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paraquat 算是非常毒的除草劑,機轉是什麼呢?

對植物來說,是會破壞光合作用的過程

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他本身的結構是二甲基雙聯吡啶氯化物

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他在接觸到植物的細胞膜的時候會以非常快速的速度跟細胞膜結合(KD>1000Lkg-1),然後就會開始瓦解細胞膜的結構,導致細胞內物質滲出,所以當遇到土壤尤其是高嶺土的時候,反而會快速失去作用(2500-3000mg / kg),也因此paraquat其實很少對植物的根部造成傷害。

但是一旦細胞膜瓦解後,植物細胞中另外一個雙層膜的器官就危險了,那就是葉綠體,paraquat也可以在瞬間摧毀葉綠體的膜狀結構。

這邊就要先來講光和系統 I ,photosystem I (或是你要稱為 ferredoxin 鐵氧還蛋白)

在這個系統裡面,植物依靠著光去驅動葉綠素的基質將水解離產生氧氣並釋放出電子,然後將氫離子放出進入ferredoxin與ATP系統,並驅動NAPD的能量轉換機轉。

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所以當paraquat進入植物中以後,除了破壞細胞膜之外,同時因為結構關係,paraquat具有非常高的極性,同時會去搶NAPD與氧的循環系統的電子,簡單的說,就是植物遇到了paraquat之後,皮膚破了,血流不止,沒有氧氣沒法呼吸,也沒有體力,於是就死翹翹。

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也因為這樣,所以有人稱他超級氧化劑

那人呢?

其實人類的細胞也是有NAPD,氧,還有雙層膜結構,我想你應該猜到了,就是細胞膜與粒線體。

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所以paraquat當然也不客氣,自然是看到你的NAPD還有O2就蠢蠢欲動,能搶則搶。

於是人碰到paraquat之後,不然能量沒有了,身體裡面還有一堆自由基

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同時,人類主要拿來解毒的GSH也是他的目標,所以你的防毒系統也癱瘓了。

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還沒完,人類是屬於高度演化的生物,所以幾乎都是雙層膜結構,尤其是神經系統,所以paraquat也會通過人類的amino acid transporter (AAT)/polyamine transporter (PAT)這兩個通道,產生大量的MPTP(1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine),當大量的MPTP進入大腦,在那裡它通過單胺氧化酶-B(MAO-B)在神經膠質細胞中轉化為MPP +,其通過多巴胺轉運蛋白(DAT)轉運到神經元中。 一旦進入細胞,MPP +也會引起CI抑制和ROS的產生。 由這些環境毒素形成的ROS可以加劇CI抑制,並引起脂質和蛋白質過氧化,DNA損傷,並最終導致細胞死亡。

此外他在肺泡裡面的累積濃度也可以達到血漿的三倍,甚至6-10倍,看是不是還有吸入,因為人類的alveolar type I 與 II cells 的 energy dependant transport system對於paraquat的親和力非常好,所以人類的肺很快就廢了。

參考資料:

  1. Goldfrank's Toxicologic Emergencies, 10e
  2. https://www.hindawi.com/journals/pd/2011/716871/fig4/
  3. Pesticide Action Network Asia and the Pacific
  4. up to date
  5. https://emergency.cdc.gov/agent/paraquat/basics/facts.asp
  6. Pest Manag Sci 60:340–349 (online: 2003) DOI: 10.1002/ps.823
  7. Toxicological Sciences, Volume 88, Issue 1, November 2005, Pages 193–201, https://doi.org/10.1093/toxsci/kfi304
  8. https://www.healthline.com/health/paraquat-poisoning
  9. Critical Reviews in Toxicology Volume 38, 2008 - Issue 1
  10. https://www.thelancet.com/journals/lancet/article/PIIS0140-6736(05)74909-6/fulltext

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