第16章 肝生物化学.ppt

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1、肝生物化学,第16章,Biochemistry of the Liver,“肝的化学”重点内容,肝的生物转化 概念、特点、反应类型,胆汁酸代谢胆汁酸种类胆汁酸的肠肝循环（概念、生理意义）胆汁酸的生理功能,胆色素代谢胆素原的肠肝循环直接胆红素与间接胆红素的区别溶血性、阻塞性、肝细胞性黄疸的区别,人体最大的腺体,1. 双重血供与双重排泄构成特殊的肠肝循环 血供：门静脉与肝动脉，排泄：肝静脉与胆汁胆管其中，门静脉通过肠道静脉与胆道物质吸收相通，肝脏起到肠道外来物质的首次过滤（首过）作用；胆汁胆管又与肠道再次相遇，将肝脏胆汁等排泄入肠道，后者有可能通过门静脉再次到肝脏。这种肠-门静脉-肝-胆管-肠的联

2、通关系称为肠肝循环（entero-hepatic cycle）。2. 肝细胞内丰富的亚细胞结构和各种酶类为肝生物转化提供可能线粒体，能量代谢；滑面内质网、高尔基体、溶酶体 ，合成、生物转化和分泌。,肝解剖结构特点,第一节 肝在物质代谢中的作用 The Liver Roles in Metabolism,一、在糖代谢中的作用,二、在脂类代谢中的作用,三、在蛋白质代谢中的作用,四、在维生素代谢中的作用,五、在激素代谢中的作用,六、在外来物质代谢中的作用,一、肝在糖代谢中的作用,3在糖的转化中占主要作用。,1是糖异生的主要场所。,2通过糖原的合成与分解维持血糖恒定。,肝脏损伤时血糖变动不稳,二、肝在

3、脂类代谢中的作用,肝脏损伤时脂肪吸收不良,三、肝在蛋白质代谢中的作用,肝脏损伤时血氨增加、清球比下降和易出血等,四、肝在维生素代谢中的作用,1.维生素吸收 胆汁酸盐有利于脂溶性维生素吸收 2.维生素储存 是A、E、K和B12的主要储存场所，含维生素A、K、B1、B2、B6、B12、泛酸和叶酸最多的器官。 3. 维生素运输和代谢 维生素D转化为25-羟维生素D， 合成维生素D结合蛋白。 4. 维生素转化,肝脏损伤时会出现凝血障碍、低血钙和骨质疏松等,五、肝在激素代谢中的作用,激素发挥其调节作用后在肝脏中最后被转化、降解或失去活性的过程称为激素的灭活。多种激素主要在肝中灭活。,肝病严重时，由于激素

4、的灭活功能降低，体内的雌激素、醛固酮、抗利尿激素等水平升高，可出现男性乳房女性化、蜘蛛痣、肝掌体征。,第二节 肝的生物转化作用 Biotransformation in the Liver,一、生物转化的概念,二、生物转化的对象：非营养物质,五、生物转化的生理意义,四、生物转化反应的主要类型,六、生物转化的影响因素,三、生物转化反应的器官,一、生物转化与外来物质的概念机体将一些非营养物质（外来物质，xenobiotics）转变成容易排泄形式的作用,是机体处理非营养物质的过程。人体内经常存在一些非营养物质（外来物质，xenobiotics，如药物、食物中成分等）,这些物质既不能构成组织细胞的结构

5、成分，又不能氧化供能，其中一些对人体有一定生物学效应或毒性作用，而且常常不容易排泄，机体在排出这些物质以前常将其进行各种代谢转变，使其容易排出体外。,非营养物 质,内源性：激素、神经递质、胺类、胆红素、胆汁酸等,外源性：药物、食品添加剂、色素和毒物等,肝 主要器官；肺、肾、小肠、皮肤次之。,二、生物转化的对象,三、生物转化反应的器官,四、生物转化反应的主要类型,第一相反应（phase I）：增加水溶性 氧化(oxidation) 还原(reduction) 水解(hydrolysis),第二相反应（phase II）： 结合(conjugation) 与葡糖醛酸、硫酸等极性物质结合,第三相反应

6、（phase III）： 转运(transport) 肾细胞滤膜上载体蛋白，ATP耗能,肝参与生物转化的酶类,酶 类 辅酶或结合物 细胞定位,第一相反应 氧化酶类细胞色素P450 NADPH、O2 内质网 胺氧化酶 黄素辅酶 线粒体脱氢酶类 NAD+ 线粒体或胞液 还原酶类 NADH或NADPH 内质网 水解酶类 胞液或内质网 第二相反应 转葡糖醛酸酶 UDPGA 内质网 转硫酸酶 PAPS 细胞液 谷胱甘肽转移酶 GSH 胞液与内质网 乙酰转移酶 乙酰辅酶A 细胞液 酰基转移酶 甘氨酸 线粒体 甲基转移酶 S-腺苷甲硫氨酸 胞液与线粒体,（一）氧化反应(oxidation reaction)

7、,1加单氧酶系(monooxygenase)与细胞色素P450催化反应可表示为：,RH + O2 + NADPH + H+ ROH + NADP+ + H2O,分子氧中一个氧原子参与使作用物氧化生成羟基或环氧化合物，另一个氧原子参与生成水,又称混合功能氧化酶，微粒体依赖细胞色素P450 加单氧酶系。,微粒体加单氧酶系组成,加单氧酶系催化许多脂溶性物质生成羟基或环氧化合物，是肝内最重要的氧化酶类。 使药物、毒物等增加水溶性利于排泄；维生素D3类固醇激素 羟化 活化与合成胆汁酸,微粒体加单氧酶系反应步骤,终点,起点,2、单胺氧化酶系 monoamine oxidase,MAO,在线粒体,含黄素蛋白

8、,使胺类氧化脱氨基生成醛，醛再经胞液中脱氢酶氧化成酸：RCH2NH2 + O2 + H2O2RCHO + NH3 + H2ORCHO + NAD + H2O RCOOH + NADH是腐败产物组胺、酪胺、色胺、尸胺、腐胺等在肠道、肝内的处理方式。,3、脱氢酶系 dehydrogenase,肝内存在多种氧化乙醇的酶，主要是: 醇脱氢酶（alcohol dehydrogenase，ADH ） 醛脱氢酶（aldehyde dehydrogenase，ALDH）两种酶可转化多种非营养物质，ALDH氧化LDH产物乙醛。,醇脱氢酶与醛脱氢酶的酶促反应,饮酒（乙醇饮料、调味剂）的代谢：大量饮酒(乙醇) 醇脱

9、氢酶氧化处理 诱导微粒体乙醇氧化系统 乙醛（有毒）进一步氧化解毒,微粒体乙醇氧化系统 ethanol dehydrogenase, ADH,微粒体乙醇氧化系统(microsomal ethanol oxidizing system,MEOS) 在大量饮酒时活性可增加50% 100%，可代谢掉乙醇总量的50%。乙醇诱导MEOS使得乙醇不能氧化产生ATP，同时还可增加肝脏对氧和NADPH的消耗 肝能量代谢 肝细胞损害。,醇脱氢酶 alcohol dehydrogenase,醇脱氢酶(alcohol dehydrogenase,ADH)催化醇氧化成醛，后者再经醛脱氢酶催化生成酸，酸再通过结合反应等处

10、理排出体外。,醛脱氢酶系 aldehyde dehydrogenase，ALDH,ALDH酶表达有+/+, +/和 / 3种基因型，东方人三基因型的分布比例是45：10：45。无活性纯合子 / 型完全缺ALDH活性；杂合子+/型部分缺乏。饮入少量乙醇（0.1g/kg体重）无活性纯合子血乙醛浓度明显升高（杂合子不明显）；当中等量乙醇饮入（0.8g/kg体重）无活性纯合子、杂合子血乙醛浓度明显升高（纯合子不明显）面部潮红、脉搏加快。ALDH缺乏也能引起肝损害。,（二）还原反应 (reduction reaction),主要是醛、硝基还原酶类(nitroreductase)和 偶氮还原酶(azore

11、ductase)，催化硝基化合物与偶氮化合物从NADPH接受氢，还原成相应的胺类。,（三）水解反应 (hydrolysis reaction),可将脂类、酰胺类和糖苷类化合物水解，以减低或消除其生物活性。水解产物常常需要进一步反应才能排出体外。,乙酰水杨酸水杨酸,乙酰水杨酸的水解反应,（四）结合反应 conjugation reaction,凡含有羟基、羧基或氨基的药物、毒物、激素均可在肝内与葡糖醛酸、硫酸、谷胱苷肽、甘氨酸等物质发生结合反应，或进行酰基化和甲基化等反应，使其容易排泄，其中与葡糖醛酸结合最普遍。生物转化的反应有连续性，即经过第一相反应后还要立即进行第二相反应。,几种主要结合成分

12、及其转移反应,1葡糖醛酸结合反应,部 位：肝微粒体 被结合物：酚、醇、胺、羧基化合物等酶：葡萄糖醛酸基转移酶(UDP- glucuronyl transferases，UGT) 活性供体：UDPGA 反应产物：葡糖醛酸结合物,葡萄糖醛酸结合反应,葡萄糖醛酸胆红素的生成与结构,2硫酸结合反应,部 位：肝细胞液 被结合物：酚、醇、芳香胺等化合物酶：转硫酸酶 （sulfate transferase，ST） 活性供体：PAPS 反应产物：硫酸酯化合物,雌酮的硫酸结合反应,3谷胱甘肽结合反应,部 位：肝细胞液 被结合物：卤代化合物、环氧化合物等酶：谷胱甘肽转移酶 glutathione S-trans

13、ferase，GST 活性供体：GSH 反应产物：GSH结合物,黄曲霉素B1谷胱甘肽结合反应,4乙酰基结合反应,部 位：肝细胞液 被结合物：抗结核药物异烟肼、大部分磺胺药等酶：乙酰转移酶 （acetylase，AT） 活性供体：乙酰辅酶A 反应产物：乙酰化衍生物,异烟肼的乙酰基结合反应,5甲基化反应,部 位：肝微粒体、细胞液 被结合物：胺类、药物等酶：甲基转移酶（MT） 活性供体：SAM 反应产物：甲基化合物,尼克酰胺的甲基结合反应,6甘氨酸结合反应,部 位：肝微粒体 被结合物：含羧基化合物、游离胆汁酸等酶：酰基转移酶 活性供体：乙酰辅酶A、甘氨酸 反应产物：酰基结合在甘氨酸的羧基上,苯甲酸与

14、甘氨酸的结合反应,生物转化反应的特点,1连续性：一种物质经过连续反应转化 2多样性：一种物质可以多种方式转化 3解毒与致毒性：多数解毒，少数致毒,生物转化的致毒性,有些物质经过生物转化的氧化反应从无毒转变成有毒物质，需进一步生物转化解毒：,多环芳烃,环氧化物 （ 致癌）,加单氧酶系,二氢二醇 衍生物,酚类,GA或H2SO4结合,谷胱甘肽结合物,谷胱甘肽-S-环 氧化物转移酶,分子重排,水化酶,对体内的非营养物质进行转化，使其生物学活性降低或消除(灭活作用) 使有毒物质的毒性减低或消除(解毒作用） 使不易排泄的物质转变为容易排泄形式目的是排除非营养物质。,五、生物转化的生理意义,六、影响生物转化

15、作用的主要因素,1.年 龄：儿童、老人比青壮年弱； 2.性 别：少数情况女大于男； 3.疾 病：肝功能破坏、肾疾病； 4.诱导物：苯巴比妥等多种药物；抑制物：几种药物同时用可产生药物之间对生物转化酶竞争性抑制； 5.食物、营养状态等体内外因素,第三节 胆汁与胆汁酸的代谢 Metabolism of Bile and Bile Acid,胆汁：肝脏每天利用胆固醇作为原料合成胆汁酸（0.40.6克/日），再合成胆汁,胆汁,肝胆汁：金黄色或桔黄色，比重1.013，正常人平均300700ml /d,胆囊胆汁：暗褐或棕绿色，比重1.032,胆汁的主要成分是胆汁酸、胆红素、胆固醇等,bile,胆汁的主要成

16、分是胆汁酸，约占固体总量的50%70% 。在胆汁中胆汁酸以胆汁酸钠盐或钾盐的形式存在。,胆汁酸,一、胆汁酸的化学,是24碳的类固醇化合物，肝利用胆固醇在微粒体经复杂的羟化、加氢、侧链氧化断链等反应形成。成人每天合成胆汁酸0.40.6克（约胆固醇总量的一半）。,二、胆汁酸的分类,游离胆汁酸,胆酸 鹅脱氧胆酸,结合胆汁酸,甘氨胆酸 牛磺胆酸 牛磺鹅脱氧胆酸 甘氨鹅脱氧胆酸,初 级胆汁酸 （肝）,胆汁酸,次级胆汁酸（肠道）,鹅脱氧胆酸 石胆酸,游离胆汁酸,成人胆汁中甘氨胆酸与牛磺胆酸的比例为3：1,free bile acid,conjugated bile acid,primary bile ac

17、id,secondary bile acid,三、胆汁酸代谢,1胆汁酸合成原料：胆固醇关键酶：7-羟化酶,初级胆汁酸：胆酸和鹅脱氧胆酸,甘氨胆酸的立体构象式,胆汁酸的羟基、羧基、磺酸基构成亲水面，烃核和甲基构成疏水面。,OH,OH,OH,COOH,次级胆汁酸： 肠道细菌作用下7位脱氧变成胆酸脱氧胆酸鹅脱氧胆酸石胆酸,可结合,次级胆汁酸的生成,结合胆汁酸的生成,结合胆汁酸：24位结合甘氨酸或牛磺酸,2胆汁酸肠肝循环,肝胆汁酸肠道吸收入血肝肠道肝循环。人体每天需要胆汁酸1632克，每天合成仅0.40.6克，体内胆汁酸代谢池约35克，供需矛盾很大。每餐后胆汁酸肠肝循环24次，使发挥最大限度的乳化作用

18、。胆汁酸肠肝循环重吸收的次级、游离胆汁酸，在肝中可再结合成结合胆汁酸。,胆汁酸肠肝循环,四、胆汁酸的生理意义,1双极性分子，促进脂类消化吸收2抑制胆固醇结石的形成3动态调节胆固醇水平胆汁酸对HMG-CoA还原酶和7-羟化酶都有负反馈抑制作用，调节胆固醇的来源与去路之间的平衡。,第四节 胆色素代谢与黄疸 Metabolism of Bile Pigments and Jaundice,胆色素概念 一、胆红素的来源与生成 二、胆红素在血中的运输 三、胆红素在肝内的结合 四、胆红素在肠道的转化 五、血清胆红素与黄疸,胆色素概念(bile pigment),是体内铁卟啉化合物分解代谢的最终产物胆红素(

19、bilirubin) 胆绿素(biliverdin) 胆素原(bilinogen，尿胆素原、粪胆素原) 胆素（bilin，尿胆素、粪胆素）除胆素原无色外都有颜色而得名，正常情况下随胆汁排泄，赋予胆汁、粪便颜色。,一、胆红素的来源与生成,体内含铁卟啉化合物有：血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素、过氧化氢酶、过氧化物酶等。正常成人每天大约生成250350mg胆红素，其中80%来自血红蛋白衰老产生。,血红蛋白,血红素,珠蛋白,网状内皮系统,血红素加氧酶,胆绿素,O2 + NADPH,CO + Fe2+ + NADP,胆绿素还原酶,NADPH,NADP,胆红素,胆红素 的空间结构,胆红素的生成,游离胆红素脂

20、溶性，有毒，分子内有氢键 重氮试剂直接反应阳性,游离胆红素 （free bilirubin ）,未结合胆红素由于分子内有氢键，不能与重氮试剂直接反应，必须先加入酒精或尿素破坏氢键后才能生成紫红色偶氮化合物，即与重氮试剂反应间接阳性，所以又称为间接反应胆红素或间接胆红素。,二、胆红素在血中的运输,在血液中胆红素与清蛋白结合以胆红素-清蛋白形式运输，转运到肝脏中进一步被转变成为其他形式的胆色素。正常人血中胆红素含量仅0.20.9 mg/dl（3.417.1mol/L ），而每100ml血浆中清蛋白可以结合2025mg胆红素。游离的胆红素是脂溶性的有毒物质，易透过生物膜和血脑屏障，与神经核结合，干扰

21、脑细胞正常代谢及功能，引起“核黄疸”。许多外来物（磺胺、镇痛药、抗炎药、利尿剂等）可竞争游离的胆红素结合部位或改变清蛋白的构象，干扰胆红素与清蛋白结合，游离胆红素与巩膜等结合形成黄疸和核黄疸，因此儿童应慎用以上药物，以防止发生胆红素脑病。,三、胆红素在肝内转变为结合型,1摄取 通过Y-蛋白、Z-蛋白将血液中胆红素纳入肝细胞。 2结合 在葡萄糖醛酸转移酶催化下将游离的胆红素转变成结合胆红素葡萄糖醛酸胆红素（单、双70%80%） 3排泄 肝脏排泄胆汁酸把结合胆红素排入肠道，随粪便排出体外。,结合胆红素 （conjugated bilirubin ）,葡萄糖醛酸胆红素（bilirubin glucu

22、ronide）分子内不再有氢键，能迅速、直接与重氮试剂反应产生红色偶氮化合物，故又称为直接反应胆红素、或直接胆红素。,葡萄糖醛酸胆红素的生成与结构,游离胆红素与结合胆红素的性质区别,别名 间接胆红素 直接胆红素血胆红素 肝胆红素 与GA结合 未结合 结合 与重氮试剂反应 慢或间接反应 迅速、直接反应 水中溶解度 小 大 肾排泄 不能 能 透过细胞膜 对脑毒性 大 无,游离胆红素 结合胆红素,四、胆红素在肠道的进一步转变,在肠道胆红素经过细菌作用发生一系列变化转变为胆素原、胆素，再排出体外。,胆红素胆素原胆素,胆素原肠-肝循环 (bilinogen enterohepatic circulati

23、on) 肝胆红素肠道重吸收入血门静脉肝肠道重吸收入血肝循环。,胆红素在肠道中的变化,胆红素生成与胆素原肠肝循环,五、血清胆红素的种类与来源,按其性质和结构不同分两类： 1. 凡未经肝细胞结合转化、没有结合葡萄糖醛酸的胆红素称为未结合胆红素；网状内皮系统产生的胆红素是脂溶性，有毒物质 2. 凡经过肝细胞转化、与葡萄糖醛酸或其他物质结合的胆红素统称为结合胆红素。,六、三类型黄疸 （jaundice）的鉴别诊断,1溶血性黄疸 = 肝前性黄疸胆红素生成血中游离胆红素 2肝细胞性黄疸肝功能障碍胆红素处理障碍血液中结合、游离胆红素 3肝后性黄疸 = 阻塞性黄疸胆道阻塞胆红素排泄障碍血液结合胆红素,三种黄疸时血、尿、粪的改变,血清胆红素 总量 1mg/dl 1mg/dl 1mg/dl 1mg/dl 结合胆红素 00.8mg/dl 游离胆红素 1mg/dl 尿三胆尿胆红素 + + + +尿胆素原 少量 不一定 尿胆素 少量 不一定 粪便颜色 正常 深 变浅或正常 全阻为陶土色,指 标 正 常 溶血性 肝细胞性 阻塞性,