生物化学与分子生物学教研室

肝的生物化学BiochemistryinLiver常冰梅生物化学与分子生物学教研室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。肝的组织结构和化学组成特点:①肝具有肝动脉和门静脉双重血液供应;②肝存在肝静脉和胆道系统双重输出通道;③肝具有丰富的肝血窦;④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，有些甚至是肝所独有的。独特的组织结构和化学组成特点赋予肝复杂多样的生物化学功能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）第一节肝的生物转化作用BiotransformationFunctionofLiver一、生物转化的概念及意义（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(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第一相反应：氧化、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，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。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加单氧酶系是一个复合物，至少包括两种组分：一种是细胞色素P450(血红素蛋白)；另一种是NADPH-细胞色素P450还原酶(以FAD为辅基的黄酶)。该酶催化氧分子中的一个氧原子加到许多脂溶性底物中形成羟化物或环氧化物，另一个氧原子则被NADPH还原成水。故该酶又称羟化酶或混合功能氧化酶(mixedfunctionoxidase,MFO)。１.加单氧酶系是氧化异源物最重要的酶RH+O2+NADPH+H+ROH+NADP++H2O加单氧酶产物：羟化物或环氧化物举例：NH2NH2HO苯胺对氨基苯酚意义：加单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。•维生素D3羟化成为具有生物学活性的维生素1,25,(OH)2D3•胆汁酸和类固醇激素合成过程中的羟化作用•黄曲霉素B1经加单氧酶作用生成致癌物质黄曲霉素B1经加单氧酶作用生成的黄曲霉素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。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２.单胺氧化酶类氧化脂肪族和芳香族胺类●RCH2NH2+O2+H2O2RCHO+NH3+H2O单胺氧化酶(monoamineoxidase,MAO)存在于线粒体内。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存在部位：胞液中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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，还原生成相应的胺类。（二）还原反应肝细胞的胞液与内质网中含有多种水解酶类，主要有酯酶(esterases)、酰胺酶(amidase)和糖苷酶(glucosidase)，分别水解酯键、酰胺键和糖苷键类化合物，以减低或消除其生物活性。这些水解产物通常还需进一步反应，以利排出体外。（三）水解反应乙酰水杨酸的生物转化过程：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。葡糖醛酸、硫酸、乙酰基、谷胱甘肽、甲基、甘氨酸等物质或基团。（四）结合反应结合对象：结合物：1.葡糖醛酸结合是最重要、最普遍的结合反应葡糖醛酸基的直接供体2NAD+2NADH+2H+UDPG脱氢酶——尿苷二磷酸葡糖醛酸(UDPGA)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硫酸供体：3´-磷酸腺苷-5´-磷酸硫酸(PAPS)催化酶：硫酸转移酶(sulfatetransferase)举例：雌酮OOH＋PAPS+PAP雌酮硫酸酯OHO3SO主要转化对象：芳香胺类3.乙酰基化是某些含胺非营养物质的重要转化方式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结合对象：卤代、环氧化物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(SAM)结合对象：含羧基化合物6.甘氨酸主要参与含羧基异源物的结合转化三、生物转化作用受许多因素的调节和影响年龄对生物转化作用的影响很明显;某些生物转化反应有明显的性别差异;营养状况对生物转化作用亦产生影响;疾病尤其严重肝病也可明显影响生物转化作用;遗传因素亦可显著影响生物转化酶的活性。（一）年龄、性别、营养、疾病及遗传等因素对生物转化产生明显影响（二）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。由于多种物质在体内转化常由同一酶系的催化，因此同时服用多种药物时可出现药物之间对同一转化酶系的竞争性抑制作用，使多种药物的生物转化作用相互抑制，可导致某些药物药理作用强度的改变。此外，食物中亦常含有诱导或抑制生物转化酶的非营养物质。第二节胆汁与胆汁酸的代谢MetabolismofBileandBileAcids胆道系统肝胆汁胆囊胆汁(肝细胞分泌)(肝胆汁经胆囊浓缩)一、胆汁胆汁酸盐(含量最高)胆固醇胆色素多种酶类等胆汁的主要有机成分：两种胆汁的百分组成和部分性质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粘蛋白0.1～0.91～4粘蛋白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胆汁酸(bileacids)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，即胆汁酸盐，简称胆盐(bilesalts)。二、胆汁酸分类游离胆汁酸(freebileacid)结合胆汁酸(conjugatedbileacid)胆汁酸按结构分：游离胆汁酸HCOOHOHOHOH312724例：胆酸COOHHOHOH3712例：鹅脱氧胆酸结合胆汁酸CONHCH2CH2SO3HHOHOHOH3127例：牛磺胆酸例：甘氨胆酸CONHCH2COOHHOHOHOH3127初级胆汁酸(primarybileacid)次级胆汁酸(secondarybileacid)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。次级胆汁酸：在肠道受细菌作用，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。胆汁酸按来源分：HCOOHOHOHOH3127胆酸HCOOHOHOH3127脱氧胆酸初级胆汁酸次级胆汁酸HCOOHOHOH3127鹅脱氧胆酸HCOOHOH3127石胆酸次级胆汁酸初级胆汁酸三、胆汁酸的生理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。（一）促进脂类的消化与吸收疏水侧亲水侧131498101711151656142OHCH3OHCH3COHNCH2HOOCCH3OH甘氨胆酸的立体构型人体内约99%的胆固醇随胆汁经肠道排出体外，其中⅓以胆汁酸形式，⅔以直接形式排出体外。胆汁中的胆汁酸盐与卵磷脂协同作用，使胆固醇分散形成可溶性微团，使之不易结晶沉淀而随胆汁排泄。胆固醇是否从胆汁中沉淀析出主要取决于胆汁中胆汁酸盐和卵磷脂与胆固醇之间的合适比例（正常比值10︰1）。（二）维持胆汁中胆固醇的溶解状态以抑制胆固醇析出四、胆汁酸的代谢及胆汁酸的肠肝循环胆固醇转化成胆汁酸是其在体内代谢的主要去路。部位：肝细胞的胞液和微粒体中原料：胆固醇胆汁酸的合成反应：包括胆固醇核的羟化、侧链缩短和加辅酶A等多步反应限速酶：胆固醇7α-羟化酶（一）初级胆汁酸生成胆固醇(27C)7α-羟化胆固醇初级胆汁酸(24C)结合型初级胆汁酸7α-羟化酶过程：复杂胆固醇7α-羟化酶是胆汁酸合成的限速酶，而HMG-CoA还原酶是胆固醇合成的关键酶，两者均系诱导酶，同时受胆汁酸和胆固醇的调节。肝细胞通过这两个酶的协同作用维持肝细胞内胆固醇的水平。胆汁酸代谢的调节（二）次级胆汁酸生成部位：小肠下段和大肠过程：初级胆汁酸次级胆汁酸肠菌水解、脱羟（三）胆汁酸的肠肝循环胆汁酸随胆汁排入肠腔后，约95%胆汁酸可经门静脉重吸收入肝，在肝内转变为结合胆汁酸,并与肝新合成的胆汁酸一道再次排入肠道，此循环过程称胆汁酸的肠肝循环(enterohepaticcirculationofbileacid)。胆汁酸肠肝循环的概念:胆汁酸的肠肝循环过程在于可使有限的胆汁酸库(bileacidpool)存(约3～5克)循环利用，以满足机体对胆汁酸的生理需求。胆汁酸肠肝循环的生理意义机体内胆汁酸储备的总量称为胆汁酸库(bileacidpool)。第三节胆色素的代谢与黄疸MetabolismofBilePigmentandJaundice胆色素(bilepigment)是体内铁卟啉类化合物的主要分解代谢产物，包括胆绿素(biliverdin)、胆红素(bilirubin)、胆素原(bilinogen)和胆素(bilin)等。胆红素处于胆色素代谢的中心，是人体胆汁中的主要色素。NNHNNOCOOOHCOHHOHH胆红素空间结构示意图胆红素的特有结构赋予其亲脂疏水的性质,易自