肝生物化学

目录第二十二章肝生物化学BiochemistryoftheLiver目录第一节肝在物质代谢中的作用TheLiverRolesinMetabolism目录一、肝细胞的结构特点赋予其多重代谢功能（一）不同部位肝细胞具有物质代谢的异质性＊不同部位的肝细胞获得的氧和营养物质具有差异。I区：肝小叶门周区III：肝小叶中央周区II区：介于I区与III区之间＊以终末微血管为中轴，将肝小叶中的肝细胞分为三条带：ⅠⅡⅢⅠⅡⅢ肝门管区肝门管区中央静脉中央静脉终末微血管肝细胞分带示意图箭头表示血流方向目录目录肝细胞物质代谢的区域化I带III带I带III带葡萄糖的释放葡萄糖的摄取氨基酸的利用解氨毒作用糖原分解糖原生成氨基酸转化为糖糖异生作用糖酵解氨基酸分解脂类生成从氨基酸氮生成尿素从氨氮生成尿素氧化供能代谢氧化保护作用生物转化作用脂肪酸的氧化胆汁酸排泄三羧酸循环胆红素排泄氧化呼吸链胆汁酸的生成肝细胞物质代谢的区域化I带III带I带III带葡萄糖的释放葡萄糖的摄取氨基酸的利用解氨毒作用糖原分解糖原生成氨基酸转化为糖糖异生作用糖酵解氨基酸分解脂类生成从氨基酸氮生成尿素从氨氮生成尿素氧化供能代谢氧化保护作用生物转化作用脂肪酸的氧化胆汁酸排泄三羧酸循环胆红素排泄氧化呼吸链胆汁酸的生成目录（二）肝细胞是机体物质代谢最活跃的场所之一＊肝细胞富含细胞器，其中以内质网、线粒体、溶酶体和过氧化酶体含量最为丰富。＊肝细胞含有3个不同功能膜域（membranedomain），即血窦域、胆小管域和与这两个膜域相连接的侧域。目录二、肝是维持血糖正常水平的重要器官糖异生肝糖原的合成与分解糖酵解途径磷酸戊糖途径回顾：肝内进行那些糖代谢途径？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。目录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空腹状态肝糖原分解↑饥饿状态以糖异生为主※脂肪动员↑→酮体合成↑→节省葡萄糖目录三、肝在脂类代谢中占据中心地位回顾：肝内进行的脂类代谢主要有哪些？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)。作用：在脂类的消化、吸收、合成、分解与运输均具有重要作用。目录肝在脂类代谢各过程中的作用肝细胞合成并分泌胆汁酸，帮助脂类物质的消化与吸收。肝细胞是体内代谢脂酸的主要器官，也是脂酸β－氧化的重要场所。肝在调节机体胆固醇平衡上起着中心作用。肝处于脂蛋白的中心地位。肝磷脂（尤其是卵磷脂）的合成非常活跃。目录四、肝的蛋白质代谢与肝外组织密切相关在血浆蛋白质代谢中的作用：合成与分泌血浆蛋白质（γ球蛋白除外）清除血浆蛋白质（清蛋白除外）在氨基酸代谢中的作用：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。目录目录五、肝参与多种维生素和辅酶代谢脂溶性维生素的吸收维生素的储存肝是VitA、E、K和B12的主要储存场所。维生素的运输视黄醇结合蛋白的合成，VitD结合蛋白的合成维生素的转化VitD3→25-(OH)-VitD3水溶性维生素→辅酶的组成成分目录第二节肝的生物转化作用BiotransformationintheLiver目录一、肝的生物转化作用是机体的重要保护机制＊生物转化的定义一些非营养物质在体内的代谢转变过程称为生物转化(biotransformation)。内源性：如激素、胺类等外源性：如药物、毒物等非营养物质＊生物转化的对象目录＊生物转化的意义对体内的非营养物质(xenobiotics)进行转化，使其灭活(inactivate)，或解毒(detoxicate)；更为重要的是可使这些物质的溶解度增加，易于排出体外。＊生物转化的主要场所肝是生物转化最重要器官，但在肺、肾、胃肠道和皮肤也有一定生物转化功能。※肝的生物转化作用≠解毒作用（detoxification）目录二、肝的生物转化反应可分为两相概述第一相反应：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。目录（一）第I相反应包括氧化、还原和水解反应存在部位：微粒体内(滑面内质网)组成：CytP450，NADPH+H+，NADPH-细胞色素P450还原酶催化的基本反应：RH+O2+NADPH+H+ROH+NADP++H2O1.细胞色素P450加单氧酶是氧化异源物的最重要的酶目录能直接激活氧分子，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。基本特点：目录目录产物：羟化物或环氧化物举例：NH2NH2HO苯胺对氨基苯酚目录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目录•迄今已鉴定出30余种人类编码CYP的基因。•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。•在同一家族中，按氨基酸序列同源性在55%60%，又可进一步分为A、B、C等亚族。•对异生素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。目录类型（含量%）特征性反应诱导物CYP1A2(18%）乙酰对氨苯甲醚（非那西丁）O-脱乙酰基反应；奥美拉唑,吸烟,咖啡因N3-脱甲基反应；雌二醇2-羟化反应烧焦的食品CYP2A6(5%）香豆素7-羟化反应利福平，巴比妥酸CYP2C8(1%）氨基比林N-脱甲基反应，维生素A羟化反应利福平，巴比妥酸CYP2C9(16%）(S)-苄甲酮香豆素7-羟化反应，甲苯磺丁脲地塞米松，利福平，4-甲基羟化反应，双氯芬酸4-羟化反应巴比妥酸CYP2C19(0或3%）(S)-美芬妥英4-羟化反应，奥美拉唑5-羟化反应CYP2D6(0或2%）丁呋洛尔1’-羟化反应，可待因O-脱甲基反应，美托洛尔-羟化反应CYP2E1（10%）氯羟苯恶唑6-羟化反应，咖啡因C8-羟化反应，醇（乙醇），乙醇氧化反应，氟甲氧氟烷脱氟化反应异烟肼CYP3A4（39%）硝苯地平氧化反应，红霉素N-脱甲基反应，利福平，巴比妥酸氨苯砜N-羟化反应，皮质醇6--羟化反应乙醇，地塞米松CYP3A5（0或8%）硝苯地平氧化反应，咪达唑仑1’-羟化反应（存在于15%25%的人群中）CYP3A7（胎儿）睾酮6--羟化反应，咪达唑仑1’-羟化反应成人肝细胞与生物转化有关的主要细胞色素P450目录OCH3OOOOONADPH+H++O2OOCH3OOOOOH2NNHNNNO+OHOCH3OOOOOH2NNNHNNOP450黄曲霉素是致肝癌的重要危险因子——黄曲霉素B1经CYP作用生成的黄曲霉素2,3-环氧化物可与DNA分子中鸟嘌呤结合，引起DNA突变。黄曲霉素B12,3-环氧黄曲霉素DNA-鸟嘌呤环曲霉素与DNA的结合产物目录2.黄素-加单氧酶是氧化含氮、硫、磷和硒化合物的重要的酶黄素-加单氧酶（flavincontainingmonooxygenase，FMO）是依赖NADPH和FAD的黄酶，可氧化内源性和外源性的含氮、硫、磷、硒等亲核杂原子的药物和其他异源物。人肝微粒体含有三种FMO同工酶，分别是FMO3、FMO4和FMO5。其中，FMO3的活性占肝微粒体FMO总活性的70%90%。FMO1仅见于新生儿。目录黄素-加单氧酶催化机制目录目录SHNNCH3SO2NNCH32NADPH+2O2_H2OHNNCH3+HSO3_CH3NNCH2CH2H2CCF3SNOHCH3NNCH2CH2H2CCF3SN+甲巯咪唑三氟吡啦嗪甲基咪唑N-羟基三氟吡啦嗪目录3.单胺氧化酶氧化脂肪族和芳香族胺类存在部位：线粒体内催化的反应：RCH2NH2+O2+H2O2RCHO+NH3+H2O•单胺氧化酶(monoamineoxidase,MAO)胺类物质相应的醛目录目录CH2CH2NH2OCH3OCH3H3COCH2CHOOCH3OCH3H3CONH3+H2O2MAOCH2COOHOCH3OCH3H3CO3,4,5-三甲氧基苯乙酸麦斯卡林3,4,5-三甲氧基苯乙醛目录4.醇脱氢酶和醛脱氢酶将乙醇氧化生成乙酸存在部位：胞液中催化的反应：CH3CHO+NAD++H2OCH3COOH+NADH+H+•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。CH3CH2OH+NAD+CH3CHO+NADH+H+目录ADH是乙醇代谢的限速酶。ALDH2活性低下，是该人群饮酒后乙醛在体内堆积，引起血管扩张、面部潮红、心动过速等反应的重要原因。长期饮用乙醇可使肝内质网增殖。大量的乙醇可稳定内质网内CYP2E1的活性和增加其mRNA的含量，即启动微粒体乙醇氧化系统(microsomalethanoloxidizingsystem,MEOS)。CYP2E1不但在氧化乙醇时消耗ADPH和氧，而且还催化脂质过氧化，产生羟乙基自由基。后者可进一步促进脂质过氧化和肝损伤。目录5.硝基还原酶类和偶氮还原酶类是第I相反应的主要还原酶NO2NONHOHNH2•硝基还原酶(nitroreductase):硝基苯亚硝基苯氨基苯羟氨苯还原产物：相应胺类目录CH3CH3NCOOHNNCH3CH3NH2NCOOHNH2+2NAD(P)H+H+•偶氮还原酶(azoreductase):甲基红邻氨基苯甲酸N-二甲基氨基苯胺目录6.酯酶、酰胺酶和环氧化物水解酶是生物转化的主要水解酶存在部位：肝细胞内质网和胞液中催化的反应酯酶(esterases)可以水解羧酸酯、硫酯、磷酸酯等，产生水溶性较强的酸和醇。酰胺酶(amidase)可水解各种酰胺类。环氧化物水解酶(epoxidehydrolase)主要存在于肝细胞微粒体中，胞液虽也有环氧化物水解酶，但不重要。该酶水解环氧化物产生邻二醇。目录CH3CH3CH3COCCH2CH2CCH2CH2CH2NCH2CH2COOCCH2CH2CCH2CH2CH2NCH2CH2COHOHOHOOHOHO苯丁酸氮芥异丁酯苯丁酸氮芥异烟肼异烟酸肼苯并芘苯并芘-7,8-二醇DHEP-BP目录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：葡糖醛酸、硫酸、谷胱甘肽、甘氨酸、乙酰基、甲基等物质或基团。（二）第Ⅱ相反应是结合反应目录1.葡糖醛酸结合反应是最普遍存在的结合反应尿苷二磷酸葡糖醛酸(UDPGA)是葡糖醛酸基的直接供体。2NAD+2NADH+2H+UDPG脱氢酶目录催化酶：葡糖醛酸基转移酶(UDP-glucuronyltransferases,UGT)举例：+UDPGAOH苯酚CCOCCCOHOHOHHHHHHOCOOH+UDP苯β葡糖醛酸苷目录UGT1A1胆红素，丁丙诺啡，雌三醇UGT1A4叔胺，5--孕烷-3-20-二醇，雄固酮UGT1A65’-羟色胺UGT1A9甲状腺素UGT2B7吗啡，去甲羟基安定，雌三醇，猪脱氧胆酸UGT2B15雄激素，酚酞人肝UGT基因型及编码酶的特异性基因类型特征性底物目录雌酮OOH2.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＋PAPS+PAP雌酮硫酸酯OHO3SOX-OH+PAPSX-OSO3H+PAP目录3.谷胱甘肽结合反应是细胞自我保护的重要反应OOCH3OOOOO+GSHGSTOCH3OOOOOSGHO黄曲霉素B1-8,9-谷胱甘肽谷胱甘肽结合产物环氧化物•催化