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研究生： 吳雅萍
Wu, Ya-Ping
論文名稱： 含氯芳香族化合物對假單胞菌抑制效應之定量結構活性關係式
Quantitative Structure-Activity Relationships for inhibition effects of chlorinated aromatic compounds to Pseudomonas putida
指導教授： 黃守仁
Whang, Thou-Jen
黃得時
Huang, Ded-Shih
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 理學院 - 化學系
Department of Chemistry
論文出版年： 2003
畢業學年度： 91
語文別： 中文
論文頁數： 72
中文關鍵詞： 定量結構活性關係式 、毒性測試 、含氯芳香族 、假單胞菌
外文關鍵詞： QSAR, toxicity test, Pseudomonas putida, chlorinated aromatic
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    • 本實驗是針對66個含氯取代的芳香族化合物對Pseudomonas putida (ATCC 23973)初始耗氧速率來做偵測，獲得的數值經過數據處理得到Ki－抑制常數，將log(1/Ki)當作毒性指標。在66個化合物中包含苯環單取代化合物、及含有氯的phenols、benzenes、anilines和toluenes等系列化合物，其中除了5個單取代化合物為競爭型抑制劑，其餘皆為非競爭型抑制劑。定量結構-活性關係式（Quantitative Structure Activity Relationships; QSARs）是探討化合物毒性與結構間的關係；本實驗利用logKi與正辛醇/水間的分配係數－logP和最低未填電子軌域能量（LUMO）求得QSAR模式
    log(1/Ki)=-0.38(0.04)LUMO+0.46(0.03)logP-2.19(0.08)
    n = 61, R2 = 0.896, s = 0.176, F = 250.0
    有兩個chlorophenols (pKa≦6.5)在線性之外（outliers）而且在文獻中被歸類為” uncouplers “，將這兩個化合物的logP置換成相對phenoxide的logP，可得到以下QSAR模式
    log(1/Ki)=-0.37(0.04)LUMO+0.48(0.02)logP-2.25(0.07)
    n = 61, R2 = 0.923, s = 0.152, F = 347.32
    而這些outliers測得較低的毒性是因為chlorophenols在實驗條件下會解離成phenoxide，而不是文獻中提出因為chlorophenols解離出的氫離子破壞ATP形成時H+的梯度所造成的。除了這些outliers，phenols, benzenes, anilines 和 toluenes有相同的抑制機構，這是因為這些化合物可以利用相同QSAR方程式來解釋，但是這些情況與Tetrahymena和Microtox的結果不盡相同。

    The acute toxicity to Pseudomonas putida (ATCC 23973) of 66 chlorinated compounds, containing phenols, benzenes, anilines and toluenes, was using log(1/Ki) as a toxicity parameter. The Ki value was estimated from Pseudomonas initial oxygen uptake (PIOU) method. Except for five monosubstituted benzenes, all of the testing compounds are noncompetitive inhibitors. Quantitative Structure-Activity Relationships (QSARs) were developed for chemical and toxicological subsets. A quantitative structure-toxicity model correlating with 1-octanol/water partition coefficient (log P) and energy of the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) was developed and result to the following equation.
    log(1/Ki)=-0.38(0.04)LUMO+0.46(0.03)logP-2.19(0.08)
    n = 61, R2 = 0.896, s = 0.176, F = 250.0
    Two chlorophenols (pKa≦6.5) being classified as “uncouplers” were outliers of our QSAR. The logP of these phenols was rectified by the corresponding phenoxide. The model was changed to
    log(1/Ki)=-0.37(0.04)LUMO+0.48(0.02)logP-2.25(0.07)
    n = 61, R2 = 0.923, s = 0.152, F = 347.32
    The lower toxicity of these outliers is due to the dissociation of phenols to their corresponding phenoxides rather than uncoupling mechanism of action on the synthesis of ATP and oxidative phosphorylation. The current results also indicated that phenols, benzenes, anilines and toluenes are share a similar inhibitory action mechanism as they can be explained by the same QSAR equation. This result is different from that of Tetrahymena pyriforms and Microtox.

    中文摘要•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• i 英文摘要•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• ii 誌謝•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• iii 目錄••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• v 表目錄••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• ix 圖目錄••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• x 第一章 序論••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 1 一、生物方法應用於毒性分析•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 1 二、利用生物測試化合物毒性的方法••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 2 （一）Microtox測試•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 2 1、背景••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 2 2、發光機制••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 3 3、MicrotoxTR的測試過程與應用••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 3 4、Microtox測試與其他測試法比較••••••••••••••••••••••••••••••••••• 4 （二）Polytox測試•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 4 （三）大水蚤••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 4 （四）纖毛蟲••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 5 三、假單胞菌的簡介••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 5 四、酵素動力學••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 6 （一）簡介••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 6 （二）抑制模式•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 9 1、競爭型抑制劑•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 10 2、非競爭型抑制劑•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 12 3、不競爭型抑制劑•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 14 五、結構-活性定量關係（QSAR，quantitative structure activity relationship）簡介••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 16 （一）、背景•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 16 （二）、參數（parameter）介紹•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 19 1、親油性參數•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 19 2、極性（polarizability）參數•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 20 3、電子（electronic）參數•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 21 4、立體參數••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 21 六、根據化合物毒性反應的模式來分類••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 22 七、文獻回顧•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 23 八、實驗目的•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 25 第二章 實驗••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 26 一、藥品•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 26 （一）細菌培養••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 26 （二）芳香族毒物••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 27 二、儀器••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 30 （一）、四位天平•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 30 （二）電子天平•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 30 （三）快速高溫高壓滅菌斧••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 30 （四）純水製造系統••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 30 （五）酸鹼度計••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 30 （六）無菌操作台••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 30 （七）迴轉式恆溫震盪培養箱•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 31 （八）紫外/可見光譜•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 31 （九）恆溫循環水槽••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 31 （十）氧電極••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 31 （十一）高速冷凍離心機••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 31 （十二）震盪器•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 31 三、實驗內容•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 31 （一）細菌的培養及處理••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 31 1、培養液的配置••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 32 2、微量元素的配置••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 33 3、轉菌•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 33 4、離心•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 33 （二）假單胞菌初始氧氣消耗測試（Pseudomonas initial oxygen uptake）－PIOU•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 34 1、溶液的配置••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 34 2、毒物溶液的配置••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 34 3、耗氧初速率測試••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 37 （1）空白實驗（對照組）•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 37 （2）芳香族毒物抑制劑•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 37 （三）數據處理••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 37 （四）化合物物理化學參數和統計分析••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 40 第三章 結果••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 41 一、化合物Ki值••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 41 二、競爭型抑制劑••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 41 三、QSAR分析••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 41 四、與Tetratox比較••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 42 五、線性外的化合物（outliers）•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 43 六、與Microtox比較•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 43 第四章 討論••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 59 一、假單胞菌初始氧氣消耗測試方法（PIOU）的特性•••••••••••••••• 59 二、競爭型抑制劑••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 59 三、QSAR結果分析••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 60 四、線性外點（outliers）的分析••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 61 五、與Microtox比較••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 62 六、結論•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 64 參考文獻•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 69

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    下載圖示 校內：2004-06-12公開
    校外：2004-06-12公開
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