O450酶活性中心催化轉(zhuǎn)化全氟辛烷磺酸(PFOS)前體化合物的機(jī)理研究.pdf

1、全氟辛烷磺酸(PFOS)是一類新型的持久性有機(jī)污染物。其生態(tài)毒理學(xué)效應(yīng)和對(duì)人體的暴露風(fēng)險(xiǎn)值得關(guān)注和深入研究。人體可以通過直接和間接方式暴露PFOS，而PFOS前體的代謝是間接暴露的主要途徑。研究PFOS前體的代謝對(duì)于評(píng)估PFOS的總體暴露來源和風(fēng)險(xiǎn)具有重要的意義。細(xì)胞色素P450酶是廣泛存在于生物組織中，催化外源性物質(zhì)代謝的血紅素酶系。微粒體培養(yǎng)和人體P450酶代謝實(shí)驗(yàn)表明，PFOS前體的體內(nèi)代謝主要由P450酶催化完成，生成全氟辛烷磺

2、酸胺PFOSA中間體，且代謝反應(yīng)具有異構(gòu)體差異性，然而該過程的機(jī)理并不明晰。由于檢測(cè)方法的限制，實(shí)驗(yàn)無法捕捉代謝的中間產(chǎn)物進(jìn)而預(yù)測(cè)其潛在的毒性效應(yīng)。因此，本研究基于密度泛函理論(DFT)計(jì)算了P450酶活性中心Cpd(I)模型催化PFOS前體化合物的代謝反應(yīng)，主要內(nèi)容如下:
　　1.本論文計(jì)算了一種典型PFOS前體N-乙基全氟辛烷磺酸胺N-EtPFOSA的P450代謝機(jī)理。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，N-EtPFOSA在P450酶催化下通過N脫烷基

3、反應(yīng)生成PFOSA。該反應(yīng)包含氫原子轉(zhuǎn)移(HAT)和醇胺的降解兩步。HAT反應(yīng)在Cpd(I)高自旋的四重態(tài)上進(jìn)行，首先磺胺Cα上的H被摘取，生成烷烴自由基，之后經(jīng)無壘的氧反彈過程產(chǎn)生醇胺中間體。接下來醇胺在酶環(huán)境下經(jīng)過水分子催化的質(zhì)子轉(zhuǎn)移生成PFOSA和乙醛。計(jì)算表明N-EtPFOSA脫烷基反應(yīng)在生理環(huán)境下容易發(fā)生(△E＜20 kcal/mol)，且HAT反應(yīng)是整個(gè)過程的速率控制步驟。計(jì)算同時(shí)發(fā)現(xiàn)支鏈N-EtPFOSA的脫烷基反應(yīng)較直鏈

4、容易進(jìn)行，這與前人報(bào)道的P450酶實(shí)驗(yàn)的結(jié)果一致。
　　2.本論文同時(shí)研究了P450催化全氟辛烷磺酸胺PFOSA羥基化的機(jī)理。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PFOSA的羥基化是經(jīng)N-氧化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的，且反應(yīng)發(fā)生在Cpd I低自旋的二重態(tài)上。N-氧化反應(yīng)的能壘高于N-EtPFOSA脫烷基反應(yīng)，表明PFOSA羥基化的過程難以進(jìn)行，是整個(gè)前體代謝的控速步驟，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)中PFOSA中間產(chǎn)物的累積。本研究計(jì)算得到的反應(yīng)中間產(chǎn)物PFOSA與動(dòng)物和P450酶實(shí)驗(yàn)一致。