生物化学及分子生物学(人卫第九版)肝的生物化学优秀课件

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熟悉了解掌握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 17025实验室iso17025实验室认可实验室检查项目微生物实验室标识重点实验室计划 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、apoCⅡ)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β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;apoCⅡ;LCATapoCⅡ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γ-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VitD3→25(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RCH2NH2+O2+H2O2RCHO+NH3+H2O3.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。ADHMEOS肝细胞内定位胞液微粒体底物与辅酶乙醇、NAD+乙醇、NADPH、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)2NAD+2NADH+2H+UDPG脱氢酶（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＋PAPS雌酮硫酸酯+PAP3.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道系统胆囊胆汁(肝细胞分泌)(肝胆汁经胆囊浓缩)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肝胆汁胆囊胆汁比重1.0091.0131.0261.032pH7.18.55.57.7水96978086固体成分341420无机盐0.20.90.51.1黏蛋白0.10.914胆汁酸盐0.521.510胆色素0.050.170.21.5总脂类0.10.51.84.7胆固醇0.050.170.20.9磷脂0.050.080.20.5比重1.0091.0131.0261.032两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、胆汁酸的分类游离胆汁酸(freebileacid)结合胆汁酸(conjugatedbileacid)（1）游离胆汁酸例：胆酸COOH例：鹅脱氧胆酸（2）结合胆汁酸CONHCH2CH2SO3H例：牛磺胆酸例：甘氨胆酸CONHCH2COOH2.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α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7α-羟基脱氧脱氧胆酸次级胆汁酸鹅脱氧胆酸初级胆汁酸石胆酸7α-羟基脱氧次级胆汁酸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7α-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肠菌水解、脱羟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3～5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10︰1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。血红蛋白肌红蛋白细胞色素过氧化氢酶过氧化物酶二、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：血红蛋白血红素＋珠蛋白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 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 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（Ｙ蛋白或Ｚ蛋白,以Ｙ蛋白为主)结合内质网胆红素+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理化性质未结合胆红素未结合胆红素同义名称　　间接胆红素、游离胆红素、血胆红素、肝前胆红素直接胆红素、肝胆红素　与葡糖醛酸结合未结合结合水溶性小大脂溶性大小透过细胞膜的能力及毒性大小能否透过肾小球随尿排出不能能与重氮试剂反应间接阳性直接阳性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还原胆素氧化游离胆红素肠菌葡萄糖醛酸结合胆红素胆素原：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3.417.1mol/L（0.21mg/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34.2mol/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17.1～34.2μmol/L（1～2mg/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：是由于红细胞在单核-吞噬细胞系统破坏过多，超过肝细胞的摄取、结合转化和排泄能力，造成血清游离胆红素浓度过高所致生化检验特征：①血浆总胆红素、未结合胆红素含量增高②尿胆红素阴性③尿胆原和尿胆素含量增多，粪胆原与粪胆素亦增加2.肝细胞性黄疸：由于肝细胞损伤，其摄取、结合转化和排泄胆红素能力降低所致生化检验特征：①血清未结合胆红素和结合胆红素均升高②尿胆红素阳性③尿胆素原升高，但若胆小管堵塞严重，则尿胆素原反而降低④粪胆素原含量正常或降低3.阻塞性黄疸：各种原因引起的胆汁排泄通道受阻，使胆小管和毛细血管内压力增大破裂，致使结合胆红素逆流入血,造成血清胆红素升高所致生化检验特征：①结合胆红素明显升高②尿胆红素阳性，尿的颜色变深，可呈茶叶水色③粪胆素原及胆素含量降低。完全阻塞病人粪便变成灰白色或白陶土色指标正常溶血性黄疸肝细胞性黄疸阻塞性黄疸血清胆红素浓度＜1mg/dl＞1mg/dl　＞1mg/dl＞1mg/dl结合胆红素极少↑↑↑未结合胆红素0～0.7mg/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↓粪胆素原40～280mg/24h↑↓或正常↓或－粪便颜色正常深变浅或正常完全阻塞时白陶土色各种黄疸时血、尿、粪胆色素的改变注：“—”代表阴性，“++”代表强阳性。肝系多种物质代谢之中枢；肝的生物转化是将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,提高其水溶性和极性,易于从尿或胆汁排出。①生物转化包括第一相反应（氧化、还原、水解）和第二相反应（结合）；②生物转化具有连续性、多样性和解毒与致毒的双重性特点。肝分泌胆汁酸，并通过胆汁酸的肠肝循环满足脂类消化吸收的需要，亦维系胆汁中胆固醇的溶解状态。胆汁酸有游离型、结合型及初级、次级之分。胆红素主要源于衰老红细胞内血红素的降解。在血浆中与清蛋白结合（游离胆红素）运输并暂时解毒。在肝细胞与葡糖醛酸结合转化（结合胆红素）而彻底解毒。黄疸是临床上高胆红素血症所致的常见体征。