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本课件说明肝在糖、脂、蛋白质代谢中的枢纽作用,系统介绍生物转化的两相反应与影响因素,讲解胆汁酸的肠肝循环,并梳理胆红素的生成、转运、肝内代谢与黄疸的类型。
肝脏的生物化学
Chapter17肝脏的生物化学BiochemistryofLiver
次级胆汁酸的生成和肠肝循环
MajorObject[教学时数]4学时[掌握内容]:肝脏生物转化作用的概念、生物学意义,肝脏生物转化的一般反应过程(一相、二相反应)及其第一相反应所需的酶类,重要的结合反应和结合剂。胆汁酸的来源、种类,初级胆汁酸的生成,次级胆汁酸的生成和肠肝循环。胆色素的来源、血中运输、肝内转变、结合胆红素在肠道中的变化及胆色素的肠肝循环。[熟悉内容]:生物转化的影响因素。胆汁酸合成过程概要。血清胆红素与黄疸。[了解内容]:肝脏在物质代谢中的作用。[自学内容]:黄疸的分型。
双重排泄去路
概述 成人肝组织重约1500g,占体重的2.5%,是人体最大的腺体。 不同部位的肝细胞获得的氧和营养物质具有差异,形成肝细胞结构与功能的异质性(heterogeneity)。 双重血液供应:门静脉、肝动脉 双重排泄去路:肝静脉、胆道( 6)
以终末微血管为中轴,将肝小叶中的肝细胞分为三条带: I带:(门管周带)是终末微血管周围的肝细胞,这些肝细胞从血液中获取氧和营养物质最充足。 III带:(小叶中心带)是接近中央静脉的肝细胞,其营养条件最差。 II带:介于两者之间。( 6)
终末微血管肝细胞分带示意图箭头表示血流方
ⅢⅡⅠⅠⅡⅢ 终末微血管肝细胞分带示意图箭头表示血流方向
带氨基酸的利用解氨毒作用氨基酸转化
I带III带III带I带氨基酸的利用解氨毒作用氨基酸转化为糖氨基酸分解从氨基酸氮生成尿素从氨氮生成尿素氧化保护作用生物转化作用胆汁酸排泄胆红素排泄葡萄糖的摄取糖原生成糖酵解脂类生成葡萄糖的释放糖原分解糖异生作用氧化供能代谢脂肪酸的氧化三羧酸循环氧化呼吸链6肝细胞物质代谢的区域化( 6)
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
第一节肝在物质代谢中的作用肝在下列物质代谢中起重要作用:糖代谢脂类代谢蛋白质代谢维生素代谢激素代谢
肝糖原合成↑
不同营养状态下肝内的糖代谢作用: 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:肝糖原分解↑。 饥饿状态:以糖异生为主;脂肪动员↑→酮体合成↑→节省葡萄糖。
二、肝在脂类代谢中的作用:肝脏在脂类的消化、吸收、合成和运输中均起重要作用。 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β氧化、胆固醇的降解与排泄、LDL的降解。( 7) 运输合成与分泌VLDL;HDL;apoCⅡ、LCAT。
五、肝在激素代谢中的作用:激素的灭活 指多种激素在发挥调节作用后,主要在肝中转化、降解和失去活性称之。如类固醇激素与肝内PAPS结合灭活。肝功能严重障碍→激素灭活功能↓ →体内雌激素、醛固酮、抗利尿激素等水平↑→小血管扩张(蜘蛛痣、肝掌),水、钠潴留。( 9)
第二节肝脏的生物转化作用
一、生物转化的概念(Biotransformation):机体将内源性和外源性非营养物质进行代谢转变,使其溶解度增加,易随胆汁或尿液排出体外。大多数非营养物质经生物转化后生物学活性降低或消除(灭活作用)、或使有毒物质的毒性减低或消除(解毒作用),但也有转化后活性或毒性增强、溶解度降低的。肝脏是生物转化的主要器官。第二节肝脏的生物转化作用( 9)
非营养物质:内源性:激素、神经递质和其他胺类等一些对机体具有强烈生物学活性的物质,以及氨、胆红素等对机体有毒性的物质。外源性:人体接触到的外来化学物质,如食品添加剂、色素和药物等,及肠道细菌腐败产物。( 9)
某些物质即使经过第一相反应后
*某些物质经过第一相反应即可顺利排出体外。*某些物质即使经过第一相反应后,极性改变仍不大,还必须与某些极性更强的物质结合,即进行第二相反应,才能最终排出。二、生物转化反应的主要类型:生物转化反应的类型氧化还原水解第一相反应第二相反应—结合反应( 0)
又称混合功能氧化酶
(一)氧化反应(最多见):( 0)ROH+NADP H2O基本反应:加单氧酶系RH+O2+NADPH+H+加单氧酶系组成:Cyt 0,NADPH+H+,NADPH—细胞色素 还原酶1、微粒体依赖 的加单氧酶系:又称混合功能氧化酶,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。
( 7)
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羟化物或环氧化物举例
产物:羟化物或环氧化物举例:NH2NH2HO苯胺对氨基苯酚进入人体的外来化合物约一半以上经此系统氧化。羟化作用既增加药物或毒物的水溶性,有利于排泄,而且也是许多物质代谢不可缺少的步骤。( 0)
酚类葡糖醛酸或硫酸结合物二氢二醇衍生物
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HOHOHH谷胱甘肽结合物OHSG( 1)图17-1多环芳烃的生物转化过程
后者进一步在胞液中氧化成酸
2.线粒体单胺氧化酶系:单胺氧化酶(monoamineoxidase,MAO)催化胺类氧化脱氨基生成相应的醛,后者进一步在胞液中氧化成酸。RCH2NH2+O2+H2O胺RCHO+NH3+H2O2醛RCHO+NAD H2O醛RCOOH+NADH+H+酸( 1)
代谢过程除以上途径外
、醇脱氢酶与醛脱氢酶系(胞液):催化醇类氧化成醛,再经醛脱氢酶催化成酸。例:乙醇在肝脏的代谢转变需要醇脱氢酶的催化。醇脱氢酶-2H醛脱氢酶+H2O,–2HCH3CH2OH乙醇CH3CHO乙醛CH3COOH乙酸上述脱氢酶的辅因子均为NAD+。进入体内的乙醇90%~98%在肝内代谢,代谢过程除以上途径外,大量饮酒还可诱导微粒体乙醇氧化系统即乙醇- 加单氧酶,产物是乙醛,导致O2和NADPH消耗↑。( 1)
还原成相应的胺类
(二)还原反应:(肝微粒体)硝基还原酶催化还原反应的酶偶氮还原酶分别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。氯霉素是含硝基的化合物,它可以在硝基还原酶的催化下被还原而失活。( 2)
氯霉素还原产物
NO2HO-C-HHOCH2-CH-NHCOCHCl2氯霉素NH2HO-C-HHOCH2-CH-NHCOCHCl2硝基还原酶(肝微粒体)氯霉素还原产物(失活)参照( 2)1#
水解产物常需进一步反应
OCOCH3COOH乙酰水杨酸(阿司匹林)OHCOOH乙酸CH3COOH+水杨酸(失活)H2O( 3)(三)水解反应:(胞液、微粒体)酯酶催化水解反应的酶酰胺酶糖苷酶可水解脂类、酰胺类和糖苷类化合物。如普鲁卡因、阿司匹林在体内水解失活,水解产物常需进一步反应。
结合反应(conjugationreaction)属第二相反应。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:( 3)
葡糖醛酸结合反应
、葡糖醛酸结合反应:(此类反应最普遍)1反应部位:肝微粒体2葡糖醛酸供体:UDPGA(尿苷二磷酸-葡糖醛酸)UDPG脱氢酶糖醛酸途径OOHOHHHOHUDPHH尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)OHHOHHHOOHH尿苷二磷酸葡萄糖醛酸(UDPGA)UDP( 3)2CH2OHUDPG+HO+2NAD+UDPGA+2NADH+2H+COOH
苯-葡萄糖醛酸苷(4)结合方式
transferases,UGT)催化。苯-葡萄糖醛酸苷(4)结合方式:成苷反应,由葡糖醛酸基转移酶(UDP-glucuronylOH+UDPGA苯酚OOHOHHHOHHUDPGA转移酶H(肝微粒体)COOHO+UDP(3)结合物质:醇、酚、胺、羧基化合物。( 3)
硫酸结合反应
、硫酸结合反应:1反应部位:肝(胞液)2硫酸供体:PAPS(3磷磷酸腺苷-5磷磷酸硫酸)3结合物质:醇、酚、芳香族胺类4结合方式:生成硫酸酯化合物例:雌激素的灭活雌酮硫酸酯+PAP雌酮+PAPS硫酸转移酶( 3)
雌酮硫酸酯
OHOHNH23 OH2PO3NHNOHO35 HOS—O—P—CH2NOHOO雌酮OHO3SO雌酮硫酸酯3磷磷酸腺苷-5 磷酸硫酸(PAPS3)1雌酮+PAPS雌酮硫酸酯+PAP硫酸转移酶( 4, 4)
酰基化反应
、酰基化反应:(胞液)乙酰CoA提供乙酰基,在乙酰基转移酶催化下使乙酰基转移到芳香族胺类化合物上,形成乙酰化衍生物。例:抗结核药物异烟肼的灭活磺胺类药物的结构含芳香族胺类,所以大部分磺胺类药物在肝内通过此形式灭活。乙酰基转移酶异烟肼乙酰辅酶A辅酶A32+CH3CO~SCoA+HS-CoAOCNHNH2NOCNHNHCOCH3N乙酰异烟肼(失活)( 4)
胆酸+甘氨酸甘氨胆酸
、谷胱甘肽(GSH)结合反应(胞液)( 4)结合物质:卤代物、环氧化物谷胱甘肽S-转移酶(GSH-ST)环氧萘谷胱甘肽S-二氢萘醇谷胱甘肽5、甘氨酸结合反应:(线粒体)主要形成结合胆汁酸。胆酸+甘氨酸甘氨胆酸
甲基化反应
、甲基化反应:(胞液和微粒体)甲基的供体:S-腺苷甲硫氨酸(SAM)某些胺类生物活性物质和药物可通过甲基化灭活。( 5)(失活)NCONH2+S-腺苷甲硫氨酸SAM甲基转移酶CONH2+NCH3+S-腺苷同型半胱氨酸尼克酰胺N-甲基尼克酰胺
葡糖醛酸甘氨酸水杨酰甘氨
酯酶水解OHCOOHOCOCH3COOH乙酰 羟基水杨酸OHCOOH羟化MFOHO生物转化反应的连续性和类型多样性:葡糖醛酸甘氨酸水杨酰甘氨 酸苷等结合产物葡糖醛酸苷结合产物
酚类葡糖醛酸或硫酸结合物二氢二醇衍生物
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HOHOHH谷胱甘肽结合物OHSG图17-1多环芳烃的生物转化过程( 1)生物转化反应过程解毒和致毒的两重性:
胆汁酸的分类
初级胆汁酸脱去7--OH即为次级胆汁酸。人胆汁中的胆汁酸以结合型为主。(一)胆汁酸的分类:(按来源和结构分类)牛磺(甘氨)胆酸甘氨(牛磺)鹅脱氧胆酸次级游离型(脱氧胆酸、石胆酸)次级胆汁酸(肠道)次级结合型甘氨(牛磺)脱氧胆酸甘氨(牛磺)石胆酸初级游离型(胆酸、鹅脱氧胆酸)初级胆汁酸(肝脏)初级结合型胆汁酸( 6)
α-羟基脱氧HCOOHHOOHOH3127胆酸HCOOHHOOH3127脱氧胆酸初级胆汁酸次级胆汁酸( 7)图17-2几种胆汁酸的结构式
α-羟基脱氧HCOOHHOOH3127鹅脱氧胆酸HCOOHHO3712石胆酸次级胆汁酸初级胆汁酸( 7)图17-2几种胆汁酸的结构式
结合胆汁酸HHOOHOH31272#CONHCH2CH2SO3H例:牛磺胆酸例:甘氨胆酸CONHCH2COOHHHOOHOH3127图17-2几种胆汁酸的结构式( 7)
胆固醇合成部位
合成原料:胆固醇合成部位:肝(微粒体和胞液)限速酶:胆固醇7-羟化酶7--羟化酶胆汁酸胆固醇糖皮质激素生长素*甲状腺素+-+( 7)胆固醇7--羟胆固醇7--羟化酶(27C)NADPH+H O212--羟化酶胆酸(最多)(24C)丙酰CoA鹅脱氧胆酸(24C)合成过程:
胆汁酸的肠肝循环: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。随胆汁排入肠道的胆汁酸(包括初级、次级、结合型与游离型)95%以上被重吸收再利用,仅小部分随粪便排出,主要是溶解度低的石胆酸。每次餐后,胆汁酸要经2~4次肠肝循环。结合型在回肠部主动吸收游离型在小肠、大肠部被动吸收胆汁酸重吸收方式
胆汁酸的肠肝循环
95%)图17-3胆汁酸的肠肝循环( 7)
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甘氨胆酸的立体构型
疏水侧亲水侧131411891715165106142OHCH3OHCH3COHNCH2HOOCCH3OH甘氨胆酸的立体构型( 8)
胆色素代谢: 胆红素的生成(单核-吞噬细胞系统) 胆红素的运输(血液) 胆红素的转化代谢(肝细胞) 胆红素的在肠道中的变化及排泄(肠道)、胆素原的肠肝循环及排泄(肾)3#
一、胆红素的生成与转运(一)胆红素的生成1、来源:铁卟啉化合物血红蛋白(主要来源)肌红蛋白细胞色素类过氧化氢酶过氧化物酶( 8) 70%来自衰老红细胞中血红蛋白的分解。
是代谢中产生的毒物
、生成过程:(单核-吞噬细胞系统)Hb胆绿素珠蛋白血红素NADPH+H+胆红素胆绿素还原酶(胞液)COFeNADPH+H O2血红素加氧酶(微粒体)3、胆红素的空间构象胆红素是亲脂、疏水分子,是代谢中产生的毒物。其毒性作用是引起大脑不可逆损害。( 9)
血红素胆绿素胆红素
NNNNFe2+HOOCNADPH+H+NADP+HNHNOHOOC2O2血红素加氧酶Fe3+CO+H2OHONNPPNADPH+H+胆绿素还原酶NADP+HNHNPPHONOHH血红素胆绿素胆红素HN( 9)图17-4胆红素的生成
胆红素的生成
CH2HOOCCH2NHCHONHCH2NHCHNHOMMVMVCOOHCH2CH2M胆红素(酮式)M:-CH2V:-CH=CH2( 9)图17-4胆红素的生成CH2HOOCCH2NCHHONHCH2NHCHNOHMMVMVCOOHCH2CH2M胆红素(醇式)
隐藏于分子内部
NNHOCOONHCOHNHHOHO图17-5胆红素空间结构示意图胆红素分子中含有2个羟基、4个亚氨基和2个丙酸基等亲水基团形成了6个氢键,隐藏于分子内部,使胆红素成为难溶于水的脂溶性物质。( 0)
运至内质网
二、胆红素在肝中的转变肝脏在胆红素代谢过程中起着重要的作用,包括肝细胞对胆红素的摄取、结合、转化和排泄等过程。(一)摄取:肝细胞膜上的特异受体能迅速摄取胆红素。进入肝内的胆红素与Y蛋白或Z蛋白结合形成复合物,运至内质网。( 0)肝细胞内载体蛋白Y蛋白(主要)Z蛋白
又称结合胆红素
(二)转化:(滑面内质网)胆红素-Y(Z)蛋白复合物与UDPGA中的葡糖醛酸结合生成葡糖醛酸胆红素,又称结合胆红素。该过程需胆红素葡糖醛酸基转移酶的催化,此酶受苯巴比妥等药物诱导。2UDPUDP-葡糖醛酸基转移酶具体过程:2UDPGA 葡糖醛酸二酯(主要)UDPGAUDP 葡糖醛酸一酯( 1)
葡糖醛酸胆红素的生成
UDPGA2UDPCH2HOOCCH2NHCHOCH2NHCHNHOMCOOHCH2CH2MM:-CH2V:-CH=CH2MV胆红素MVHHHCH2CH2CONONNHCHCH2CHNOMMVMVCH2MCH2OOOHHONHUDPGTCOOHOHOHOHHOOCOOHOCO图17-6葡糖醛酸胆红素的生成( 1)
从肝细胞毛细胆管排泄入胆汁中
(三)排泄:结合胆红素的水溶性增强,从肝细胞毛细胆管排泄入胆汁中,再随胆汁排入肠道。结合胆红素极性远强于胆红素分子,所以不会跨越细胞膜,而且毒性大为降低。在生理条件下,约97%的胆红素被肝细胞转化并以结合胆红素的形式随胆汁排入肠道。( 1)3#
粪胆素是粪便的主要色素
粪胆素原粪胆素(尿胆素原)(尿胆6素2)三、胆红素在肠道中的变化和胆素原的肠肝循环(一)胆红素在肠中的变化游离加氢中胆素原胆红素经肝细胞转化生成的结合胆红素随胆汁进入肠道,在肠道细菌的作用下还原成胆素原,然后胆素原在肠道下段接触空气被氧化成胆素,粪胆素是粪便的主要色素。80%~90%的胆素原随粪便排出。结合胆红素葡糖醛酸加氢脱氢( 2)
胆素原与胆素的生成反应
NHNNHOOHHHHHPP胆红素+8H+8HHNHNHNHOOHHHHNHHHNPP中胆素原(i-尿胆素原)NHNPPd-尿胆素原NHOOHHHHNHHHHHHd-尿胆素HNHNHHHNHHHNHHHOHOHHHHPP粪胆素原(l-尿胆素原)+4H2H2H中胆素(i-尿胆素)粪胆素(l-尿胆素)HH2H图17-7胆素原与胆素的生成反应( 2)
血红蛋白COFe珠蛋白血红素O2NADPH+H+胆绿素NADPH+H+胆红素单核-吞噬细胞(粪便)胆素O2胆素原胆红素葡糖醛酸图17-8胆色素代谢示意图( 3)清蛋白胆红素肝胆道门V肠道葡糖醛酸胆红素胆素原Y蛋白胆红素-Y蛋白Z蛋白胆红素-Z蛋白UDPGA内质网UDP葡糖醛酸胆红素(尿)胆素肾胆素原血液胆红素-清蛋白复合物
其余为结合胆红素
间接胆红素
两种胆红素的区别结合胆红素游离胆红素目项直接胆红素,间接胆红素,名别肝胆红素血胆红素结合未结合与葡萄糖醛酸结合迅速、直接反应慢或间接反应与重氮试剂反应大小水中溶解度能不能经肾随尿排出无大通透细胞膜对脑的毒性作用( 3)
溶血性黄疸
*溶血性黄疸:由于RBC大量破坏→胆红素生成→未结合胆红素>肝脏转化能力,血清未结合胆红素。*肝细胞性黄疸:由于肝细胞受损,一方面未结合胆红素转变成结合胆红素↓→血清未结合胆红素;另一方面由于病区压迫毛细胆管,已生成的结合胆红素可经坏死区返流入血→引起结合胆红素。*阻塞性黄疸:由于胆道阻塞,肝内已形成的结合胆红素不能从胆管排出而返流入血→引起黄疸的分类:(按血清胆红素的来源)( 4)血清结合胆红素。黄疸
尿胆红素不一定少量尿胆素原不一定少量尿胆
各种黄疸时血、尿、粪中某些指标的改变( 4)指标血清胆红素正常溶血性黄疸肝细胞性黄疸阻塞性黄疸 1mg/dl1mg/dl1mg/dl1mg/dl总量 00.8mg/dl结合胆红素1mg/dl游离胆红素尿三胆 尿胆红素不一定少量尿胆素原不一定少量尿胆素完全阻塞时陶土色变浅或正常深正常粪便颜色
胆红素的代谢过程及黄疸的分类
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