文档介绍：第三章毒物的生物转运与转化
            第一节毒物的生物转运
一、基本概念
外源化学物与机体接触、吸收、分布、代谢和排泄的过程称为外源化合物的生物转运,也称作毒物的生物转运。外源化学物由机体接触到入血液的过程称为吸收,通过血流分散到全身组织细胞中为分布。在组织细胞中,外源化学物经各种酶系的催化,发生化学结构与物理性质的变化的这一过程称为代谢。代谢产物和一部分未经代谢的母体化学物排除体外的过程为排泄。外源化学物的清除是代谢过程和排泄过程的综合结果。转运过程中外源化学物的存在方式多不发生改变。
二、生物膜与生物转运方式
生物膜是一种可塑的、具有流动性的、脂质与蛋白镶嵌的双层结构。生物膜在结构上有三个特点与外源化学物转运密切相关:1、生物膜双层结构的主要成分为各种脂质(磷脂、糖脂、胆固醇),其溶点低于正常体温,在正常情况下维持生物膜为可流动的液体状态。这种脂质成分对于水溶性化学物具有屏障作用。2、镶嵌在脂质中的蛋白成分可以起到载体和特殊通道作用,使某些水溶性化学物得以通过生物膜。3、生物膜上分布有很多直径为2A-4A的微孔,它们是某些水溶性小分子化学物的通道。
生物转运的方式有:被动转运(passive transport)、特殊转运(special transport)和膜动转运(cytosis)。
(一)被动转运
被动转运的特点是转运过程中生物膜不具有主动性,不消耗能量,被转运的物质只能从高浓度流入低浓度。被动转运中最主要的方式是简单扩散和滤过。
1、简单扩散(simple diffusion)外源化学物大部分是具有一定脂溶性的大分子有机化合物,可首先溶解于膜的脂质成分而后扩散到另一侧。简单扩散过程可受下列因素的影响:(1)生物膜两侧的浓度差:浓度差越大,扩散越快。如氧的气体分子由肺泡及毛细血管进入血液和CO2由血液进入肺泡细胞的过程,主要靠浓度差起作用。(2)外源化学物在脂质中的溶解度:溶解度可用脂/水分配系数表示,即一种物质在脂相和水相的分配已达到平衡状态时的分配率比值称为脂/水分配系数。脂/水分配系数越大,越容易在脂肪中溶解,也越易透过生物膜。但由于生物膜中还含有水相,在生物转运过程中,外源化学物既要透过脂相,也要透过水相,因此脂水分配系数在1左右者,更易进行简单扩散。(
3)外源化学物的电离状态:化合物分子在水溶液中分解成为带电荷离子的过程称为电离。离子型的化合物不易透过生物膜的脂质结构区。而化合物的电离状态既受其本身的电离常数(电离部分与未电离部分平衡时的常数)的影响,也受其所在溶液的pH影响。弱酸性化学物在酸性介质中非离子型多,在碱性介质中离子型多;弱碱性化学物在酸性介质中离子型多,而在碱性介质中非离子型多。
这一关系可用下式表示:
弱酸性化学物:[离子型]/[非离子型] =10pH-Pka
弱碱性化学物:[离子型]/[非离子型] =10 Pka –pH
pKa是化学物在溶液中50%离子化的pH值,为化学物固有定值。例如:在pH=1的介质中,苯甲酸完全不电离,最易透过生物膜,pH=4则50%离解;在pH=7的介质中完全电离,不能透过生物膜。
2、滤过(filtration)滤过是水溶性物质随同水分子经生物膜的孔状结构而透过生物膜的过程。凡分子大小和电荷与膜上孔状结构相适应的溶质皆可滤过转运,转运的动力为生物膜两侧的流体静压梯度差和渗透压差。此种孔状结构为亲水性孔道,不同组织生物膜孔道的直径不同。肾小球的孔道直径较大,约为70nm,分子量为60,000以上的蛋白质分子不能透过,较小的分子皆可透过。肠道上皮细胞和肥大细胞膜上孔道直径较小,,分子量小于200的化合物方可以通过。一般细胞孔道直径在4nm以下,所以除水分子可以通过外,有些无机离子和有机离子等外源化学物,亦可滤过。
(二)特殊转运
特殊转运指有一定的载体,具有较强的专一性,有一定的选择性和主动性,生物膜主动选择某种机体需要或由机体排出的物质进行的转运。特殊转运分主动转运和易化扩散。
1、主动转运(active transport)主动转运的主要特点是可逆浓度梯度进行转运,转运过程消耗能量的转运方式。能量来自细胞代谢活动所产生的代谢能(ATP)的释放。许多外源化学物的代谢产物经由肾脏和肝脏排出,主要是借助主动转运。机体需要的某些营养物质,例如某些糖类、氨基酸、核酸和无机盐等由肠道吸收进入血液的过程,必须通过主动转运逆浓度梯度吸收。
2、促进扩散(facilitated diffusion)促进扩散的特点是需要载体,顺浓度梯度由高浓度向低浓度而且不需要细胞供给能量的扩散性转运。葡萄糖、某些氨基酸、甘油、嘌呤碱等亲水化合物,由于不溶于脂肪,不能借助简单扩散进转运,所以可在