Pengenalan
Deltametrin, sejenis racun serangga piretroid Jenis II, menghasilkan kesan toksiknya dengan berinteraksi dengan saluran natrium kawalan voltan dalam sistem saraf serangga. Interaksi ini menyebabkan depolarisasi berpanjangan, pengaktifan berulang, dan akhirnya kelumpuhan atau kematian serangga. Analisis ini menerangkan secara terperinci mekanisme tindakan deltametrin, dengan fokus kepada interaksi biokimianya dengan sistem saraf serangga.
Saluran Natrium Kawalan Voltan sebagai Sasaran Utama
Deltametrin terutamanya mensasarkan saluran natrium kawalan voltan dalam neuron serangga. Saluran ini penting untuk penghasilan dan perambatan potensi tindakan dalam neuron. Saluran natrium para, sejenis subtip saluran natrium kawalan voltan, telah dikenal pasti sebagai sasaran utama deltametrin dan piretroid lain (Nardini et al., 2023; Atkinson, 2003; Atkinson, 2002).
Saluran natrium para terdiri daripada empat domain (I-IV), setiap satu mengandungi enam segmen transmembran (S1-S6). Kawasan pembentuk liang dan kawasan pengesan voltan saluran ini adalah tapak utama untuk interaksi piretroid. Mutasi dalam kawasan tertentu saluran natrium para, seperti segmen IIS6 dan penghubung IIS4-S5, telah dikaitkan dengan kerintangan terhadap deltametrin dan piretroid lain (Atkinson, 2003; Atkinson, 2002).
Modulasi Pengawalaturan Saluran Natrium
Deltametrin mengubah kinetik pengawalaturan saluran natrium, menyebabkan pembukaan saluran berpanjangan dan melambatkan penyahaktifan dan penyahaktifan. Ini menghasilkan kesan berikut:
Depolarisasi Berpanjangan
Deltametrin menyebabkan pereputan perlahan arus natrium, yang membawa kepada depolarisasi berpanjangan membran neuron. Depolarisasi ini boleh mencetuskan pengaktifan berulang potensi tindakan (Tabarean & Narahashi, 1998; Narahashi, 1983).
Arus Ekor Perlahan
Racun ini menghasilkan “arus ekor” yang besar dan berpanjangan semasa repolarisasi, yang menunjukkan kelakuan saluran natrium yang telah diubahsuai. Arus ekor ini lebih perlahan untuk reput dalam saluran rintang tetrodotoksin (TTX-R) berbanding dengan saluran sensitif tetrodotoksin (TTX-S) (Tabarean & Narahashi, 1998).
Kebergantungan Voltan Pengaktifan
Deltametrin mengalihkan kebergantungan voltan pengaktifan ke arah hiperpolarisasi, seterusnya menggalakkan pembukaan saluran (Ma et al., 2024; Tabarean & Narahashi, 1998).
Perubahan dalam kinetik pengawalaturan saluran ini bertanggungjawab untuk kesan neurotoksik deltametrin, termasuk hipereksitasi, konvulsi, dan akhirnya kelumpuhan.
Pengikatan Bergantung Keadaan
Deltametrin mempamerkan pengikatan bergantung keadaan kepada saluran natrium, bermakna interaksinya dengan saluran bergantung pada keadaan konformasi saluran. Kajian telah menunjukkan bahawa deltametrin mengikat dengan keutamaan kepada keadaan terbuka saluran natrium (Vais et al., 2000; McCavera & Soderlund, 2012). Pengikatan bergantung keadaan ini adalah ciri utama racun serangga piretroid dan kritikal untuk aktiviti racun serangga mereka.
Pengikatan deltametrin kepada keadaan terbuka saluran natrium dipercayai berlaku pada tapak reseptor tertentu dalam saluran. Dua tapak pengikatan yang berbeza untuk piretroid telah dicadangkan: satu berhampiran mulut intrasel saluran dan satu lagi berhampiran mulut ekstrasel (Tan et al., 2005). Tapak pengikatan ini dipercayai bertindih dengan tapak pengikatan untuk toksin saluran natrium lain, seperti batrachotoksin dan Lqh?-IT (Tan et al., 2005).
Mekanisme Kerintangan
Kerintangan serangga terhadap deltametrin dan piretroid lain sering timbul daripada mutasi dalam saluran natrium para. Mutasi ini boleh mengurangkan kepekaan saluran terhadap deltametrin dengan mengubah afiniti pengikatan atau bilangan saluran dalam keadaan terbuka. Mutasi kerintangan biasa termasuk:
kdr (Kerintangan Knockdown)
Mutasi L1014F dalam segmen IIS6 saluran natrium para mengurangkan kepekaan saluran terhadap deltametrin sebanyak 20 kali ganda (Atkinson, 2003; Atkinson, 2002).
Super-kdr
Mutasi berganda L1014F + M918T dalam penghubung IIS4-S5 mengurangkan kepekaan saluran terhadap deltametrin sebanyak 100 kali ganda (Atkinson, 2003; Atkinson, 2002).
Mutasi T929I
Mutasi ini dalam segmen IIS5 saluran natrium para mengurangkan kepekaan saluran terhadap deltametrin sebanyak 2600 kali ganda (Atkinson, 2003; Atkinson, 2002).
Mutasi ini menunjukkan kepentingan residu asid amino tertentu dalam saluran natrium untuk pengikatan dan kerintangan piretroid.
Kesan Neurotoksik
Kesan neurotoksik deltametrin terutamanya disebabkan oleh keupayaannya untuk mengubah pengawalaturan saluran natrium dan menghasilkan pengaktifan neuronal berulang. Ini membawa kepada pelbagai perubahan fisiologi dan tingkah laku dalam serangga, termasuk:
Pengaktifan Berulang
Pemanjangan arus natrium yang dirangsang oleh deltametrin menyebabkan pengaktifan berulang potensi tindakan dalam neuron serangga (Tabarean & Narahashi, 1998; Narahashi, 1983).
Depolarisasi dan Halangan Konduksi
Pada kepekatan yang lebih tinggi, deltametrin boleh menyebabkan depolarisasi lengkap membran neuron, membawa kepada halangan konduksi dan kelumpuhan (Hendy & Djamgoz, 1985).
Kesan Sinaptik
Deltametrin juga meningkatkan pembebasan neurotransmiter dengan meningkatkan frekuensi potensi sinaptik pascaeksitatori kecil (mEPSPs) di persimpangan neuromuskular (Pepper & Osborne, 1993).
Perbandingan dengan Piretroid Lain
Deltametrin tergolong dalam piretroid Jenis II, yang dicirikan oleh kehadiran kumpulan siano pada kedudukan alfa. Piretroid Jenis II, seperti deltametrin, sipermetrin, dan fenvalerat, berbeza daripada piretroid Jenis I (cth., permetrin, alletrin) dalam kesan mereka terhadap saluran natrium dan profil neurotoksisiti mereka (Breckenridge et al., 2009; Narahashi, 1983).
Piretroid Jenis II seperti deltametrin menyebabkan depolarisasi membran saraf dan halangan konduksi, membawa kepada kelumpuhan dan kematian. Sebaliknya, piretroid Jenis I menghasilkan pelepasan berulang dan hipereksitasi tanpa depolarisasi (Breckenridge et al., 2009; Narahashi, 1983).
Peranan Sawar Darah-Otak
Sawar darah-otak (BBB) memainkan peranan dalam memodulasi kesan deltametrin pada sistem saraf pusat (CNS). Deltametrin telah ditunjukkan meningkatkan aktiviti kalium ekstrasel dalam CNS, yang mungkin menyumbang kepada kesan neurotoksiknya. Walau bagaimanapun, integriti struktur BBB boleh mempengaruhi magnitud kesan ini (Hendy & Djamgoz, 1988).
Residu Asid Amino Utama untuk Pengikatan Piretroid
Kajian terkini telah mengenal pasti residu asid amino tertentu dalam saluran natrium serangga yang kritikal untuk pengikatan piretroid. Sebagai contoh, mutasi F1519I dalam segmen IIIS6 saluran natrium lipas menghapuskan kepekaan saluran terhadap deltametrin dan piretroid lain (Tan et al., 2005). Residu ini adalah sebahagian daripada tapak reseptor piretroid yang diandaikan pada saluran natrium.
Residu kritikal lain termasuk L993 dan F1519, yang dipercayai membentuk sebahagian daripada poket pengikatan piretroid. Mutasi pada kedudukan ini boleh mengurangkan afiniti pengikatan deltametrin untuk saluran natrium secara signifikan (Tan et al., 2005).
Kesimpulan
Deltametrin menghasilkan kesan racun serangganya dengan berinteraksi dengan saluran natrium kawalan voltan dalam sistem saraf serangga. Mekanisme tindakan utamanya melibatkan modulasi pengawalaturan saluran natrium, membawa kepada depolarisasi berpanjangan, pengaktifan berulang, dan akhirnya kelumpuhan. Saluran natrium para adalah sasaran utama deltametrin, dan mutasi dalam kawasan tertentu saluran ini boleh memberikan kerintangan terhadap racun serangga. Memahami interaksi biokimia deltametrin dengan sistem saraf serangga adalah kritikal untuk pembangunan strategi pengurusan kerintangan yang berkesan.
Jadual: Ciri-ciri Utama Mekanisme Tindakan Deltametrin
| Ciri | Penerangan | Rujukan |
|---|---|---|
| Sasaran Utama | Saluran natrium kawalan voltan (subtip para) | (Nardini et al., 2023; Atkinson, 2003) |
| Tapak Pengikatan | Keadaan terbuka saluran natrium | (Vais et al., 2000; McCavera & Soderlund, 2012) |
| Mutasi Utama | kdr (L1014F), super-kdr (L1014F + M918T), T929I | (Atkinson, 2003; Atkinson, 2002) |
| Kesan Neurotoksik | Depolarisasi berpanjangan, pengaktifan berulang, dan halangan konduksi | (Tabarean & Narahashi, 1998; Narahashi, 1983) |
| Residu Kritikal | F1519, L993, dan residu lain dalam kawasan IIIS6 dan IIS4-S5 | (Tan et al., 2005) |
Rujukan
Nardini, L., Brito-Fravallo, E., Campagne, P., Pain, A., Genève, C., Vernick, K. D., & Mitri, C. (2023). The voltage-gated sodium channel, para, limits Anopheles coluzzii vector competence in a microbiota dependent manner. Dental Science Reports. https://doi.org/10.1038/s41598-023-40432-x
Atkinson, S. (2003). Interactions of pyrethroids with the voltage-gated sodium channel.
Atkinson, S. (2002). Interactions of pyrethroids with the voltage-gated sodium channel targeting.
Tabarean, I. V., & Narahashi, T. (1998). Potent modulation of tetrodotoxin-sensitive and tetrodotoxin-resistant sodium channels by the type II pyrethroid deltamethrin. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics.
Narahashi, T. (1983). Nerve membrane sodium channels as the major target site of pyrethroids and ddt. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-029224-3.50021-6
Ma, S., Geng, J., Zhang, K., Xian, L., Cao, P., & Yuchi, Z. (2024). Functional Characterization of Double Mutations T929I/K1774N in the Voltage-Gated Sodium Channel of Megalurothrips usitatus (Bagnall) Related to Pyrethroid Resistance. Journal of Agricultural and Food Chemistry. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.4c00355
Vais, H., Williamson, M. S., Goodson, S. J., Devonshire, A. L., Warmke, J. W., Usherwood, P. N. R., & Cohen, C. J. (2000). Activation of Drosophila Sodium Channels Promotes Modification by Deltamethrin: Reductions in Affinity Caused by Knock-down Resistance Mutations. The Journal of General Physiology. https://doi.org/10.1085/JGP.115.3.305
McCavera, S. J., & Soderlund, D. M. (2012). Differential state-dependent modification of inactivation-deficient Nav1.6 sodium channels by the pyrethroid insecticides S-bioallethrin, tefluthrin and deltamethrin. Neurotoxicology. https://doi.org/10.1016/J.NEURO.2012.03.007
Tan, J., Liu, Z., Wang, R., Huang, Z. Y., Chen, A. C., Gurevitz, M., & Dong, K. (2005). Identification of amino acid residues in the insect sodium channel critical for pyrethroid binding. Molecular Pharmacology. https://doi.org/10.1124/MOL.104.006205
Hendy, C. H., & Djamgoz, M. B. A. (1985). Effects of deltamethrin on ventral nerve cord activity in the cockroach. Pesticide Science. https://doi.org/10.1002/PS.2780160511
Pepper, D. R., & Osborne, M. P. (1993). Electrophysiological identification of site?insensitive mechanisms in knockdown?resistant strains (kdr, super?kdr) of the housefly larva (Musca domestica). Pesticide Science. https://doi.org/10.1002/PS.2780390405
Breckenridge, C. B., Holden, L. R., Sturgess, N. C., Weiner, M. L., Sheets, L. P., Sargent, D., Soderlund, D. M., Choi, J.-S., Symington, S., Clark, J. M., Burr, S., & Ray, D. E. (2009). Evidence for a separate mechanism of toxicity for the Type I and the Type II pyrethroid insecticides. Neurotoxicology. https://doi.org/10.1016/J.NEURO.2009.09.002
Hendy, C. H., & Djamgoz, M. B. A. (1988). Deltamethrin raises potassium activity in the microenvironment of the central nervous system of the cockroach: An assessment of the potential role of the blood?brain barrier in insecticide action. Pesticide Science. https://doi.org/10.1002/PS.2780240402
Number of View :63
