肝的生物化学《生物化学》复习提要

肝的生物化学
肝是人体最大的腺体,肝接受来自门静脉和肝动脉的双重血液供应,生成的胆汁经胆管排人十二指肠。肝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。 
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第一节  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,还为其他器官的能量需要提供葡萄糖。肝通过糖原的合成与分解、糖的异生作用来维持血糖浓度的稳定,保障全身各组织,尤其是大脑和红细胞的能量供应。
二、肝在脂类代谢中的作用
    肝在脂类的消化、吸收、合成、分解与运输过程中均具有重要作用。
三、肝在蛋白质代谢中的作用
  肝细胞是合成与分泌血浆蛋白质的重要器官,也是清除血浆蛋白质(清蛋白除外)的重要器官,还是氨基酸代谢的重要场所。
四、肝在维生素代谢中的作用
    肝在吸收、储存、运输及代谢维生素方面起重要作用。
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。
 
第二节  肝的生物转化作用
一、生物转化的概述
(一)定义:机体对内外源性非营养物质进行各种代谢转变,增加其水溶性(或极性),使其随胆汁、尿排出的过程。
(二)进行生物转化的物质
1.内源性物质: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。
2.2.外源性物质:食品添加剂、素和药物,还有肠道经细菌作用产生的腐败产物(如胺、酚、吲哚和硫化氢等)等。
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(三)生物转化的生理意义
1.对体内的非营养物质进行转化,使其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)。
2.生物转化作用可将这些物质的溶解性增高,变为易于从胆汁或尿液中排出体外的物质。
3.有些物质经肝的生物转化后,其毒性反而增加或溶解性反而降低,不易排出体外。所以,不能将肝的生物转化作用简单地看作是“解毒作用”。
二、生物转化反应的主要类型 
生物转化过程所包括的许多化学反应可归纳为两相。
第一相反应:包括氧化、还原、水解反应。许多物质通过第一相反应,其分子中某些非极性基团转变为极性基团,增强亲水性。
第二相反应结合反应其中,与葡糖醛酸、硫酸和酰基的结合反应最为重要,尤以葡糖醛酸的结合反应最为普遍。有些化合物还必须进一步与葡糖醛酸、硫酸或氨基酸等极性更强的物质相结合,以得到更大的溶解度,这些结合反应属于第二相反应。
实际上,许多物质的生物转化反应非常复杂,往往需要经历不同类型的转化反应。同一类物质可因结构的差异而经历不同类型的生物转化反应,甚至同一物质可经过不同的生物转化途径产生不同的生物转化产物。   
(一)氧化反应
1.微粒体内依赖细胞素P450的加单氧酶系 
氧化反应是最多见的生物转化反应,由肝细胞中多种氧化酶系所催化,其中最重要的是存在于微粒体内依赖细胞素P450的加单氧酶。该酶又称混合功能氧化酶,催化许多脂溶性物质从分子氧中接受一个氧原子,生成羟基化合物或环氧化合物,另一个氧原子被NADPH还原为水。加单氧酶系催化的基本反应如下:
RH + O+ NADPH + H+ ————→ ROH + NADP+ + H白洋淀死鱼2O
加单氧酶的羟化作用不仅增加药物或毒物的水溶性,有利于排泄,而且是许多物质代谢不可缺少的步骤。
2.线粒体单胺氧化酶系
存在于线粒体内的单胺氧化酶(MAO)是另一类参与生物转化的氧化酶类。它是一种黄素蛋白,可催化胺类氧化脱氨基生成相应的醛,后者进一步在胞液中醛脱氢酶催化下氧化成酸。肠道细菌作用于蛋白质、多肽和氨基酸所生成的各种胺类,如组胺、酪胺、胺、尸胺和腐胺等在肠壁细胞与肝细胞内均按此氧化脱氨方式处理,使之丧失生物活性。
RCH2NH2 + O2 + H2O2 ————→ RCHO + NH3 + H2O
RCHO +NAD+ + H2O  ————→ RCOOH + NADH + H+
3.醇脱氢酶与醛脱氢酶系 
肝细胞内含有非常活跃的醇脱氢酶(ADH),可催化醇类氧化成醛,后者再经醛脱氢酶(ALDH)的催化生成酸。如乙醇在肝中的生物转化。
    RCH2OH ————→ RCHO ————→ RCOOH
(二)还原反应
    肝细胞中的主要还原酶类是硝基还原酶类和偶氮还原酶类,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。
(三)水解反应
    肝细胞的胞液与微粒体中含有多种水解酶类,可将脂类、酰胺类和糖苷类化合物水解,
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。例如,乙酰水杨酸的生物转化过程中,首先是水解反应,然后是结合反应。
(四)结合反应   
    第二相反应是结合反应。肝细胞内含有许多催化结合反应的酶类。凡含有羟基、羧基或氨基的药物、毒物或激素均可与葡糖醛酸、硫酸、谷胱甘肽、甘氨酸等发生结合反应,或进行酰基化和甲基化等反应。其中,与葡糖醛酸、硫酸和酰基的结合反应最为重要,尤以葡糖醛酸的结合反应最为普遍
1.葡糖醛酸结合反应 
肝细胞微粒体中含有非常活跃的葡糖醛酸基转移酶(UGT),它以尿苷二磷酸α-葡糖醛酸(UDPGA)为供体,催化葡糖醛酸基转移到多种含极性基团的化合物分子(如醇、酚、胺、羧基化合物等)。
2.硫酸结合反应
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3学习型中国世纪成功论坛-磷酸腺苷5’—磷酸硫酸(PAPS)是活性硫酸供体,在肝细胞胞液硫酸转移酶的催化下,将硫酸基转移到多种醇、酚或芳香族胺类分子上,生成硫酸酯化合物。例如,雌酮就是通过形成硫酸酯进行灭活的。
3.酰基化反应 
肝细胞胞液中含有乙酰基转移酶,催化乙酰基从乙酰辅酶A转移到芳香族胺化合物,形成乙酰化衍生物。例如,抗结核病药物在肝内乙酰基转移酶催化下经乙酰化而失去活性。
    此外,大部分磺胺类药物在肝内也通过这种形式灭活。但应指出,磺胺类药物经乙酰化后,其溶解度反而降低,在酸性尿中易于析出,故在服用磺胺类药物时应服用适量的小苏打,以提高其溶解度,利于随尿排出。
4.谷胱甘肽结合反应
谷胱甘肽(GSH)在肝细胞胞液谷胱甘肽S转移酶催化下,可与许多卤代化合物和环氧化合物结合,生成含GSH的结合产物;生成的谷胱甘肽结合物主要随胆汁排出体外,不能
直接从肾排出。 
5.甘氨酸结合反应 
甘氨酸在肝细胞线粒体酰基转移酶的催化下可与含羧基的外来化合物结合。例如,胆酸和脱氧胆酸可与甘氨酸或牛磺酸结合,生成结合胆汁酸
6.甲基化反应 
体内一些胺类生物活性物质和药物可在肝细胞胞液和微粒体中甲基转移酶的催化下,通过甲基化灭活。S-腺苷甲硫氨酸(SAM)是甲基的供体。
三、影响生物转化作用的因素
(一)年龄、种族、个体差异
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-,服药物后,易出现中毒现象。
中毒多见白种人。 
(二)肝脏病变
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。
(三)药物或毒物对生物转化的诱导作用   
1.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。
2.许多物质的生物转化反应常受同一酶体系的催化,同时服用几种药物时可发生药物之间对酶的竞争性抑制作用,影响其生物转化。
 
第三节  胆汁与胆汁酸的代谢
一、胆  汁
  胆汁的主要有机成分中胆汁酸盐的含量最高。胆汁中还含有多种酶类,包括脂肪  酶、磷脂酶、淀粉酶、磷酸酶等。除胆汁酸盐和某些酶类与消化作用有关外,其他成分多属排泄物。进人人体的药物、毒物、染料及重金属盐等都可随胆汁排出体外。
二、胆汁酸的代谢
(一)胆汁酸的分类
1.初级胆汁酸:由肝细胞合成的胆汁酸称为初级胆汁酸。
初级胆汁酸按其结构可分为两类:
(1)游离胆汁酸:胆酸和鹅脱氧胆酸;
(2)结合胆汁酸:即上述胆汁酸分别与甘氨酸和牛磺酸结合的产物,主要是甘氨胆酸、牛磺胆酸、甘氨鹅脱氧胆酸和牛磺鹅脱氧胆酸。
2.次级胆汁酸
初级胆汁酸在肠管中受细菌作用生成的脱氧胆酸和石胆酸及其在肝中生成的结合产物称为次级胆汁酸(图17-2)。
    人胆汁中的胆汁酸以结合型为主。其中甘氨胆汁酸的量多于牛磺胆汁酸的量。胆汁中的初级胆汁酸与次级胆汁酸均以钠盐或钾盐的形式存在,即胆汁酸盐,简称胆盐。
(二)胆汁酸的代谢  
1.初级胆汁酸的生成 
肝细胞以胆固醇为原料合成初级胆汁酸,这是肝清除胆固醇的主要方式。胆固醇首先在胆固醇7α-羟化酶的催化下生成7α-羟胆固醇。后者向胆汁酸的转化包括固醇核的还原、经化、侧链的断裂和加辅酶A等多步反应,最后生成具有24碳的初级胆汁酸及其与甘氨酸和牛磺酸结合形成的结合胆汁酸。
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。
无机化学学报2.次级胆汁酸的生成与肠肝循环 
进入肠道的初级胆汁酸在协助脂类物质的消化、吸收后,在回肠和结肠上段细菌的作用下,结合胆汁酸水解释放出游离胆汁酸,并进而发生7-位脱羟基,形成次级胆汁酸。即胆酸转变成脱氧胆酸,鹅脱氧胆酸转变成石胆酸。
3.胆汁酸肠肝循环
(1)过程:
排入肠道的胆汁酸(包括初级、次级、结合型与游离型)中约95%以上被重吸收。其中以回肠部对结合型胆汁酸的主动重吸收为主,其余在肠道各部被动重吸收。重吸收的胆汁酸经门静脉入肝,被肝细胞摄取。在肝细胞内,游离胆汁酸被重新合成为结合胆汁酸,与新合成的结合胆汁酸一同再随胆汁排入小肠。这样形成胆汁酸的肠肝循环
(2)生理意义:
将有限的胆汁酸反复利用以满足人体对胆汁酸的生理需要。
4.胆汁酸的排出   
(1)粪便中排出
未被肠道吸收的小部分胆汁酸在肠菌的作用下,生成多种胆烷酸的衍生物由粪便排出,
(2)尿中排出
小量的胆汁酸(主要是石胆酸和鹅脱氧胆酸)在肝细胞内与硫酸或葡糖醛酸结合,分别生成硫酸酯和葡糖醛酸苷。这些水溶性很强的结合胆汁酸易于从肾排出。胆管阻塞病人尿中此类化合物增多。

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