Chương 2 PHÂN LOẠI CHẤT ĐỘC VÀ CÁC ẢNH HƯỞNG ĐỘC
2.2. Phân loại các ảnh hưởng có hại của hoá chất
2.2.3. Tính độc chọn lọc
Tính độc chọn lọc có nghĩa là hoá chất gây thương tổn đối với loài sinh vật này mà không gây hại đối với loài sinh vật kia ngay khi cả hai cùng tiếp xúc. Tính độc chọn lọc sinh ra chủ yếu qua sự phân bố và sinh hoá so sánh.
Cơ chế phân bố chọn lọc
Ví dụ đầu tiên của cơ chế phân bố chọn lọc là sự diệt vi khuẩn của chất kháng sinh. Tetraxilin được tích luỹ bởi vi khuẩn mà không phải bởi tế bào động vật có vú, kết quả là sự tổng hợp protein bị ức chế mãnh liệt trong vi khuẩn và dẫn tới chết. Sự phá huỷ tế bào đặc trưng riêng thận (tế bào hình ống) gây ra bởi urani bicacbonat. Hợp chất này được bài tiết bởi thận bằng lọc qua tiểu cầu, và urani bicacbonat ở trong các tiểu quản được giải hấp, các ion uranyl tự do được giải phóng, kết hợp với các tế bào ống gây ra tính độc chọn lọc ống thận. Một thí dụ khác về sự khoá chu trình axit xitric của floaxetat (hình 2.3).
Như chỉ ra ở hình 2.3, cacbohiđrat và chất béo là nguồn nhiên liệu, qua chuỗi chuyển hoá đến axetyl CoA, dùng cho các quá trình năng lượng của chu trình axit xitric.
Chu trình phục vụ như một bộ máy cho sự trao đổi chất của axetyl–CoA. Trong chu trình này xitrat được chuyển hoá thành isoxitrat nhờ enzim aconitaza. Sự khoá enzim này bởi floaxetat (phân tử floaxetat cạnh tranh với phân tử xitrat giành các trung tâm hoạt động trên enzim aconitaza) là một cơ chế theo đó chu trình axit xitric có thể bị khoá. Tuy nhiên các enzim của chu trình axit xitric được định vị trong cấu trúc liên kết màng trong tế bào
như được biết là các ti thể. Hiện nay có các bằng chứng cho thấy tác động của floaxetat là tạo phức với thụ thể và làm mất hoạt tính của thụ thể có chức năng chủ yếu để vận chuyển axetat đi vào ti thể. Tóm lại tác động quan trọng của floaxetat là sự di chuyển khoá cạnh tranh các chất dinh dưỡng đặc trưng ở bên trong tế bào.
Cacbohiđrat Chất béo Axetat
Khoá
Các mảnh 2 cacbon hoạt động (Axetyl-CoA)
Oxaloaxetat Xitrat (aconitaza ) isoxitrat Các chất trung gian chu trình axit xitric
Hình 2.3. Sự vận chuyển axetat qua màng trong hệ ti thể của tế bào được điều vận bởi thụ thể, mà thụ thể này bị khoá bởi floaxetat dẫn đến làm cạn nguồn nhiên liệu cho chu trình axit xitric.
Cơ chế biến đổi sinh hoá chọn lọc
Các quá trình biến đổi sinh học hoặc sinh hoá tạo thành một cơ chế mà số lượng các thí dụ về tính độc chọn lọc rất lớn. Ở đây có thể nêu ra một vài thí dụ điển hình.
Hoá chất gây hại có thể trực tiếp từ chất đầu hoặc chất gián tiếp từ các sản phẩm phân huỷ (trao đổi chất) của nó, và đôi khi ta gặp trường hợp cả hai loài mục tiêu và không mục tiêu có cùng cách trao đổi chất đối với chất lạ nhưng tính độc do sự khác nhau về tốc độ trao đổi chất quyết định.Ví dụ, trường hợp của các thuốc trừ sâu cơ photpho. Có hai loại cơ photpho gây độc bởi khả năng ức chế enzim axetylcholinesteraza (ẠChE): một loại ức chế trực tiếp AChE như điisopropylflophotphat, metyl isopropyl- photphofloriđat, không đòi phải có sự chuyển hoá trao đổi chất (oxi hoá) thành các dạng hoạt động; trong khi đó loại ức chế gián tiếp như parathion hoặc malathion cần phải được hoạt hoá trao đổi chất (oxi hoá bởi enzim vi thể P-450) để thành các hợp chất có khả năng làm mất hoạt tính của AChE nhanh hơn (paraoxon, malaoxon). Các dẫn xuất hoạt động sau đó bị thuỷ phân (bởi esteraza) và nhờ đó mất hoạt tính. Dựa trên cơ sở các loài có thể hoạt hoá loại chất ức chế gián tiếp nhưng không thể thuỷ phân, chúng có thể tích luỹ dạng hoạt động, và do vậy có thể nhạy cảm đối với ảnh hưởng độc của hợp chất. Ngược lại, đối với các loài có thể thuỷ phân loại chất ức chế gián tiếp thay vì hoạt hoá, chúng
Floaxetat
được hi vọng chống lại các ảnh hưởng độc của hợp chất. Các loài sinh vật khác nhau tiến hành các phản ứng hoạt hoá (oxi hoá) và làm mất hoạt hoá (thuỷ phân) này với những tốc độ khác nhau khiến cho sản phẩm hoạt hoá được tích luỹ ở loài sinh vật này (mục tiêu) mà không ở loài sinh vật kia (không mục tiêu) đưa đến tính độc chọn lọc (hình 2.4)
Từ hình 2.4, ta thấy:
Động vật có vú: thủy phân malathion nhanh, malaoxon nhanh thành các sản phẩm không hoạt động. Chính nhờ vậy malathion ít độc đối với động vật có vú.
Côn trùng: thủy phân malathion chậm, đồng thời một lượng lớn malathion chuyển hoá thành malaoxon, và thuỷ phân malaoxon chậm (malaoxon tích luỹ trong côn trùng lâu hơn và nhiều hơn). Chính vì vậy malathion rất độc đối với côn trùng.
Kết quả này dẫn đến tính độc chọn lọc của malathion đối với côn trùng.
MALATHION (P = S) (Tương đối không hoạt động)
(Côn trùng – nhanh (Côn trùng – chậm đv có vú – nhanh) đv có vú – nhanh)
Oxi hoá Thủy phân và
(enzim vi thể) liên kết
MALAOXON (P = O) Thuỷ phân Các sản phẩm (hoạt động) (A-esteraza) (không hoạt động)
(Côn trùng – chậm đv có vú – nhanh)
Hình 2.4. Các con đường đối với sự biến đổi sinh học của malathion và tốc độ so sánh của các phản ứng trong côn trùng và động vật có vú Một ví dụ khác về tính độc chọn lọc gây ra bởi sự khác nhau về sinh hoá trong hai loại tế bào, vi khuẩn không hấp thụ axit folic nhưng tổng hợp được nó từ axit p- aminobenzoic, axit glutamic và pteriđin, trong khi đó động vật có vú không tổng hợp được axit folic nhưng hấp thụ được nó từ thức ăn, do đó các thuốc sunfonamit có tính độc chọn lọc đối với vi khuẩn do sunfonamit giống axit p-aminobenzoic cả về điện tích và kích thước, gây đối kháng sự kết hợp axit p-aminobenzoic thành phân tử axit folic, còn ở người không có phản ứng này xảy ra.
Vai trò của thụ thể:
Trong nhiều trường hợp tính độc chọn lọc của hoá chất được gây ra bởi tính đặc thù của các thụ thể (vận chuyển chất này mà không vận chuyển chất kia đi vào trong tế bào). Ví dụ, trường hợp của các amin gây tiết dạng ađrenalin, -epinephin và d- epinephrin, thụ thể tiếp nhận đồng phân quay trái ở một phạm vi lớn hơn nhiều so với đồng phân quay phải. Một ví dụ khác, ảnh hưởng gây chết của d-tubocurarin là do khả năng của nó gây ra sự liệt cơ vân bởi phản ứng với thụ thể mà với thụ thể này axetylcholin thường phản ứng. Phức d-tubocurarin - thụ thể đủ bền để thụ thể bị chiếm giữ không có khả năng phản ứng với axetylcholin như bình thường, hơn nữa phức này không có khả năng khởi động đáp ứng của cơ như đáp ứng được khởi động bình thường bởi phức homon thần kinh - thụ thể. Kết quả là sự khoá cơ chế sinh lí. Tác động của d-tubocurarin là đặc trưng đối với thụ thể axetylcholin ở các màng thần kinh cơ mà không có ảnh hưởng đến thụ thể axetylcholin trên cơ nhẵn hoặc tế bào tim.
Chương 3
SINH CHUYỂN HOÁ CÁC CHẤT ĐỘC
Sinh chuyển hoá các chất độc là quá trình chuyển hoá các chất ngoại sinh (chất lạ) nhờ xúc tác enzim của cơ thể. Một số họ enzim trao đổi chất, thường với dãy rộng đặc trưng cơ chất, tham gia vào sự trao đổi chất của chất ngoại sinh và gồm các monooxi- genaza xitocrom P-450 (CYP), monooxigenaza chứa flavin (FMO), ancol và anđehit đehiđrogenaza, amin oxiđaza, xiclooxigenaza, ređuctaza, hyđrolaza và những enzim liên hợp khác như glucuroniđaza, glutathiontransferaza (bảng 3.1)
Bảng 3.1. Các con đường chung của sinh chuyển hoá chất ngoại sinh và vị trí dưới tế bào chủ yếu của chúng.
Phản ứng Enzim Vị trí
Giai đoạn I
Oxi hoá Xitocrom P-450 (bào sắc tố P-450) Vi thể (microsom)
Flavin-mooxigenaza Vi thể
Ancol đehiđrogenaza Phần bào tan (cytosol)
Anđehit đehiđrogenaza Ti thể (mitochondria), phần bào tan
Anđehit oxiđaza Phần bào tan
Monoamin oxiđaza Ti thể
Điamin oxiđaza Phần bào tan
Prostaglanđin H synthaza Vi thể
Khử hoá Khử nitro và azo Hệ thực vật nhỏ (microflora), vi thể, phần bào tan
Khử đisunfua Phần bào tan
Khử cacbonyl Phần bào tan, máu, vi thể
Khử sunfoxit Phần bào tan
Khử quinon Vi thể
Khử đehalogen hoá Vi thể
Thuỷ phân Esteraza Vi thể, phần bào tan, tiêu thể (lysosom), máu
Peptiđaza Máu, tiêu thế
Epoxit hiđrolaza Vi thể, phần bào tan Giai đoạn II
Liên hợp glucuronit Vi thể
Liên hợp sunfat Phần bào tan
Liên hợp glutathion Phần bào tan, vi thể Liên hợp axit amin Ti thể, vi thể
Metyl hoá Phần bào tan, vi thể, máu
Axyl hoá Ti thể, phần bào tan
Hầu hết các chất ngoại sinh xuất hiện ở gan, một cơ quan được giành cho sự tổng hợp nhiều protein chức năng quan trọng và nhờ vậy có khả năng điều hoà sự chuyển hoá hoá học các chất ngoại sinh. Các chất ngoại sinh đi vào cơ thể thường là ưa dầu, khiến chúng có khả năng liên kết vào màng lipit và được vận chuyển bởi lipoprotein vào máu đến các mô. Sau khi đi vào gan cũng như các mô khác các chất có thể chịu một hoặc hai giai đoạn trao đổi chất. Ở giai đoạn I, nhóm phản ứng phân cực (– OH, – NH2, – SH hoặc – COOH) được đưa vào phân tử làm cho nó trở thành cơ chất thích hợp cho các enzim giai đoạn II. Các enzim điển hình trong sự trao đổi chất giai đoạn I bao gồm CYP, FMO và các hiđrolaza. Ở giai đoạn II, sau khi đưa nhóm phân cực vào, các enzim liên hợp điển hình đưa thêm vào nhiều nhóm thế cồng kềnh, như các đường, sunfat hoặc các axit amin tạo ra tính tan trong nước tăng lên đáng kể của chất ngoại sinh làm cho nó được dễ dàng bài tiết.
Quá trình sinh chuyển hoá hai giai đoạn (hoặc một giai đoạn đối với các chất ngoại sinh chứa sẵn nhóm phân cực) nêu trên nói chung được xem là quá trình khử độc, mặc dù vậy có những trường hợp các chất trung gian hoạt động có thể được hình thành ở giai đoạn I và II) và chúng độc hơn nhiều so với các chất mẹ.