有机磷杀虫机制mechanism of organo-phosphorous insecticides

通过抑制昆虫体内的乙酰胆碱酯酶(AchE)而使昆虫致死。整个过程包括抑制、恢复、老化和代谢等作用，其中抑制作用是主要的。
昆虫体内AchE的正常功能是水解神经突触处释放出的乙酰胆碱，而维持神经系统的正常传导。有机磷杀虫剂的结构与乙酰胆碱十分类似，AchE易与它结合生成磷酰化AchE，而丧失水解乙酰胆碱的能力，结果乙酰胆碱大量积累，阻断了神经的正常传导，致使肌肉失去了协调，发生惊厥，最后死亡。
简史 有机磷酸酯作用机制研究始于对二异丙基磷酰氟(DFP)的研究。早在1941年阿德里安(E.D.Adrian)等研究DFP使瞳孔收缩的性质时，发现它和毒扁豆碱都能使平滑肌收缩。于是他们认为DFP和毒扁豆碱一样，也是AchE抑制剂，其后查德韦尔和希尔(L.E.Chadwill & D.L.Hill)首次研究了DFP和四乙基焦磷酸酯(TEPP)对美洲蜚蠊的毒理作用。他们以及稍后的其他科学家们都发现有机磷酸酯在昆虫体内和体外都可抑制AchE，而这种抑制作用与中毒征象和死亡百分率密切相关。有机磷酸酯不仅抑制AchE，也抑制脂族酯酶。为了进一步阐明有机磷酸酯的作用机制，用三邻甲苯基磷酸酯(TOCP)选择性地抑制脂族酯酶，证明了有机磷酸酯的毒性是与抑制AchE有关，而与抑制脂族酯酶无关。
作用 有机磷杀虫剂与AchE的作用有抑制、恢复、老化、代谢活化等作用。
抑制作用 有机磷化合物与AchE作用生成磷酰化AchE、使AchE失去活性的过程。在正常情况下，AchE I水解乙酰胆碱II的反应如下：

第(1)步是AchE I与乙酰胆碱II作用生成复合物III，经第(2)步作用生成乙酰化AchE IV和胆碱V。随后第(3)步进行快速水解作用生成乙酸和活性AchE，可继续水解乙酰胆碱。但在有机磷杀虫剂存在下，进行如下的反应：

第(1)步有机磷化合物VI先与AchE作用生成复合物VII，经第(2)步生成磷酰化AchE VIII。随后的第(3)步水解作用进行很慢，AchE不能及时恢复活性，使乙酰胆碱积累。磷酰化AchE VIII中的P O键比乙酰化AchE IV中的C O键牢固得多，所以水解反应进行得很慢。有机磷化合物的结构对AchE的磷酰化作用也有很大影响。磷原子周围的取代基必须使磷原子有较好的亲电性，它才能对AchE活性部位进行亲电性结合。有机磷化合物要有适宜的亲脂性才易于透入昆虫表皮到达作用部位，用时它也要有适宜的立体构型，使其易于与AchE表面的活性部位相吻合，而发生磷酰化作用。AchE的活性部位至少有三类： ❶催化部位或叫酯动部位；
❷结合部位（包括阴离子部位在内的许多个部位）;
❸空间异构部位。这三类部位在抑制过程中互相作用。它们在结合时的动力学过程都正在研究中，其结果将更进一步阐明有机磷杀虫剂对AchE的抑制机理与酶结构的关系。
恢复作用 磷酰化AchE经水解作用恢复活性的过程。如恢复作用快时，昆虫可复苏，但一般来说恢复作用的速率是很慢的。因磷酰基中的取代基对恢复速率有一定影响。例如，二甲基磷酰化血红细胞胆碱酯酶半恢复期为80分钟，而二乙基磷酰化血红细胞胆碱酯酶半恢复期为500分钟，二异丙基磷酰化血红细胞胆碱酯酶几乎不能恢复活性。这种恢复作用可被一些强亲核试剂加速。如2-PAM和4-PAM在一定pH和温度下，以10-5摩尔/升浓度在1分钟内即可使被抑制的酶恢复80%的活性。因此它们可用做有机磷杀虫剂中毒的解毒剂。
老化作用 AchE被有机磷化合物抑制后随着时

间的延长，活性愈难恢复的现象。此作用在低pH及稍高温度下更为显著。老化作用的可能解释是磷酰基中烷氧基发生去烷基化作用转变成羟基，使磷酰基AchE更不易水解、更难于恢复活性。
代谢活化作用 有机磷化合物在昆虫体内经代谢氧化增加活性的过程。很多有机磷杀虫剂抑制AchE的活性，在体外很弱，而在体内很强。这是由于有机磷化合物在体内代谢过程中被多功能氧化酶所氧化，生成对AchE具有更强的抑制作用的化合物，这些氧化作用通常包括有以下几种：

AchE是一族功能相同、结构各异的同功酶，它们分布在昆虫体内的不同部位。它们对有机磷杀虫剂的敏感性也不一样，可以相差几倍。例如家蝇胸部同功酶V是与毒效密切相关的。当它受到抑制时就造成中毒死亡。有机磷杀虫剂对各种同功酶的抑制作用是不相同的。