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

1、全氟辛烷磺酸(PFOS)是一類新型的持久性有機污染物。其生態(tài)毒理學效應和對人體的暴露風險值得關注和深入研究。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前體的代謝對于評估PFOS的總體暴露來源和風險具有重要的意義。細胞色素P450酶是廣泛存在于生物組織中，催化外源性物質代謝的血紅素酶系。微粒體培養(yǎng)和人體P450酶代謝實驗表明，PFOS前體的體內代謝主要由P450酶催化完成，生成全氟辛烷磺

2、酸胺PFOSA中間體，且代謝反應具有異構體差異性，然而該過程的機理并不明晰。由于檢測方法的限制，實驗無法捕捉代謝的中間產物進而預測其潛在的毒性效應。因此，本研究基于密度泛函理論(DFT)計算了P450酶活性中心Cpd(I)模型催化PFOS前體化合物的代謝反應，主要內容如下:
　　1.本論文計算了一種典型PFOS前體N-乙基全氟辛烷磺酸胺N-EtPFOSA的P450代謝機理。結果發(fā)現，N-EtPFOSA在P450酶催化下通過N脫烷基

3、反應生成PFOSA。該反應包含氫原子轉移(HAT)和醇胺的降解兩步。HAT反應在Cpd(I)高自旋的四重態(tài)上進行，首先磺胺Cα上的H被摘取，生成烷烴自由基，之后經無壘的氧反彈過程產生醇胺中間體。接下來醇胺在酶環(huán)境下經過水分子催化的質子轉移生成PFOSA和乙醛。計算表明N-EtPFOSA脫烷基反應在生理環(huán)境下容易發(fā)生(△E＜20 kcal/mol)，且HAT反應是整個過程的速率控制步驟。計算同時發(fā)現支鏈N-EtPFOSA的脫烷基反應較直鏈

4、容易進行，這與前人報道的P450酶實驗的結果一致。
　　2.本論文同時研究了P450催化全氟辛烷磺酸胺PFOSA羥基化的機理。結果發(fā)現，PFOSA的羥基化是經N-氧化反應實現的，且反應發(fā)生在Cpd I低自旋的二重態(tài)上。N-氧化反應的能壘高于N-EtPFOSA脫烷基反應，表明PFOSA羥基化的過程難以進行，是整個前體代謝的控速步驟，導致實驗中PFOSA中間產物的累積。本研究計算得到的反應中間產物PFOSA與動物和P450酶實驗一致。