的 廣泛使用給陸地和水域造成了嚴重污染 據(jù)美國環(huán)保局預測 在美國已有1 6 5 0 0 0 一 千米的河流 8 3 萬公頃的湖泊和水庫受到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中農(nóng)藥的影響 j s e p a 1 9 9 3 席萌 2 0 0 6 1 9 9 8 年我國對全國1 0 9 7 0 0 千米河流的調(diào)查顯示我司河流長 度有7 06 被農(nóng)藥污染 何光好 2 0 0 5 1 9 9 6 年的統(tǒng)計顯示 這些使用的農(nóng)藥中 大約有2 5 是手性的 并且這一比例隨著農(nóng)藥的逐年增長和新型農(nóng)藥的投入使用 呈同比增長趨勢 預計十年之內(nèi)達到農(nóng)藥總量的4 0 0 左右 l i u 2 0 0 4 徐超 2 0 0 8 2 手性化合物及其對映異構(gòu)體 2 1 手性的基本概念 手性是自然界的普遍性質(zhì) 具有不對稱中 心 不對稱軸或不對稱面的分子 存在著一對或幾對互為鏡像關(guān)系而又不能重疊的異構(gòu)體 就如同人的左右手互為 鏡像關(guān)系而又不能重疊 囤11 這樣的分手被稱作手性分子 c h i r a i m o l e c u l e s 這種關(guān)系的異構(gòu)體被稱作對映體 e n a n t i o m e r 這類分子結(jié)構(gòu)中遵常含有手性中 心 又稱干對稱中心 分子中的碳 磷或氮等原子與4 個不同的基團 或原于 電 子對 相連或分子結(jié)構(gòu)由于立體因素而引起不對稱 其本身結(jié)構(gòu)不能與其鏡像重 合 當平面偏報光通過這種分于時會發(fā)生偏轉(zhuǎn) 所以這種物質(zhì)又稱光學活性物質(zhì) 圖1 1 左右手鏡面對稱 f i g u r e1 1i l l u s t r a t i o no fs y m m e t r yo f h a n d s 2 2 手性對映體的性質(zhì) 不能重合 互為鏡像與實物關(guān)系的兩個分子互為對映異構(gòu)體 e n a n t i o m e r 簡稱對映體 一對對映異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)差別很小 具有相同的熔點 沸點 偶極矩 折光率 相對密度 溶解度和光譜性質(zhì)等 與非手性試劑作用時 其化學性質(zhì)也 1 荽秀 浙江大學碩士學位論文 一樣 很難用一般的物理或化學方法區(qū)分 但它們對平面偏振光的作用不同 一 個會使平面偏振光向右旋 稱為右旋體 另一個可使平面偏振光向左旋 稱為左 旋體 二者旋轉(zhuǎn)角度相同 因此 對映異構(gòu)體也叫做旋光異構(gòu)體 2 3 手性化合物的代謝的立體選擇性 很多研究都發(fā)現(xiàn) 對映體選擇性生物降解可能具有環(huán)境特定性 應該在不同 的環(huán)境條件下進行研究 手性化合物的生物代謝可以表現(xiàn)為代謝底物的立體選擇 性和代謝產(chǎn)物的立體選擇性 根據(jù)底物和代謝方式的不同可將手性化合物在生物 體內(nèi)的代謝分為以下五種 一是前手性向手性轉(zhuǎn)化 二是手性物質(zhì)向手性物質(zhì)轉(zhuǎn) 化 三是手性物質(zhì)代謝為非對映異構(gòu)產(chǎn)物 四是手性物質(zhì)轉(zhuǎn)化為非手性物質(zhì) 五 是手性物質(zhì)的代謝性反轉(zhuǎn) c a l d w e l l 1 9 9 5 在生物體內(nèi) 外源化合物的代謝主要 通過兩個途徑 轉(zhuǎn)化 途徑i 結(jié)合 途徑i i 細胞色素p 4 5 0 c y p 4 5 0 和谷胱甘 肽轉(zhuǎn)移酶 g s t 兩個酶系在手性化合物的降解中起重要作用 c y p 4 5 0 是主要參與 途徑i 的酶系 占 7 0 8 0 州e b e r t 2 0 0 6 a l i 2 0 0 3 主要是疏水性的化合物在 細胞色素p 4 5 0 1 均作用下 對底物產(chǎn)生烷基的羥化 烯基的環(huán)氧化 烴基的氧化 氮 硫 氧位的脫烷基化 氮位的羥化和氧化 硫位的氧化 氧化性脫氨 脫氯 和脫氫 氧化性的碳碳鍵斷裂和一些還原反應 使底物轉(zhuǎn)化為親水性產(chǎn)物 這些 轉(zhuǎn)化作用可以降低疏水性的化合物的毒性 但也有可能激活一些有毒物質(zhì) 蘇少 泉 2 0 0 3 i 相產(chǎn)物在i i 相酶作用下發(fā)生結(jié)合反應 包括糖苷結(jié)合 硫酸化 甲 基化 乙?；?氨基結(jié)合 谷胱甘肽結(jié)合 脂肪酸結(jié)合和縮合反應等 途徑i 中 的代謝產(chǎn)物會直接與谷胱甘肽 g l u t a t h i o n e g s h 糖類或氨基酸結(jié)合產(chǎn)生水溶 性的化合物 m a r r s 1 9 9 6 k a w a h i g a s h i 2 0 0 9 在這一步參與反應的酶主要是u d p 葡萄糖轉(zhuǎn)移酶和谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶 g l u t a t h i o n es t r a n s f e r a s e s o s z 手性化合物在生物體的吸收 轉(zhuǎn)運 分布及代謝途徑中都會表現(xiàn)出手性差異 代謝途徑的選擇性占主要地位 c a l d w e l l 1 9 9 5 2 3 1 手性化合物在生物體內(nèi)的轉(zhuǎn)運和代謝過程中對體內(nèi)抗氧化酶系的影響 生物在生命活動及外界脅迫下都會產(chǎn)生活性氧自由基 r e a c t i v eo x y g e n s p e c i e s r o s r o s 主要有超氧自由基 0 2 羥基自由基 o h 一 和過氧化氫 h 2 0 2 w a n g 2 0 0 9 r o s 一旦在生物體內(nèi)積累 就會對脂類 蛋白質(zhì)和核酸等生物大 漸江大學碩士學位論文 分子產(chǎn)生氧化作用 損害生物的正常生長代謝 生物體內(nèi)有一套完善的清除r o s 的酶體系 如過氧化氫酶 c a t a l a s ea c t i v i t y c a t 過氧化物酶 p e r o x i d e a s b a c t i v i t y p o d 超氧化物歧化酶 s u p e r o x i d ed i s m u t a s e s o d 抗壞血酸酶 a s c o r b a t ep e r o x i d a s e a p x 以及一些小分子化合物如g s h 維生素e v i t a m i ne v e 和維生素c f v i t a m i nc v c 生4 c h o o 2 0 0 4 r o s 能夠誘導抗氧化酶系的活性 超氧自由基在s o d 的催化下與氫離子結(jié)合 生成過氧化氫 過氧化氫在過氧化 氫酶作用下生成水和氧氣 或者在過氧化物酶催化下與一些小分子化合物 g s h v c v e 等作用生成水和其他小分子化合物 s o d 2 0 2 2 h 一2 h 2 0 2 h 2 0 2 2 h 2 0 0 2 p o d r h 2 h 2 0 2 一r 2 h 2 0 c a t h 2 0 2 一h 2 0 0 2 手性化合物的不同對映體在生物體內(nèi)的轉(zhuǎn)運和代謝過程中會產(chǎn)生不同量的r o s 聚集 表現(xiàn)出對抗氧化酶系的不同程度的影響作用 如殺蟲劑擬除蟲菊酯會對人 體和動物體造成氧化性損傷 研究聯(lián)苯菊酯 b i f e n t h r i n b f 對人類胚胎羊膜上皮 細胞培養(yǎng)的手性選擇性毒性效應時發(fā)現(xiàn) r o s 積累量與1 s c i s b f 濃度呈劑量 效應關(guān)系 彗星實驗也顯示l s c i s b f 對d n a 的損傷顯著的大于1 r c i s b f l i u 2 0 0 8 而手性除草劑咪草煙 i m a z e t h a p y r 處理水稻幼苗時r 一對映體對s o d p o d 和c a t 的活性誘導顯著的高于s 對映體 q i a n 2 0 0 9 2 3 2 生物體內(nèi)細胞色素p 4 5 0 酶代謝手性化合物的立體選擇性 細胞色素p 4 5 0 c y p 4 5 0 是一類含血紅素蛋白的超基因家族 廣泛存在于微 生物 動物及植物的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上 能夠氧化代謝許多外源化合物質(zhì)如藥物 致癌 物質(zhì) 殺蟲劑 除草劑等 也能夠代謝甾類 前列腺素 脂肪酸等內(nèi)源性化合物 i l i a 2 0 0 5 c y p 4 5 0 代謝手性化合物具有立體選擇性 這種立體選擇性主要表 現(xiàn)在兩個方面 底物的手性選擇性和代謝產(chǎn)物的差異性 如嚴小峰等在人肝 c y p 4 5 0 轉(zhuǎn)基因細胞s 9 中發(fā)現(xiàn)普萘洛爾經(jīng)c y p 2 c 18 有s 體優(yōu)先代謝的選擇性 而經(jīng)c y p 2 c 9 有r 體優(yōu)先代謝的選擇性 嚴小峰 2 0 0 3 n e g a r 等在研究抗瘧 疾藥 士 h a l o f a n t r i n e h f 在鼠微粒體的體外代謝轉(zhuǎn)化為d e s b u t y l h a l o f a n t r i n e d h f 中 發(fā)現(xiàn)在肝微粒體中 士 d h f 具有顯著差異 一 d h f 超過 一d h f 比例是 1 4 g h a r a v i 2 0 0 7 o r a c i n 是一種潛在的細胞抑制劑 c y p l a 是參與o r a c i n 代 謝為1 1 d i h y d r o o r a c i n d h o 要酶 具有空間專一性 并且這種專一效應受到物 種 年齡和性別的影響 s k a l o v a 等發(fā)現(xiàn)新鮮的雌鼠肝微粒體中 d h o 有較高 浙江大學碩士學位論文 的產(chǎn)量 比例是6 3 3 7 s k a l o v a 2 0 0 0 手性化合物對映體的代謝途徑不同 導致代謝產(chǎn)物表現(xiàn)手性差異性i 這與生 物體內(nèi)酶的結(jié)構(gòu)和與底物的結(jié)合位點以及二者的反應方式不同有關(guān) 2 芳基丙酸 類非活性的r 對映體可轉(zhuǎn)為具有藥物活性的s 對映體 c a l d w e l l 1 9 9 5 雷 貝拉唑在無酶催化下被還原成雷貝拉唑硫醚 在c y p 3 a 4 介導的代謝逆轉(zhuǎn)作用 下的主要產(chǎn)物是 r 雷貝拉唑 m i u r ae ta l 2 0 0 6 t a s a k i 等 t a s a k i 1 9 9 8 在研究 狗的肝微粒體體外代謝心安得中發(fā)現(xiàn) s 心安得的氧化作用主要是4 羥基化作 用 r 心安得的氧化作用主要是n 位去異丙基化作用 c y p 2 d 1 5 是s 心安 得的4 5 羥基化的主要代謝酶 z h u z h u 2 0 0 3 在小鼠的肝微粒體的孵育實 驗中發(fā)現(xiàn)黃皮酰胺 c l a u s e n a m i d e c l a 對映體主要轉(zhuǎn)化成了4 羥基 5 羥基 7 羥基的代謝產(chǎn)物 4 一羥基c l a 是 一3 r 4 s 5 s 6 r c l a c l a 的 f 要代 謝產(chǎn)物 7 羥基c l a 是 一3 s 4 r 5 r 6 s c l a 一c l a 的主要產(chǎn)物 手性化合物的對映體之間也可能發(fā)生相互作用 t o t a h 等 t o t a h 2 0 0 7 研究c y p 2 8 6 代謝美沙酮時 當美沙酮以外消旋的形式給藥時 其n 位甲基化的速度 比兩種對映體單獨給藥時的速度慢 主要是兩種對映體在n 位甲基化作用中與 酶的兩個活性位點出現(xiàn)競爭性抑制作用 其中s 美沙酮對r 美沙酮的n 位甲基 化的抑制作用比r 一美沙酮對s 美沙酮的抑制作用大 c y p 4 5 0 是一個龐大的基因家族 它的同功酶的類型在不同的物種 同一物 種的不同個體乃至同一生物個體的不同器官組織的分布中都有很大的差異性 比 如人的c y p 2 c 8 c y p 2 c 9 c y p 2 c 1 9 c y p 2 e 1 c y p 3 a 4 c y p 3 a 5 c y p 2 a 6 和c y p 2 8 6 不僅能夠參與藥物的代謝 還參與非藥物的環(huán)境毒物的代謝 c y p 2 e 1 能夠代謝小分子物質(zhì) 如苯 溴乙烷 氯乙烯 另七種同功酶能夠代謝大分子 1 5 0 4 0 0 d a 的環(huán)境毒物 曾蘇 2 0 0 4 e l i z a b e t h 2 0 0 8 2 3 3 生物體內(nèi)谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶代謝手性化合物的立體選擇性 谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶 g s t 是主要參與途徑i i 反應的多功能酶 此類酶存在于高 等生物發(fā)育的每個階段 它們催化一系列疏水 親電子化合物的綴合作用 其功 能是保護細胞免受氧化傷害 對大多數(shù)外源及內(nèi)源化合物在生物體內(nèi)的代謝起重 要作用 蘇少泉 2 0 0 3 g s t 對手性化合物的選擇性代謝 使得手性化合物與g s h 結(jié)合時反應速度不一致 從而出現(xiàn)不同對映體的代謝速度和代謝產(chǎn)物的不同 如 漸江大學碩士學位論文 注射小鼠同樣量的 r 4 h y d r o x y 一2 一n o n e n a l 和 s 4 h y d r o x y 2 一n o n e n a l r 對映體 與g s h 結(jié)合的主要代謝產(chǎn)物3 m e r c a p t u r i ca c i d1 4 d i h y d r o x y n o n a n e k s 對映體產(chǎn) 生量多 g s t 對這手性化合物的代謝有選擇性 使得這種手性化合物的不同對映 體與g s h 結(jié)合的反應速率不同 g u7 e r a u d 2 0 0 5 g s t 酶催化的底物具有多樣性 并不是所有的手性化合物在代謝過程中都具有手性選擇性和區(qū)位選擇性 通過生 物和化學的方法可以對酶進行改造 提高其手性選擇性 從而有選擇的代謝手性 化合物的一種對映體 i v a r s s o ny 等對人類g s tm 1 1 的氨基酸殘基進行定點突變 和化學修飾后提高了g s h 與1 一苯基 1 2 一環(huán)氧丙烷 1 p h e n y l p r o p y l e n e o x i d e 和氧 化苯乙烯 s t y r e n e 7 8 o x i d e 結(jié)合的手性選擇 生 i v a r s s o n 2 0 0 7 3 手性農(nóng)藥研究進展 雖然手性農(nóng)藥的對映體在非手性環(huán)境中表現(xiàn)出相同的物理和化學性質(zhì) 但是 在生物系統(tǒng)中會表現(xiàn)出不同的生物活 生 q i a n 2 0 0 9 y e 2 0 0 9 手性農(nóng)藥常常在 植物的生化過程中表現(xiàn)出手性選擇性 研究手性農(nóng)藥與植物之間的相互作用機 制 不僅可以說明手性農(nóng)藥的生物化學行為 對植物的選擇性作用 并在植物修 復手性污染物方面也有很廣闊的應用前景 然而 當前關(guān)于手性化合物的手性選 擇性和毒性效應的研究主要局限于對動物或昆蟲的研究 涉及植物研究的比較少 l i u 2 0 0 9 因此 評價手性化合物尤其是手性除草劑對植物的選擇性和生態(tài)毒 理效應 能夠為手性除草劑的安全使用和手性污染物的植物修復提供科學的理論 依據(jù) 4 異丙甲草胺及其s 對映體的研究進展 4 1 異丙甲草胺概述 目前 在我國登記生產(chǎn)的除草劑按化學結(jié)構(gòu)可分為苯氧羧酸類 三嗪類 酰 胺類 磺酰脲類等共計1 2 類 約1 1 4 個品種 酰胺類除草劑除草活性較高 在 我國的生產(chǎn)量較大 應用較為廣泛 1 9 9 9 年丁草胺用量約為5 9 0 7 噸 乙草胺用 量約達5 7 1 5 噸 異丙甲草胺用量6 5 5 噸 其中 異丙甲草胺作為一種重要的酰 胺類農(nóng)藥 因其適應性廣 使用作物范圍寬等特點廣泛使用在全世界范圍內(nèi)的 浙江大學碩士學位論文 7 0 多種作物上 此外異丙甲草胺還可以與其他除草劑復配使用 目前市場上的 異丙甲草胺產(chǎn)品主要有兩種 一種是外消旋異丙甲 胺 r a c m e t o l a c h l o r r k m t 又稱都爾 稻樂思 其中r 和s 以相同的比例存在 另一種是富集了s 對映體的 產(chǎn)品 稱s 異丙甲草胺 s m e t o l a c h l o r s m t 精異丙甲草胺或金都爾 圖1 2 c h 3 o c h 3 h 2 c i o h f 鄉(xiāng)c h 2 0 c h 3 c h 3 s 一對映體r 對映體 圖1 2 異丙甲草胺的對映體結(jié)構(gòu)圖 f i g u r e1 2i s o m e r i cf o r m so fm e t o l a c h l o r 異丙甲草胺最初是以外消旋的形式引進市場 1 9 8 2 年發(fā)現(xiàn)這種除草劑的活性 9 5 來自于其兩個 1 s 非對映異構(gòu)體 b l a s e r 2 0 0 7 含有9 0 1 s 對映體的除草 劑可以產(chǎn)生相同的生物效應 用量只相當于6 5 的外消旋的年生產(chǎn)劑量 1 9 9 7 年 瑞士諾華作物保護公司將富集s 異丙甲草胺的產(chǎn)品投入市