酚类污染物对氧化磷酸化毒性效应的研究进展

摘要综述不同酚类污染物对氧化磷酸化的毒性效应，总结不同酚类污染物对氧化磷酸化的毒性作用机制，同时就目前酚类污染物的氧化磷酸化毒性效应的研究存在的问题和不足进行探讨，以期为此类污染物的相关毒性研究提供参考。

關键词酚类污染物；氧化磷酸化；解偶联剂；糖酵解【】-

中图分类号X171.5文献标识码A文章编号0517-6611（2018）08-0031-05

Research Progress on Toxic Effects of Phenolic Pollutants on Oxidative Phosphorylation

HUANG Gaofeng， XU Ting

（ College of Environmental Science and Engineering，Tongji University，Shanghai 200092）

AbstractThe toxic effects of different phenolic pollutants on oxidative phosphorylation and their toxicity mechanism were reviewed in this paper. At the same time， the problems and shortcomings in the study of toxic effects of oxidative phosphorylation of phenolic pollutants were discussed to provide reference for studying related toxicity of phenolic pollutants .

Key wordsPhenolic pollutants；Oxidative phosphorylation；Uncoupler；Glycolysis

能量是生命活动的基本动力来源，用以满足生命体生存、繁衍和进化等各种需要。生物体产能主要通过2种途径：氧化磷酸化（OXPHOS）和糖酵解（Glycolysis），其中真核细胞的绝大部分能量依赖于线粒体氧化磷酸化作用的供给。氧化磷酸化是指在有氧条件下，线粒体利用生物氧化过程中释放的自由能，促使二磷酸腺苷（ADP）与无机磷酸盐结合生成三磷酸腺苷（ATP）的过程[1-2]。内源性物质或环境污染物对于生物体氧化磷酸化的干扰作用，将影响细胞的正常产能，其后果轻则表现出肌无力、低血压、发烧和心绞痛等病理现象；重则有生命危险。而细胞若在有氧状态下功能方式由氧化磷酸化切换为糖酵解，则可能成为细胞癌变的重要发生条件（Warburg效应）[3]。在发育阶段，由于整个发育过程的高度动态性，污染物甚至可能通过影响能量供给而改变细胞行为，最终造成发育程序的紊乱，导致严重的发育效应。

传统上，部分酚类污染物一直被认为是典型的氧化磷酸化解偶联剂，如五氯酚（PCP）和二硝基苯酚（DNP）等。然而近年来的研究逐步发现，酚类污染物的作用类型并不仅限于氧化磷酸化的解偶联，涉及的酚类物质种类也不断增加。为此，分析多种酚类污染物对生物体氧化磷酸化过程的影响，及其可能的作用机制，深入理解环境污染物对生物能量代谢过程的关键扰动及其后果，并为今后进一步研究污染物氧化磷酸化干扰作用提供思路。

1氧化磷酸化干扰作用的一般机制

氧化磷酸化由电子传递链和ATP合酶两部分偶联而成。呼吸链主要包含四大复合体：NADH脱氢酶（复合体I）、琥珀酸脱氢酶（复合体Ⅱ）、细胞色素c还原酶（复合体Ⅲ）和细胞色素c氧化酶（复合体Ⅳ）。其中，复合体I、Ⅲ、Ⅳ是质子泵，可以将呼吸链产生的氢离子从线粒体基质侧泵送至线粒体内膜间隙侧，在线粒体内膜两侧会形成氢离子浓度差（质子梯度）。而质子梯度又可驱动ATP合酶（复合体V）利用ADP与无机磷酸盐结合生成ATP，从而实现氧化与磷酸化的偶联[4-9]。

对氧化磷酸化造成影响的化合物大致可分为2类：氧化磷酸化抑制剂和氧化磷酸化解偶联剂。两者的区别在于氧化磷酸化抑制剂可对电子传递链或ADP磷酸化产生抑制作用；而氧化磷酸化解偶联剂可以使氧化与磷酸化解偶联，虽然氧化部分照常进行，但不能生成ATP，使呼吸链中电子传递产生的能量不能用于ADP的磷酸化，只能以热的形式散发，亦解除氧化和磷酸化的偶联。

1.1氧化磷酸化抑制

1.1.1呼吸链抑制。

在线粒体呼吸链的4种复合体中，复合体I最易遭受攻击。目前，已知有超过60种物质可以抑制复合体I的活性，包括杀虫剂、防腐剂、酚类污染物等[10-13]。这些复合体I抑制剂结构上均具有一种类似于泛醌的结构：循环结构的头部和疏水性的尾部[10]。复合体Ⅲ是呼吸连中第2个质子泵，von Jagow等[14]根据作用部位的不同，总结4类主要的复合体Ⅲ抑制剂：对苯二酚拮抗剂类、十一烷基羟基醌类、抗霉素类和锌离子。复合体Ⅳ是电子传递链末端的酶，具有质子泵的作用，同时可通过血红素中铁原子的氧化还原变化，把电子传递给还原的氧形成水。Nicholls等[15]将复合体Ⅳ抑制剂分为4类：①血红素抑制剂，例如叠氮化物、氰化物和硫化物等；②氧竞争性抑制剂，例如一氧化碳和一氧化氮等；③细胞色素c竞争性抑制剂；④非竞争性抑制剂，例如磷酸盐离子和碱性条件等。

1.1.2磷酸化抑制。

ATP合酶又称为复合体Ⅴ，作用是将ADP和无机磷酸盐合成ATP。已知有很多霉菌可以抑制ATP合酶的活性，典型的有金轮菌素、奥萨霉素、杀黑星菌素和寡霉素等。这些霉菌的作用机制是其可以结合到ATP合酶的F1或者F0亚族上，从而阻止氢离子的传导[2]。除了霉菌类，还有许多其他物质同样可以抑制ATP合酶的活性，如黄酮类[16]、百草枯[17]、DDT[18]、乙烯雌酚[19]、有机锡[20-21]等。