氟喹诺酮类抗生素在鲫鱼肝微粒体中的代谢
发布时间：2021-06-07 21:01
氟喹诺酮类抗生素（Fluoroquinolones,FQs）是一类人类和动物通用的抗菌药物,随着FQs的广泛应用,使其在环境中大量残留。在环境中残留的FQs会通过进食、呼吸、皮肤接触等方式进入生物体内,会在生物体内发生代谢转化,影响其生态毒性。目前,关于FQs的生物代谢研究大多是关于其在生物体内的代谢转化,对其体外代谢研究较少。在体内实验中外界环境、机体健康状况等因素的影响较大,而体外实验不仅能够减少体内实验中复杂的干扰因素,还能够直接观察酶对污染物的代谢转化过程,更容易发现代谢过程中的活性中间体。因此,本研究选择恩诺沙星（Enrofloxacin,ENR）和依诺沙星（Enoxacin,ENO）这两种常用的FQs为目标化合物,选择体外孵育的方式,探究了ENR和ENO的体外代谢转化过程,希望能够为探索FQs在水生生物体内的代谢转化机理提供数据支持。主要研究内容及结果如下:（1）在体外孵育的条件下,探究了ENR和ENO的代谢动力学过程。结果显示,当ENR和ENO暴露浓度为1 mg/L、5 mg/L和10 mg/L时,ENR和ENO体外代谢均满足一级动力学方程,当ENR和ENO暴露浓度为1 ...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
FQs的来源与迁移
CYP450酶是一类庞大的家族酶系,其结构如图1.4所示,目前已经发现的超过2000种CYP450基因,科学家Nelson等人[68]根据CYP450酶基因表达的氨基酸序列的同源性制定了CYP450的命名规则,通过家族(family)、亚族(subfamily)和种(species)三级法将CYP450酶分类命名。当CYP450酶基因的同源性大于40%时,认为它们属于同一个家族,用阿拉伯数字来表示,例如CYP1和CYP2是表示CYP450酶的两个家族;进一步如果同源性超过55%,则认为它们属于同一个家族下的同一亚族,表示方法如CYP1A和CYP1B等;为了区分不同的酶个体,在CYP450酶的同一个亚族内,根据CYP450酶基因确定的顺序,用阿拉伯数字将CYP450酶编序,例如CYP1A2、CYP2B6等。CYP450酶活性中的结构如下图1.4所示,由于蛋白质种类和结构的多样性使得CYP450酶有丰富的种类,CYP450酶在生物体内有着重要的地位。CYP450酶在自然界分布广泛,在人类、动物、植物、微生物体内都有CYP450的存在,由于其在不同物种之间的广泛分布,按照命名规则进一步又将CYP450分为:动物CYP450(CYP1~CYP49,CYP301~CYP499),低等真核生物CYP450(CYP51~CYP69,CYP501~CYP699),植物CYP450(CYP71~CYP99,CYP701~CYP999)和微生物CYP450(CYP101~CYP99)[69]。还可根据CYP450酶在细胞内存在的位置将其分为细胞核包膜P450、线粒体P450和微粒体P450。其中微粒体P450是参与大多数药物代谢的重要酶类,其主要存在与肝脏中,在肝脏中含量最为丰富,使肝脏成为了生物体内重要的解毒器官[70]。
CYP450酶是一种单加氧酶,在CYP450酶的作用下,能够将氧分子(O2)中的一个氧原子转移到底物分子上,另一个氧原子还原成水。CYP450酶单加氧过程的总体的反应方程式为:RH+O2+H++NADPH→ROH+H2O+NADP+(RH表示底物分子)。在实际情况中,CYP450催化反应的过程是十分复杂的,在生物体所在的环境不同,CYP450催化反应会受到一定的影响,且不同生物之间的种族差异以及反应发生与生物体不同器官都会使CYP450催化机制略有不同。CYP450酶催化循环过程如图1.5所示。CYP450酶活性中心首先与底物分子结合,酶的空间结构发生改变,形成酶与底物的复合物;接下来复合物接收电子,与分子氧结合,形成过氧复合物;此时,复合物能够迅速地接收活性空腔中一个质子H+,生成氢过氧化合物;进一步接收酶环境中的质子H+,产生一分子水和高价铁氧的复合物;高价铁氧的复合物将底物分子氧化,生成羟基化产物,产物的释放伴随着水分子的平衡作用,CYP450变回到常态结构,完成催化循环过程。当体系内不含分子氧时,可以通过过氧化物来为反应体系提供氧原子,将过氧化物中的氧原子加入到底物分子中,使底物发生羟基化反应。在CYP450催化循环过程中还会存在着活性氧分子(reactive oxygen species,ROS)的生成,生物体内过量的ROS,会对生物体健康产生威胁,过量的ROS会引起生物体内生物膜损伤、蛋白质损伤和核酸损伤,过量的ROS还可能会引起生物体内器官功能异常,甚至引起生物的组织病变[71],因此,污染物在CYP450酶作用下的代谢转化过程中活性氧的生成十分值得我们关注。CYP450酶的化学本质是一类含有血红素和硫羟基的蛋白质,蛋白质的结构多样性使得CYP450酶的结构和性质类似,但其功能又略有差异。CYP450酶的底物非常丰富多样,致癌物、农药、抗氧化剂等都能在CYP450酶的作用下发生代谢转化,目前已知的CYP450酶的底物有超过1000种[72],除了一些位于线粒体的CYP450酶对底物有高度的选择性外,大多数参与污染物代谢的CYP450酶的底物是交叉重叠的。蛋白质结构的多样性以及CYP450酶底物的交叉重叠性,使得CYP450酶催化的反应类型也是丰富多样的,在生物体内起十分重要的作用。CYP450酶催化反应类型如图1.6所示,主要包括烷烃羟基化、烯烃环氧化、芳香族羟基化、N-脱甲基化、氧化脱卤等多种反应类型。催化反应类型的丰富多样,是CYP450酶在污染物的生物代谢转化过程有着至关重要的作用的原因之一,还凸显了CYP450酶在生物体内的重要性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]恩诺沙星在水生生物体内代谢产物的分析[J]. 赵洪霞,陈默,权文娜,刘婉玉,陈景文. 环境科学与技术. 2018(10)
[2]氟喹诺酮类抗生素在农业紫色土中的吸附研究[J]. 王畅,李余杰,张智,姚娟娟,卢鹏,杨潞,翁张帆. 土壤. 2018(05)
[3]羟基自由基引起的脱氧核糖核酸损伤分析[J]. 李建华. 中国高新科技. 2018(01)
[4]药物转运体和代谢酶在抗生素药动学中的作用[J]. 朱艳娜,刘克辛. 药物评价研究. 2017(09)
[5]恩诺沙星对脊尾白虾APND、ECOD和GST活性的影响[J]. 翟倩倩,李健. 海洋科学. 2017(02)
[6]增效醚对二化螟幼虫7-乙氧基香豆素-O-脱乙基酶和羧酸酯酶活性的影响[J]. 李阳,史雪岩,高希武. 昆虫学报. 2016(11)
[7]环丙沙星在盐碱土中吸附特性的研究[J]. 边炜涛,马秀兰,王富民,张力媛,任力洁,王玉军,高迪. 农业环境科学学报. 2016(10)
[8]液相色谱-四级杆/线性离子阱复合质谱法分析恩诺沙星在海参体内的代谢产物[J]. 邢丽红,孙伟红,李兆新,孙晓杰,彭吉星,付树林,郭江涛. 现代食品科技. 2017(01)
[9]氟喹诺酮类抗生素环境行为及其生态毒理研究进展[J]. 孟磊,杨兵,薛南冬. 生态毒理学报. 2015(02)
[10]1-（4-溴苄基）-1-（4-溴苄氧基）脲药代动力学和体外代谢的研究[J]. 李文,麦曦,胡晓. 中国临床药理学杂志. 2013(09)
博士论文
[1]松花江流域哈尔滨段典型抗生素的归趋及风险政价[D]. 王伟华.东北林业大学 2018
[2]P450酶活性中心催化有机阻燃剂和多环芳烃转化机制的计算模拟[D]. 傅志强.大连理工大学 2017
[3]典型氟喹诺酮类抗生素在高岭土上吸附特征的实验研究[D]. 李艳丹.中国地质大学(北京) 2017
[4]干扰素对猪肝脏关键药物代谢酶CYP3A29的表达调控研究[D]. 李筱雯.华中农业大学 2014
[5]典型溴代阻燃剂在鲫鱼体内与体外代谢研究[D]. 沈梦楠.南京大学 2012
[6]罗红霉素代谢机理及种属差异研究[D]. 张淑秋.沈阳药科大学 2003
硕士论文
[1]喹诺酮药物对异育银鲫P450酶系的影响及3A亚型克隆[D]. 胡晓.四川农业大学 2010
[2]恩诺沙星在异育银鲫肝微粒体中代谢及对P450主要亚酶影响的初步研究[D]. 贾娴.四川农业大学 2009
本文编号：3217302
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
FQs的来源与迁移
CYP450酶是一类庞大的家族酶系,其结构如图1.4所示,目前已经发现的超过2000种CYP450基因,科学家Nelson等人[68]根据CYP450酶基因表达的氨基酸序列的同源性制定了CYP450的命名规则,通过家族(family)、亚族(subfamily)和种(species)三级法将CYP450酶分类命名。当CYP450酶基因的同源性大于40%时,认为它们属于同一个家族,用阿拉伯数字来表示,例如CYP1和CYP2是表示CYP450酶的两个家族;进一步如果同源性超过55%,则认为它们属于同一个家族下的同一亚族,表示方法如CYP1A和CYP1B等;为了区分不同的酶个体,在CYP450酶的同一个亚族内,根据CYP450酶基因确定的顺序,用阿拉伯数字将CYP450酶编序,例如CYP1A2、CYP2B6等。CYP450酶活性中的结构如下图1.4所示,由于蛋白质种类和结构的多样性使得CYP450酶有丰富的种类,CYP450酶在生物体内有着重要的地位。CYP450酶在自然界分布广泛,在人类、动物、植物、微生物体内都有CYP450的存在,由于其在不同物种之间的广泛分布,按照命名规则进一步又将CYP450分为:动物CYP450(CYP1~CYP49,CYP301~CYP499),低等真核生物CYP450(CYP51~CYP69,CYP501~CYP699),植物CYP450(CYP71~CYP99,CYP701~CYP999)和微生物CYP450(CYP101~CYP99)[69]。还可根据CYP450酶在细胞内存在的位置将其分为细胞核包膜P450、线粒体P450和微粒体P450。其中微粒体P450是参与大多数药物代谢的重要酶类,其主要存在与肝脏中,在肝脏中含量最为丰富,使肝脏成为了生物体内重要的解毒器官[70]。
CYP450酶是一种单加氧酶,在CYP450酶的作用下,能够将氧分子(O2)中的一个氧原子转移到底物分子上,另一个氧原子还原成水。CYP450酶单加氧过程的总体的反应方程式为:RH+O2+H++NADPH→ROH+H2O+NADP+(RH表示底物分子)。在实际情况中,CYP450催化反应的过程是十分复杂的,在生物体所在的环境不同,CYP450催化反应会受到一定的影响,且不同生物之间的种族差异以及反应发生与生物体不同器官都会使CYP450催化机制略有不同。CYP450酶催化循环过程如图1.5所示。CYP450酶活性中心首先与底物分子结合,酶的空间结构发生改变,形成酶与底物的复合物;接下来复合物接收电子,与分子氧结合,形成过氧复合物;此时,复合物能够迅速地接收活性空腔中一个质子H+,生成氢过氧化合物;进一步接收酶环境中的质子H+,产生一分子水和高价铁氧的复合物;高价铁氧的复合物将底物分子氧化,生成羟基化产物,产物的释放伴随着水分子的平衡作用,CYP450变回到常态结构,完成催化循环过程。当体系内不含分子氧时,可以通过过氧化物来为反应体系提供氧原子,将过氧化物中的氧原子加入到底物分子中,使底物发生羟基化反应。在CYP450催化循环过程中还会存在着活性氧分子(reactive oxygen species,ROS)的生成,生物体内过量的ROS,会对生物体健康产生威胁,过量的ROS会引起生物体内生物膜损伤、蛋白质损伤和核酸损伤,过量的ROS还可能会引起生物体内器官功能异常,甚至引起生物的组织病变[71],因此,污染物在CYP450酶作用下的代谢转化过程中活性氧的生成十分值得我们关注。CYP450酶的化学本质是一类含有血红素和硫羟基的蛋白质,蛋白质的结构多样性使得CYP450酶的结构和性质类似,但其功能又略有差异。CYP450酶的底物非常丰富多样,致癌物、农药、抗氧化剂等都能在CYP450酶的作用下发生代谢转化,目前已知的CYP450酶的底物有超过1000种[72],除了一些位于线粒体的CYP450酶对底物有高度的选择性外,大多数参与污染物代谢的CYP450酶的底物是交叉重叠的。蛋白质结构的多样性以及CYP450酶底物的交叉重叠性,使得CYP450酶催化的反应类型也是丰富多样的,在生物体内起十分重要的作用。CYP450酶催化反应类型如图1.6所示,主要包括烷烃羟基化、烯烃环氧化、芳香族羟基化、N-脱甲基化、氧化脱卤等多种反应类型。催化反应类型的丰富多样,是CYP450酶在污染物的生物代谢转化过程有着至关重要的作用的原因之一,还凸显了CYP450酶在生物体内的重要性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]恩诺沙星在水生生物体内代谢产物的分析[J]. 赵洪霞,陈默,权文娜,刘婉玉,陈景文. 环境科学与技术. 2018(10)
[2]氟喹诺酮类抗生素在农业紫色土中的吸附研究[J]. 王畅,李余杰,张智,姚娟娟,卢鹏,杨潞,翁张帆. 土壤. 2018(05)
[3]羟基自由基引起的脱氧核糖核酸损伤分析[J]. 李建华. 中国高新科技. 2018(01)
[4]药物转运体和代谢酶在抗生素药动学中的作用[J]. 朱艳娜,刘克辛. 药物评价研究. 2017(09)
[5]恩诺沙星对脊尾白虾APND、ECOD和GST活性的影响[J]. 翟倩倩,李健. 海洋科学. 2017(02)
[6]增效醚对二化螟幼虫7-乙氧基香豆素-O-脱乙基酶和羧酸酯酶活性的影响[J]. 李阳,史雪岩,高希武. 昆虫学报. 2016(11)
[7]环丙沙星在盐碱土中吸附特性的研究[J]. 边炜涛,马秀兰,王富民,张力媛,任力洁,王玉军,高迪. 农业环境科学学报. 2016(10)
[8]液相色谱-四级杆/线性离子阱复合质谱法分析恩诺沙星在海参体内的代谢产物[J]. 邢丽红,孙伟红,李兆新,孙晓杰,彭吉星,付树林,郭江涛. 现代食品科技. 2017(01)
[9]氟喹诺酮类抗生素环境行为及其生态毒理研究进展[J]. 孟磊,杨兵,薛南冬. 生态毒理学报. 2015(02)
[10]1-（4-溴苄基）-1-（4-溴苄氧基）脲药代动力学和体外代谢的研究[J]. 李文,麦曦,胡晓. 中国临床药理学杂志. 2013(09)
博士论文
[1]松花江流域哈尔滨段典型抗生素的归趋及风险政价[D]. 王伟华.东北林业大学 2018
[2]P450酶活性中心催化有机阻燃剂和多环芳烃转化机制的计算模拟[D]. 傅志强.大连理工大学 2017
[3]典型氟喹诺酮类抗生素在高岭土上吸附特征的实验研究[D]. 李艳丹.中国地质大学(北京) 2017
[4]干扰素对猪肝脏关键药物代谢酶CYP3A29的表达调控研究[D]. 李筱雯.华中农业大学 2014
[5]典型溴代阻燃剂在鲫鱼体内与体外代谢研究[D]. 沈梦楠.南京大学 2012
[6]罗红霉素代谢机理及种属差异研究[D]. 张淑秋.沈阳药科大学 2003
硕士论文
[1]喹诺酮药物对异育银鲫P450酶系的影响及3A亚型克隆[D]. 胡晓.四川农业大学 2010
[2]恩诺沙星在异育银鲫肝微粒体中代谢及对P450主要亚酶影响的初步研究[D]. 贾娴.四川农业大学 2009
本文编号：3217302
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