生物化学与分子生物学/肝脏在物质代谢中的作用

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生物化学与分子生物学

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一、肝脏糖代谢中的作用

肝脏是调节血糖浓度的主要器官。当饭后血糖浓度升高时,肝脏利用血糖合成糖原(肝糖原约占肝重的5%)。过多的糖则可在肝脏转变为脂肪以及加速磷酸戊糖循环等,从而降低血糖,维持血糖浓度的恒定。相反,当血糖浓度降低时,肝糖原分解及糖异生作用加强,生成葡萄糖送入血中,调节血糖浓度,使之不致过低。因此,严重肝病时,易出现空腹血糖降低,主要由于肝糖原贮存减少以及糖异生作用障碍的缘故。临床上,可通过耐量试验(主要是半乳糖耐量试验)及测定血中乳酸含量来观察肝脏糖原生成及糖异生是否正常。

肝脏和脂肪组织是人体内糖转变成脂肪的两个主要场所。肝脏内糖氧化分解主要不是供给肝脏能量,而是由糖转变为脂肪的重要途径。所合成脂肪不在肝内贮存,而是与肝细胞磷脂胆固醇蛋白质等形成脂蛋白,并以脂蛋白形式送入血中,送到其它组织中利用或贮存。

肝脏也是糖异生的主要器官,可将甘油乳糖及生糖氨基酸等转化为葡萄糖或糖原。在剧烈运动及饥饿时尤为显著,肝脏还能将果糖及半乳糖转化为葡萄糖,亦可作为血糖的补充来源。

糖在肝脏内的生理功能主要是保证肝细胞内核酸和蛋白质代谢,促进肝细胞的再生及肝功能的恢复。(1)通过磷酸戊糖循环生成磷酸戊糖,用于RNA的合成;(2)加强糖原生成作用,从而减弱糖异生作用,避免氨基酸的过多消耗,保证有足够的氨基酸用于合成蛋白质或其它含氮生理活性物质。

肝细胞中葡萄糖经磷酸戊糖通路,还为脂肪酸及胆固醇合成提供所必需的NADPH。通过糖醛酸代谢生成UDP葡萄糖醛酸,参与肝脏生物转化作用。

二、肝脏在脂类代谢中的作用

肝脏在脂类的消化、吸收、分解、合成及运输等代谢过程中均起重要作用。

肝脏能分泌胆汁,其中的胆汁酸盐是胆固醇在肝脏的转化产物,能乳化脂类、可促进脂类的消化和吸收。

肝脏是氧化分解脂肪酸的主要场所,也是人体内生成酮体的主要场所。肝脏中活跃的β-氧化过程,释放出较多能量,以供肝脏自身需要。生成的酮体不能在肝脏氧化利用,而经血液运输到其它组织(心、肾、骨骼肌等)氧化利用,作为这些组织的良好的供能原料。

肝脏也是合成脂肪酸和脂肪的主要场所,还是人体中合成胆固醇最旺盛的器官。肝脏合成的胆固醇占全身合成胆固醇总量的80%以上,是血浆胆固醇的主要来源。此外,肝脏还合成并分泌卵磷脂胆固醇酰基转移酶(LCAT),促使胆固醇酯化。当肝脏严重损伤时,不仅胆固醇合成减少,血浆胆固醇酯的降低往往出现更早和更明显。

肝脏还是合成磷脂的重要器官。肝内磷脂的合成与甘油三酯的合成及转运有密切关系。磷脂合成障碍将会导致甘油三酯在肝内堆积,形成脂肪肝(fatty liver)。其原因一方面由于磷脂合成障碍,导致前β脂蛋白合成障碍,使肝内脂肪不能顺利运出;另一方面是肝内脂肪合成增加。卵磷脂与脂肪生物合成有密切关系。卵磷脂合成过程的中间产物——甘油二酯有两条去路:即合成磷脂和合成脂肪,当磷脂合成障碍时,甘油二酯生成甘油三酯明显增多。

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三、肝脏在蛋白质代谢中的作用

肝内蛋白质的代谢极为活跃,肝蛋白质的半寿期为10天,而肌肉蛋白质半寿期则为180天,可见肝内蛋白质的更新速度较快。肝脏除合成自身所需蛋白质外,还合成多种分泌蛋白质。如血浆蛋白中,除γ-珠蛋白外,白蛋白凝血酶原纤维蛋白原及血浆脂蛋白所含的多种载脂蛋白(ApoA,Apo B,C.E)等均在肝脏合成。故肝功能严重损害时,常出现水肿血液凝固机能障碍

肝脏合成白蛋白的能力很强。成人肝脏每日约合成12g白蛋白,占肝脏合成蛋白质总量的四分。白蛋白在肝内合成与其它分泌蛋白相似,首先以前身物形式合成,即前白蛋白原(preproalbumin),经剪切信号肽后转变为白蛋白原(proalturnin)。再进一步修饰加工,成为成熟的白蛋白(alturnin)。分子量69,000,由550个氨基酸残基组成。血浆白蛋白的半寿期为10天,由于血浆中含量多而分子量小,在维持血浆胶体渗透压中起着重要作用。

肝脏在血浆蛋白质分解代谢中亦起重要作用。肝细胞表面有特异性受体可识别某些血浆蛋白质(如铜兰蛋白、α1抗胰蛋白酶等),经胞饮作用吞入肝细胞,被溶酶体水解酶降解。而蛋白所含氨基酸可在肝脏进行转氨基、脱氨基及脱羧基等反应进一步分解。肝脏中有关氨基酸分解代谢的酶含量丰富,体内大部分氨基酸,除支链氨基酸在肌肉中分解外,其余氨基酸特别是芳香族氨基酸主要在肝脏分解。故严重肝病时,血浆中支链氨基酸与芳香族氨基酸的比值下降。

在蛋白质代谢中,肝脏还具有一个极为重要的功能:即将氨基酸代谢产生的有毒的氨通过鸟氨酸循环的特殊酶系合成尿素以解氨毒。鸟氨酸循环不仅解除氨的毒性,而且由于尿素合成中消耗了产生呼吸性H+的CO2,故在维持机体酸碱平衡中具有重要作用。

肝脏也是胺类物质解毒的重要器官,肠道细菌作用于氨基酸产生的芳香胺类等有毒物质,被吸收入血,主要在肝细胞中进行转化以减少其毒性。当肝功不全或门体侧支循环形成时,这些芳香胺可不经处理进入神经组织,进行β-羟化生苯乙醇胺和β-羟酪胺。它们的结构类似于儿茶酚胺类神经递质,并能抑制后者的功能,属于“假神经递质”,与肝性脑病的发生有一定关系。

四、肝脏在维生素代谢中的作用

肝脏在维生素的贮存、吸收、运输、改造和利用等方面具有重要作用。肝脏是体内含维生素较多的器官。某些维生素,如维生素A、D、K、B2、PP、B6、B12等在体内主要贮存于肝脏,其中,肝脏中维生素A的含量占体内总量的95%。因此,维生素A缺乏形成夜盲症时,动物肝脏有较好疗效。

肝脏所分泌的胆汁酸盐可协助脂溶性维生素的吸收。所以肝胆系统疾患,可伴有维生素的吸收障碍。例如严重肝病时,维生素B1的磷酸化作用受影响,从而引起有关代谢的紊乱,由于维生素K及A的吸收、储存与代谢障碍而表现出血倾向及夜盲症。

肝脏直接参与多种维生素的代谢转化。如将β-胡罗卜素转变为维生素A,将维生素D3转变为25-(OH)D3。多种维生素在肝脏中,参与合成辅酶。例如将尼克酰胺(维生素PP)合成NAD+及NADP+;泛酸合成辅酶A维生素B6合成磷酸吡哆醛维生素B2合成FAD,以及维生素B1合成TPP等,对机体内的物质代谢起着重要作用。

五、肝脏在激素代谢中的作用

许多激素在发挥其调节作用后,主要在肝脏内被分解转化,从而降低或失去其活性。此过程称激素的灭活(inactivation)。灭活过程对于激素的作用具调节作用。

肝细胞膜有某些水溶性激素(如胰岛素去甲肾上腺素)的受体。此类激素与受体结合而发挥调节作用,同时自身则通过肝细胞内吞作用进入细胞内。而游离态的脂溶性激素则通过扩散作用进入肝细胞。

一些激素(如雌激素醛固酮)可在肝内与葡萄糖醛酸或活性硫酸等结合而灭活。垂体后叶分泌的抗利尿激素亦可在肝内被水解而“灭活”。因此肝病时由于对激素“灭活”功能降低,使体内雌激素、醛固酮、抗利尿激素等水平升高,则可出现男性乳房发育肝掌蜘蛛痣及水钠潴溜等现象。

许多蛋白质及多肽类激素也主要在肝脏内“灭活”。如胰岛素和甲状腺素的灭活。甲状腺素灭活包括脱碘、移去氨基等,其产物与葡萄糖醛酸结合。胰岛素灭活时,则包括胰岛素分子二硫键断裂,形成A、B链,再在胰岛素酶作用下水解。严重肝病时,此激素的灭活减弱,于是血中胰岛素含量增高。

32 肝脏的化学组成特点 | 肝脏的生物转化作用 32
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