生物化学与分子生物学：肝的生物化学1

1、肝的生物化学Biochemistry in Liver肝的生物化学概述肝脏在物质代谢中的作用肝脏的生物转化作用肝与胆汁酸代谢胆色素代谢与黄疸【掌握】1肝脏在全身物质代谢中的主要作用；2生物转化的概念，生物转化反应的主要类型及酶系，影响生物转化作用的因素；3胆汁酸的种类；4胆汁酸的肠肝循环及生理意义；5游离胆红素和结合胆红素的性质6胆红素的肠肝循环。7血清胆红素与黄疸的关系【熟悉】胆红素的来源、生成、在血中的运输和排泄。【了解】胆汁的主要成分。大纲要求概 述肝脏 = “物质代谢中枢” -在消化、吸收、排泄、生物转化以及各类物质的代谢中均起着重要的作用。肝脏的化学组成特点重量：1 1.5kg含水量

2、：70%酶：数百种肝是人体最大的实质性器官；肝也是体内最大的腺体；肝具有复杂多样的生物化学功能。正常人肝脏的化学组成(按新鲜组织重量百分率计算) 成分百分率成分百分率水70Na0.190蛋白质15K0.215糖质5-10Cl0.016葡萄糖0.1Ca0.012甘油三酯2Mg0.022磷脂2.5Fe0.010胆固醇0.3Zn0.006Cu0.002此外，肝脏含铁蛋白较多，是机体贮存铁最多的器官。 双重血液供应 =门静脉和肝动脉从消化道吸收的营养物质经门静脉进入肝脏被改造利用，有害物质则可进行转化和解毒。通过肝动脉获得充足的氧以保证肝内各种生化反应的正常进行。肝脏还通过胆道系统与肠道沟通，将肝脏分

3、泌的胆汁排泄入肠道。肝细胞亚微结构 - 肝细胞内有大量的线粒体、内质网、微粒体及溶酶体等，适应肝脏活跃的生物氧化、蛋白质合成、生物转化等多种功能。第 一 节肝在物质代谢中的作用Function of Liver in Material Metabolism 作用：一、肝是维持血糖水平相对稳定的重要器官维持血糖水平相对稳定，保障全身各组织，尤其是大脑和红细胞的能量供应。回顾：肝内主要进行那些糖代谢途径？糖酵解途径 糖的有氧氧化磷酸戊糖途径糖异生 肝糖原的合成与分解一、肝脏在糖代谢中的作用 -不同营养状态下肝内如何进行糖代谢？饱食状态肝糖原合成过多糖则转化为脂肪，以VLDL形式输出空腹状态肝糖原分

4、解饥饿状态以糖异生为主脂肪动员酮体合成 节省葡萄糖(1)饱食状态 - 肝脏是人体内糖转变成脂肪的主要场所之一。肝脏和脂肪组织是人体内糖转变成脂肪的两个主要场所。肝脏合成的脂肪不在肝内贮存，而是与肝细胞内磷脂、胆固醇及蛋白质等形成脂蛋白，并以VLDL形式送入血中，送到其它组织中利用或贮存。 (3)饥饿状态 - 肝脏是糖异生的主要器官肝脏可将甘油、乳糖及生糖氨基酸等转化为葡萄糖或糖原。在剧烈运动及饥饿时糖异生作用尤为显著，肝脏还能将果糖及半乳糖转化为葡萄糖，亦可作为血糖的补充来源。 因此，严重肝病时，由于肝糖原合成减少，糖异生作用发生障碍的缘故，空腹时易出现血糖降低。临床上，可通过糖耐量试验(主要

5、是半乳糖耐量试验)及测定血中乳酸含量来观察肝脏糖原生成及糖异生是否正常。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。糖酵解途径 糖的有氧氧化磷酸戊糖途径糖异生肝糖原的合成与分解肝内进行的糖代谢途径：小结：肝在糖代谢中的作用糖在肝脏内的生理功能 = 保证肝细胞内核酸和蛋白质代谢，促进肝细胞的再生及肝功能的恢复通过磷酸戊糖循环生成磷酸戊糖，用于RNA的合成；葡萄糖经磷酸戊糖通路，为脂肪酸及胆固醇合成提供所必需的NADPH。加强糖原生成作用，从而减弱糖异生作用，避免氨基酸的过多消耗；通过糖醛酸代谢生成UDP-葡萄糖醛酸，参与肝脏生物转化作用。二、肝脏在脂类代谢中的作用肝脏在

6、脂类的消化、吸收、分解、合成及运输等代谢过程中均起重要作用分泌胆汁，促进脂类的消化和吸收；是氧化分解脂肪酸的主要场所； -肝脏中活跃的-氧化过程，释放出较多能量，以供肝脏自身需要。是人体内生成酮体的主要场所。- 酮体肝内生成，肝外利用是合成胆固醇最旺盛的器官。 -肝脏合成的胆固醇占全身合成胆固醇总量的80%以上，是血浆胆固醇的主要来源。是合成磷脂的重要器官。是合成甘油三脂的重要器官。 -肝合成胆固醇、磷脂、甘油三脂，并以VLDL的形式分泌入血。肝脏合成并分泌卵磷脂-胆固醇酰基转移酶(LCAT)，促使胆固醇酯化，并便于运输。 = 当肝脏严重损伤时，不仅胆固醇合成减少，血浆胆固醇酯的降低往往出现更

7、早和更明显。 是体内胆固醇的重要排泄器官 - 粪便中的胆固醇除来自肠粘膜脱落细胞外，均来自于肝。 - 胆汁酸的生成是肝降解胆固醇的最重要途径小结：肝在脂类代谢中的作用作用：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合成脂肪酸、甘油三酯、酮体、 胆固醇 、磷脂 分解脂肪酸的氧化、 胆固醇的降解与排泄、LDL 的降解运输合成与分泌 VLDL; HDL; apo C; LCAT三、肝脏在蛋白质代谢中的作用肝内蛋白质的代谢极为活跃，肝蛋白质的半寿期为10天，更新速度较快（肌肉蛋白质半寿期则为180天)。肝脏除合成自身所需蛋白质外，还合成多种分泌

8、蛋白质。 -如清蛋白、凝血酶原、纤维蛋白原及血浆脂蛋白所含的多种载脂蛋白(Apo A,Apo B,C.E)等均在肝脏合成。 =故肝功能严重损害时，常出现水肿及血液凝固机能障碍。 肝脏在血浆蛋白质分解代谢中亦起重要作用。肝细胞表面有特异性受体可识别某些血浆蛋白质(如铜蓝蛋白、1抗胰蛋白酶等)，经胞饮作用吞入肝细胞，被溶酶体水解酶降解。肝脏中有关氨基酸分解代谢的酶含量丰富，体内大部分氨基酸，除支链氨基酸在肌肉中分解外，其余氨基酸特别是芳香族氨基酸主要在肝脏分解。 - 故严重肝病时，血浆中支链氨基酸与芳香族氨基酸的比值下降。 解氨毒 = 即将氨基酸代谢产生的有毒的氨通过鸟氨酸循环的特殊酶系合成尿素以

9、解氨毒。 鸟氨酸循环2NH3 +CO2 +3ATP + 3H2O 尿素 + 2ADP + AMP +4Pi = 肝还可将氨转变为谷氨酰胺，用于嘌呤、嘧啶的合成解胺毒 - 肠道细菌作用于芳香族氨基酸产生的芳香胺类等有毒物质，被吸收入血，主要在肝细胞中进行转化以减少其毒性。当肝功不全或门体侧支循环形成时，这些芳香胺可不经处理进入神经组织，进行-羟化生成苯乙醇胺和-羟酪胺。它们的结构类似于儿茶酚胺类神经递质，并能抑制后者的功能，属于“假神经递质”，与肝性脑病的发生有一定关系.小结：肝在蛋白质代谢中的代谢在血浆蛋白质代谢中的作用合成与分泌血浆蛋白质（球蛋白除外）清除血浆蛋白质（清蛋白除外）在氨基酸代谢

10、中的作用氨基酸的脱氨基、脱羧基、脱硫、转甲基等（支链氨基酸除外）。清除血氨及胺类，合成尿素。对维生素的贮存、吸收、运输、改造和利用肝脏是体内含维生素较多的器官。维生素A、D、K、B2、PP、B6、B12等在体内主要贮存于肝脏。其中，肝脏中维生素A的含量占体内总量的95%。 = 因此，维生素A缺乏形成夜盲症时，动物肝脏有较好疗效。 四、肝脏在维生素代谢中的作用协助脂溶性维生素的吸收肝脏分泌的胆汁酸盐可协助脂溶性维生素的吸收。将-胡萝卜素转变为维生素A；将维生素D3转变为25-(OH)D3；多种维生素在肝脏中，参与合成辅酶。 将尼克酰胺(维生素PP)合成NAD及NADP；泛酸合成辅酶A；B族维生素

11、辅酶或辅基的组成成分 维生素B6合成磷酸吡哆醛；维生素B2合成FAD，维生素B1合成TPP肝脏直接参与多种维生素的代谢转化肝胆系统疾患时：可伴有维生素的吸收障碍。严重肝病时，维生素B1的磷酸化作用受影响，从而引起有关代谢的紊乱。维生素K及A的吸收、储存与代谢障碍而表现出血倾向及夜盲症。小结：肝在维生素代谢中的作用脂溶性维生素的吸收维生素的储存维生素的运输维生素的转化五、肝脏在激素代谢中的作用激素的灭活(inactivation)：许多激素在发挥其调节作用后，主要在肝脏内被分解转化，从而降低或失去其活性。水溶性激素与受体结合，进入肝细胞内。脂溶性激素则通过扩散作用进入肝细胞。一些类固醇激素(如雌

12、激素)可在肝内与葡萄糖醛酸或活性硫酸等结合而灭活。垂体后叶分泌的抗利尿激素亦可在肝内被水解而“灭活”。肝病时，体内雌激素、醛固酮、抗利尿激素等水平升高，则可出现男性乳房发育、肝掌、蜘蛛痣及水钠潴留等现象。小结：肝在激素代谢中的作用激素的灭活 (inactivation of hormone)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。* 主要方式：生物转化第 二 节 肝的生物转化作用Biotransformation Function of Liver一、生物转化的概念 机体对内、外源性的非营养物质进行代谢转变，使其水溶性提高，极性增强，易于通过胆汁或尿液排出体外的过程称为生物转化

13、(biotransformation)。非营养物质: 既不作为构建组织细胞的成分，又不作为能源物质。内源性：如激素、神经递质、胺类等外源性：如食品添加剂、药物、毒物等非营养物质生物转化的对象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 。生物转化的主要场所（二）生物转化的意义生物转化可对体内的大部分非营养物质进行代谢转化，使其生物学活性降低或丧失(灭活)，或使有毒物质的毒性减低或消除(解毒)。通过生物转化作用可增加这些非营养物质的水溶性和极性，从而易于从胆汁或尿液中排出。 肝的生物转化作用解毒作用（detoxification）二、生物转化反应的主要类型概 述第一相反应：氧

14、化、还原、水解反应第二相反应：结合反应* 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，才最终排出。生物转化反应的特点转化反应的连续性: 一种物质在体内的转化往往同时或先后发生多种反应，产生多种产物。反应类型的多样性: 同一种或同一类物质在体内也可进行多种不同反应。解毒与致毒的双重性: 一种物质经过一定的转化后，其毒性可能减弱（解毒）, 也可能增强（致毒）。（一）氧化反应最多见的生物转化反应1. 微粒体依赖P450的单加氧酶系：其中最重要的是依赖P450的单加氧酶。 存在部位：微粒体内(滑面内质网) 组成：C

15、yt P450，NADPH+H+，NADPH-细胞色素 P450还原酶 催化的基本反应RH+O2+NADPH+H+ ROH+NADP+H2O基本特点能直接激活氧分子，其中一个氧原子加入底物分子中，另一氧原子被还原为水，故又称为混合功能氧化酶。 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维生素D3羟化为具有生物学活性的维生素25,(OH) D3类固醇激素、胆汁酸合成时的羟化黄曲霉素B1经加单氧酶作用生成致癌物质意义：单加氧酶系的羟化作用不仅增加药物或毒物的水溶性，有利于排泄，而且还参与体内许多重要物质的羟化过程。 单加氧酶系的生理意义：黄曲霉素B1经单加氧酶作用生成的黄曲

16、霉素2, 3环氧化物可与DNA分子中的鸟嘌呤结合，引起DNA突变，成为原发性肝癌发生的重要危险因素。单加氧酶系的作用特点活性有限，在药物间容易发生竞争性抑制；不稳定，个体差异大，且易受药物的诱导或抑制。举例：苯巴比妥类药物可诱导单加氧酶的合成，加速药物生物转化，这是其自身耐受性及与其他药物交叉耐受性的原因。西米替丁抑制P-450酶系统活性，可使其他药物效应敏化。2. 线粒体单胺氧化酶系单胺氧化酶( monoamine oxidase, MAO) 存在部位：线粒体内 催化的反应催化胺类氧化脱氨基生成相应的醛和氨，但不能催化芳香族环上的氨基。RCH2NH2+O2+H2ORCHO+NH3+H2O23

17、. 醇脱氢酶及醛脱氢酶系 存在部位：胞液和微粒体中 催化的反应醇脱氢酶(alcohol dehydrogenase, ADH)催化醇类氧化成醛。醛脱氢酶(aldehyde dehydrogenase, ALDH)催化醛类氧化成酸。乙醇90%98%在肝代谢乙醇的清除率：100200mg/hkg一个体重60kg的成年人喝一瓶（500ml）酒精度为38%的白酒，约需多长时间才能完全代谢所吸收的乙醇？500 38% 0.9 ( 60 0.1) = 28.5 h500 38% 0.9 ( 60 0.2) = 14.25 h 人大量饮酒后，乙醇除经ADH氧化外，还可诱导微粒体乙醇氧化酶体系(microso

18、mal ethanol oxidizing system, MEOS)，上述两条途径都将乙醇氧化为乙醛。乙醛在醛脱氢酶(ALDH)的作用下被消除。 肝微粒体乙醇氧化系统（microsomal ethanol oxidizing system, 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ADHMEOS肝细胞内定位胞液微粒体底物与辅酶乙醇、NAD+乙醇、NADP

19、H、O2对乙醇的 Km值2mmol/L8.6mmol/L乙醇的诱导作用无有与乙醇氧化相关的能量变化 氧化磷酸化释能耗能醛脱氢酶(ALDH)的基因型ALDH的基因型有正常纯合子、无活性型纯合子和两者的杂合子三型。东方人这三种基因型的分布比例是45：10：45。乙醛对人体是有毒性的物质喝酒后你是红脸or 白脸？红脸：脸部毛细血管的扩张（乙醛）-有高活性的乙醇脱氢酶，但无高活性的乙醛脱氢酶白脸：既无高活性的乙醇脱氢酶，也无高活性的乙醛脱氢酶，主要靠肝脏的P450慢慢氧化（酒精中毒）酒篓子：既有高活性的乙醇脱氢酶，又有高活性的乙醛脱氢酶（大量出汗）你是什么基因型？（二）还原反应醛酮还原酶存在部位：胞液

20、中 催化的反应催化酮基或醛基还原为醇。需要NADH或NADPH供氢。2.硝基还原酶类 (nitroreductase)存在部位：肝微粒体中 催化的反应催化硝基苯还原为苯胺。需要NADH或NADPH供氢。3. 偶氮还原酶类 (azoreductase)存在部位：肝微粒体中 催化的反应催化偶氮苯还原为苯胺。需要NADH或NADPH供氢。硝基化合物多见于食品防腐剂、工业试剂等。偶氮化合物常见于食品色素、化妆品、纺织与印刷工业等。有些可能是前致癌物。这些化合物分别在微粒体硝基还原酶(nitroreductase)和偶氮还原酶(azoreductase)的催化下，从NADH或NADPH接受氢，还原生成相

21、应的胺类。（二）硝基还原酶和偶氮还原酶是第一相反应的主要还原酶（三）水解反应多种水解酶类存在部位：微粒体中 催化的反应：催化酯、酰胺、酰肼水解为相应的羧酸。经过第一相反应（氧化、还原、水解）后，非营养物质被代谢成胺类、羧酸类、醇类、醛类等物质，有的仍需进一步转化为极性更大的物质后排出体外。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 结合剂：葡萄糖醛酸、硫酸、谷胱甘肽、甘氨酸、乙酰基、甲基等物质或基团 （四）结合反应葡萄糖醛酸的活性供体：UDPGAUDP-葡萄糖醛酸转移酶(UGT)胆红素、类固醇激素、吗啡、苯巴比妥类药物临床上，用葡萄糖醛酸类制剂(如肝泰乐)治疗肝病，其原理即增强肝脏的生物转化功能。1.葡萄糖醛酸结合反应 最重要和普遍的结合反应* 葡萄糖醛酸基的活性供体尿苷二磷酸葡萄糖醛酸 (UDPGA) 2NAD+2NADH+ 2H+UDPG脱氢酶催化酶 -葡萄糖醛酸基