生物化学及分子生物学(人卫第九版)-19肝的生物化学

,作者:王明臣,单位:郑州大学基础医学院,第十九章,肝的生物化学(BiochemistryinLiver),第一节肝在物质代谢中的作用,第二节肝的生物转化作用,第三节胆汁与胆汁酸的代谢,第四节胆色素的代谢与黄疸,重点难点,1.肝脏的生物转化概念、特点及反应类型；2.胆汁酸的分类及肠肝循环；3.游离及结合胆红素的性质及区别。,1.肝在物质代谢中的作用；2.胆汁酸的生理功能。,溶血性、肝细胞性及阻塞性黄疸的实验室特征及鉴别。,肝具有肝动脉和门静脉双重血液供应肝存在肝静脉和胆道系统双重输出通道肝具有丰富的肝血窦肝细胞含有丰富的细胞器如内质网、线粒体、溶酶体、过氧化物酶体等和丰富的酶体系,肝的结构特点,肝系多种物质代谢之中枢生物转化作用分泌作用（分泌胆汁酸等）排泄作用（排泄胆红素等）,独特的结构特点赋予肝复杂多样的生物化学功能,肝在物质代谢中的作用(FunctionofLiverinMaterialMetabolism),第一节,（一）回顾：肝内主要进行那些糖代谢途径？,1.糖异生途径2.肝糖原的合成与分解3.糖酵解途径4.糖的有氧氧化5.磷酸戊糖途径,一、肝是维持血糖相对稳定的重要器官,1.饱食状态肝糖原合成过多糖则转化为脂肪，以VLDL形式输出,（二）不同营养状态下肝内如何进行糖代谢？,2.空腹状态肝糖原分解,3.饥饿状态以糖异生为主脂肪动员酮体合成节省葡萄糖,回顾：肝内进行的脂类代谢途径主要有哪些？,脂肪酸的氧化脂肪酸的合成及酯化酮体的生成胆固醇的合成与转变脂蛋白与载脂蛋白的合成(VLDL、HDL、apoC)脂蛋白的降解(LDL),二、肝在脂类代谢中占据中心地位,作用：在脂类的消化、吸收、合成、分解与运输均具有重要作用。,消化吸收,分泌胆汁，其中胆汁酸为脂类消化吸收所必需,肝在脂类代谢各过程中的作用,合成,饱食后合成甘油三酯、胆固醇、磷脂，并以VLDL形式分泌入血，供其他组织器官摄取与利用合成酮体的唯一器官：“肝内生酮肝外用”合成胆固醇最主要器官,合成量占全身总合成量的3/4以上,分解,脂肪酸的氧化分解肝是降解LDL的主要器官肝合成胆汁酸是肝降解胆固醇的最重要途径肝是体内胆固醇的重要排泄器官,肝在脂类代谢各过程中的作用,运输,合成与分泌VLDL;HDL;apoC;LCATapoC是毛细血管内皮细胞LPL的激活剂肝合成与分泌LCAT将血浆胆固醇酯化,在血浆蛋白质代谢中的作用,除-球蛋白外,几乎所有血浆蛋白均来自肝清除血浆蛋白质（清蛋白除外）的重要器官,三、肝的蛋白质合成及分解代谢均非常活跃,在氨基酸代谢中的作用,肝是除支链氨基酸以外的所有氨基酸分解（脱氨基、脱羧基、脱硫、转甲基等）和转变的重要器官清除血氨及胺类,合成尿素的几乎唯一器官,脂溶性维生素的吸收,VitA、E、K和B12的主要储存场所,四、肝参与多种维生素和辅酶的代谢,维生素的储存,维生素的运输,维生素的转化,视黄醇结合蛋白的合成;VitD结合蛋白的合成,VitD325(OH)VitD3B族维生素辅酶或辅基的组成成分,激素的灭活(inactivation),激素主要在肝中转化、降解或失去活性的过程称为激素的灭活,五、肝参与多种激素的灭活,主要方式：生物转化作用,肝的生物转化作用,第二节,(BiotransformationFunctionofLiver),生物转化的概念,机体对异源物及某些内源性的代谢产物或生物活性物质进行代谢转变，增加其水溶性和极性，易于从尿或胆汁排出体外的过程称为生物转化(biotransformation),一、肝的生物转化是机体重要的保护机制,生物转化的对象,异源物：药物、毒物、食品添加剂、环境污染物、肠道中细菌作用的产物等内源性物质：体内某些生物活性物质（如激素、神经递质）及有毒的代谢产物（如胺类、胆红素等）,生物转化的主要场所,肝是生物转化的主要器官肾、肺、胃肠道和皮肤也有一定生物转化功能,生物转化的意义,对待转化的物质进行代谢处理，使其灭活(inactivation)或解毒(detoxification)更为重要的是可使这些物质的水溶性和极性增加，易于从尿或胆汁排出体外,肝的生物转化作用解毒作用,第一相反应：氧化、还原、水解反应,有些物质经过第一相反应，使其某些基团转化或分解，理化性质改变，即可顺利排出体外有些物质即使经过第一相反应后，极性改变不大，必须与某些极性更强的物质结合,即第二相反应，才能最终排出,二、肝的生物转化包括两相反应,第二相反应：结合反应,1.单加氧酶系是氧化异源物最重要的酶,（一）氧化反应是最多见的第一相反应,（1）存在部位：微粒体（滑面内质网）（2）组成：细胞色素P450(cytochromeP450)NADPH+H+NADPH-细胞色素P450还原酶(以FAD为辅基的黄酶)（3）催化的基本反应：RH+O2+NADPH+H+ROH+NADP+H2O,加单氧酶的基本特点能直接激活氧分子，使其中一个氧原子直接加入底物分子中形成羟化物或环氧化物，另一个氧原子则被NADPH还原为水，故又称为羟化酶或混合功能氧化酶。,产物：羟化物或环氧化物举例：,苯胺,对氨基苯酚,多环芳烃的生物转化过程,多环芳烃的生物转化过程,CYP是目前已知底物最广泛的生物转化酶类,迄今已鉴定出57余种编码CYP的基因。按氨基酸序列同源性在55%60%，分为A、B、C等亚族按氨基酸序列同源性在40%以上分类，可将人肝细胞P450分为5个家族：CYP1、CYP2、CYP3、CYP7和CYP27对异源物进行生物转化的主要CYP是CYP1、CYP2和CYP3。其中又以微粒体CYP3A4、CYP2C9、CYP1A2和CYP2E1的含量最多,黄曲霉素B1是原发性肝癌发生的重要危险因素,黄曲霉素B1是经CYP作用生成的黄曲霉2,3环氧化物，可与DNA分子中的鸟嘌呤结合，引起DNA突变。,2.单胺氧化酶类氧化脂肪族和芳香族胺类单胺氧化酶(monoamineoxidase,MAO)（1）存在部位：线粒体内（2）催化的反应:催化胺类物质氧化脱氨基生成相应的醛类,3.醇脱氢酶与醛脱氢酶将乙醇最终氧化成乙酸,（1）存在部位：胞质（2）催化的反应:醇脱氢酶(alcoholdehydrogenase,ADH)催化醇类氧化成醛醛脱氢酶(aldehydedehydrogenase,ALDH)催化醛类生成酸,肝微粒体乙醇氧化系统（microsomalethanoloxidizingsystem,MEOS）,MEOS是乙醇-P450加单氧酶，产物是乙醛，仅在血中乙醇浓度很高时才被诱导而起作用乙醇诱导MEOS不但不能使乙醇氧化产生ATP，还可增加对氧和NADPH的消耗，而且还可催化脂质过氧化产生羟乙基自由基，后者可进一步促进脂质过氧化，引发肝损伤。,ADH与MEOS之间的比较,（二）硝基还原酶和偶氮还原酶是第一相反应的主要还原酶,1.硝基还原酶(nitroreductase)2.偶氮还原酶(azoreductase),还原产物：相应胺类,（三）酯酶、酰胺酶和糖苷酶是生物转化的主要水解酶,存在于肝细胞内质网及胞质中，分别水解酯键、酰胺键和糖苷键类化合物,（四）结合反应是生物转化第二相反应,结合对象：凡含有羟基、羧基或氨基的药物、毒物或激素等均可发生结合反应。结合物：葡糖醛酸、硫酸、乙酰基、谷胱甘肽、甲基、甘氨酸等物质或基团,1.葡糖醛酸结合最重要和最普遍的结合反应,（1）葡糖醛酸基的直接供体：尿苷二磷酸葡糖醛酸(UDPGA),（2）催化酶:葡糖醛酸基转移酶(UDP-glucuronyltransferase,UGT),2.硫酸结合也是常见的结合反应,（1）硫酸供体：3-磷酸腺苷-5-磷酰硫酸(3-phospho-adenosine-5-phospho-sulfate，PAPS)（2）催化酶：硫酸转移酶(sulfatetransferase),雌酮,雌酮硫酸酯,+PAP,3.乙酰基化是某些含胺类异源物的重要转化方式,（1）主要转化对象：芳香胺类（2）催化酶：乙酰基转移酶（acetyltransferase),4.谷胱甘肽结合是细胞应对亲电子性异源物的重要防御反应,（1）结合对象：卤代、环氧化物（2）催化酶：谷胱甘肽S-转移酶（glutathioneS-transferase,GST）,5.甲基化是代谢内源化合物的重要反应,甲基供体：S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosylmethionine，SAM),6.甘氨酸主要参与含羧基异源物的结合转化,结合对象：含羧基化合物,转化反应的连续性反应类型的多样性解毒与致毒的双重性,三、生物转化反应的特点,一种物质经过一定生物转化后，其毒性可能减弱（解毒），也可能增强（致毒）,同一种或同一类物质在体内也可进行多种不同反应,一种物质在体内的转化可同时或先后发生多种反应，产生多种产物,年龄、性别、营养、疾病及遗传等对生物转化产生明显影响,人肝生物转化酶有一个发育的过程老年人肝的生物转化能力仍属正常某些生物转化反应有性别差异营养状况对生物转化作用亦产生影响疾病可对肝生物转化作用产生影响,四、影响生物转化作用的因素,许多异源物可诱导生物转化的酶类,许多异源物可以诱导合成一些生物转化酶类，在加速其自身代谢转化的同时，亦可影响对其他异源物的生物转化意义：指导临床用药,胆汁与胆汁酸的代谢,第三节,(MetabolismofBileandBileAcids),一、胆汁可分为肝胆汁和胆囊胆汁,肝胆汁,胆汁的主要有机成分：胆汁酸盐(含量最高)胆固醇胆色素多种酶类等,两种胆汁的百分组成和部分性质,1.按结构分,（一）胆汁酸有游离型/结合型及初级/次级之分,二、胆汁酸的分类,（1）游离胆汁酸,例：胆酸,（2）结合胆汁酸,2.按来源分,（1）初级胆汁酸：在肝细胞以胆固醇为原料直接合成的胆汁酸，包括胆酸、鹅脱氧胆酸及其与甘氨酸或牛磺酸的结合产物（2）次级胆汁酸：在肠菌作用下，第7位羟基脱氧生成的胆汁酸称为次级胆汁酸，主要包括脱氧胆酸和石胆酸及其在肝中分别与甘氨酸或牛磺酸的结合产物,初级胆汁酸(primarybileacid),次级胆汁酸(secondarybileacid),初级胆汁酸,胆酸,脱氧胆酸,次级胆汁酸,鹅脱氧胆酸,初级胆汁酸,石胆酸,次级胆汁酸,1.初级胆汁酸在肝内生成部位：肝细胞的胞液和微粒体中原料：胆固醇关键酶：胆固醇7-羟化酶,（三）胆汁酸的代谢,胆固醇转化成胆汁酸是其在体内代谢的主要去路,合成过程：复杂,2.次级胆汁酸在肠道由肠菌作用生成,（1）部位：小肠下段和大肠（2）过程：,初级胆汁酸,次级胆汁酸,3.胆汁酸肠肝循环概念:,胆汁酸肠肝循环概念:胆汁酸随胆汁排入肠腔后，约95%可经门静脉重吸收入肝，在肝内转变为结合胆汁酸,经胆道再次排入肠腔的过程,称胆汁酸的肠肝循环（enterohepaticcirculationofbileacid)。,胆汁酸的肠肝循环,胆汁酸肠肝循环的生理意义,意义在于使有限的胆汁酸库（bileacidpool）（约35克）循环利用，以满足机体对胆汁酸的生理需求。,（四）胆汁酸的生理功能,1.促进脂类的消化与吸收主要功能胆汁酸的立体构型亲水与疏水两个侧面，赋予胆汁酸很强的界面活性，成为较强的乳化剂2.维持胆汁中胆固醇的溶解状态以抑制胆固醇析出胆汁中胆汁酸、卵磷脂与胆固醇的正常比值101,甘氨胆酸的立体构型,疏水侧,亲水侧,第四节,胆色素的代谢与黄疸,(MetabolismofBilePigmentandJaundice),胆色素(bilepigment)是铁卟啉类化合物的主要分解代谢产物。,包括胆红素、胆绿素、胆素原和胆素等胆红素处于胆色素代谢的中心,一、胆红素(bilirubin)主要源于血红素的降解,体内铁卟啉化合物包括,约80胆红素来自衰老红细胞中血红素的降解。,二、血红素加氧酶和胆绿素还原酶催化胆红素的生成,部位：肝、脾、骨髓等单核吞噬细胞微粒体与胞质中过程：,氨基酸,胆红素,胆红素的性质：亲脂疏水,对脑具有毒性作用,胆红素的生成过程,胆绿素还原酶,血红素加氧酶,胆红素的空间结构赋予其疏水亲脂的特性,胆红素分子中虽然含有羧基、羟基和亚氨基等极性基团，但由于胆红素分子形成脊瓦状的刚性折叠，使极性基团包埋于分子内部，而疏水基团则暴露在分子表面，因此胆红素具有疏水亲脂性质，极易透过生物膜。,胆红素立体结构示意图,血红素加氧酶（hemeoxygenase，HO）有3种同工酶：HO-1、HO-2和HO-3。,HO-1是迄今所知的诱导物最多的诱导酶，受血红素和氧化应激等许多因素的诱导合成HO-1诱导因素的多样性是细胞重要的保护机制,CO作为气体信息分子所介导的诸多生物学效应正为广大学者所关注胆红素是人体内强有力的内源性抗氧化剂:是血清中抗氧化活性的主要成分,三、血液中的胆红素主要与清蛋白结合而运输,运输形式：胆红素-清蛋白复合体意义：一方面增加了胆红素的水溶性，提高了血浆对胆红素的运输能力另一方面限制了它自由通透各种细胞膜，避免了它对组织细胞造成的毒性，起到暂时性的解毒作用竞争结合剂：如磺胺药、水杨酸、胆汁酸等,四、胆红素在肝内质网结合转化为结合胆红素并泌入胆小管,摄取：胆红素可以自由双向通透肝血窦肝细胞膜表面进入肝细胞,其速度取决于清蛋白-胆红素的释放速度和肝细胞对胆红素的处理能力转运：在胞浆与配体蛋白（蛋白或蛋白,以蛋白为主)结合,内质网,结合转化葡糖醛酸胆红素的生成,胆红素葡糖醛酸二酯的结构,两种胆红素的比较,排泄,结合胆红素从肝细胞分泌至胆小管，再随胆汁排入肠道多耐药相关蛋白2(multidrugresistance-likeprotein2，MRP2)是肝细胞向胆小管分泌结合胆红素的转运蛋白肝细胞向胆小管分泌结合胆红素是一个逆浓度梯度的主动转运过程肝分泌胆红素入胆小管是肝脏代谢胆红素的限速步骤,五、胆红素在肠道内转化为胆素原和胆素,过程,胆素原,胆素,游离胆红素,结合胆红素,胆素原：中胆素原，粪胆素原，d-尿胆素原胆素：i-尿胆素，粪胆素，d-尿胆素,胆素原与胆素的生成反应,胆素原的肠肝循环的概念：肠道中有少量的胆素原可被肠粘膜细胞重吸收，经门静脉入肝，其中大部分重吸收的胆素原再随胆汁排入肠道，形成胆素原的肠肝循环(bilinogenenterohepaticcirculation),胆素原的肠肝循环,胆素原的肠肝循环,（一）正常人血清胆红素含量甚微,六、血清胆红素含量增高可出现黄疸,正常人血清胆红素含量为3.417.1mol/L（0.21mg/dl），以未结合胆红素为主正常人肝对胆红素有强大的处理能力，每天可清除3000mg以上的胆红素，不会造成未结合胆红素的堆积,(jaundice),（二）黄疸根据病因分为溶血性、肝细胞性和阻塞性黄疸,概念：血浆胆红素浓度超过34.2mol/L(2mg/dl）时，肉眼可见皮肤、粘膜及巩膜等组织黄染的现象。若血浆胆红素升高不明显,在17.134.2mol/L（12mg/dl）之间,肉眼观察不到黄染现象,则称为隐形黄疸种类：按黄疸的发病原因分为三类溶血性黄疸(hemolyticjaundice)肝细胞性黄疸(hepatocellularjaundice)阻塞性黄疸(obstructivejaundice),1.溶血性黄疸：是由于红细