第二十二部分肝生物化学PPT学习教案

1、会计学1第二十二部分肝生物化学第二十二部分肝生物化学The Liver Roles in Metabolism第1页/共103页不同部位的肝细胞获得的氧和营养物质具有差异。I 区：肝小叶门周区III ：肝小叶中央周区II区：介于I区与III区之间以终末微血管为中轴，将肝小叶中的肝细胞分为三条带：第2页/共103页目 录肝门管区肝门管区中央静脉中央静脉终末微血管肝细胞分带示意图箭头表示血流方向第3页/共103页第4页/共103页肝细胞富含细胞器，其中以内质网、线粒体、溶酶体和过氧化酶体含量最为丰富。 肝细胞含有3个不同功能膜域（membrane domain），即血窦域、胆小管域和与这两个膜域相

2、连接的侧域。 第5页/共103页糖异生 肝糖原的合成与分解糖酵解途径 磷酸戊糖途径回顾：肝内进行那些糖代谢途径？作用：维持血糖浓度恒定，保障全身各组织，尤其是大脑和红细胞的能量供应。第6页/共103页第7页/共103页作用：在脂类的消化、吸收、合成、分解与运输均具有重要作用。第8页/共103页第9页/共103页第10页/共103页第11页/共103页第12页/共103页Biotransformation in the Liver第13页/共103页内源性：如激素、胺类等外源性：如药物、毒物等非营养物质生物转化的对象第14页/共103页生物转化的意义对体内的非营养物质对体内的非营养物质(xeno

3、biotics)进行转化，进行转化，使其灭活使其灭活 (inactivate)，或解毒，或解毒(detoxicate)；更为重；更为重要的是可使这些物质的溶解度增加，易于排出体外要的是可使这些物质的溶解度增加，易于排出体外。 生物转化的主要场所肝是生物转化最重要器官，但在肺、肾、胃肝是生物转化最重要器官，但在肺、肾、胃肠道和皮肤也有一定生物转化功能肠道和皮肤也有一定生物转化功能 。 肝的生物转化作用解毒作用（detoxification） 第15页/共103页* 有些物质经过第一相反应即可顺利排出体外。* 物质即使经过第一相反应后，极性改变仍不大，必须与某些极性更强的物质结合, 即第二相反应，

4、才最终排出。第16页/共103页1.细胞色素P450加单氧酶是氧化异源物的最重要的酶第17页/共103页能直接激活氧分子，其中一个氧原子能直接激活氧分子，其中一个氧原子加入底物分子中，另一氧原子被还原为水，加入底物分子中，另一氧原子被还原为水，故又称为故又称为混合功能氧化酶。混合功能氧化酶。n基本特点：第18页/共103页第19页/共103页n 产物：羟化物或环氧化物n 举例：NH2NH2HO苯胺对氨基苯酚第20页/共103页多 芳 香 烃加 单 氧 酶 系加 氧O 环 氧 化 物（ 致 癌 物 ）水 化 酶水 化谷 胱 甘 肽 -S-环 氧 化 物 转 移 酶GSH非 酶 促 反 应 分 子

5、 重 排OH酚 类葡 糖 醛 酸 或 硫 酸 结 合 物二 氢 二 醇 衍 生 物OHHOHH谷 胱 甘 肽 结 合 物OHSG多环芳烃的生物转化过程第21页/共103页 迄今已鉴定出30余种人类编码CYP的基因。 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。 在同一家族中，按氨基酸序列同源性在55%60%，又可进一步分为A、B、C等亚族。 对异生素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。 第22页/共103页第23页/共

6、103页OCH3OOOOONADPH+H+ + O2OOCH3OOOOOH2NNHNNNO+OHOCH3OOOOOH2NNNHNNOP450黄曲霉素是致肝癌的重要危险因子黄曲霉素B1经CYP作用生成的黄曲霉素2,3-环氧化物可与DNA分子中鸟嘌呤结合，引起DNA突变。 黄曲霉素B12,3-环氧黄曲霉素DNA-鸟嘌呤环曲霉素与DNA的 结合产物第24页/共103页第25页/共103页黄素-加单氧酶催化机制第26页/共103页目 录SHNNCH3SO2NNCH32NADPH + 2O2_H2OHNNCH3+ HSO3_CH3NNCH2CH2H2CCF3SNOHCH3NNCH2CH2H2CCF3SN

7、+甲巯咪唑三氟吡啦嗪甲基咪唑N-羟基三氟吡啦嗪第27页/共103页单胺氧化酶单胺氧化酶( monoamine oxidase, MAO)胺类物质n 催化的反应：RCH2NH2+O2+H2O2RCHO+NH3+H2O相应的醛第28页/共103页目 录CH2CH2NH2OCH3OCH3H3COCH2CHOOCH3OCH3H3CONH3 + H2O2MAOCH2COOHOCH3OCH3H3CO3,4,5-三甲氧基苯乙酸 麦斯卡林3,4,5-三甲氧基苯乙醛第29页/共103页4. 醇脱氢酶和醛脱氢酶将乙醇氧化生成乙酸CH3CHO + NAD+ + H2O CH3COOH + NADH +H+ 醇脱氢酶

8、醇脱氢酶(alcohol dehydrogenase, ADH)催化醇类氧化成醛催化醇类氧化成醛。醛脱氢酶醛脱氢酶(aldehyde dehydrogenase, ALDH)催化醛类生成酸。催化醛类生成酸。CH3CH2OH + NAD+ CH3CHO + NADH + H+第30页/共103页ADH是乙醇代谢的限速酶。ALDH2活性低下，是该人群饮酒后乙醛在体内堆积，引起血管扩张、面部潮红、心动过速等反应的重要原因。 长期饮用乙醇可使肝内质网增殖。大量的乙醇可稳定内质网内CYP2E1的活性和增加其mRNA的含量，即启动微粒体乙醇氧化系统(microsomal ethanol oxidizing

9、 system, MEOS)。CYP2E1不但在氧化乙醇时消耗ADPH和氧，而且还催化脂质过氧化，产生羟乙基自由基。后者可进一步促进脂质过氧化和肝损伤。 第31页/共103页NO2NONHOHNH2硝基还原酶(nitroreductase) :硝基苯亚硝基苯氨基苯羟氨苯还原产物：相应胺类第32页/共103页CH3CH3NCOOHNNCH3CH3NH2NCOOHNH2+2NAD(P)H +H+偶氮还原酶(azoreductase) :甲基红邻氨基苯甲酸N-二甲基氨基苯胺第33页/共103页6.酯酶、酰胺酶和环氧化物水解酶是生物转化的主要水解酶n 存在部位：肝细胞内质网和胞液中n 催化的反应酯酶酯

10、酶( (esterases) )可以水解羧酸酯、硫酯、磷酸酯等可以水解羧酸酯、硫酯、磷酸酯等，产生水溶性较强的酸和醇。，产生水溶性较强的酸和醇。酰胺酶酰胺酶(amidase)可水解各种酰胺类。可水解各种酰胺类。 环氧化物水解酶环氧化物水解酶( (epoxide hydrolase)主要存在于肝主要存在于肝细胞微粒体中，胞液虽也有环氧化物水解酶，但细胞微粒体中，胞液虽也有环氧化物水解酶，但不重要。该酶水解环氧化物产生邻二醇不重要。该酶水解环氧化物产生邻二醇 。第34页/共103页CH3CH3CH3COCCH2CH2CCH2CH2CH2NCH2CH2COOCCH2CH2CCH2CH2CH2NCH2

11、CH2COHOHOHOOHOHO 苯丁酸氮芥异丁酯苯丁酸氮芥异烟肼异烟酸肼苯并芘苯并芘-7,8-二醇DHEP-BP第35页/共103页n结合对象：凡含有羟基、羧基或氨基的药物、毒物或激素均可发生结合反应。n结合剂：葡糖醛酸、硫酸、谷胱甘肽、甘氨酸、乙酰基、甲基等物质或基团。 （二） 第相反应是结合反应第36页/共103页2NAD+2NADH+ 2H+UDPG脱氢酶第37页/共103页 催化酶：葡糖醛酸基转移酶葡糖醛酸基转移酶 (UDP-glucuronyl transferases, UGT)举例：+ UDPGAOH苯酚CCOCCCOHOHOHHHHHHOCOOH+ UDP苯葡糖醛酸苷第38页

12、/共103页UGT1A1 胆红素，丁丙诺啡，雌三醇UGT1A4 叔胺，5-a-孕烷-3a-20a-二醇，雄固酮UGT1A6 5-羟色胺UGT1A9 甲状腺素UGT2B7 吗啡，去甲羟基安定，雌三醇，猪脱氧胆酸UGT2B15 雄激素，酚酞人肝UGT基因型及编码酶的特异性基因类型特征性底物第39页/共103页雌酮OOHn催化酶：硫酸转移酶 (sulfate transferase ) 举例PAPS+PAP雌酮硫酸酯OHO3SOX-OH + PAPS X-OSO3H + PAP第40页/共103页OOCH3OOOOO+GSHGSTOCH3OOOOOSGHO黄曲霉素B1-8,9-谷胱甘肽谷胱甘肽结合产

13、物环氧化物 催化这类反应的酶称为谷胱甘肽S转移酶（glutathione S-transferase, GST）。第41页/共103页COOH+ CoASH + ATPCOSCoA+ AMP + PPiCOSCoA +COOHCH2HNCO+ CoASH苯甲酸苯甲酰CoA甘氨酸苯甲酰CoA苯甲酰甘氨酸第42页/共103页NCONH2+ S-腺苷甲硫氨酸甲基转移酶NCONH2CH3+ S-腺苷同型半胱氨酸甲基的供体：甲基的供体：S - 腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸(SAM)尼克酰胺N-甲基尼克酰胺第43页/共103页HOHORS A MH3COHOR儿茶酚O-甲基儿茶酚第44页/共103页NOCNH

14、NH2+ CH3COCoANOCNHNHCOCH3+ HS-CoANHSO2H2NR+SCoAOCH3CCH3CNHSO2NHRO+C oASH 6. 乙酰基化反应是某些含胺异源物的重要代谢途径异烟肼乙酰辅酶A乙酰异烟肼辅酶A磺胺N-乙酰磺胺第45页/共103页(一)许多生物转化的酶类是诱导酶许多异源物可以诱导一些生物转化酶的生物合成来加速其自身的代谢，或影响其他异源物的生物转化。 第46页/共103页巴比妥酸、苯巴比妥、苯妥英等不仅升高各种CYP和UGT的活性，还可引起肝肿大和增加滑面内质网的数量。 多环芳香烃主要诱导芳香烃羟化酶（aryl hydrocarbons hydroxylase，

15、AHH）活性。 个基本类型的诱导作用：巴比妥酸型诱导作用 ：多环芳香烃型诱导作用：第47页/共103页（二）遗传因素可显著影响生物转化酶的活性 遗传变异可引起个体之间生物转化酶类分子结构的差异或酶合成量的差异。变异产生的低活性酶可因影响药物代谢而造成药物在体内积留；高活性酶可缩短药物的作用时间或药物代谢的毒性产物的增多。第48页/共103页（三）年龄、营养、疾病等均可对生物转化作用产生影响1人肝生物转化酶有一个发育的过程 2许多药物可以影响肝葡糖醛酸化的能力3老年人肝的生物转化能力仍属正常4某些生物转化反应有性别差异 5食品对肝生物转化活性也有影响 6疾病可对肝生物转化作用产生影响 第49页/

16、共103页Metabolism of and Bile Acids第50页/共103页胆汁的成分：胆汁酸盐（胆汁酸盐（bile saltsbile salts）、无机盐、粘蛋白、无机盐、粘蛋白、磷脂、胆色素、胆固醇、多种酶类磷脂、胆色素、胆固醇、多种酶类胆道系统肝胆汁（hepatic bile）肝细胞分泌胆囊胆汁（gallbladder bile）肝胆汁经胆囊浓缩第51页/共103页肝胆汁肝胆汁胆囊胆汁胆囊胆汁比重比重1.0091.009 1.0131.0131.0261.026 1.0321.032pHpH7.17.1 8.58.55.55.5 7.77.7水水9696 97978080 8

17、686固体成分固体成分3 3 4 41414 2020无机盐无机盐0.20.2 0.90.90.50.5 1.11.1粘蛋白粘蛋白0.10.1 0.90.91 1 4 4胆汁酸盐胆汁酸盐0.50.5 2 21.51.5 1010胆色素胆色素0.050.05 0.170.170.20.2 1.51.5总脂类总脂类0.10.1 0.50.51.81.8 4.74.7胆固醇胆固醇0.050.05 0.170.170.20.2 0.90.9磷脂磷脂0.050.05 0.080.080.20.2 0.50.5 两种胆汁的百分组成和部分性质 第52页/共103页 胆汁酸(bile acids)的概念胆汁酸

18、胆汁酸是存在于胆汁中一大类胆烷酸是存在于胆汁中一大类胆烷酸的总称，以钠盐或钾盐的形式存在，即胆汁的总称，以钠盐或钾盐的形式存在，即胆汁酸盐，简称胆盐酸盐，简称胆盐 (bile salts)。第53页/共103页n促进脂类的消化与吸收（最重要功能）疏水侧131498101711151656142OHCH3OHCH3COHNCH2HOOCCH3OH甘氨胆酸的立体构型亲水侧第54页/共103页n排泄胆固醇，抑制胆汁中胆固醇的析出胆汁中胆汁酸、卵磷脂与胆固醇的正胆汁中胆汁酸、卵磷脂与胆固醇的正常比值常比值 10101 1。n胆汁酸还有许多其他生理作用 第55页/共103页（一）初级胆汁酸在肝内生成n胆

19、固醇是合成胆汁酸的原料。n胆汁酸的生物合成包括胆固醇核的羟化、侧链的缩短核胆汁酸的结合反应。第56页/共103页 胆固醇7-羟化酶是调节胆汁酸合成的关键酶1.初级胆汁酸有两条合成途径中性途径(neutral pathway)酸性途径(acidic pathway)产物：胆酸、鹅脱氧胆酸产物：鹅脱氧胆酸第57页/共103页熊脱氧酸脱氧胆酸石胆酸胆酸 脱7a-羟基 鹅脱氧胆酸 脱7a-羟基 鹅脱氧胆酸 脱7a-羟基转变为7-羟基 第58页/共103页n按来源分初级胆汁酸(primary bile acid)次级胆汁酸(secondary bile acid)（三）肝细胞将几乎所有的胆汁酸均转变成结

20、合型胆汁酸第59页/共103页初级胆汁酸：是肝细胞以胆固醇为原料直接合成的胆汁是肝细胞以胆固醇为原料直接合成的胆汁酸，包括胆酸、鹅脱氧胆酸及相应结合型胆汁酸酸，包括胆酸、鹅脱氧胆酸及相应结合型胆汁酸。次级胆汁酸在肠道细菌作用下初级胆汁酸在肠道细菌作用下初级胆汁酸 7-7-羟基脱羟基脱氧后生成的胆汁酸，包括脱氧胆酸及石胆酸。氧后生成的胆汁酸，包括脱氧胆酸及石胆酸。第60页/共103页游离胆汁酸HCOOHOHO HO H312724例：胆酸COOHHOHOH3712例：鹅脱氧胆酸第61页/共103页结合胆汁酸CONHCH2CH2SO3HHOHOHOH3127例：牛磺胆酸例：甘氨胆酸CONHCH2C

21、OOHHOHOHOH3127第62页/共103页7-羟基脱氧HCOOHOHOHOH3127胆酸HCOOHOHOH3127脱氧胆酸初级胆汁酸次级胆汁酸第63页/共103页7-羟基脱氧HCOOHOHOH3127鹅脱氧胆酸HCOOHOH3127石胆酸次级胆汁酸初级胆汁酸第64页/共103页四、胆汁酸的肠肝循环利于机体对胆汁酸的再利用胆汁酸随胆汁排入肠腔后，通过重吸收经门静脉又回到肝，在肝内转变为结合型胆汁酸，经胆道再次排入肠腔的过程。 （一）胆汁酸的肠肝循环增加机体胆盐的储备胆汁酸的肠肝循环(enterohepatic circulation of bile acid)胆汁酸池（bile acid

22、pool）机体内胆汁酸储备的总量，成人胆汁酸池约35g。 第65页/共103页（二）肝细胞对胆汁酸盐的分泌是主动转运过程肝细胞的胆小管域存在众多的转运蛋白，可对抗100倍浓度梯度，将胆盐和其他有机化合物转运到胆小管。这些转运蛋白多属于ATP结合盒(ATP-binding cassette, ABC)转运蛋白超家族。 第66页/共103页1.胆盐输出泵专一转运胆汁酸盐 2.多耐药相关蛋白2转运多价有机阴离子 胆盐输出泵（bile salt export pump，BSEP，ABCB11）是依赖ATP的胆盐转运蛋白。肝细胞膜胆小管域还存在转运其他有机化合物的转运蛋白。第67页/共103页（三）胆汁

23、酸主要在回肠被主动重吸收胆汁分泌入胆小管后，经胆总管排入十二指肠。胆盐在小肠内发挥其促进脂类消化、吸收的功能。在小肠下段，初级胆汁酸在肠菌的作用下，生成次级胆汁酸。98%的胆汁酸在回肠被主动重吸收，经门静脉入肝。回肠粘膜柱状上皮细胞的顶端Na+依赖的胆盐转运蛋白（apical sodium-dependent bile salt transporter, ASBT）介导此吸收过程。 少量未结合的胆盐也可在小肠远端被动吸收。 第68页/共103页有机阴离子转运多肽（OATP）Na+-牛磺胆酸共转运多肽（NTCP）可将80%以上的牛磺胆酸和40%的胆酸转运入肝细胞， NTCP的底物不限于胆盐，还包

24、括性类固醇的硫酸酯、溴硫酞、甲状腺激素等。 其中以OATP-C和OATP-A为主，其次是OATP8，OATP-C还有从肝血窦摄取未结合胆红素的功能。 第69页/共103页胆汁酸肠肝循环的过程第70页/共103页n胆汁酸肠肝循环的生理意义将有限的胆汁酸反复利用以满足将有限的胆汁酸反复利用以满足人体对胆汁酸的生理需要。人体对胆汁酸的生理需要。第71页/共103页（一）胆固醇主要随胆汁排泄（二）胆汁胆固醇、磷脂酰胆碱和胆汁酸盐比例失衡导致胆固醇胆石生成第72页/共103页胆结石（gallstone）胆固醇结石（cholesterol stone）黑色素结石（black pigment stone）棕

25、色素结石（brown pigment stone） 第73页/共103页Metabolism of Bile Pigments第74页/共103页第75页/共103页体内的铁卟啉化合物体内的铁卟啉化合物血红蛋白血红蛋白、肌、肌红蛋白、细胞色素、过氧化氢酶及过氧化物酶红蛋白、细胞色素、过氧化氢酶及过氧化物酶。约80来自衰老红细胞中血红蛋白的分解。一、胆红素是血红素的降解产物（一）胆红素主要来自红细胞的破坏胆红素(bilirubin)来源第76页/共103页 部位肝、脾、骨髓单核巨噬细胞系统细胞微肝、脾、骨髓单核巨噬细胞系统细胞微粒体与胞液中粒体与胞液中 过程血红蛋白血红素珠蛋白氨基酸胆红素 胆红

26、素的性质亲脂疏水，对大脑具有毒性作用亲脂疏水，对大脑具有毒性作用第77页/共103页NNNNHOOCFe2+HOOC2O2NADPH+H+NADP+CO+H2OFe3+HNHNPNPHNOONADPH+H+NADP+HNHNPPHNOOHH血红素胆绿素胆红素血红素加氧酶胆绿素还原酶HN胆红素的生成过程第78页/共103页NN HNNOCOOOHCOHHOHH胆红素空间结构示意图第79页/共103页第80页/共103页（一）人体内存在3种血红素加氧酶同工酶3种血红素加氧酶同工酶：HO-1HO-2HO-3第81页/共103页（二）一氧化碳通过激活鸟苷酸环化酶而发挥作用胆红素是人体含量最丰富的内源性

27、抗氧化剂，是血清中抗氧化活性的主要成分。CO可与细胞内鸟苷酸环化酶分子中的血红素结合，激活cGMP的生成。（三）胆红素具有抗氧化作用第82页/共103页第83页/共103页三、血液中的血红素主要与血清蛋白结合而运输 意义增加胆红素在血浆中的溶解度，限增加胆红素在血浆中的溶解度，限制胆红素自由通过生物膜产生毒性作用。制胆红素自由通过生物膜产生毒性作用。 竞争结合剂如磺胺药，水杨酸，胆汁酸等如磺胺药，水杨酸，胆汁酸等。 运输形式胆红素清蛋白复合体胆红素清蛋白复合体第84页/共103页与清蛋白结合的胆红素在肝细胞膜血窦域分解出游离的胆红素，并被肝细胞摄取。其动力是肝细胞内外胆红素的渗透压。其速度取决

28、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。第85页/共103页胆红素在肝细胞浆中主要与胞浆Y蛋白和Z蛋白相结合，其中以Y蛋白为主。Y蛋白，即配体蛋白(ligandin)配体蛋白将胆红素携带到肝内质网。（二）谷胱甘肽S-转移酶是胆红素在肝细胞浆的主要载体第86页/共103页第87页/共103页胆红素葡糖醛酸一酯 + UDP -葡糖醛酸UDP-葡糖醛酸基转移酶胆红素葡糖醛酸二酯 + UDP 胆红素 + UDP -葡糖醛酸胆红素葡糖醛酸一酯 + UDPUDP-葡糖醛酸基转移酶 葡糖醛酸胆红素的生成第88页/共103页HNHNHNHNOOHHCH2CH2CH2COOCH2COOHOHHOH

29、HOHHOOCHHOHOHOHHOHHHOHHCOOHHH 胆红素葡糖醛酸二酯的结构目 录第89页/共103页ONHNHCOOHOCONHNHOHOHOHOHONHNHCOOOCOOHOOCONHNHOCOOHOHOHOHUDP-葡糖醛酸基转移酶胆红素2UDP-葡糖醛酸2UDP二葡糖醛酸胆红素第90页/共103页理化性质理化性质未结合胆红素未结合胆红素（间接胆红素）（间接胆红素）结合胆红素结合胆红素（直接胆红素）（直接胆红素）水溶性水溶性小小大大脂溶性脂溶性大大小小与清蛋白亲合力与清蛋白亲合力大大小小对细胞膜的通透性及对细胞膜的通透性及毒性毒性大大小小能否通过肾小球能否通过肾小球不能不能能能与重氮试剂反应与重氮试剂反应* *间接阳性间接阳性直接阳性直接阳性两种胆红素理化性质的比较 第91页/共103页肝细胞UGT缺乏可造成血中未结合胆红素升高，导致黄疸（jaundice）。 克-奈(Crigler-Najjar)综合征（又称先天性高胆红素血症）病人可因肝细胞UGT活性的严重缺失，出现严重的高未结合胆红素血症，血清未结合胆红素含量可高达340mol/L。 吉尔伯（Gilb