肝胆生物化学

12-1第12章肝胆生物化学学习目的：1．了解肝脏的组织学结构特点、生物转化的反应类型；2．了解胆红素的生成与转运；3．理解肝脏在物质代谢中的作用；4．理解胆汁酸的理化性质、胆汁酸代谢及胆汁酸肠肝循环的生理意义；5．理解胆红素在肝脏中的转化；6．掌握生物转化的概念和意义；7．掌握胆红素的肠肝循环和黄疸的形成机制及鉴别肝脏是人体内最大的腺体，丰富的血液供应和独特的形态结构使其代谢极为活跃，不仅在糖、脂、蛋白质、维生素和激素等代谢方面与全身各组织器官密切相关，而且还具有分泌、排泄和生物转化等重要功能。接口：肝脏的组织学特点见《组织学》。第1节肝在物质代谢中的作用一、肝在糖代谢中的作用肝的糖代谢不仅为自身的生理活动提供能量，而其更重要的作用是通过糖原的合成与分解以及糖异生作用维持血糖浓度的相对稳定，保障全身各组织，尤其是肾脏、大脑、红细胞和视网膜等组织的能量供应。另外，肝脏通过葡萄糖的磷酸戊糖途径，为机体提供NADPH用于合成脂肪酸和胆固醇。肝脏在维持血糖平衡中的作用：机体在饱食的情况下，消化道不断吸收葡萄糖，使血糖浓度暂时轻度升高，这时肝脏迅速将葡萄糖合成糖原储存起来，使血糖浓度不至于过高。每Kg肝脏最多可储存65g糖原。在空腹情况下，肝糖原分解释放出葡萄糖，使血糖浓度不至于过低。在饥饿情况下，肝糖原几乎耗竭，此时为了维持血糖的正常水平，肝脏通过糖异生作用将甘油、氨基酸、乳酸等非糖物质转变成葡萄糖。当肝功能损伤时，肝脏调节血糖的能力下降，空腹时易出现低血糖、饱食后易出现一过性高血糖。12-2二、肝在脂类代谢中的作用肝脏在脂类的消化、吸收、分解、合成及运输等过程中有着重要的作用。肝脏能利用LDL运来的胆固醇合成并分泌胆汁酸盐，后者具有很强的乳化作用，可促进脂类的消化和吸收。若肝功能受损，可导致脂类的消化吸收不良，表现出厌油腻食物及脂肪泻等。肝脏可将糖转变为脂肪酸，用以合成甘油三酯，同时，肝脏还合成胆固醇、磷脂、载脂蛋白，他们共同以VLDL的形式分泌入血。当肝功能损伤时，甘油三酯不能以VLDL的形式运出肝脏，中性脂肪在肝脏中堆积形成脂肪肝。肝脏对甘油三脂和脂肪酸的分解能力很强，是体内生成酮体的唯一器官。三、肝在蛋白质代谢中的作用肝脏蛋白质代谢非常活跃。肝内蛋白质半寿期为10天，而肌肉蛋白质半寿期为180天。肝细胞除能合成自身固有蛋白外，血浆蛋白中除γ-球蛋白外，几乎所有的均来自肝脏。有资料表明，清蛋白从合成到分泌仅需20~30分钟，成人肝脏每天可以合成12g的清蛋白，约占全身清蛋白总量的1/20，几乎占肝蛋白质合成总量的1/4。正常人血浆中清蛋白/球蛋白（A/G）比值为1.5~2.5，肝功能严重受损时则比值下降甚至倒置，可作为肝脏疾病的辅助诊断指标。肝脏中有关氨基酸代谢的酶类含量丰富，是氨基酸分解和转变的场所，如氨基酸的转氨基、转甲基、脱硫、脱羧基、脱氨基、酮酸转变等。尤其是丙氨酸氨基转移酶（ALT）的活性显著高于其它组织，故肝细胞受损时，细胞内酶逸出，致使血清中ALT活性升高，临床上作为诊断肝脏疾病的重要指标之—。肝脏还含有活性很强的鸟氨酸氨基甲酰转移酶和精氨酸酶，所以肝脏是尿素生成的主要器官。若肝功能严重受损，合成尿素受阻、血氨浓度升高，进入脑组织，使脑功能紊乱，这是肝性脑病的发病机理之一。肝性脑病（肝昏迷）的生化机制1．氨中毒与肝昏迷肝功能不全时，血氨的去路减少，引起血氨升高。氨对脑组织的毒性作用在于干扰脑的能量代谢，使ATP浓度降低，因而出现脑功能障碍而导致昏迷。饮食蛋白过多、消化道出血、摄入铵盐、放腹水以及应用利尿剂等均可引起12-3血氨的升高从而能诱发肝昏迷。2．假神经递质学说在肠管内，一部分氨基酸经肠菌的氨基酸脱羧酶作用而形成胺类，如苯丙氨酸及酪氨酸脱羧形成苯乙胺及酪胺，正常情况下可被肝内单胺氧化酶分解而清除。肝功能不全时，这些胺类直接经体循环入脑，经脑内非特异羟化酶作用，转变成假神经递质。3．氨基酸不平衡与肝昏迷由于芳香族氨基酸主要在肝内分解，当肝功能不全时，芳香族氨基酸在血中的浓度增高；支链氨基酸主要在肌肉组织中代谢，由于肝功能不全时胰岛素的灭活发生障碍，在高水平的胰岛素的作用下，支链氨基酸大量进入肌肉组织被分解，因此血浆中的支链氨基酸的浓度降低。肝昏迷的检验结果可见：①血清胆红素可呈显著的高值，说明有胆汁排泄障碍；②血清白蛋白减低，表明蛋白合成能力低，③低胆固醇血症，亦是合成能力降低所致，④AST及ALP由高值转为低值，见于大量肝细胞坏死的情况；⑤尿素呈低值，表示肝合成尿素功能低下，⑥血糖降低，由于肝糖原储备减少，⑦凝血酶原时间延长是由于肝合成凝血因子减低；⑧血液pH增高，PCO2降低(呼吸性碱中毒)是因脑水肿引起的换气过度所致。四、肝在维生素代谢中的作用肝脏在维生素的吸收、储存、运输及代谢等方面起着重要的作用。肝脏所分泌的胆汁酸盐可促进脂溶性维生素A、D、E、K的吸收。在胆道阻塞时会引起脂溶性维生素的缺乏，导致一系列疾病的发生。肝是人体内含维生素A、K、B、B2、B6、B12、泛酸和叶酸最多的器官，也是维生素A、E、K和B12的主要储存场所。血浆中的脂溶性维生素特异性结合蛋白、清蛋白结合而运输。肝细胞疾病、锌缺乏和蛋白质营养障碍时均可使该结合蛋白合成减少，造成血浆中脂溶性维生素水平降低。肝几乎不储存维生素D，但具有将维生素D转化为25-羟维生素D和合成维生素D结合蛋白的能力。血浆中85%的维生素D代谢物是与维生素D结合蛋白相结合运输的。肝疾病时，该结合蛋白合成减少，可造成血浆总维生素D代谢物水平降低。肝脏将多种维生素转变为辅酶的组成成分。如：将维生素PP合成辅酶I(NAD+)12-4和辅酶Ⅱ(NADP+)，将泛酸合成辅酶A，将维生素B1焦磷酸化成TPP，将维生素B6合成磷酸吡哆醛，将维生素B2合成FAD等等。维生素K是肝合成凝血因子Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ不可缺少的物质。五、肝在激素代谢中的作用多种激素在发挥其调节作用后，主要在肝中转化、降解或失去活性，这一过程称为激素的灭活。灭活后的产物大部分由尿排出。肝脏灭活的激素主要有性激素、肾上腺激素等类固醇激素和胰岛素、甲状腺激素、抗利尿激素等。当肝功能受损时，激素的灭活减少，出现相应的高激素状态。第2节肝的生物转化作用一、生物转化的概念人体在生命活动中，一些非营养物质进入体内，经过氧化、还原、水解、结合等化学反应，使其极性增强，水溶性增加，以利于随胆汁、尿液排出体外的作用叫生物转化作用(biotransformation)。机体内需要进行生物转化的非营养物质可分为内源性和外源性两类。内源性物质包括激素、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。外源性物质包括药物、毒物、食品添加剂、环境污染物、体内微生物的代谢产物等。上述非营养物质经过生物转化后，其生物学效应降低或消除（灭活作用），但也有一些物质（特别是一些外源性的药物和毒物）经生物转化后生物学效应反而加强。其更重要的生物学意义是有利于这些物质排出体外。肝脏是机体内生物转化的主要器官。二、生物转化反应的类型生物转化过程所包括的许多化学反应可以归纳为两相。第一相反应包括氧化、还原、水解反应。第二相反应是结合反应。（一）第一相反应——氧化、还原和水解反应大多数药物、毒物等进入肝细胞后，常首先进行氧化反应，有些可被水解，少数物质被还原。1．氧化反应肝细胞的线粒体、微粒体及胞液中含有参与生物转化的不同氧化12-5酶系。(1)加单氧酶系此酶系存在于肝细胞的微粒体中，由细胞色素P450与NADPH—P450还原酶共同组成。能催化多种有机物质进行氧化反应。加单氧酶能直接激活分子氧，使氧分子中的一个氧原子掺入到底物分子中氧化底物，而另一个氧原子被NADPH还原为水分子。即一个氧分子发挥了两种功能，故又称为混合功能氧化酶，亦可称为羟化酶。在生物转化过程中，其作用最为重要。反应通式为：RH+O2+NADPH+H+加单氧酶Cyt-p450ROH+NDAP++H2O(2)胺氧化酶系此酶存在于肝细胞的线粒体中，催化的底物为组胺、酪胺、尸胺、腐胺等肠道腐败产物，经氧化脱氨生成相应的醛类。反应通式为：RCH2NH2+O2+H2O胺氧化酶RCHO+NH3+H2O2(3)脱氢酶系以NAD+为辅酶，存在于肝细胞的胞液及微粒体中，有醇脱氢酶及醛脱氢酶，分别作用于醇类及醛类，使其氧化，最终生成羧酸。RCH2OH+NAD+醇脱氢酶RCHO+NADH+H+醛脱氢酶RCOOH2．还原反应只有少数物质在体内可被还原，如氯霉素，海洛因，硝基苯，偶氮苯等。参与还原反应的酶有硝基还原酶和偶氮还原酶，存在于肝细胞的微粒体中，这两种酶由NADPH或NADH供氢，还原反应的产物是胺。例如：NO2+2H+NO+2H+自发氧化HNOH+2H+NH2-N=N-+2H+-NH2硝基苯亚硝基苯羟氨基苯苯胺偶氮苯苯胺-H2O-H2O-N=N-HH3．水解反应有酯酶、酰胺酶及糖苷酶催化的反应，可水解含有酯键、酰胺键、糖苷键的化合物。(1)酯类化合物，如阿托品、度冷丁、乙酰水杨酸及普鲁卡因的水解。乙酰水杨酸+H2O酯酶水杨酸+乙酸(2)酰胺类化合物：12-6异丙异烟肼+H2O酰胺酶异烟酸+异丙肼(3)糖苷类化合物，洋地黄毒苷+H2O洋地黄毒糖+洋地黄糖苷配基糖苷酶(二)第二相反应——结合反应有些脂溶性化合物经第一相反应后，分子极性变化还不够大，还需进一步与体内一些极性很强的物质或化学基团结合，才能使它们的分子极性、溶解度和生物学活性发生明显变化。1．葡萄糖醛酸结合供体为UDPGA(尿苷二磷酸葡萄糖醛酸)，底物为含有醇、酚、硫酚、胺及羧基等极性基团化合物，催化反应为：COOH+UDPGA葡萄糖醛酸转移酶COOGA+UDP苯甲酸苯甲酸--葡萄糖醛酸苷2．硫酸结合供体为PAPS(3’-磷酸腺苷-5’-磷酸硫酸)各种醇、酚和芳香胺类化合物均可在硫酸转移酶催化下与硫酸结合，反应产物是硫酸酯。+PAPS硫酸转移酶HO3SO+PAP雌酮OOHO雌激素在肝中与硫酸结合而失活。严重肝病患者，此种结合作用减弱，导致血中雌激素过多，可使某些局部小动脉扩张出现“蜘蛛痣”或“肝掌”3．乙酰基结合在乙酰基转移酶的催化下，各种芳香胺(如苯胺，磺胺、异菸肼等)的氨基与乙酰基结合，形成乙酰基化合物。乙酰辅酶A是乙酰基的直接供体，来自糖、脂类及蛋白质代谢。NH2SO2NH2NH-COCH3SO2NH2+CH3CO~SCoA乙酰基转移酶+HSCoA对氨基苯磺酰胺对乙酰氨基苯磺酰胺4．甘氨酸结合某些毒物、药物的羧基与辅酶A结合形成酰基辅酶A，然后再12-7与甘氨酸结合，生成相应的结合产物，由酰基转移酶催化，此反应在肝细胞的线粒体中进行，马尿酸是该酶催化而产生的。此外，甲基、谷胱甘肽、谷氨酰胺等也可参与结合反应，促进物质的生物转化。三、生物转化反应的特点1．生物转化反应的连续性一种物质的生物转化过程往往相当复杂，常需要连续进行几种反应，产生几种产物。一般先进行第一相反应，但极性改变仍不够大，必须再进行第二相反应，极性进一步加强，才能排出体外。2．生物转化反应类型的多样性同一类或同一种物质在体内可进行多种不同的反应，产生不同的产物。例如乙酰水杨酸水解生成水杨酸，水杨酸既可与甘氨酸反应，又可与葡萄糖醛酸结合，还可以进行氧化反应。3．解毒与致毒的双重性生物转化后，多数物质毒性减弱或消失，但有些物质的毒性反而增强了。例如苯并芘，它本身并无致癌作用，但进行生物转化作用后，形成了环氧化物，便能与核酸分子中的鸟嘌呤碱基结合而致癌。影响生物转化作用的因素肝的生物转化作用受年龄、性别、疾病、诱导物、抑制物等体内、外因素的影响。新生儿肝中酶体系还不完善，对药物及毒物的耐受性较差；老年人肝的重量和肝细胞数量明显减少，肝微粒体代谢药物的酶不易被诱导，对许多药物的耐受性下降。肝功能低下可影响肝的生物转化功能，使药物或毒物的灭活速度下降，药物的治疗剂量与毒性剂量之间的差距减小，容易造成肝损害。对肝病病人用药应当慎重。药物或毒物本身可诱导相关酶的合成，长期服用某种药物可出现耐药性。例如，长期服用苯巴比妥