氟喹諾酮類抗生素（Fluoroquinolones,FQs）是一類人類和動物通用的抗菌藥物,隨著FQs的廣泛應(yīng)用,使其在環(huán)境中大量殘留。在環(huán)境中殘留的FQs會通過進(jìn)食、呼吸、皮膚接觸等方式進(jìn)入生物體內(nèi),會在生物體內(nèi)發(fā)生代謝轉(zhuǎn)化,影響其生態(tài)毒性。目前,關(guān)于FQs的生物代謝研究大多是關(guān)于其在生物體內(nèi)的代謝轉(zhuǎn)化,對其體外代謝研究較少。在體內(nèi)實驗中外界環(huán)境、機體健康狀況等因素的影響較大,而體外實驗不僅能夠減少體內(nèi)實驗中復(fù)雜的干擾因素,還能夠直接觀察酶對污染物的代謝轉(zhuǎn)化過程,更容易發(fā)現(xiàn)代謝過程中的活性中間體。因此,本研究選擇恩諾沙星（Enrofloxacin,ENR）和依諾沙星（Enoxacin,ENO）這兩種常用的FQs為目標(biāo)化合物,選擇體外孵育的方式,探究了ENR和ENO的體外代謝轉(zhuǎn)化過程,希望能夠為探索FQs在水生生物體內(nèi)的代謝轉(zhuǎn)化機理提供數(shù)據(jù)支持。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:（1）在體外孵育的條件下,探究了ENR和ENO的代謝動力學(xué)過程。結(jié)果顯示,當(dāng)ENR和ENO暴露濃度為1 mg/L、5 mg/L和10 mg/L時,ENR和ENO體外代謝均滿足一級動力學(xué)方程,當(dāng)ENR和ENO暴露濃度為1 ... 

【文章來源】：大連理工大學(xué)遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

FQs的來源與遷移

CYP450酶是一類龐大的家族酶系,其結(jié)構(gòu)如圖1.4所示,目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的超過2000種CYP450基因,科學(xué)家Nelson等人[68]根據(jù)CYP450酶基因表達(dá)的氨基酸序列的同源性制定了CYP450的命名規(guī)則,通過家族(family)、亞族(subfamily)和種(species)三級法將CYP450酶分類命名。當(dāng)CYP450酶基因的同源性大于40%時,認(rèn)為它們屬于同一個家族,用阿拉伯?dāng)?shù)字來表示,例如CYP1和CYP2是表示CYP450酶的兩個家族;進(jìn)一步如果同源性超過55%,則認(rèn)為它們屬于同一個家族下的同一亞族,表示方法如CYP1A和CYP1B等;為了區(qū)分不同的酶個體,在CYP450酶的同一個亞族內(nèi),根據(jù)CYP450酶基因確定的順序,用阿拉伯?dāng)?shù)字將CYP450酶編序,例如CYP1A2、CYP2B6等。CYP450酶活性中的結(jié)構(gòu)如下圖1.4所示,由于蛋白質(zhì)種類和結(jié)構(gòu)的多樣性使得CYP450酶有豐富的種類,CYP450酶在生物體內(nèi)有著重要的地位。CYP450酶在自然界分布廣泛,在人類、動物、植物、微生物體內(nèi)都有CYP450的存在,由于其在不同物種之間的廣泛分布,按照命名規(guī)則進(jìn)一步又將CYP450分為:動物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]。還可根據(jù)CYP450酶在細(xì)胞內(nèi)存在的位置將其分為細(xì)胞核包膜P450、線粒體P450和微粒體P450。其中微粒體P450是參與大多數(shù)藥物代謝的重要酶類,其主要存在與肝臟中,在肝臟中含量最為豐富,使肝臟成為了生物體內(nèi)重要的解毒器官[70]。

CYP450酶是一種單加氧酶,在CYP450酶的作用下,能夠?qū)⒀醴肿?O2)中的一個氧原子轉(zhuǎn)移到底物分子上,另一個氧原子還原成水。CYP450酶單加氧過程的總體的反應(yīng)方程式為:RH+O2+H++NADPH→ROH+H2O+NADP+(RH表示底物分子)。在實際情況中,CYP450催化反應(yīng)的過程是十分復(fù)雜的,在生物體所在的環(huán)境不同,CYP450催化反應(yīng)會受到一定的影響,且不同生物之間的種族差異以及反應(yīng)發(fā)生與生物體不同器官都會使CYP450催化機制略有不同。CYP450酶催化循環(huán)過程如圖1.5所示。CYP450酶活性中心首先與底物分子結(jié)合,酶的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,形成酶與底物的復(fù)合物;接下來復(fù)合物接收電子,與分子氧結(jié)合,形成過氧復(fù)合物;此時,復(fù)合物能夠迅速地接收活性空腔中一個質(zhì)子H+,生成氫過氧化合物;進(jìn)一步接收酶環(huán)境中的質(zhì)子H+,產(chǎn)生一分子水和高價鐵氧的復(fù)合物;高價鐵氧的復(fù)合物將底物分子氧化,生成羥基化產(chǎn)物,產(chǎn)物的釋放伴隨著水分子的平衡作用,CYP450變回到常態(tài)結(jié)構(gòu),完成催化循環(huán)過程。當(dāng)體系內(nèi)不含分子氧時,可以通過過氧化物來為反應(yīng)體系提供氧原子,將過氧化物中的氧原子加入到底物分子中,使底物發(fā)生羥基化反應(yīng)。在CYP450催化循環(huán)過程中還會存在著活性氧分子(reactive oxygen species,ROS)的生成,生物體內(nèi)過量的ROS,會對生物體健康產(chǎn)生威脅,過量的ROS會引起生物體內(nèi)生物膜損傷、蛋白質(zhì)損傷和核酸損傷,過量的ROS還可能會引起生物體內(nèi)器官功能異常,甚至引起生物的組織病變[71],因此,污染物在CYP450酶作用下的代謝轉(zhuǎn)化過程中活性氧的生成十分值得我們關(guān)注。CYP450酶的化學(xué)本質(zhì)是一類含有血紅素和硫羥基的蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)多樣性使得CYP450酶的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)類似,但其功能又略有差異。CYP450酶的底物非常豐富多樣,致癌物、農(nóng)藥、抗氧化劑等都能在CYP450酶的作用下發(fā)生代謝轉(zhuǎn)化,目前已知的CYP450酶的底物有超過1000種[72],除了一些位于線粒體的CYP450酶對底物有高度的選擇性外,大多數(shù)參與污染物代謝的CYP450酶的底物是交叉重疊的。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性以及CYP450酶底物的交叉重疊性,使得CYP450酶催化的反應(yīng)類型也是豐富多樣的,在生物體內(nèi)起十分重要的作用。CYP450酶催化反應(yīng)類型如圖1.6所示,主要包括烷烴羥基化、烯烴環(huán)氧化、芳香族羥基化、N-脫甲基化、氧化脫鹵等多種反應(yīng)類型。催化反應(yīng)類型的豐富多樣,是CYP450酶在污染物的生物代謝轉(zhuǎn)化過程有著至關(guān)重要的作用的原因之一,還凸顯了CYP450酶在生物體內(nèi)的重要性。

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3217302