生物化学与分子生物学 (-)mRNA的稳定性影响真核生物基因表达 蛋白质产物也可调节mRNA的降解，如铁转运蛋白受体(transferrin receptor, Tffi)mRNA的降解速率受细胞质内某些蛋白质成分的调节，并与mRNA自身结构有关。当细胞内铁足量时，Tffi mRNA降解速度加快，致使Tffi水平很快下降。当细胞内铁不足时，Tffi mRNA稳定性增加，受体蛋白质合成增多。Tffi mRNA稳定性的调节取决于mRNA分子中特定的重复序列，它位于3'-UTR，称为铁反应元件(iron response element, IRE)。每个IRE大约为30bp长，可形成柄－环结构，环上有5个特异的核昔酸，并富含A-U序列。当铁浓度高时，A-U富含序列通过目前尚不得知的机制促进Tffi mRNA降解；当铁浓度下降时，一种IRE结合蛋白质(IRE-binding protein, IRE-BP)通过识别环的特异序列及柄的二级结构结合IRE。IRE-BP的结合可能破坏了某些机制对Tffi mRNA的降解作用，使Tffi mRNA的寿命延长。这一发现提示，其他稳定性可调节的mRNA可能也含有与特异蛋白质相互作用的反应元件，致降解速率变慢。（二）一些非编码小分子RNA可引起转录后基因沉默与原核基因表达调节一样，某些小分子RNA也可调节真核基因表达。这些RNA都是非编码RNA(non-coding RNA,ncRNA)。除了我们在前几章谈到过的具有催化活性的RNA（核酶）、核小RNA(snRNA)以及核仁小RNA(snoRNA)以外，还有目前入们广泛关注的非编码RNA，如miRNA、piRNA和siRNA等。小气分子RNA对基因表达的调节十分复杂，将于真核基因表达在翻译及翻译后调控部分再做阐述。（三）mRNA前体的选择性剪接可以调节真核生物基因表达真核生物基因所转录出的mRNA前体含有交替连接的内含子和外显子。通常状态下，mRNA前体经过剔除内含子序列后成为一个成熟的mRNA，并被翻译成为一条相应的多肤链。但是，参与拼接的外显子可以不按照其在基因组内的线性分布次序拼接，内含子也可以不完全被切除，由此产生了选择性剪接（见第十四章）。选择性剪接的结果是由同一条mRNA前体产生了不同的成熟mRNA，并由此产生了完全不同的蛋白质。这些蛋白质的功能可以完全不同，显示了基因调控对生物多样性的决定作用。值得指出的是，被切除的内含子是否具有功能目前成为研究的热点。有学者认为：内含子是在进化中出现或消失的，其功能可能是有利于物种的进化选择。例如，细菌丢失了内含子，可以使染色体变小和复制速度加快。真核生物保留内含子，则可以产生外显子移动，有利于真核生物在适应环境改变时能合成功能不同而结构上只有微小差异的蛋白质。但也有学者认为内含子具有基因表达涸控的功能。例如，现在已知某些遗传性疾病，其变异是发生在内含子而不在外显子。有些内含子在调控基因表达的过程中起作用，有些内含子还编码核酸内切酶或含有小分子RNA序列等。 五、真核基因表达在翻译及翻译后仍可受到调控 蛋白质生物合成过程复杂，涉及众多成分。通过调节许多参与成分的作用可使基因表达在翻译水平以及翻译后阶段得到控制。在翻译水平上，目前发现的一些调节点主要在起始阶段和延长阶段，尤其是起始阶段，如对起始因子活性的调节、Met-tRNA Me'与小亚基结合的调节、mRNA与小亚基结合的调节等。其中通过磷酸化作用改变起始因子活性这一点备受关注。mRNA与小亚基结合的调节对某些mRNA的翻译控制也具有重要意义。近年来，包括小分子RNA在内的非编码RNA对基因表达调控的影响成为新的研究热点。(—)对翻译起始因子活性的调节主要通过磷酸化修饰进行1.翻译起始因子elF-2a的磷酸化抑制翻译起始蛋白质合成速率的快速变化在很大程度上取决于起始水平，通过磷酸化调节真核起始因子(eukaryotic initiation factor, elF)的活性对起始阶段有重要的控制作用。eIF-2主要参与起始Met-tRNA产的进位过程，其a亚基的活性可因磷酸化(cAMP依赖性蛋白激酶所催化）而降低，导致蛋白质合成受到抑制。如血红素对珠蛋白合成的调节就是由于血红素能抑制cAMP依赖性蛋白激酶的活化，从而防止或减少了elF-2的失活，促进了蛋白质的合成。在病毒感染的细胞中，细胞抗病毒的机制之一即是通过双链RNA(double-stranded RNA, dsRNA)激活一种蛋白激酶，使eIF-2a磷酸化，从而抑制蛋白质合成的起始。2. elF-4E及elF-4E结合蛋白的磷酸化激活翻译起始帽结合蛋白eIF-4E与mRNA帽结构的结合是翻译起始的限速步骤，磷酸化修饰及与抑制物蛋白的结合均可调节eIF-4E的活性。磷酸化的e1F-4E与帽结构的结合力是非磷酸化的eIF-4E的4倍，因而可提高翻译的效率。胰岛素及其他一些生长因子都可增加elF-4E的磷酸化从而加快翻译，促进细胞生长。同时，胰岛素还可以通过激活相应的蛋白激酶而使一些与elF-4E结合的抑制物蛋白磷酸化，磷酸化后的抑制物蛋白会与elF-4E解离，激活eIF-4E。 （二）RNA结合蛋白参与对翻译起始的调节 所谓RNA结合蛋白(RNA binding protein, RBP)，是指那些能够与RNA特异序列结合的蛋白质。基因表达的许多调节环节都有RBP的参与，如前述转录终止、RNA剪接、RNA转运、RNA在细胞质内稳定性控制以及翻译起始等。铁蛋白相关基因的mRNA翻译调节就是RBP参与基因表达调控的典型例子。如前所述，IRE结合蛋白质(IRE-BP)作为特异RNA结合蛋白，在调节铁转运蛋白受体(Tffi)mRNA稳定性方面起重要作用。同时，它还能调节另外两个与铁代谢有关的蛋白质的合成，这两种蛋白质是铁蛋白和8－氨基勹－酮戊酸(ALA)合酶。铁蛋白与铁结合，是体内铁的贮存形式，ALA合酶是血红素合成的限速酶。与Tffi mRNA不同，IRE位于铁蛋白及ALA合酶mRNA的5'-UTR，而且无A-U富含区，不促进mRNA降解。当细胞内铁浓度低时，IRE-BP处于活化状态，结合IRE而阻碍40S小亚基与mRNA5'－端起始部位结合，抑制翻译起始；铁浓度偏高时，IRE-BP不能与IRE结合，两种mRNA的翻译起始可以进行。（三）对翻译产物水平及活性的调节可以快速调控基因表达新合成蛋白质的半衰期长短是决定蛋白质生物学功能的重要影响因素。因此，通过对新生肤链的水解和运输，可以控制蛋白质的浓度在特定的部位或亚细胞器保持在合适的水平。此外，许多蛋白质需要在合成后经过特定的修饰才具有功能活性。通过对蛋白质可逆的磷酸化、甲基化、酰基化修饰，可以达到调节蛋白质功能的作用，是基因表达的快速调节方式。 （四）小分子RNA对基因表达的调节十分复杂 1.微RNA(microRNA, miRNA)miRNA是一个大家族，属小分子非编码单链RNA，长度约22个碱基，由一段具有发夹环结构的前体加工后形成。编码miRNA的基因与编码蛋白质的基因一样，由RNA聚合酶II负责催化其转录合成。它们在细胞内首先形成长度约为数百个碱基的pri-miRNA，经过一次加工后，成为长度为70~90个碱基的单链RNA前体(pre-miRNA)，再经过一种称为Dicer酶的RNA酶进行剪切后形成长20~24nt的成熟miRNA。这些成熟的miRNA与其他蛋白质一起组成RNA诱导的沉默复合体(RNAinduced silencing complex, RISC)，通过与其靶mRNA分子的3'-UTR互补匹配，促使该mRNA分子的降解或抑制其翻译。最早被确认的miRNA是1993年在线虫中发现的加－4。这种单链RNA的表达具有阶段性，通过碱基配对的方式结合到靶mRNA lin-14的3'-UTR，从而抑制lin-14的翻译，但并不影响其转录。2000年，另一个促进线虫幼虫向成虫转变的基因let-7被发现，它的转录产物为21个碱基的RNA分子，也具有明显的阶段表达特异性，对线虫的发育具有重要的调控作用。miRNA具有一些鲜明的结构与功能特点：心其长度一般为20~25个碱基，个别也有20个5'3'>30bp双链RNA(dsRNA)碱基以下的报道；＠在不同生物体中普遍存在，3'5'包括线虫、果蝇、家鼠、人及植物等；＠其序列在不同生物中具有一定的保守性，但是尚未发现动植物之间具有完全一致的miRNA序列；＠具l l l l l l I I l l l l l l有明显的表达阶段特异性和组织特异性；I I l l l I I I I l I l l lI I l I l I I@miRNA基因以单拷贝、多拷贝或基因簇等多种I l l I l l l形式存在千基因组中，而且绝大部分位千基因间隔区。miRNA的广泛性和多样性提示它们可能具有非常重要的生物学功能。2.干扰小RNA(sma ll interfering RNA,siRNA)siRNA是细胞内的一类双链RNA(dsRNA)，在特定情况下通过一定酶切机制，转变为具有特定长度(21~23个碱基）和特定序列的小片段RNA。siRNA参与RISC组成，与特异的靶mRNA完全互补结合，导致靶mRNA降解，亡IIIIIIIIII阻断翻译过程。图16-13s iRNA介导的RNA干扰作用siRNA和miRNA都可以介导基因表达抑制，双链RNA分子被水解为21~23个碱基对的干扰小这种作用被称为RNA干扰(RNA interference, RNA(siRNA),siRNA与一些蛋白质形成RNA诱导RNAi)（图16-13)。的沉默复合体(RISC)，并通过碱基互补与特异的'{, i!.. RN扣可通过降解特异mRNA，在转录后水mRNA结合使其降解平对基因表达进行调节机制，是生物体本身固有的一种对抗外源基因侵害的自我保护现象。它能识别、清除外源dsRNA或同源单链RNA，提供了一种防御外源核酸入侵的保护措施。同时，由于外源dsRNA导入细胞后也可以引起与dsRNA同源的mRNA降解，进而抑制其相应的基因表达，RN扣又被作为一种新技术广泛应用于功能基因组研究中。通常认为，siRNA及其介导的RNAi具有很高的特异性，但也有报道显示siRNA序列中一个或几个碱基的改变并不影响siRNA的活性。siRNA和miRNA都属于非编码小分子RNA，它们具有一些共同的特点：均由Dicer切割产生；长度都在22个碱基左右；都与RISC形成复合体，与mRNA作用而引起基因沉默。它们之间的差异见表16-2。项目siRNA miRNA前体内源或外源长双链RNA诱内源发夹环结构的转录导产生产物结构双链分子单链分子功能降解mRNA阻遏其翻译靶mRNA结合需完全互补不需完全互补生物学效应抑制转座子活性和病毒感染发育过程的调节（五）长非编码RNA在基因表达调控中的作用不容忽视长非编码RNA(long non-coding RNA, lncRNA)是一类转录本长度超过200个核昔酸的RNA分子，一般不直接参与基因编码和蛋白质合成，但是可在表观遗传水平、转录水平和转录后水平调控基因的表达。尽管我们目前对lncRNA的种类、数量、功能都不明确，但lncRNA在很多生命活动中发挥重要作用，与机体的生理和病理过程均有密切的关系，因此对lncRNA的研究成为当今分子生物学前沿研究领域之一。从上述内容中我们可以看到，蛋白质特别是组蛋白的修饰对基因表达调控的影响虽然显而易见，但是真正的作用机制仍有待揭示。长久以来，人们一直关注着编码RNA，却突然发现非编码RNA也有着重要的作用。因此，全面了解非编码RNA的时空表达谱及生物学意义的“转录物组学(transcriptomics)“应运而生。人们也只有在对核酸(DNA和RNA)和蛋白质进行全面深入的研究之后，才有可能破解生命之谜。 326第三篇遗传信息的传递 真核基因表达调控的某些机制与原核存在明显差别。处于转录激活状态的染色质结构会发生明显变化，如对核酸酶敏感，DNA碱基的甲基化修饰和组蛋白的乙酰化、甲基化或磷酸化修饰改变等。真核基因转录激活受顺式作用元件与反式作用因子相互作用调节。顺式作用元件按功能特性分为启动子、增强子、沉默子及绝缘子。真核基因启动子就是决定RNA聚合酶转录起始位点的DNA序列。增强子通常远离转录起始点、决定基因的时间空间特异性表达、增强启动子转录活性的DNA序列，其发挥作用的方式通常与方向、距离无关。真核转录因子可分为基本转录因子和特异转录因子。基本转录因子是RNA聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白质。特异转录因子通过结合相应的调节序列而激活或阻遏相应基因的转录。所有基因的转录调节都涉及包括RNA聚合酶在内的转录起始复合物的形成。真核生物RNA转录后的加工修饰、翻译起始蛋白的活性、mRNA分子的寿命、mRNA的5'－非翻译区以及3'－非翻译区结构都会影响细胞蛋白质合成的速度。此外，miRNA和长非编码RNA对真核基因表达调控的影响也日益受到重视。1.何谓基因表达？基因表达有哪些方式，其特点或规律是什么？2.何谓顺式作用元件？顺式作用元件在基因表达调控中有何作用？3.真核生物染色质活化有哪些主要表现？4.何谓反式作用因子？简述真核生物转录因子的基本结构及作用。5.何谓反义RNA、miRNA、siRNA、lncRNA和RNA干扰？（张晓伟） 第十七章细胞信号转导的分子机制 生物体内各种细胞在功能上的协调统一是通过细胞间相互识别和相互作用来实现的。在多细胞生物中，细胞间或细胞内高度精确和高效地发送与接收信息，并通过放大机制引起快速的细胞生理反应，这一过程称为细胞通讯(cell communication)。细胞对来自外界的刺激或信号发生反应，通过细胞内多种分子相互作用引发一系列有序反应，将细胞外信息传递到细胞内，并据以调节细胞代谢、增殖、分化、功能活动和凋亡的过程称为信号转导(signal transduction)。细胞通讯和信号转导过程是高等生物生命活动的基本机制。阐明细胞信号转导机制对于认识生命活动的本质具有重要的理论意义，同时也为医学的发展带来了新的机遇和挑战。 第一节细胞信号转导概述 细胞信号转导是通过多种分子相互作用的一系列有序反应，将来自细胞外的信息传递到细胞内各种效应分子的过程。通过这一过程，细胞可接收细胞间的接触刺激信号、或所处微环境中的各种化学和物理信号，并将其转变为细胞内各种分子数量、分布或活性的变化，从而改变细胞内的某些代谢过程，或改变生长速度，或改变细胞迁移等生物学行为。在某些情况下，细胞可在外来信号的诱导下进入程序化死亡过程（凋亡）。一、细胞外化学信号有可溶性和膜结合性两种形式细胞可以感受物理信号，但体内细胞所感受的外源信号主要是化学信号。化学信号通讯的建立是生物为适应环境而不断变异、进化的结果。单细胞生物可直接从外界环境接收信息；而多细胞生物中的单个细胞则主要接收来自其他细胞的信号，或所处微环境的信息。最原始的通讯方式是细胞与细胞间通过孔道进行的直接物质交换，或者是通过细胞表面分子相互作用实现信息交流，这种调节方式至今仍然是高等动物细胞分化、个体发育及实现整体功能协调、适应的重要方式之一。但是，相距较远细胞之间的功能协调必须有可以远距离发挥作用的信号。(—)可溶性信号分子作为游离分子在细胞间传递多细胞生物中，细胞可通过分泌化学物质（如蛋白质或小分子有机化合物）而发出信号，这些分子作用于靶细胞表面或细胞内的受体，调节靶细胞的功能，从而实现细胞之间的信息交流。可溶性信号分子可根据其溶解特性分为脂溶性化学信号和水溶性化学信号两大类；而根据其在体内的作用距离，则可分为内分泌信号、旁分泌信号和神经递质三大类（表17-1)。有些旁分泌信号还作用于发出信号的细胞自身，称为自分泌。（二）膜结合性信号分子需要细胞间接触才能传递信号每个细胞的质膜外表面都有众多的蛋白质、糖蛋白、蛋白聚糖分子。相邻细胞可通过膜表面分子的特异性识别和相互作用而传递信号。当细胞通过膜表面分子发出信号时，相应的分子即为膜结合性信号分子，而在靶细胞表面存在与之特异性结合的分子，通过这种分子间的相互作用而接收信号，并将信号传入靶细胞内。这种细胞通讯方式称为膜表面分子接触通讯。属千这一类通讯的有相邻细胞间黏附因子的相互作用、T淋巴细胞与B淋巴细胞表面分子的相互作用等。 第三篇遗传信息的传递二、细胞经由特异性受体接收细胞外信号 细胞接收信号时，是通过受体(receptor)将信号导入细胞内。受体通常是细胞膜上或细胞内能特异识别生物活性分子并与之结合，进而引起生物学效应的特殊蛋白质，个别糖脂也具有受体作用。能够与受体特异性结合的分子称为配体(ligand)。可溶性和膜结合性信号分子都是常见的配体。 （－）受体有细胞内受体和膜受体两种类型 按照其在细胞内的位置，受体分为细胞内受体和细胞表面受体（图17-1)。细胞内受体包括位于细胞质或胞核内的受体，其相应配体是脂溶性信号分子，如类固醇激素、甲状腺激素、维甲酸等。水溶性信号分子和膜结合性信号分子（如生长因子、细胞因子、水溶性激素分子、黏附分子等）不能进入靶细胞，其受体位于靶细胞的细胞质膜表面。 水溶性化学信号受体细胞因子趋化因子\\生物活性肤\\氨基酸及其衍生物核昔和核昔酸 I I'\\ 细胞内反应类固醇激素甲状腺激素前列腺素维生素A维生素D脂类和气体脂溶性化学信号．（二）受体结合配体并转换信号 受体识别并与配体结合，是细胞接收外源信号的第一步反应。受体有两个方面的作用：一是识别外源信号分子并与之结合；二是转换配体信号，使之成为细胞内分子可识别的信号，并传递至其他分子引起细胞应答。1.细胞内受体能够直接传递信号或通过特定的途径传递信号有许多细胞内受体是基因表达的调控蛋白，与进入细胞的信号分子结合后，可以直接传递信号，即直接调控基因表达。另有一些细胞内受体可以结合细胞内产生的信号分子（如细胞应激反应中产生的细胞内信号分子），直接激活效应分子或通过一定的信号转导途径激活效应分子。2.膜受体识别细胞外信号分子并转换信号膜受体识别并结合细胞外信号分子，将细胞外信号转换成为能够被细胞内分子识别的信号通过信号转导途径将信号传递至效应分子，引起细胞的应答。（三）受体与配体的相互作用具有共同的特点受体在膜表面和细胞内的分布可以是区域性的，也可以是散在的，其作用都是识别和接收外源信号。受体与配体的相互作用有以下特点：3.可饱和性细胞内受体和细胞表面受体的数目都是有限的。增加配体浓度，可使受体与配体的结合达到饱和。当受体全部被配体占据时，再提高配体浓度不会增强效应。4.可逆性受体与配体以非共价键结合，当生物效应发生后，配体即与受体解离。受体可恢复到原来的状态再次接收配体信息。5.特定的作用模式受体的分布和含量具有组织和细胞特异性，并呈现特定的作用模式，受体与配体结合后可引起某种特定的生理效应。 三、细胞内多条信号转导途径形成信号转导网络 细胞内多种信号转导分子，依次相互识别、相互作用，有序地转换和传递信号。由一组特定信号转导分子形成的有序化学变化并导致细胞行为发生改变的过程称为信号转导途径(signal transduction pathway)。一条途径中的信号转导分子可以与其他途径中的信号转导分子间相互作用，不同的信号转导途径之间具有广泛的交联互动(cross-talking)，形成复杂的信号转导网络(signal transd uction network)（图17-2)。信号转导途径和网络的形成是动态过程，随着信号的种类和强度的变化而不断变化。信号转导分子：介导信号在细胞内传递的所有分子信号转导通路：信号转导过程信号转导分子的排列方式信号转导网络：信号转导通路交叉联系形成的调控系统l．一一心•····•jm7竺AAAA令i一·•..细胞骨架. 蛋白质合成；．．转录因子飞;染色质相关蛋白飞.It RNA加工蛋白; 应答反应.:. RNA转运蛋白..:．飞细胞周期蛋白．．．．．．飞在高等动物体内，细胞外信号分子的作用都具有网络调节特点。如一种细胞因子或激素的作用会受到其他细胞因子或激素的影响，发出信号的细胞又受到其他细胞信号的调节。细胞外信号分子的产生及其调控在另一个层次上形成复杂的网络系统。网络调节使得机体内的细胞因子或激素的作用都具有一定程度的冗余和代偿性，单一缺陷不会导致对机体的严重损害。一些特殊的细胞内事件也可以在细胞内启动信号转导途径。如DNA损伤、活性氧(ROS)、低氧状态等，可通过激活特定的分子而启动信号转导。这些途径可以与细胞外信号分子共用部分转导途径、共用一些信号分子，也可以是一些特殊的途径（如凋亡信号转导途径）。 330第三筒遗传信息的传递第二节细胞内信号转导分子 细胞外的信号经过受体转换进入细胞内，通过细胞内一些蛋白质分子和小分子活性物质进行传递这些能够传递信号的分子称为信号转导分子(signal transducer)。这些分子是构成信号转导途径的基础。依据作用特点，信号转导分子主要有三大类：小分子第二信使、酶、调节蛋白。受体及信号转导分子传递信号的基本方式包括：心改变下游信号转导分子的构象；＠改变下游信号转导分子的细胞内定位；＠信号转导分子复合物的形成或解聚；＠改变小分子信使的细胞内浓度或分布等。 —、第二信使结合并激活下游信号转导分子 配体与受体结合后并不进入细胞内，但能间接激活细胞内其他可扩散、并调节信号转导蛋白活性的小分子或离子，这些在细胞内传递信号的分子称为第二信使(second messenger)，又称细胞内小分子信使。如钙离子、环腺昔酸(cAMP)、环鸟昔酸(cGMP)、环腺昔二磷酸核糖、甘油二酷(diglyceride, DAG汃肌醇1,4,5－三磷酸(inositol triphosphate, IP3汃花生四烯酸、神经酰胺、一氧化氮和一氧化碳等。 （一）小分子信使传递信号具有相似的特点 1.上游信号转导分子使第二信使的浓度升高或分布变化多数小分子信使的上游信号转导分子是酶类。这些酶被其上游信号转导分子激活，从而催化小分子信使的生成，使其浓度在细胞内迅速升高。如cAMP、cGMP、DAG、IP3等都是以这种方式产生。Ca2＋则是由其上游分子改变其在细胞内的分布。2.小分子信使浓度可迅速降低第二信使的浓度变化是传递信号的重要机制，其浓度在细胞接收信号后变化非常迅速，可以在数分钟内被检测出来。而细胞内存在相应的水解酶，可迅速将它们清除，使信号迅速终止，细胞回到初始状态，再接受新的信号。只有当其上游分子（酶）持续被激活，才能使小分子信使待续维持在一定的浓度。3.小分子信使激活下游信号转导分子小分子信使大都是蛋白质的别构激活剂，当其结合于下游蛋白质分子后，通过改变蛋白质的构象而将其激活，从而使信号进一步传递。（二）环核昔酸是重要的细胞内第二信使目前已知的细胞内环核昔酸类第二信使有cAMP和cGMP两种。1. cAMP和cGMP的上游信号转导分子是相应的核昔酸环化酶cAMP的上游分子是腺甘酸环化酶(adenylate cyclase, AC), AC是膜结合的糖蛋白，哺乳类动物组织来源的AC至少有8型同工酶。cGMP的上游分子是鸟背酸环化酶(guanylate cyclase, GC), GC有两种形式，一种是膜结合型的受体分子；另一种存在于细胞质。细胞质中的GC含有血红素辅基，可直接受一氧化氮(NO)和相关化,/cAMP2.环核昔酸在细胞内调节蛋白激酶活性，但蛋 、夕>0--cAMP ATP3oeAMP 白激酶不是cAMP和cGMP的唯一靶分子cAMP无活性PKA的下游分子是蛋白激酶A(protein kinase A, PK.A)。PK.A属千蛋白质丝氨酸／苏氨酸激酶类，是由2个催气（磷酸化酶b激酶）＿p化亚基(C)和2个调节亚基(R)组成的四聚体。R亚i基抑制C亚基的催化活性。cAMP特异性结合R亚糖原分附反应增强基，使其变构，从而释放出游离的、具有催化活性的C i亚基（图17-3)。血糖升岛cGMP的下游分子是蛋白激酶G(protein kinase图17-3cAMP激活PKA而升高血糖作G,PKG)。PKG是由相同亚基构成的二聚体。与用机制示意图PKA不同，PKG的调节结构域和催化结构域存在于同一个亚基内。PKG在心肌及平滑肌收缩调节方面具有重要作用。环核昔酸作为别构效应剂还可以作用千细胞内其他非蛋白激酶类分子。一些离子通道可以直接受cAMP或cGMP的别构调节。3.磷酸二酷酶催化环核昔酸水解细胞中存在多种催化环核昔酸水解的磷酸二酷酶(phosphodiesterase, PDE)。在脂肪细胞中，胰高血糖素在升高cAMP水平的同时会增加PDE活性，促进cAMP的水解这是调节cAMP浓度的重要机制。PDE对cAMP和cGMP的水解具有相对特异性。 （三）脂质也可衍生出细胞内第二信使 1.磷脂酰肌醇激酶和磷脂酶催化生成第二信使磷脂酰肌醇激酶(PI kinase, PI-K)催化磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol,PI)的磷酸化。根据肌醇环的磷酸化轻基位置不同，这类激酶有PI-3K、PI4K和PI-5k等。而磷脂酰肌醇特异性磷脂酶C(p hospholipase C, PLC)可将磷脂酰肌醇－4,5－二磷酸(PIP2)分解成为DAG和IP3。PI-K和磷脂酶催化产生的第二信使如图17-4所示。DAG廿肌醇－1－磷酸DAG-+l肌醇－1,4－二磷酸DAG-+l肌醇－1,4,5－三磷酸3-磷酸酶I I Pl-3K3－磷酸酶I IPI-3K3－磷酸酶I I PI-3K磷脂酰肌醇－3－磷酸磷脂酰肌醇－3,4－二磷酸磷脂酰肌醇－3,4,5－三磷酸2.脂质第二信使作用千相应的靶蛋白分子DAG是脂溶性分子，生成后仍留在质膜上。趴是水溶性分子，可在细胞内扩散至内质网或肌质网膜上，并与其受体结合。Ca2＋通道是IP3的受体，结合I凡后开放，促进细胞钙库内的Ca2+迅速释放，细胞中局部Ca2＋浓度迅速升高。DAG和钙离子在细胞内的靶分子之一是蛋白激酶C(PKC)。PKC属千蛋白质丝氨酸／苏氨酸激酶。目前发现的PKC同工酶有12种以上，不同的同工酶有不同的酶学特性、特异的组织分布和亚细胞定位，对辅助激活剂的依赖性亦不同。 （四）钙离子可以激活信号转导相关的酶类 1.钙离子在细胞中的分布具有明显的区域特征细胞外液游离钙浓度远高于细胞内钙浓度，而细胞内的Ca2＋则有90％以上储存于细胞内钙库（内质网和线粒体内），胞质内的钙浓度很低。如果细胞质膜或细胞内钙库的Ca2＋通道开启，可引起胞外钙的内流或细胞内钙库的钙释放，使胞质内Ca2＋浓度急剧升高。而Ca正进入胞质后，又可再经细胞质膜及钙库膜上的钙泵(Ca2+-ATP酶）返回细胞外或细胞内钙库，维待细胞质内的低钙状态。2钙离子的下游信号转导分子是钙调蛋白钙调蛋白(calmodulin, CaM)是一种钙结合蛋白，分子中有4个结构域，每个结构域可结合一个Ca2+。细胞质中Ca2＋浓度低时，钙调蛋白不易结合Ca气随着细胞质中Ca2+浓度增高，钙调蛋白可结合不同数量的Ca2+，形成不同构象的Ca2+/CaM复合物。钙调蛋白本身无活性，形成Ca2+/CaM复合物后则具有调节功能，可调节钙调蛋白依赖性蛋白激酶的活性。3.钙调蛋白不是钙离子的唯—靶分子除了钙调蛋白，Ca2＋还结合PKC、AC和cAMP-PDE等多种信号转导分子，通过别构效应激活这些分子。（五）NO等小分子也具有信使功能细胞内一氧化氮(ni trogen monoxide, NO)合酶可催化精氨酸分解产生瓜氨酸和NO。NO可通过332第三篇遗传信息的传递激活鸟昔酸环化酶、ADP－核糖转移酶和环氧化酶等而传递信号。除了NO以外，co和H2S的第二信使作用近年来也得到证实。 二、多种酶通过酶促反应传递信号 细胞内的许多信号转导分子都是酶。作为信号转导分子的酶主要有两大类。一是催化小分子信使生成和转化的酶，如腺昔酸环化酶、鸟昔酸环化酶、磷脂酶C、磷脂酶D(PLD)等；二是蛋白激酶，作为信号转导分子的蛋白激酶主要是蛋白质丝氨酸／苏氨酸激酶和蛋白质酪氨酸激酶。 （一）蛋白激酶和蛋白磷酸酶可调控信号传递 蛋白激酶(protein kinase, PK)与蛋白磷酸酶(protein phosphatase, PP)催化蛋白质的可逆磷酸化修饰，对下游分子的活性进行调节。蛋白质的磷酸化修饰可能提高其活性，也可能降低其活性，取决于构象变化是否有利于反应的进行。它们对特定底物的催化作用特异性及其在细胞内的分布特异性决定了信号转导途径的精确性。1.蛋白质丝氨酸／苏氨酸激酶和蛋白质酪氨酸激酶是主要的蛋白激酶蛋白激酶是催化ATP的丫－磷酸基转移至靶蛋白的特定氨基酸残基上的一类酶。迄今发现的蛋白激酶已超过800种。主要的几类蛋白激酶见表17-2。目前对蛋白质丝氨酸／苏氨酸激酶和蛋白质酪氨酸激酶类的结构与功能研究较多。 磷酸基团的受体1琉基酰基三;二/言昙詈］：王酸激酶酸激酶 2.蛋白磷酸酶括抗蛋白激酶诱导的效应蛋白磷酸酶使磷酸化的蛋白质发生去磷酸化，拈抗蛋白激酶的作用，两者共同构成了蛋白质活性的调控系统。蛋白磷酸酶的分类也是依据其所作用的氨基酸残基。目前已知的蛋白磷酸酶包括蛋白质丝氨酸／苏氨酸磷酸酶和蛋白质酪氨酸磷酸酶两大类。有少数蛋白质磷酸酶具有双重作用，可同时去除酪氨酸和丝氨酸／苏氨酸残基上的磷酸基团。（二）许多信号途径涉及蛋白质丝氨酸庞；氨酸激酶的作用细胞内重要的蛋白质丝氨酸／苏氨酸激酶包括受环核昔酸调控的PKA和PKG、受DAG/Ca2＋调控的PKC、受Ca2+/CaM调控的ca2+/CaM-PK、受PIP3调控的PKB及受丝裂原控制的丝裂原激活的蛋白激酶(mitogen activated protein kinase, MAPK)等。（三）蛋白质酪氨酸激酶转导细胞增殖与分化信号蛋白质酪氨酸激酶(protein tyrosine kinase, PTK)催化蛋白质分子中的酪氨酸残基磷酸化。酪氨酸磷酸化修饰的蛋白质大部分对细胞增殖具有正向调节作用，无论是生长因子作用后正常细胞的增殖、恶性肿瘤细胞的增殖，还是T细胞、B细胞或肥大细胞的活化都伴随着快速发生的多种蛋白质分子的酪氨酸磷酸化。 基因家族名称举例细胞内定位主要功能 SRC家族Src、Fyn、Lek、Lyn等常与受体结合存在于质膜接受受体传递的信号发生磷酸化而激内侧活，通过催化底物的酪氨酸磷酸化向下游传递信号ZAP70家族ZAP70、Syk与受体结合存在于质膜接受T淋巴细胞的抗原受体或B淋巴内侧细胞的抗原受体的信号TEC家族Btk、Itk、Tee等存在于细胞质位于ZAP70和Src家族下游接受T淋巴细胞的抗原受体或B淋巴细胞的抗原受体的信号JAK家族JAKl、JAK2、JAK3等与一些白细胞介素受体结介导白细胞介素受体活化信号合存在于质膜内侧核内PTK Ahl、Wee细胞核参与转录过程或细胞周期调节三、信号转导蛋白通过蛋白质相互作用传递信号信号转导途径中的信号转导分子主要包括G蛋白、衔接体蛋白质和支架蛋白，其中许多信号转导分子是没有酶活性的蛋白质，它们通过分子间的相互作用被激活或激活下游分子。(—)G蛋白的GTP/GDP结合状态决定信号的传递鸟昔酸结合蛋白(guanine nucleotide-binding protein, G protein)简称G蛋白，亦称GTP结合蛋白。分别结合GTP和GDP时，G蛋白处于不同的构象。结合GTP时处于活化形式，能够与下游分子结合，并通过别构效应而激活下游分子。G蛋白自身均具有GTP酶活性，可将结合的GTP水解为GDP，回到非活化状态，停止激活下游分子。在细胞中存在一些专门控制低分子量G蛋白活性的调节因子。有的可增强其活性，如鸟嗦呤核昔酸交换因子，促进G蛋白结合GTP而将其激活；有的可以降低其活性，如GTP酶活化蛋白等，可促进G蛋白将GTP水解成GDP。 （二）衔接蛋白和支架蛋白连接信号转导网络 1蛋白质相互作用结构域介导信号转导途径中蛋白质的相互作用信号转导途径中的一些环节是由多种分子聚集形成的信号转导复合物(signaling complex)来完成信号传递的。信号转导复合物的形成是一个动态过程，针对不同外源信号，可聚集成不同成分的复合物。信号转导复合物形成的基础是蛋白质相互作用。蛋白质相互作用的结构基础则是各种蛋白质分子中的蛋白质相互作用结构域(protein interaction domain)。这些结构域大部分由50~100个氨基酸残基构成，其特点是（图17-5):心一个信号分子中可含有两种以上的蛋白质相互作用结构域，因此可同时结合两种以上的其他信号分子；＠同一类蛋白质相互作用结构域可存在千不同的分子中。这些结构域的一级结构不同，因此选择性结合下游信号分子；＠这些结构域没有催化活性。目前已经确认的蛋白质相互作用结构域已经超过40种表l7-4列举了几种主要的蛋白质相互作用结构域以及它们识别和结合的模体。v叮i}蛋白激酶BTK（亘工只勹五）一`~习四转录因子STAT~结合区}——--{SH2六-上L/细胞骨架蛋白tensin//——. s卫2六」卫L六—尸B...l厂尸SH2, iI I IHy-X-N-P-X-pY--P-X-X-P-X--P-P-X-Y--pY-X-X-Hy图17-5信号转导分子中蛋白质相互作用结构域的分布及作用图上方为蛋白质相互作用结构域在四个不同种类蛋白质中的分布，下方为几种结构域可识别和结合的结构Src homology2Src homology3Pleck strin homology Protein tyrosine binding识别模体含磷酸化酪氨酸模体富含脯氨酸模体磷脂衍生物含磷酸化酪氨酸模体蛋白质相互作用结构域是通过相应的结合位点而介导蛋白质分子间的相互作用。例如，一个蛋白分子中有SH2结构域，另一个蛋白质分子经磷酸化作用而产生SH2结合位点，两个蛋白质分子就可以通过SH2结构域和SH2结合位点相互作用。


生物化学与分子生物学 （二）衔接蛋白和支架蛋白连接信号转导网络  第三节细胞受体介导的细胞内信号转导 不同信号转导分子的特定组合及有序的相互作用，构成不同的信号转导途径。因此，对信号转导的了解，关键是各种信号转导途径中信号转导分子的基本组成、相互作用及引起的细胞应答。目前将各种细胞内受体归为一类；而依据结构、接收信号的种类、转换信号方式等差异，膜表面受体则分为三种类型：离子通道受体、GPCR（七次跨膜受体）和酶偶联受体（单次跨膜受体）（表17-5)。每种类型的受体都有许多种，各种受体激活的信号转导途径由不同的信号转导分子组成，但同一类型受体介导的信号转导具有共同的特点。本节以几类典型受体所介导的信号转导途径为例，介绍细胞a信号转导的基本特点。 特性离子通道受体G蛋白偶联受体酶偶联受体 配体神经递质神经递质，激素，趋化因子，外源生长因子，细胞因子刺激（味、光）


生物化学与分子生物学 特性离子通道受体G蛋白偶联受体酶偶联受体 结构寡聚体形成的孔道单体具有或不具有催化活性的单体功能离子通道激活G蛋白激活蛋白激酶细胞应答去极化与超极化去极化与超极化，调节蛋白质功调节蛋白质的功能和表达水平，调能和表达水平节细胞分化和增殖一、细胞内受体通过分子迁移传递信号位于细胞内的受体多为转录因子。当与相应配体结合后，能与DNA的顺式作用元件结合，在转录水平调节基因表达。在没有信号分子存在时，受体往往与具有抑制作用的蛋白质分子（如热激蛋白）形成复合物，阻止受体与DNA的结合。没有结合信号分子的胞内受体主要位于细胞质中，有一些则在细胞核内。


生物化学与分子生物学 特性离子通道受体G蛋白偶联受体酶偶联受体 能与该型受体结合的信号分子有类固醇激素、甲状腺激素、视黄酸和维生素D等。当激素进入细胞后，如果其受体是位于细胞核内，激素被运输到核内，与受体形成激素－受体复合物。如果受体是位于细胞质中，激素则在细胞质中结合受体，导致受体的构象变化，与热激蛋白分离，并暴露出受体的核内转移部位及DNA结合部位，激素－受体复合物向细胞核内转移，穿过核孔，迁移进入细胞核内，并结合于其靶基因邻近的激素反应元件上。结合于激素反应元件的激素－受体复合物再与位于启动子区域的基本转录因子及其他的特异转录询节分子作用，从而开放或关闭其靶基因，进而改变细胞的基因表达谱（图17-6)。不同的激素－受体复合物结合千不同的激素反应元件（表17-6)。 细胞外细胞质工O脂溶性信号结合区DNA结合区及核定位区暴露 图17-6细胞内受体结构及作用机制示意图脂溶性激素受体存在于细胞内，它们通常都是转录因子，分子中具有锌指结构作为其DNA结合区。在没有激素作用时，受体与抑制蛋白（热激蛋白）形成复合物，因此阻止了受体向细胞


生物化学与分子生物学 细胞外细胞质工O脂溶性信号结合区DNA结合区及核定位区暴露 核的移动及其与DNA的结合。当激素与受体结合时，受体构象发生变化，导致热休克蛋白与其解聚，暴露出受体的核内转移部位及DNA结合部位，激素－受体复合物向核内转移，并结合@在特异基因的激素反应元件上，诱导相应的基因表达，引起细胞功能改变激素举例受体所识别的DNA特征序列肾上腺皮质激素5'-AGAACAXXXTGTTCT-3'3'-TCTTGTXXXACAAGA-5'雌激素5'-AGGTCAXXXTGACCT-3'3'-TCCAGTXXXACTGGA-5'甲状腺激素5'-AGGTCATGACCT-3'3'-TCCAGTACTGGA-5'二、离子通道型受体将化学信号转变为电信号离子通道型受体是一类自身为离子通道的受体。离子通道是由蛋白质寡聚体形成的孔道，其中部分单体具有配体结合部位。通道的开放或关闭直接受化学配体的控制，称为配体门控受体型离子通道，其配体主要为神经递质。离子通道受体的典型代表是N型乙酰胆碱受体，由B、丫、8亚基以及2个a亚基组成。a亚基具有配体结合部位。两分子乙酰胆碱的结合可使通道开放，但即使有乙酰胆碱的结合，该受体处于通道开放构象状态的时限仍十分短暂，在几十毫微秒内又回到关闭状态。然后乙酰胆碱与之解离，受体恢复到初始状态，做好重新接受配体的准备（图17-7)。国侧切观配体结合，通道巳关闭图17-7N型乙酰胆碱受体的结构与功能模式图乙酰胆碱受体由5个同源性很高的亚基构成，包括2个a亚基，1个6亚基，1个丫亚基和1个8亚基。每一个亚基都是一个四次跨膜蛋白，跨膜部分为四个a螺旋结构，其中一个是亲水性a螺旋（含较多的极性氨基酸），五个亚基的亲水性a螺旋共同在膜中形成一个亲水性的通道。乙酰胆碱的结合部位位于a亚基上。乙酰胆碱受体可以三种构象存在。两分子乙酰胆碱的结合可以使之处于通道开放构象，但即使有乙酰胆碱的结合，通道开放构象持续的时间仍十分短暂，在几十毫微秒内又回到关闭状态，然后乙酰胆碱与之解离，受体恢复到初始状态，做好重新接受配体的准备离子通道受体信号转导的最终效应是细胞膜电位改变。这类受体引起的细胞应答主要是去极化与超极化。可以认为，离子通道受体是通过将化学信号转变成为电信号而影响细胞功能的。离子通道型受体可以是阳离子通道，如乙酰胆碱、谷氨酸和5－胫色胺的受体；也可以是阴离子通道，如甘氨酸和丫－氨基丁酸的受体。阳离子通道和阴离子通道的差异是由千构成亲水性通道的氨基酸组成不同，'也因而通道表面携带有不同电荷所致。


生物化学与分子生物学 细胞外细胞质工O脂溶性信号结合区DNA结合区及核定位区暴露 三、G蛋白偶联受体通过G蛋白和小分子信使介导信号转导G蛋白偶联受体(GPCR)在结构上为单体蛋白，氨基端位于细胞膜外表面，狻基端在胞膜内侧，其肤链反复跨膜七次，因此又称为七次跨膜受体。由千肤链反复跨膜，在膜外侧和膜内侧形成了几个环状结构，分别负责接受外源信号（化学、物理信号）的刺激和细胞内的信号传递，受体的胞内部分可与三聚体G蛋白相互作用。此类受体通过G蛋白向下游传递信号，因此称为G蛋白偶联受体。(-)G蛋白偶联受体介导的信号转导途径具有相同的基本模式不同的G蛋白（不同的a陌组合）可与不同的下游分子组成信号转导途径。GPCR介导的信号传递可通过不同的途径产生不同的效应，但信号转导途径的基本模式大致相同，主要包括以下几个步骤或阶段：O细胞外信号分子结合受体，通过别构效应将其激活。＠受体激活G蛋白，G蛋白在有活性和无活性状态之间连续转换，称为G蛋白循环(G protein cycle)（图17-8)。＠活化的G蛋白激活下游效应分子。不同的a亚基激活不同的效应分子，如AC、PLC等效应分子都是由不同的G蛋白所激活（表17-7)。有的a亚基可以激活AC，称为a,(s代表stimulate)；有的a亚基可以抑制AC，称为a,（1代表inh心t)。＠G蛋白的效应分子向下游传递信号的主要方式是催化产生小分子信使，如AC催化产生cAMP,PLC催化产生DAG和IP3。有些效应分子可以通过对离子通道的调节改变Ca2＋在细胞内的分布，其效应与IP3的效应相似。＠小分子信使作用于相应的靶分子（主要是蛋白激酶），使之构象改变而激活。＠蛋白激酶通过磷酸化作用激活一些与代谢相关的酶、与基因表达相关的转录因子以及一些与细胞运动相关的蛋白质，从而产生各种细胞应答反应。


生物化学与分子生物学 细胞外细胞质工O脂溶性信号结合区DNA结合区及核定位区暴露  效应分子细胞外E ll嫘霆质膜胞内细恢复了三聚体的蛋白可再次接受受体信号 G图17-8G蛋白循环配体激活的受体与G蛋白结合，使之发生构象改变，a亚基与GDP的亲和力下降，因而释放GDP，随即与GTP结合。a亚基结合了GTP后即与陌亚基解离，成为活化状态的a亚基，能够结合并激活下游的效应分子。而下游分子则可激活a亚基的GTP酶活性，将GTP水解成GDP,a亚基又恢复到原来的构象，从而与效应分子解离，重新与衍亚基结合形成三聚体，回到静止状态（二）不同G蛋白偶联受体可通过不同途径传递信号不同的细胞外信号分子与相应受体结合后，通过G蛋白传递信号，但传入细胞内的信号并不一样。这是因为不同的G蛋白与不同的下游分子组成了不同的信号转导途径。有几条途径是较常见的，本节主要介绍其中3条途径（图17-9)。


生物化学与分子生物学 配体r配体i受体＝＝气芝＝王墓：言勹三厂p:E1：勹言质膜C l rPKc)Asp气(Gq＋通了气PKA促肾上腺皮质激素等可激活此途径。lAC勹二AMP白效三LC：；C:M改激变酶PKA活化后，可使多种蛋白质底物的丝ATp 氨酸／苏氨酸残基发生磷酸化，改变其活性状态，底物分子包括一些糖代谢和脂代谢相关的酶类、离子通道和某些转录因子。 质应效应蛋白质效应蛋白质(1)调节代谢：PKA可通过调节关生物学效应生物学效应键酶的活性，对不同的代谢途径发挥调节作用，如激活糖原磷酸化酶b激酶、激 素敏感脂肪酶、胆固醇酷酶，促进糖原、脂肪、胆固醇的分解代谢；抑制乙酰CoA狻化酶、糖原合酶，抑制脂肪合成和糖原合成。2. IP3/DAG-PKC途径促甲状腺素释放激素、去甲肾上腺素、抗利尿素与受体结合后所激活的G蛋白可激活PLC。PLC水解膜组分PIP2，生成DAG和IP3。I凡促进细胞钙库内的Ca2＋迅速释放，使回细胞质内的Ca2＋浓度升高。Ca2＋与细胞质内的PKC结合并聚集至质膜。质膜上的DAG、磷脂酰丝氨，？酸与Ca“共同作用千PKC的调节结构域，使PKC变构而暴露出活性中心。（动画17-2"IP3/DAG-PKC受PKC磷酸化修饰的蛋白质包括一些质膜受体、膜蛋白及多种酶，因此，PKC可参与多种生理功能的调节。此外，PKC能使立早基因(immediate-early gen e)的转录调控因子磷酸化，加速立早基因的表达。立早基因多数为细胞原癌基因（如c-fos)，其表达产物经磷酸化修饰后，进一步活化晚期反应基因并促进细胞增殖。3. Ca2+／钙调蛋白依赖的蛋白激酶途径G蛋白偶联受体至少可通过三种方式引起细胞内Ca2+彸吓巳浓度升高：某些G蛋白可以直接激活细胞质膜上的钙通道，或通过PKA激活细胞质膜的钙通道，促进Ca2＋流入细胞质；或通过I凡促使细胞质钙库释放Ca气细胞质中的Ca"浓度升高后，通过结合钙调蛋白传递信号。Ca2+/CaM复合物的下游信号转导分子是一些蛋白激酶，它们的共同特点是可被Ca2+/CaM复合物激活，因而统称为钙调蛋白依赖性蛋白激酶。钙调蛋白依赖性激酶属于蛋白质丝氨酸／苏氨酸激酶，如肌球蛋白轻链激酶(MLCK)、磷酸化酶激酶(PhK)、钙调蛋白依赖性激酶(Cal-PK)I、II、ill等。这些激酶可激活各种效应蛋白质，可在收缩和运动、物质代谢、神经递质的合成、细胞分泌和分裂等多种生理过程中起作用。如Cal-PK II可修饰激活突触蛋白I、酪氨酸胫化酶、色氨酸胫化酶、骨骼肌糖原合酶等，参与神经递质的合成与释放以及糖代谢等多种细胞功能的调节。


生物化学与分子生物学 质应效应蛋白质效应蛋白质(1)调节代谢：PKA可通过调节关生物学效应生物学效应键酶的活性，对不同的代谢途径发挥调节作用，如激活糖原磷酸化酶b激酶、激 四、酶偶联受体主要通过蛋白质修饰或相互作用传递信号酶偶联受体主要是生长因子和细胞因子的受体。此类受体介导的信号转导主要是调节蛋白质的功能和表达水平、调节细胞增殖和分化。


生物化学与分子生物学 质应效应蛋白质效应蛋白质(1)调节代谢：PKA可通过调节关生物学效应生物学效应键酶的活性，对不同的代谢途径发挥调节作用，如激活糖原磷酸化酶b激酶、激 （一）蛋白激酶偶联受体介导的信号转导途径具有相同的基本模式蛋白激酶偶联受体介导的信号转导途径较复杂。细胞内的蛋白激酶有许多种，不同蛋白激酶组合成不同的信号转导途径。各种途径的具体作用模式虽有差别，但基本模式大致相同，主要包括以下几个阶段：心胞外信号分子与受体结合，导致第一个蛋白激酶被激活。这一步反应是＂蛋白激酶偶联受体”名称的由来。＂偶联“有两种形式。有的受体自身具有蛋白激酶活性，此步骤是激活受体胞内结构域的蛋白激酶活性。有些受体自身没有蛋白激酶活性，此步骤是受体通过蛋白质蛋白质相互作用激活某种蛋白激酶。＠通过蛋白质－蛋白质相互作用或蛋白激酶的磷酸化修饰作用激活下游信号转导分子，从而传递信号，最终仍是激活一些特定的蛋白激酶。＠蛋白激酶通过磷酸化修饰激活代谢途径中的关键酶、转录调控因子等，影响代谢途径、基因表达、细胞运动、细胞增殖等。


生物化学与分子生物学 质应效应蛋白质效应蛋白质(1)调节代谢：PKA可通过调节关生物学效应生物学效应键酶的活性，对不同的代谢途径发挥调节作用，如激活糖原磷酸化酶b激酶、激 （二）常见的蛋白激酶偶联受体介导的信号转导途径目前已发现的蛋白激酶偶联受体介导的信号转导途径有十几条，如JAK-STAT途径、Smad途径、PI-3K途径、NF-KB途径等，本节介绍最常见的MAPK途径。以丝裂原激活的蛋白激酶(MAPK)为代表的信号转导途径称为MAPK途径，其主要特点是具有MAPK级联反应。MAPK至少有12种，分属于ERK家族、p38家族、JNK家族。这3条信号转导途径的组成和信号转导的细胞内效应见图17-10。


生物化学与分子生物学 质应效应蛋白质效应蛋白质(1)调节代谢：PKA可通过调节关生物学效应生物学效应键酶的活性，对不同的代谢途径发挥调节作用，如激活糖原磷酸化酶b激酶、激 在不同的细胞中，MAPK途径的成员组成及诱导的细胞应答有所不同。其中了解最清楚的是Ras/MAPK途径（图17-11)（动画17-3"Ras/MAPK信号途径”)。Ras/MAPK途径转导生长因子，如表皮生长因子(EGF)信号，其基本过程是：O受体与配体结合后形成二聚体，激活受体的蛋白激酶活性；©受体自身酪氨酸残基磷酸化，形成SH2结合位点，从而能够结合含有SH2结构域的接头、蛋白Grb2;@Grb2的两个SH3结构域与SOS分子中的富含脯氨酸序列结合，将SOS活化；＠活化的SOS结合Ras蛋白，促进Ras释放GDP、结合GTP;＠活化的Ras蛋白(Ras-GTP)可激活MAPKKK，活化的MAPKKK可磷酸化MAPKK而将其激活，活化的MAPKK将MAPK磷酸化而激活；＠活化的MAPK可以转位至细胞核内，通过磷酸化作用激活多种效应蛋白，从而使细胞对外来信号产生生物学应答。


生物化学与分子生物学 质应效应蛋白质效应蛋白质(1)调节代谢：PKA可通过调节关生物学效应生物学效应键酶的活性，对不同的代谢途径发挥调节作用，如激活糖原磷酸化酶b激酶、激 上述Ras/MAPK途径是EGFR的主要信号途径之一。此外，许多单次跨膜受体也可以激活这一信号途径，甚至G蛋白偶联受体也可以通过一些调节分子作用在这一途径。由于EGFR的胞内段存在着多个酪氨酸磷酸化位点，因此除Grb2外，还可募集其他含有SH2结构域的信号转导分子，激活PLC-IP3/DAG-PKC途径、PI-3K等其他信号途径。 340第三篇遗传信息的传递受体体熙础Ras二之Ra8\GDP\\其他信号转导分子-cdc42/Rac等子因录转核的胞用细作入进所酶细胞增殖、细胞转化细胞分化 RRRRRt臣1f穴RRRRI巴·?i臣飞fffffffffff?ffffffffffffffffffffffff?ff


生物化学与分子生物学 细胞膜嘉句严心心贷；闷嘉嘉嘉吵守U毋邑嘉嘉邸嘉嘉'，、^CTP义夕MAPK三级级联激活第四节细胞信号转导的基本规律 每一条信号转导途径都是由多种信号转导分子组成，不同分子间有序地依次进行相互作用，上游分子引起下游分子的数量、分布或活性状态变化，从而使信号向下游传递。信号转导分子之间的相互作用构成了信号转导的基本机制。 一、信号的传递和终止涉及许多双向反应 信号的传递和终止实际上就是信号转导分子的数量、分布、活性转换的双向反应。如AC催化生成cAMP而传递信号，磷酸二酷酶则将cAMP迅速水解为5'-AMP而终止信号传递。以Ca2＋为细胞内信使时，Ca2＋可以从其贮存部位迅速释放，然后又通过细胞Ca2+泵作用迅速恢复初始状态。PLC催化PIP2分解成DAG和IP3而传递信号，DAG激酶和磷酸酶分别催化DAG和IP3转化而重新合成PIP2。对于蛋白质信号转导分子，则是通过与上、下游分子的迅速结合与解离而传递信号或终止信号传递，或者通过磷酸化作用和去磷酸化作用在活性状态和无活性状态之间转换而传递信号或终止信号传递。


生物化学与分子生物学 二、细胞信号在转导过程中被逐级放大 细胞在对外源信号进行转换和传递时，大都具有信号逐级放大的效应。G蛋白偶联受体介导的信号转导过程和蛋白激酶偶联受体介导的MAPK途径都是典型的级联反应过程。 三、细胞信号转导途径既有通用性又有专—性 细胞内许多信号转导分子和信号转导途径常常被不同的受体共用，而不是每一个受体都有专用的分子和途径。换言之，细胞的信号转导系统对不同的受体具有通用性。信号转导途径的通用性使得细胞内有限的信号转导分子可以满足多种受体信号转导的需求。另一方面，不同的细胞具有不同的受体，而同样的受体在不同的细胞又可利用不同的信号转导途径，同一信号转导途径在不同细胞中的最终效应蛋白又有所不同。因此，配体－受体－信号转导途径－效应蛋白可以有多种不同组合，而一种特定组合决定了一种细胞对特定的细胞外信号分子产生专一性应答。 四、细胞信号转导途径具有多样性 配体－受体－信号转导分子效应蛋白并不是以一成不变的固定组合构成信号转导途径，细胞信号转导是复杂的，且具有多样性。这种复杂性和多样性反映在以下几个方面。


生物化学与分子生物学 四、细胞信号转导途径具有多样性 （－）一种细胞外信号分子可通过不同信号转导途径影响不同的细胞白介素lB(IL-lB)是在局部和全身炎症反应中起核心作用的细胞因子。然而，由千其受体分布广泛，IL-1[3的作用并不仅限于炎症。IL-1[3可以通过G蛋白偶联受体（涉及cAMP途径、cGMP途径、PKC途径等）和蛋白激酶偶联受体介导的MAPK途径传递信号。近年又发现IL-1[3可通过其他几条重要途径介导信号转导，包括：IL-1受体相关激酶途径、PI-3K途径、JAK-STAT途径、离子通道。IL-1[3受体在多种细胞表面存在，受体可通过不同信号转导途径传递信号，它不仅可以作用于各种炎症相关细胞，还可以通过JAK-STAT途径作用于胰岛B细胞，通过激活离子通道影响神经细胞、血管平滑肌细胞、成纤维细胞、骨髓基质细胞等多种细胞的功能。


生物化学与分子生物学 （二）受体与信号转导途径有多样性组合 一种受体并非只能激活一条信号转导途径。有些受体自身磷酸化后产生多个与其他蛋白相互作用的位点，可以激活几条信号转导途径。如血小板衍生生长因子(PDGF)的受体激活后，可激活Src激酶活性、结合Grb2并激活Ras、激活PI-3K、激活PLC-y，因而同时激活多条信号转导途径而引起复杂的细胞应答反应。另一方面，一条信号转导途径也不是只能由一种受体激活，例如，有多种受体可以激活PI-3K途径。（三）一种信号转导分子不一定只参与一条途径的信号转导GPCRs主要是促进第二信使产生而调节代谢，因而GPCRs一般是在分化成熟的组织细胞参与信号转导。但GPCRs在某些增殖细胞中也可表达，在这些细胞中，G蛋白的阶二聚体可激活Src激酶家族（如Src、Fyn、Lyn和Yes蛋白酪氨酸激酶）（动画17-4"G蛋白的阶二聚体”)，后者使She的酪氨酸残基磷酸化，形成SH2结合位点，从而与Grb2结合形成Shc-Grb2复合物，通过SOS、Ras蛋白激活MAPK途径，调控细胞增殖所需基因的转录。


生物化学与分子生物学 （二）受体与信号转导途径有多样性组合 （四）一条信号转导途径中的功能分子可影响和调节其他途径细胞内的信号转导途径并不是各自独立存在，不同途径之间存在着多种交互的联系。当一条途径中的信号转导分子对另一条途径中的信号转导分子发挥调节作用时，可对该途径发挥调控作用。下面两个例子可使我们对此有一个初步了解。1. Ras/MAPK途径可调节Smad途径Ras/ERK途径转导的信号可促进细胞增殖，而Smad途径转导的信号则抑制细胞增殖。对于正常上皮细胞，作为维持细胞稳态的TGF-(3占主导地位，并对抗由生长因子经Ras途径激活的增殖反应。然而，当大量的生长因子（如EGF、HGF)刺激细胞或RAS基因激活后，使Ras/ERK途径激活，活化的ERKl/2蛋白激酶将Smacl2/3等分子的特定位点磷酸化，使Smad2/3向核内聚集的能力减弱，从而削弱了Smad传递信号的作用。此时增殖成为细胞的主要反应。2.蛋白激酶C可调节蛋白质酪氨酸激酶系统PKC是肌醇磷脂系统的重要酶，但它可对蛋白酪氨酸激酶系统产生调节作用。PKC通过磷酸化修饰EGF受体、Ras、Raf-1等，对Ras/MAPK途径产生调节作用。


生物化学与分子生物学 （二）受体与信号转导途径有多样性组合 （五）不同信号转导途径可参与调控相同的生物学效应趋化因子是体内一类能够诱导特定细胞趋化运动的分子。趋化因子受体是一类表达于不同类型细胞上的GPCR。然而趋化因子可以通过不同的信号转导途径传递信号，如激活PK.A途径、洞节细胞内Ca2＋浓度、G蛋白陌亚单位和磷酸酪氨酰肤协同作用可激活PI-3K途径、MAPK途径，还可以激活JAK-STAT途径。这些信号途径不同，但都参与调控细胞趋化运动。 第五节细胞信号转导异常与疾病 信号转导机制研究在医学发展中的意义主要体现在两个方面，一是对发病机制的深入认识，二是为疾病诊断提供新的标记物和治疗提供新靶位。目前，人们对信号转导机制及信号转导异常与疾病关系的认识还相对有限，该领域研究的不断深入将为新的诊断和治疗技术提供更多的依据。


生物化学与分子生物学 一、信号转导异常可发生在两个层次 引起细胞信号转导异常的原因是多种多样的，基因突变、细菌毒素、自身抗体和应激等均可导致细胞信号转导的异常。细胞信号转导异常可以局限千单一途径，亦可同时或先后累及多条信号转导途径造成信号转导网络失衡。细胞信号转导异常的原因和机制虽然很复杂，但基本上可从两个层次来认识，即受体功能异常和细胞内信号转导分子的功能异常。 (—)受体异常激活和失能 1受体异常激活在正常情况下，受体只有在结合外源信号分子后才能激活，并向细胞内传递信号。但基因突变可导致异常受体的产生，不依赖外源信号的存在而激活细胞内的信号途径。如EGF受体只有在结合EGF后才能激活MAPK途径，但ERB-B癌基因表达的变异型EGF受体则不同，该受体缺乏与配体结合的胞外区，而其胞内区则处千活性状态，因而可持续激活MAPK途径。


生物化学与分子生物学 (—)受体异常激活和失能 在某些条件下，受体编码基因可因某些因素的调控作用而过度表达，使细胞表面呈现远远多于正常细胞的受体数量。在这种情况下，外源信号所诱导的细胞内信号转导途径的激活水平会远远高于正常细胞，使靶细胞对外源信号的刺激反应过度。外源信号异常也可导致受体的异常激活。如自身免疫性甲状腺病中，病人产生针对促甲状腺激首厂．回言；ro言言二二°Tns言言勹有体TOSHTS;：廿言二两T种SH言了勹本动蠡2.受体异常失活受体分子数量、结构或调节功能发生异常变化时，可导致受体异常失能，不能正常传递信号。如基因突变可导致遗传性胰岛素受体异常，包括：心受体合成减少或结构异常的受体在细胞内分解加速导致受体数量减少；＠受体与配体的亲和力降低，如735位精氨酸突变为丝氨酸可导致受体与胰岛素亲和力下降；＠RTK活性降低，如1008位甘氨酸突变为缅氨酸可致胞内区PTK结构域异常，从而使之磷酸化酪氨酸残基的能力减弱。在这些情况下，受体均不能正常传递胰岛素的信号。


生物化学与分子生物学 (—)受体异常激活和失能 自身免疫性疾病中产生的自身抗体，也可能导致特定受体失活。如前述自身免疫性甲状腺病中产生的TSH受体的两种抗体中，有一种是阻断性抗体。这种抗体与TSH受体结合后，可抑制受体与TSH结合，从而减弱或抑制受体的激活，不能传递TSH的信号。 （二）信号转导分子的异常激活和失活 细胞内信号转导分子可因各种原因而发生功能的改变。如果其功能异常激活，可持续向下游传递信号，而不依赖外源信号及上游信号转导分子的激活。如果信号转导分子失活，则导致信号传递的中断，使细胞失去对外源信号的反应性。


生物化学与分子生物学 （二）信号转导分子的异常激活和失活 1.细胞内信号转导分子异常激活细胞内信号转导分子的结构发生改变，可导致其激活并维持在活性状态。如三聚体G蛋白的a亚基可因基因突变而发生功能改变。当a亚基的201位精氨酸被半胱氨酸或组氨酸所取代、或227位谷氨酰胺被精氨酸取代时，可致a亚基失去GTP酶活性，使a亚基处于持续激活状态，因而待续向下游传递信号。此外，霍乱毒素的A亚基进入小肠上皮细胞后，可酉汰沉祀回直接结合G蛋白的a亚基，使其发生ADP-核糖化修饰，抑制其GTP酶活性，导致a亚基持续激活（动画17-6“霍乱毒素致病机制”)。小分子G蛋白Ras也可因基因突变而导致其异常激活。Ras的12位或13位甘氨酸、61位谷氨酰胺被其他氨基酸取代时，均可导致Ras的GTP酶活性降低，使其处千持续活化状态。2.细胞内信号转导分子异常失活细胞内信号转导分子表达降低或结构改变，可导致其失活。胰岛素受体介导的信号转导途径中包括PI-3K途径。基因突变可导致PI-3K的p85亚基表达下调或结构改变，使PI-3K不能正常激活或不能达到正常激活水平，因而不能正常传递胰岛素信号。


生物化学与分子生物学 （二）信号转导分子的异常激活和失活 在遗传性假性甲状旁腺素低下疾病中，甲状旁腺素信号途径中G蛋白的a亚基基因的起始密码子突变为GTG，使得核糖体只能利用第二个ATG（第60位密码子）起始翻译，产生N-端缺失了59个氨基酸残基的异常a亚基，从而使G蛋白不能向下游传递信号。 二、信号转导异常可导致疾病的发生 异常的信号转导可使细胞获得异常功能或者失去正常功能，从而导致疾病的发生，或影响疾病的过程。许多疾病的发生和发展都与信号转导异常有关。本节主要通过一些具体的例子说明较典型的信号转导异常与疾病的关系。


生物化学与分子生物学 二、信号转导异常可导致疾病的发生 （一）信号转导异常导致细胞获得异常功能或表型1细胞获得异常的增殖能力正常细胞的增殖在体内受到严格控制。机体通过生长因子调控细胞的增殖能力。当ERB-B癌基因异常表达时，细胞不依赖EGF的存在而待续产生活化信号，从而使细胞获得持续增殖的能力。MAPK途径是调控细胞增殖的重要信号转导途径，RAS基因突变时，使Ras蛋白处于持续激活状态，因而使MAPK途径待续激活这是肿瘤细胞持续增殖的重要机制之一。＼叩9@（二）信号转导异常导致细胞正常功能缺失1.失去正常的分泌功能如TSH受体的阻断性抗体可抑制TSH对受体的激活作用，从而抑制甲状腺素的分泌，最终可导致甲状腺功能减退。2.失去正常的反应性慢性长期儿茶酚胺刺激可以导致B－肾上腺素能受体(~-AR)表达下降，并使心肌细胞失去对肾上腺素的反应性，细胞内cAMP水平降低，从而导致心肌收缩功能不足。3.失去正常的生理调节能力胰岛素受体异常是一个最典型的例子。由于细胞受体功能异常而不能对胰岛素产生反应，不能正常摄入和贮存葡萄糖，从而导致血糖水平升高。


生物化学与分子生物学 二、信号转导异常可导致疾病的发生 抗利尿激素(antidiuretic hormone,ADH)的受体是G蛋白偶联受体，ADHV2受体位于远端肾小管或集合管上皮细胞膜。该受体激活后，通过cAMP-PKA途径使微丝微管磷酸化，促进位于细胞质内的水通道蛋白向集合管上皮细胞管腔侧膜移动并插入膜内，集合管上皮细胞膜对水的通透性增加，管腔内水进入细胞，并按渗透梯度转移到肾间质，使肾小管腔内尿液浓缩。基因突变可导致ADH受体合成减少或受体胞外环结构异常，不能传递ADH的刺激信号，集合管上皮细胞不能有效进行水的重吸收，导致肾性尿崩症的发生。 三、细胞信号转导分子是重要的药物作用靶位 细胞信号转导机制研究的发展，尤其是对于各种疾病过程中的信号转导异常的不断认识，为发展新的疾病诊断和治疗手段提供了更多的机会。在研究各种病理过程中发现的信号转导分子结构与功能的改变为新药的筛选和开发提供了靶位，由此产生了信号转导药物这一概念。信号转导分子的激动剂和抑制剂是信号转导药物研究的出发点，尤其是各种蛋白激酶的抑制剂更是被广泛用作母体药物进行抗肿瘤新药的研发。


生物化学与分子生物学 三、细胞信号转导分子是重要的药物作用靶位 一种信号转导干扰药物是否可以用于疾病的治疗而又具有较小的副作用，主要取决于两点。一是它所干扰的信号转导途径在体内是否广泛存在，如果该途径广泛存在于各种细胞内，其副作用则很难控制。二是药物自身的选择性，对信号转导分子的选择性越高，副作用就越小。基于上述两点，人们一方面正在努力筛选和改造已有的化合物，以发现具有更高选择性的信号转导分子的激动剂和抑制剂，同时也在努力了解信号转导分子在不同细胞的分布情况。这些努力已经使得一些药物得以用千临床，特别是在肿瘤治疗领域。


生物化学与分子生物学 三、细胞信号转导分子是重要的药物作用靶位 细胞通讯和细胞信号转导是机体内一部分细胞发出信号，另一部分细胞接收信号并将其转变为细胞功能变化的过程。细胞信号转导的相关分子包括细胞外信号分子、受体、细胞内信号转导分子。信号的传递和终止、信号转导过程中的级联放大效应、信号转导途径的通用性和特异性、信号转导途径的复杂且多样性形成了细胞信号转导的基本规律。受体的基本类型包括细胞内受体和膜表面受体两大类。膜受体又有离子通道型受体、G蛋白偶联受体和蛋白激酶偶联受体三个亚类。受体的功能是结合配体并将信号导入细胞。各种信号转导分子的特定组合及有序的相互作用，构成了不同的信号转导途径。信号转导分子通过引起下游分子的数量、分布或活性状态变化而传递信号。小分子信使以浓度和分布的迅速变化为主，蛋白质信号转导分子通过蛋白质的相互作用而传递信号。受体或细胞内信号转导分子的数量或结构改变，可导致信号转导途径的异常激活或失活，从而使细胞产生异常功能或失去正常功能，导致疾病的发生或影响疾病的进程。


生物化学与分子生物学 （黄建）第四篇医学生化专题 人类健康依赖于体内所有的分子保持正常的结构功能和有序的反应，而一切非健康或疾病状态的产生和发展都有其特有的分子基础。近百余年，生物化学与分子生物学的发展已经为从分子层次认识疾病的发生和发展机制提供了新的理论。本篇所涉及的理论知识是理解疾病状态下机体的生物化学与分子生物学变化的重要基础。本篇首先关注的是重要组织器官的生物化学特点。尽管在代谢调节一章中已有一些阐述，本篇还是独立为肝和血液设章。血液的有形细胞成分参与02与CO2的运输、防御病原微生物入侵等重要功能；血液中的可溶性蛋白质成分和非蛋白质成分，更是种类繁多，功能多样。肝是有机体物质代谢的大本营，除在三大营养物质代谢中发挥重要作用外，还在维生素、激素、胆汁酸和其他非营养物质代谢方面起到至关重要的作用。


生物化学与分子生物学 （黄建）第四篇医学生化专题 正常生理活动的完成，或者说生物大分子的作用始终离不开维生素和微量元素。这些物质的特殊生物化学作用是必不可少的生物化学内容。维生素的发现和认识在近代医学发展中具有重要历史地位。维生素缺乏病曾是人类的常见病，发现和合成各种维生素的科学家对这些疾病的诊断和治疗作出了巨大贡献。十余名科学家先后在7个年度，因他们在各种维生素研究中的贡献获得诺贝尔生理学或医学奖。无机元素对维待人体正常生理功能必不可少，在体内一般结合成化合物或络合物，广泛分布千各组织中，含量较恒定。微量元素通过参与构成酶活性中心或辅酶、激素和维生素等在体内发挥十分重要的生理功能。基因和疾病的关系是医学的重大问题之一，入类的多种疾病都与基因的结构、功能、或表达异常有关。因此，在医学研究中，对基因的研究是必不可少的内容。正常细胞活动中癌基因、抑癌基因、生长因子的作用，其激活或失活在肿瘤发生发展中的意义，尤其是以癌基因／抑癌基因为靶标的肿瘤靶向治疗研究为人类攻克肿瘤带来了希望。因此，将有关知识归入本专题篇加以叙述，作为从基因变异层次认识复杂疾病的一个范例。


生物化学与分子生物学 （黄建）第四篇医学生化专题 医学所涉及的生物化学与分子生物学问题复杂多样，从本篇获得的知识将仅仅是冰山一角。（药立波） 第十八章血液的生物化学 血液(blood)是流动于心血管系统内的液体组织，主要发挥运输物质的作用。正常人体的血液总量约占体重的8%，由血浆(plasma)、血细胞和血小板组成。血浆占全血容积的55%～60%。血液凝固后析出淡黄色透明液体，称作血清(serum)。正常入血液的含水量约为77%～81%，比重为1.050-1.060，它主要取决于血液内的血细胞数和蛋白质的浓度。血液的pH为7.40的．05，血浆渗透压在37°C时接近7.70xl02kPa，即300m0sm/kg·H20。


生物化学与分子生物学 第十八章血液的生物化学 血浆的固体成分可分为无机物和有机物两大类。无机物主要以电解质为主，重要的阳离子有Na\K\Ca2\Mg2+，重要的阴离子有Cl\HCO3\HPO42一等，它们在维持血浆晶体渗透压、酸碱平衡以及神经肌肉的正常兴奋性等方面起重要作用。有机物包括蛋白质、非蛋白质类含氮化合物、糖类和脂质等。非蛋白质类含氮化合物主要有尿素、肌酸、肌酸酐、尿酸、胆红素和氨等，它们中的氮总量称为非蛋白质氮(non-protein nitrogen, NPN)。正常人血中NPN含量为14.28-24.99mmoVL。其中血尿素氮(bloodurea nitrogen, BUN)约占NPN的1/2。 第一节血浆蛋白质—、血浆蛋白质的分类与性质 入血浆中蛋白质总浓度为70-75g/L，它们是血浆主要的固体成分。血浆蛋白质种类很多，目前已知的血浆蛋白质有200多种，其中既有单纯蛋白质又有结合蛋白质，如糖蛋白和脂蛋白，血浆中还有几千种抗体。血浆内各种蛋白质的含量差异很大，多者每升达数十克，少的仅为毫克水平。


生物化学与分子生物学 第一节血浆蛋白质—、血浆蛋白质的分类与性质 可将血浆蛋白质分成5条区带：清蛋白(albumin，又称白蛋白）、m球蛋白(globulin)、0'.2球蛋白、B球蛋白和丫球蛋白（图18-1、表18-1)。清蛋白是人体血浆中最主要的蛋白质，浓度达38-48g/L，约占血浆总蛋白的50%。肝每天约合成12g清蛋白。清蛋白以前清蛋白的形式合成，成熟的清蛋白是含585个氨基酸残基的单一多肤链，分子形状呈椭圆形。球蛋白的浓度为15-30g/L。正常的清蛋白与球蛋白的比例(A/G)为1.5-2.5。血浆蛋白质电泳是临床常用的辅助诊断方法。正常含量血浆蛋白质种类生成部位主要功能(g/100ml血浆）


生物化学与分子生物学 第一节血浆蛋白质—、血浆蛋白质的分类与性质 清蛋白肝维持血浆渗透压、运输3.8~4.8Ct球蛋白主要在肝营养运输1.5~3.0Ct1球蛋白Ct2球蛋白B球蛋白大部分在肝运输丫球蛋白主要在肝外免疫纤维蛋白原肝凝血0.2-0.4聚丙烯酰胺凝胶电泳是分辨率更高的电泳方法，可将血清中的蛋白质分成数十条区带。超速离心法则是根据蛋白质的密度将其分离，例如血浆脂蛋白的分离。（二）血浆蛋白质的性质尽管血浆蛋白质的种类繁多，但由于血浆蛋白质较易获得，且许多编码血浆蛋白质的基因序列已知，故对这些蛋白质的结构、功能、合成和更新等已有较深入的了解，现将血浆蛋白质的性质归纳如下：1.绝大多数血浆蛋白质在肝合成如清蛋白、纤维蛋白原和纤维粘连蛋白等血浆蛋白质都是在肝合成，还有少量的蛋白质是由其他组织细胞合成，如1球蛋白是由浆细胞合成。2.血浆蛋白质的合成场所一般位于膜结合的多核糖体上血浆蛋白质在进入血浆前，在肝细胞内经历了从粗面内质网到高尔基复合体再抵达质膜而分泌入血液的途径。即合成的蛋白质转移入内质网池，然后被酶切去信号肤，蛋白质前体成为成熟蛋白质。血浆蛋白质自肝细胞内合成部位到血浆的时间为30分钟至数小时不等。


生物化学与分子生物学 第一节血浆蛋白质—、血浆蛋白质的分类与性质 3除清蛋白外，几乎所有的血浆蛋白质均为糖蛋白这些糖蛋白含有N－或0－连接的寡糖链。这些寡糖链包含了许多生物信息，发挥重要的作用。血浆蛋白质合成后需要定向输送，此过程需要寡糖链。寡糖链中包含的生物信息具有识别作用。例如，红细胞的血型物质含糖达80%-90%,A BO系统中血型物质A、B均是在血型物质0的糖链非还原端各加上N-乙酰氨基半乳糖(N-acetylgalactosamine, GalNAc)或半乳糖(galactose, Gal)。正是一个糖基的差别，使红细胞能识别不同的抗体。再如用唾液酸酶(neuraminidase)切除霖糖链末端唾液酸残基，常可使一些血浆蛋白质的半衰期缩短。4.许多血浆蛋白质呈现多态性多态性是孟德尔式或单基因遗传的性状。在人群中，如果某一蛋白质具有多态性说明它至少有两种表型，每一种表型的发生率不少于1%～2%。ABO血型是广为人知的多态性，另外a抗胰蛋白酶、结合珠蛋白、运铁蛋白(transferrin, TRF汃铜蓝蛋白和免疫球蛋白等均具有多态性。研究血浆蛋白质的多态性对遗传学、人类学和临床医学均有重要意义。


生物化学与分子生物学 第一节血浆蛋白质—、血浆蛋白质的分类与性质 C反应蛋白(C-reactiv e protein, CRP)、a1抗胰蛋白酶、结合珠蛋白、a1酸性蛋白和纤维蛋白原等。这些350第四脯医学生化专题蛋白质水平的增高，少则增加50%，多则可增加上于倍。患慢性炎症或肿瘤时，也会出现这种升高，提示急性期蛋白在人体炎症反应中起一定作用。例如，m抗胰蛋白酶能使急性炎症期释放的某些蛋白酶失效；白细胞介素1(IL-1)是单核巨噬细胞释放的一种多肤，它能刺激肝细胞合成许多急性期反应物(acu te phase reactant, APR)。急性期，亦有些蛋白质浓度出现降低，如清蛋白和运铁蛋白等。


生物化学与分子生物学 二、血浆蛋白质的功能 血浆蛋白质种类繁多，虽然其中不少蛋白质的功能尚未完全阐明，但对血浆蛋白质的一些重要功能已有较深入的了解，现概述如下。（一）维持血浆胶体渗透压虽然血浆胶体渗透压仅占血浆总渗透压的极小部分(1/230)，但它对水在血管内外的分布具有决定性的作用。正常人血浆胶体渗透压的大小，取决于血浆蛋白质的摩尔浓度。由于清蛋白的分子噩小(69kD)，在血浆内的总含量大、摩尔浓度高，加之在生理pH条件下，其电负性高，能使水分子聚集其分子表面，故清蛋白能最有效地维持胶体渗透压。清蛋白所产生的胶体渗透压占血浆胶体总渗透压的75%-80%。当血浆蛋白质浓度，尤其是清蛋白浓度过低时，血浆胶体渗透压下降，导致水分在组织间隙游留，出现水肿。 （二）维持血浆正常的pH 正常血浆的pH为7.40的．05。蛋白质是两性电解质，血浆蛋白质的等电点大部分在pH4.07.3之间，血浆蛋白盐与相应蛋白质形成缓冲对，参与维持血浆正常的pH，如蛋白质钠盐／蛋白质是血浆中的主要缓冲对之一。


生物化学与分子生物学 （三）运输作用 血浆蛋白质分子的表面上分布有众多的亲脂性结合位点，脂溶性物质可与其结合而被运输。血浆蛋白质还能与易被细胞摄取和易随尿液排出的一些小分子物质结合，防止它们从肾丢失。例如，脂溶性维生素A以视黄醇形式存在于血浆中，它先与视黄醇结合蛋白形成复合物，再与前清蛋白以非共价键缔合成视黄醇－视黄醇结合蛋白－前清蛋白复合物。这种复合物一方面可防止视黄醇的氧化，另一方面防止小分子量的视黄醇－视黄醇结合蛋白复合物从肾丢失。血浆中的清蛋白能与脂肪酸、Ca气胆红素、磺胺等多种物质结合。此外血浆中还有皮质激素传递蛋白、运铁蛋白、铜蓝蛋白等。这些载体蛋白除结合运输血浆中某种物质外，还具有调节被运输物质代谢的作用。 （四）免疫作用 血浆中的免疫球蛋白，lgG、lgA、l gM、IgD和lgE，又称为抗体，在体液免疫中起至关重要的作用。此外，血浆中还有一组协助抗体完成免疫功能的蛋白酶一补体。免疫球蛋白能识别特异性抗原并与之结合，形成的抗原抗体复合物能激活补体系统，产生溶菌和溶细胞现象。


生物化学与分子生物学 （五）催化作用 血浆中的酶称作血清酶。根据血清酶的来源和功能，可分为以下三类：1.血浆功能酶这类酶主要在血浆发挥催化功能，如凝血及纤溶系统的多种蛋白水解酶，它们都以酶原的形式存在于血浆内，在一定条件下被激活后发挥作用。此外血浆中还有生理性抗凝物质、假胆碱酣酶、卵磷脂：胆固醇酰基转移酶、脂蛋白脂肪酶和肾素等。血浆功能酶绝大多数由肝合成后分泌入血，并在血浆中发挥催化作用。2外分泌酶外分泌腺分泌的酶类包括胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰淀粉酶、胰脂肪酶和唾液淀粉酶等。在生理条件下这些酶少量逸入血浆，它们的催化活性与血浆的正常生理功能无直接的关系。但当这些脏器受损时，逸入血浆的酶量增加，血浆内相关酶的活性增高，在临床上有诊断价值。3.细胞酶细胞酶存在千细胞和组织内，参与物质代谢。随着细胞的不断更新，这些酶可释放至血。正常时它们在血浆中含量甚微。这类酶大部分无器官特异性；小部分来源于特定的组织，表现为器官特异性。当特定的器官有病变时，血浆内相应的酶活性增高，可用于临床酶学检验。如肝功能严重受损时，血浆中谷丙转氨酶与谷草转氨酶的活性会显著升高。


生物化学与分子生物学 （六）营养作用 每个成人3L左右的血浆中约有200g蛋白质。体内的某些细胞，如单核－吞噬细胞系统，吞噬血浆蛋白质，然后由细胞内的酶类将吞入细胞的蛋白质分解为氨基酸参入氨基酸池，用于组织蛋白质的合成，或转变成其他含氮化合物。此外，蛋白质还能分解供能。 （七）凝血、抗凝血和纤溶作用 血浆中存在众多的凝血因子、抗溶血及纤溶物质，它们在血液中相互作用、相互制约，保持循环血流通畅。但当血管损伤、血液流出血管时，即发生血液凝固，以防止血液的大量流失。（八）血浆蛋白质异常与临床疾病血浆蛋白质在维持入体正常代谢中有重要功能，血浆蛋白质异常可见于多种临床疾病，如风湿病、肝疾病和多发性骨髓瘤等。1.风湿病风湿病血浆蛋白质的异常改变主要包括急性炎症反应和由于抗原刺激引起的免疫系统增强的反应。其特征为：CD免疫球蛋白升高，特别是IgA，并可有IgG及IgM的升高；©炎症活动期可有alAG、Hp、C3成分升高。2.肝疾病急性肝炎时，出现非典型的急性时相反应，前清蛋白(prealbumin, PAB)是肝功能损害的敏感指标。肝硬化时，血浆蛋白质含量呈现特征性改变，如清蛋白减少、球蛋白增加，清蛋白／球蛋白(AIG)倒置等。


生物化学与分子生物学 （七）凝血、抗凝血和纤溶作用 3多发性骨髓瘤多发性骨髓瘤是由浆细胞恶性增生所致的一种肿瘤。总的蛋白质电泳图谱表现为：CD在原丫区带外出现一特征性的M蛋白峰；＠清蛋白区带下降。 第二节血红素的合成 血红蛋白(hemoglobin, Hh)是红细胞中最主要的成分，由珠蛋白和血红素(heme)组成。血红素不但是Hh的辅基，也是肌红蛋白、细胞色素、过氧化物酶等的辅基。血红素可在机体多种细胞内合成，参与血红蛋白组成的血红素主要在骨髓的幼红细胞和网织红细胞中合成。 一、血红素的合成过程 合成血红素的基本原料是甘氨酸、唬珀酰CoA和Fe2+等。合成的起始和终末阶段均在线粒体内进行，而中间阶段在胞质内进行。血红素的生物合成可受多种因素的调节。血红素的生物合成可分为四个步骤。 (-)8氨基－叶酮戊酸的合成 在线粒体内，由唬珀酰CoA与甘氨酸缩合生成8－氨基－丫－酮戊酸(8-am.inolevulinicacid, ALA)（图18-2)。催化此反应的酶是ALA合酶(ALA synthase)，其辅酶是磷酸11比哆睦。此酶是血红素合成的限速酶，受血红素的反馈调节。


生物化学与分子生物学 （二）胆色素原的合成 ALA生成后从线粒体进入胞质，在ALA脱水酶(ALA dehydrase)催化下，2分子ALA脱水缩合生。。HC成1分子胆色素原(potl)hob山nogen, PBG)（图 比比～＋『比NH2_L-f2 18-3)。ALA脱水酶含有琉基，对铅等重金属的抑制作用十分敏感。


生物化学与分子生物学 比比～＋『比NH2_L-f2 c110磷酸咄哆醒）严（三）尿叶瞅原与粪卧瞅原的合成。C=O在胞质中，由尿卧啾原I同合酶(UPG I如—NH2cosynthase，又称胆色素原脱氨酶）催化，使4分图18-26氨基--y－酮戊酸的合成子胆色素原脱氨缩合生成1分子线状四阰咯，后者再由UPG皿同合酶催化生成尿卧啾原皿(UPG皿）。这两种酶的关系尚不清楚。但是UPG皿同合酶单独存在时并无活性，必须与UPG I同合酶协同作用；反之，若无UPG皿同合酶时，线状四咄咯化合物不稳定，可自然环化生成尿叶啾原I(UPG I)。UPG I与UPG皿的区别是，前者第7位侧链为乙酸基(A)，第8位为丙酸基(P)；而后者却相反，第7位为丙酸基(P)，第8位为的合成是主要途径，UPG I极少(ill:I为。UPG ill进一步经尿叶啾原皿脱C I比C I I凡. ALA脱水酶HO,中叶cI\x//I。


生物化学与分子生物学 勹二勹f—H2凡0C I凡H+N—H凡N皿2ALA胆色素原 乙酸基(A)（图18-4)。在正常生理情况下，UPG ill10000:1沁在某些病理情况下，UPG ill合成受阻，生成较多的UPG ICPGill)，反应如图18-4所示。酶素辅红狻酶催化，使其4个乙酸基(A)侧链脱狻基变为甲基(M)，从而生成粪叶啾原皿(coproporphyrinogen ill,—粪叶琳原皿尿叶琳原皿图18-4血红素的生物合成A:-CH2COOH;P:—CH2CH2COOH; M:—CH3;V:—CHCH2（四）血红素的生成胞质中生成的粪叶啾原皿再进入线粒体，经粪卧啾原皿氧化脱狻酶作用，使其2,4位两个丙酸基(P)氧化脱狻变成乙烯基(V)，从而生成原卧啾原IX，再由原叶啾原IX氧化酶催化，使其4个连接咄咯环的亚甲基氧化成次甲基，则成为原卧啾IX(protoporph yrin IX)。通过亚铁赘合酶(ferrochelatase，又称血红素合成酶）的催化，原卧啾IX和Fe2＋结合，生成血红素（图18-4)。铅等重金属对亚铁鳌合酶也有抑制作用。


生物化学与分子生物学 勹二勹f—H2凡0C I凡H+N—H凡N皿2ALA胆色素原 血红素生成后从线粒体转运到胞质，在骨髓的有核红细胞及网织红细胞中，与珠蛋白结合成为血红蛋白。血红素合成的全过程总结千图18-4。血红素合成的特点可归结如下：心体内大多数组织均具有合成血红素的能力，但合成的主要部位是骨髓与肝，成熟红细胞不含线粒体，故不能合成血红素。＠血红素合成的原料是唬珀酰CoA、甘氨酸及Fe”等简单小分子物质。其中间产物的转变主要是咄咯环侧链的脱狻和脱氢反应。各种卧啾原化合物的咄咯环之间无共辄结构，均无色，性质不稳定，易被氧化，对光尤为敏感。＠血红素合成的起始和最终过程均在线粒体中进行，而其他中间步骤则在胞质中进行。这种定位对终产物血红素的反馈调节作用具有重要意义。关于中间产物进出线粒体的机制，目前尚不清楚。 二、血红素合成的调节 血红素的合成受多种因素的调节，其中最主要的调节步骤是ALA的合成。


生物化学与分子生物学 (-)ALA合酶 ALA合酶是血红素合成体系的限速酶，受血红素的反馈抑制。由于血红素与该酶的底物和产物均不类似，因此可能属千别构抑制。此外，血红素还可以阻抑ALA合酶的合成。由于磷酸咄哆醒是该酶的辅基，维生素B6缺乏将影响血红素的合成。ALA合酶本身的代谢较快，半衰期约为1小时。正常情况下，血红素合成后迅速与珠蛋白结合成血红蛋白，不致有过多的血红素堆积；血红素结合成血红蛋白后，对ALA合酶不再有反馈抑制作用。如果血红素的合成速度大于珠蛋白的合成速度，过多的血红素可以氧化成高铁血红素，后者对ALA合酶也具有强烈抑制作用。某些固醇类激素，例如睾酮在体内的5-B还原物，能诱导ALA合酶的合成，从而促进血红素的生成。许多在肝中进行生物转化的物质，例如致癌物质、药物、杀虫剂等，均可导致肝ALA合酶显著增加，因为这些物质的生物转化作用需要细胞色素P450，后者的辅基正是铁叶啾化合物。由此，通过肝ALA合酶的增加，以适应生物转化的需求。


生物化学与分子生物学 （二）ALA脱水酶与亚铁鳌合酶 ALA脱水酶虽然也可被血红素抑制，但并不引起明显的生理效应，因为此酶的活性较ALA合酶强80倍，故血红素的抑制基本上是通过ALA合酶而起作用。ALA脱水酶和亚铁赘合酶对重金属的抑制均非常敏感，因此血红素合成的抑制是铅中毒的重要体征。此外，亚铁赘合酶还需要还原剂（如谷胱甘肤），任何还原条件的中断也会抑制血红素的合成。 （三）促红细胞生成素 促红细胞生成素(erythropoietin, EPO)主要在肾合成，缺氧时即释放入血，运至骨髓，借助一种含两个不同亚基和一些结构域的特异性跨膜载体，EPO可同原始红细胞［如红系爆式集落形成单位(burst forming unit-erythroind,BFU-E)和红系集落形成单位(colony forming unit-eryt加)id,CFU-E)］相互作用，促使它们繁殖和分化，加速有核红细胞的成熟以及血红素和Hb的合成。因此，EPO是红细胞生成的主要调节剂。它是一种由166个氨基酸残基组成的糖蛋白，分子量30-39kD。


生物化学与分子生物学 （三）促红细胞生成素 铁卧啾合成代谢异常而导致卧琳或其中间代谢物排出增多，称为叶琳症(porphyria)。叶啾症有先天性和后天性两大类。先天性叶啾症是由某种血红素合成酶系的遗传性缺陷所致；后天性叶啾症则主要指铅中毒或某些药物中毒引起的铁卧啾合成障碍，例如铅等重金属中毒，除抑制前面提及的两种酶外，还能抑制尿卧啾合成酶。 354第四篇医学生化专题第三节血细胞物质代谢 血液中存在有多种血细胞：红细胞，主要的功能是运送氧；白细胞，在机体免疫反应中发挥重要作用；血小板，在凝血过程中起重要作用。血小板是由骨髓造血组织中的巨核细胞产生的细胞碎片，本节重点介绍红细胞和白细胞的主要代谢特点。 —、红细胞的代谢 红细胞是血液中最主要的细胞，它是在骨髓中由造血干细胞定向分化而成的红系细胞。在红系细胞发育过程中，经历了原始红细胞、早幼红细胞、中幼红细胞、晚幼红细胞、网状红细胞等阶段，最后才成为成熟红细胞。在成熟过程中，红细胞发生一系列形态和代谢的改变（表18-2)。


生物化学与分子生物学 代谢能力有核红细胞网织红细胞成熟红细胞分裂增殖能力+DNA合成+RNA合成+ RNA存在++蛋白质合成++血红索合成++脂质合成++三狻酸循环++氧化磷酸化十+糖酵解+++磷酸戊糖途径+++注分别表示该途径有或无．晚幼红细胞为"-“哺乳动物的成熟红细胞除质膜和胞质外，无细胞核和线粒体等细胞器，其代谢比一般细胞单纯。葡萄糖是成熟红细胞的主要能猛物质。血液循环中的红细胞每天大约从血浆摄取30g葡萄糖，其中90%～95％经糖酵解通路和2,3－二磷酸甘油酸（2,3-b isphosp hoglycerate,2,3-BPG)支路进行代谢，5%～10％通过磷酸戊糖途径进行代谢。（一）糖酵解是红细胞获得能量的唯一途径红细胞中存在催化糖酵解所需要的所有的酶和中间代谢物（表18-3)，糖酵解的基本反应和其他组织相同。糖酵解是红细胞获得能量的唯一途径，lmol葡萄糖经酵解生成2mol乳酸的过程中，产生2molATP和2molNADH+H+，通过这一途径可使红细胞内ATP的浓度维持在1.85x103mol/L水平。


生物化学与分子生物学 糖酵解中间产物动脉血静脉血 24.8果糖－6－磷酸9.33.3果糖－1,6－二磷酸0.81.3磷酸丙糖4.55.0葡糖6－磷酸30.0．．．严冒L+-俨`4暑.3－磷酸甘油酸19.216.52－磷酸甘油酸5.01.0磷酸烯醇式丙酮酸10.8红细胞中的ATP主要用千维持以下几方面的生理活动：1维持红细胞膜上钠泵(Na+, K+-ATP酶）的运转N旷和K十一般不易通过细胞膜，钠泵通过消耗ATP将Na十泵出、K十泵入红细胞以维持红细胞的离子平衡以及细胞容积和双凹盘状形态。2.维持红细胞膜上钙泵(Ca2+-ATP酶）的运行将红细胞内的Ca2＋泵入血浆以维持红细胞内的低钙状态。正常情况下，红细胞内的Ca2＋浓度很低(20µmol/L)，而血浆的Ca2•浓度为2-3mmol/L。血浆内的Ca2＋会被动扩散进入红细胞。缺乏ATP时，钙泵不能正常运行，钙将聚集并沉积于红细胞膜，使膜失去柔韧性而趋千僵硬，红细胞流经狭窄的脾窦时易被破坏。3.维持红细胞膜上脂质与血浆脂蛋白中的脂质进行交换红细胞膜的脂质处于不断地更新中，此过程需消耗ATP。缺乏ATP时，脂质更新受阻，红细胞的可塑性降低，易于破坏。


生物化学与分子生物学 化，此过程需由ATP供能。 （二）红细胞的糖酵解存在2,3－二磷酸甘油酸旁路红细胞内的糖酵解还存在一个特殊途径一2,3-BPG支路（图18-5)。2,3-BPG支路的分支点是1,3－二磷酸甘油酸(1,3-bisphosphoglycerate,1,3-BPG)。正常情况下，2,3-BPG对二磷酸甘油酸变位酶的负反馈作用大于对3-磷酸甘油酸激酶的抑制作用，所以2,葡萄糖}3-BPG旁路占糖酵解的15%-50%；但是由于2,3-BPG磷酸1,3-BPG二磷酸甘油酸变位酶酶的活性较低，2,3-BPG的生成大于分解，造成红细胞内2,3BPG升高。红细胞内2,3-BPG虽然也能供能，但主要功能是2,3-BPG调节血红蛋白的运氧功能。3－磷酸甘油酸2,3-BPGl磷酸酶2,3-BPG是调节Hb运氧功能的重要因素，它是一个电负i性很高的分子，可与血红蛋白结合，结合部位在Hb分子4个乳酸亚基的对称中心孔穴内。2,3-BPG的负电基团与组成孔穴侧图18-52,3－二磷酸甘油酸支路壁的2个B亚基的带正电基团形成盐键（图18-6)，从而使血红蛋白分子的T构象更趋稳定，降低Hb与02的亲和力。当血流经过P02较高的肺部时，2,3-BPG的影响不大，而当血流流过P02较低的组织时，红细胞中2,3BPG的存在则显著增加02释放，以供组织需要。在P02相同条件下，随2,3-BPG浓度增大，Hb02释放的02增多。人体能通过改变红细胞内2,3-BPG的浓度来调节对组织的供氧。


生物化学与分子生物学 化，此过程需由ATP供能。  （三）磷酸戊糖途径提供NADPH维持红细胞的完整性 红细胞内磷酸戊糖途径的代谢过程与其他细胞相同，主要功能是产生NADPH+H飞NADH和NADPH是红细胞内重要的还原当量，它们能够对抗氧化剂，保护细胞膜蛋白质、血红蛋白和酶蛋白的琉基等不被氧化，从而维持红细胞的正常功能。磷酸戊糖途径是红细胞产生NADPH的唯一途径。红细胞中的NADPH能维持细胞内还原型谷胱甘肤(GSH)的含量（图18-7)，使红细胞免遭外源性和内源性氧化剂的损害。某些疾病状态，如葡糖－6－磷酸脱氢酶缺乏症（俗称蚕豆病）病人因红细胞中磷酸戊糖途径关键酶缺乏而导致0018-62,3－二磷酸甘油酸与血红蛋白的结合NADPH量不足，无法维持谷胱甘肤的还原状态，因此在接触强氧化因子时，红细胞细胞膜破裂导致溶血。


生物化学与分子生物学 冒磷酸戊糖途径｀葡糖6－磷酸y NADp+y2GSH y邸 葡糖－6－磷酸脱氢酶谷胱甘肤还原酶谷胱甘肤过氧化物酶由于氧化作用，红细胞内经常产生少量高铁血红蛋白(methemoglobin, MHb), MHb中的铁为三价，不能带氧。但红细胞内有NADH－高铁血红蛋白还原酶和NADPH－高铁血红蛋白还原酶催化MHb还原成Hb。另外，GSH和抗坏血酸也能直接还原MHb。在上述高铁血红蛋白还原系统中，以NADH高铁血红蛋白还原酶最重要。由千有MHb还原系统的存在，使红细胞内MHb只占Hb总量的1%-2%。 （四）红细胞不能合成脂肪酸 成熟红细胞的脂质几乎都存在千细胞膜。成熟红细胞由千没有线粒体，因此无法从头合成脂肪酸，但膜脂的不断更新却是红细胞生存的必要条件。红细胞通过主动参入和被动交换不断地与血浆进行脂质交换，维持其正常的脂质组成、结构和功能。


生物化学与分子生物学 （五）高铁血红素促进珠蛋白的合成 血红蛋白由珠蛋白与血红素构成。珠蛋白的合成与一般蛋白质相同，其合成受血红素的调控。血红素的氧化产物高铁血红素能促进珠蛋白的生物合成，其机制见图18-8。cAMP激活蛋白激酶A后，蛋白激酶A能使无活性的elF-2激酶磷酸化。后者再催化eIF-2磷酸化而使之失活。高铁血红素有抑制cAMP激活蛋白激酶A的作用，从而使eIF2保持于去磷酸化的活性状e 态，有利于珠蛋白的合成，进而影响血红蛋白的合成。


生物化学与分子生物学 态，有利于珠蛋白的合成，进而影响血红蛋白的合成。 eAMP+R,C,上2C«AMP-2R人体白细胞由粒细胞、淋巴细胞和`单核巨噬细胞三大系统组成。主要功elF－磁酶elF－磁酶苞）能是对外来入侵起抵抗作用，白细胞的（无活性）-ATP7（有活性）代谢与白细胞的功能密切相关。白细胞的功能将在免疫学详细介绍，故在此@}ADP只扼要介绍白细胞的代谢特点。`_（－）糖酵解是白细胞主要的获能eIF-2eIF-2包）途径有活性－7无活性由千粒细胞的线粒体很少，故糖酵ATP解是主要的糖代谢途径。中性粒细胞图18-8高铁血红素对起始因子2的调节能利用外源性的糖和内源性的糖原进行糖酵解，为细胞的吞噬作用提供能量。单核巨噬细胞虽能进行有氧氧化，但糖酵解仍占很大比重。在免疫反应中，T淋巴细胞接受复杂的信号后激活、增殖和分化成不同的细胞亚型。研究表明，不同状态和阶段的T淋巴细胞其葡萄糖代谢的特点有所不同，例如，免疫反应中T淋巴细胞激活前主要通过葡萄糖的有氧氧化获能，而激活后则主要通过糖酵解获能。


生物化学与分子生物学 态，有利于珠蛋白的合成，进而影响血红蛋白的合成。 （二）粒细胞和单核巨噬细胞能产生活性氧，发挥杀菌作用中性粒细胞和单核巨噬细胞被趋化因子激活后，细胞内磷酸戊糖途径被激活，产生大量的NADPH。经NADPH氧化酶递电子体系可使02接受单电子还原，产生大量的超氧阴离子(0;．）。超氧阴离子再进一步转变成H202,·OH等活性氧，起杀菌作用。NADPH氧化酶递电子体系的成分包括NADPH氧化酶、细胞色素b558和两种胞质多肤等。（三）粒细胞和单核巨噬细胞能合成多种物质参与超敏反应速发型超敏反应(I型超敏反应）中，在多种刺激因子作用下，单核巨噬细胞可将花生四烯酸转变成血栓烧和前列腺素；而在脂氧化酶的作用下，粒细胞和单核巨噬细胞可将花生四烯酸转变成白三烯；同时，粒细胞中的大量组氨酸代谢生成组胺。组胺、白三烯和前列腺素都是速发型超敏反应中重要的生物活性物质。（四）单核巨噬细胞和淋巴细胞能合成多种活性蛋白质由于成熟粒细胞缺乏内质网，故蛋白质合成量很少。而单核／巨噬细胞的蛋白质代谢很活跃，能合成多种酶、补体和各种细胞因子。在免疫反应中，B淋巴细胞分化为浆细胞，产生并分泌多种抗体蛋白，参与体液免疫。


生物化学与分子生物学 态，有利于珠蛋白的合成，进而影响血红蛋白的合成。 血液由有形的红细胞、白细胞和血小板以及无形的血浆组成。血浆的主要成分是水、无机盐、有机小分子和蛋白质等。血浆中的蛋白质浓度为70-75g/L，多在肝合成。其中含量最多的是清蛋白，其浓度为38-48g/L,它能结合并转运许多物质，在血浆胶体渗透压形成中起重要作用。血浆中的蛋白质具多种重要的生理功能。未成熟红细胞能利用玻珀酰CoA、甘氨酸和Fe2＋铁合成血红素。血红素生物合成的关键酶是ALA合酶，受到多种因素的调控。成熟红细胞代谢的特点是丧失了合成核酸和蛋白质的能力，并不能进行有氧氧化，红细胞功能的正常主要依赖无氧氧化和磷酸戊糖旁路。有吞噬功能的白细胞的磷酸戊糖旁路和无氧氧化代谢也很活跃。NADPH氧化酶递电子体系在白细胞的吞噬功能中起重要作用。


生物化学与分子生物学 态，有利于珠蛋白的合成，进而影响血红蛋白的合成。 噜一一1.试述红细胞的氧化还原系统。2.简述成熟红细胞糖代谢的特点及红细胞中ATP的主要生理功能。3.血红素的合成有何特点？ （德伟）第十九章肝的生物化学 肝是人体最大的实质性器官，也是体内最大的腺体。成人肝组织约重1500g，约占体重的2.5%。独特的结构特点，赋予肝复杂多样的生物化学功能。


生物化学与分子生物学 （德伟）第十九章肝的生物化学 肝的结构特点包括：O具有肝动脉和门静脉双重血液供应。既可从肝动脉获得由肺及其他组织运来的氧和代谢物，又可从门静脉中获得由肠道吸收的各种营养物质，为各种物质在肝的代谢奠定了物质基础。＠存在肝静脉和胆道系统双重输出通道。肝静脉与体循环相连，可将肝内的代谢中间物或代谢产物运输到其他组织利用或排出体外；胆道系统与肠道相通，将肝分泌的胆汁排入肠道，同时排出一些代谢废物。＠具有丰富的肝血窦。肝动脉和门静脉入肝后经反复分支，形成小叶间动脉及小叶间静脉，最后均进入肝血窦。血窦使肝细胞与血液的接触面积扩大，加之血窦中血流速率减慢，为肝细胞与血液进行充分的物质交换提供了时间保证。＠肝细胞含有丰富的细胞器（如内质网、线粒体、溶酶体、过氧化物酶体等）和丰富的酶体系，有些甚至是肝所独有的。因此肝细胞除存在一般细胞所具有的代谢途径外，还具有一些特殊的代谢功能。基于上述特点，肝不仅在机体糖、脂质、蛋白质、维生素、激素等物质代谢中处于中心地位，而且还具有生物转化、分泌和排泄等多方面的生理功能。


生物化学与分子生物学 第一节肝在物质代谢中的作用一、肝是维持血糖水平相对稳定的重要器官 正常情况下，血糖的来源与去路处于动态平衡，主要凭借激素的调节，这些激素的主要靶器官是肝。肝细胞主要通过调节糖原合成与分解、糖异生途径维持血糖的相对恒定，以保障全身各组织，尤其是大脑和红细胞的能量供应。肝细胞膜葡糖转运蛋白2(glucose transport er2, GLUT2)能有效转运葡萄糖，可使肝细胞内的葡萄糖浓度与血糖浓度保持一致。肝细胞含有特异的已糖激酶同工酶W，即葡糖激酶。其Km(lOmmol/L)较肝外组织的已糖激酶(O. lmmol/L)高的多，且不被其产物葡糖－6－磷酸所抑制。这利于肝在饱食状态下血糖浓度很高时，仍可持续将葡萄糖磷酸化成葡糖－6－磷酸，并将其合成肝糖原贮存。饱食后肝糖原总量可达75~100g，约占肝重的5%。血糖高时，葡糖－6－磷酸除氧化供能以及合成糖原储存外，还可在肝内转变成脂肪，并以极低密度脂蛋白(ve1-y low density lipoprotein, VLDL)的形式运出肝外，贮存于脂肪组织。


生物化学与分子生物学 第一节肝在物质代谢中的作用一、肝是维持血糖水平相对稳定的重要器官 肝细胞内含有葡糖－6－磷酸酶（该酶不存在于肌组织），在空腹状态下，可将肝糖原分解生成的葡糖－6－磷酸直接转化成葡萄糖以补充血糖。肝细胞还存在一套完整的糖异生酶系，是糖异生最重要的器官。较长时间禁食时，储存有限的肝糖原在12-18小时内几乎耗尽，此时肝通过糖异生将生糖氨基酸、乳酸及甘油等非糖物质转变成葡萄糖，成为机体在长期饥饿状况下维持血糖相对恒定的主要途径。其主要原料生糖氨基酸来自肌组织蛋白质的分解。肝还能将小肠吸收的其他单糖如果糖及半乳糖转化为葡萄糖，作为血糖的补充来源。因此肝细胞严重损伤时，易造成糖代谢紊乱。肝细胞的磷酸戊糖途径也很活跃，为肝的生物转化作用提供足够的NADPH。此外，肝细胞中的葡萄糖还可通过糖醒酸途径生成UDP－葡糖酪酸(UDPGA)，作为肝生物转化结合反应中最重要的结合物质。 二、肝在脂质代谢中占据中心地位 肝在脂质的消化、吸收、分解、合成及运输等代谢过程中均具有重要作用。


生物化学与分子生物学 二、肝在脂质代谢中占据中心地位 肝细胞合成并分泌胆汁酸，为脂质（包括脂溶性维生素）的消化、吸收所必需。肝损伤时，肝分泌胆汁能力下降；胆管阻塞时，胆汁排出障碍，均可导致脂质的消化吸收不良，产生厌油腻和脂肪泻等临床症状。肝可有效协调脂肪酸氧化供能和酷化合成甘油三酷两条途径。饱食状态下，肝将大量过剩的葡萄糖分解为乙酰CoA并转变成脂肪酸，并进一步合成甘油三酷，这是内源性甘油三醋的主要来源。肝也可将某些氨基酸经乙酰CoA转变成脂肪酸和甘油三酣。肝还可摄取来自消化道的外源性脂肪酸，部分经B－氧化彻底分解，释放能量供肝利用，剩余部分用于合成甘油三醋。肝合成的内源性甘油三酷与来自消化道的外源性和肝自身合成的胆固醇、磷脂一起，组装成VLDL分泌入血，经血液运输至肝外组织摄取和利用。饥饿状态下，机体脂库的脂肪动员增加，释放出脂肪酸和甘油，经血液运输至肝代谢。肝细胞可将脂肪酸B－氧化产生的乙酰CoA，部分经三狻酸循环彻底氧化释放能量供肝利用；其余大部分则在肝细胞内合成酮体。肝是体内产生酮体的唯一器官。酮体则是肝向肝外组织输出脂质能源的一种形式，供肝外组织尤其脑和肌肉氧化利用。饥饿时酮体可占大脑能供的60%~70%。


生物化学与分子生物学 二、肝在脂质代谢中占据中心地位 肝在调节机体胆固醇代谢平衡上起中心作用。肝是合成胆固醇的主要器官，其合成量占全身合成总量的3/4以上。肝又是转化及排出胆固醇的主要器官。胆汁酸的生成是肝降解胆固醇的最重要途径。肝能通过apo E受体、LDL受体和HDL受体，从血液中摄取外源性胆固醇、内源性胆固醇和肝外组织细胞多余胆固醇，将其转化成胆汁酸，经胆道排出；也可将其直接分泌入胆汁，经消化道排出。胆道几乎是机体排出胆固醇及其转化产物的唯一途径，肝几乎是机体排出胆固醇及其转化产物的唯一器官。肝对胆固醇的酕化也具有重要作用。肝合成的卵磷脂：胆固醇脂酰基转移酶(LCAT)，在血浆中将胆固醇转化为胆固醇酣以利运输。严重肝损伤时，不仅影响胆固醇合成而且影响LCAT的生成，故除血浆胆固醇含量减少外，血浆胆固醇酷的降低往往出现得更早、更明显。


生物化学与分子生物学 二、肝在脂质代谢中占据中心地位 肝在血浆脂蛋白代谢中亦起重要作用。肝是LDL降解的重要器官，肝细胞膜上有LDL受体，可特异的结合LDL并将其内吞入肝细胞降解。HDL也主要在肝合成，将肝外的胆固醇转移到肝内处理。肝细胞合成的apo err可激活肝外组织毛细血管内皮细胞表面的LPL，在血浆CM和VLDL的甘油三酷分解代谢中具有不可或缺的作用。肝磷脂的合成非常活跃，尤其是卵磷脂的合成。磷脂合成障碍可影响VLDL的合成和分泌，导致肝内脂肪运出障碍而在肝中堆积，成为脂肪肝发生的机制之一。


生物化学与分子生物学 三、肝内蛋白质合成及分解代谢均非常活跃肝在人体蛋白质合成、分解和氨基酸代谢中起重要作用。 肝不仅合成大量蛋白质以满足自身结构和功能的需要，还合成大量蛋白质输出肝，以满足机体一些肝外功能的需要。如肝合成与分泌90％以上的血浆蛋白质（表19-1)。除'Y球蛋白外，几乎所有的血浆蛋白均来自于肝，如清蛋白、凝血酶原、纤维蛋白原、铜蓝蛋白、疑血因子I、lI、V、VI、IX和X等。血浆脂蛋白中的多种载脂蛋白(apoA、B、C、E等）及部分脂蛋白代谢酶也是在肝合成的，在血浆中执行脂质运输和脂蛋白代谢功能。由于凝血因子大部分由肝合成，因此严重肝细胞损伤时，可出现凝血时间延长及出血倾向。


生物化学与分子生物学 三、肝内蛋白质合成及分解代谢均非常活跃肝在人体蛋白质合成、分解和氨基酸代谢中起重要作用。 血浆清蛋白几乎均由肝实质细胞合成，是血浆中的主要蛋白质成分。成入肝每日约合成12g清蛋白，几乎占肝合成蛋白质总量的25%。血浆清蛋白除了作为许多脂溶性物质（如游离脂肪酸、胆红素等）的非特异性运输载体外，在维持血浆胶体渗透压方面亦起重要作用。若血浆清蛋白低千30g/L，约有半数病人出现水肿或腹水。正常人血浆清蛋白(A)与球蛋白(G)的比值(A/G)为1.5-2.5。肝功能严重受损时，血浆清蛋白合成减少，可致AIG比值下降，甚至倒置。此种变化临床上可作为严重慢性肝细胞损伤的辅助诊断指标。蛋白质分子量（亚基数）结合的配基或主要功能含糖（％）血浆浓度．清蛋白69000(1)激素、氨基酸、类固醇、维生素、脂肪4500-5000酸、胆红素等运输载体a1酸性糖蛋白40000(1)参与炎症应答45痕量m抗胰蛋白酶52000(1)丝氨酸蛋白酶抑制剂有糖l.3~1.4甲胎蛋白72000(1)激素、氨基酸3~4胎儿血中存在a2巨球蛋白720000(4)丝氨酸蛋白酶抑制剂8~10150-420抗凝血酶III65000(1)与蛋白酶1:1结合，作为丝氨酸蛋有17-30白酶抑制剂血浆铜蓝蛋白160000(1)6原子铜／分子有15~60C反应蛋白105000(5)补体Clq，参与炎症应答<1纤维蛋白原340000(2)纤维蛋白的前体4200~450结合珠蛋白100000(2)与血红蛋白1:1结合有40-180血色素结合蛋白57000(1)与血红素1•1结合2050~100运铁蛋白80000(l)2原子铁／分子，转运铁63.0-6.5胚胎期肝可合成甲胎蛋白(a-fetoprotein, a-AFP)，胎儿出生后其合成受到抑制，正常人血浆中很难检出。原发肝癌细胞中AFP基因的表达失去阻遏，血浆中可再次检出此种蛋白质，是原发性肝癌的重要肿瘤标志物。


生物化学与分子生物学 三、肝内蛋白质合成及分解代谢均非常活跃肝在人体蛋白质合成、分解和氨基酸代谢中起重要作用。 肝是体内除支链氨基酸（亮氨酸、异亮氨酸、颌氨酸）以外的所有氨基酸分解和转变的重要器官。肝中转氨基、脱氨基、脱狻基、转甲基等反应均很活跃。当肝细胞损伤时，主要定位于肝细胞的谷丙转氨酶逸出细胞进入血浆使其酶活性升高，临床上据此检测有助于肝病的诊断。肝的另一重要功能是解氨毒。肝通过鸟氨酸循环将有毒的氨合成无毒的尿素苍。合成中所需的氨基甲酰磷酸合成酶I及鸟氨酸氨基甲酰转移酶只存在于肝细胞线粒体。所以，肝是机体合成尿素的特异器官。其次，肝还可将氨转变成谷氨酰胺。严重肝病病人，肝解氨毒能力下降，导致血氨升高和氨中毒，是导致肝性脑病发生的重要生化机制之一。


生物化学与分子生物学 三、肝内蛋白质合成及分解代谢均非常活跃肝在人体蛋白质合成、分解和氨基酸代谢中起重要作用。 肝也是胺类物质的重要生物转化器官。正常人体经肝单胺氧化酶作用，可将芳香族氨基酸脱狻基作用产生的苯乙胺、酪胺等芳香族胺加以氧化而清除。严重肝病病人，这些芳香族胺类得不到及时清除，可通过血脑屏障进入脑组织，经胫化后生成苯乙醇胺和章胺，其化学结构与儿茶酚胺相似，称为假神经递质(false neurotransmitter)，可取代正常神经递质，使大脑发生异常抑制，可能是引发肝性脑病的另一重要生化机制。


生物化学与分子生物学 四、肝参与多种维生素和辅酶的代谢肝在维生素的吸收、储存、运输及转化等方面起重要作用尽。 肝合成和分泌胆汁酸，可促进脂溶性维生素A、维生素D、维生素E和维生素K的吸收。肝是机体含维生素A、维生素K、维生素B!、维生素B2、维生素B6、维生素B12、泛酸和叶酸较多的器官。人体内维生素A、维生素E、维生素K及维生素B12主要储存千肝，肝中维生素A的含量占体内总量的95%。肝合成和分泌视黄醇结合蛋白，它能与视黄醇结合，在血液中运输视黄醇。肝几乎不储存维生素D，但可合成和分泌维生素D结合蛋白，血浆中85％的维生素D代谢产物与维生素D结合蛋白结合而运输。肝还参与多种维生素的转化。肝可将胡萝卜素转化为维生素A，将维生素PP转变为辅酶I(NAD+）和辅酶Il(NADP+），将泛酸转变为辅酶A(CoA)，将维生素B转变为焦磷酸硫胺素(TPP)，将维生素队转化为25-胫维生素队等。维生素K还是肝参与合成凝血因子Il、VII、IX、X不可缺少的物质。


生物化学与分子生物学 五、肝参与多种激素的灭活 多种激素在发挥其调节作用后，主要在肝中代谢转化，从而降低或失去其活性，此过程称为激素的灭活(inac tivation)包。一些水溶性激素能与肝细胞膜上特异受体结合，通过内吞作用，将激素吞入肝细胞内进行代谢转化。一些类固醇激素则通过扩散作用进入肝细胞，与肝内的葡糖醋酸或活性硫酸等结合后灭活。肝细胞严重损伤时，激素的灭活功能降低，体内的雌激素、酸固酮、抗利尿激素等水平升高，可出现男性乳房女性化、蜘蛛痔、肝掌（雌激素使局部小动脉扩张）及水钠游留等。


生物化学与分子生物学 第二节肝的生物转化作用一、肝的生物转化作用是机体重要的保护机制（一）生物转化的概念 人体内有些物质的存在不可避免，这些物质既不能作为构建组织细胞的成分，又不能作为能源物质，其中一些还对人体有一定的生物学效应或潜在的毒性作用，长期蓄积则对人体有害。机体在排出这些物质之前，需对它们进行代谢转变，使其水溶性提高，极性增强，易千通过胆汁或尿排出，这一过程称为生物转化(biotransformation)。肝是机体内生物转化最重要的器官。皮肤、肺及肾等亦有一定的生物转化作用。需进行生物转化的物质按其来源有内源性和外源性之分。内源性物质包括体内物质代谢的产物或代谢中间物（如胺类、胆红素等）以及发挥生理作用后有待灭活的各种生物活性物质（如激素、神经递质等）。外源性物质系人体在日常生活和（或）生产过程中不可避免接触的异源物(xenobio tics)，如药物、毒物、食品添加剂、环境化学污染物等和从肠道吸收的腐败产物。大约超过20万种环境化学物存在，除个别因系水溶性可直接由胆汁或尿排出外，绝大部分因系脂溶性需经生物转化作用才能排出体外。


生物化学与分子生物学 （二）生物转化的生理意义 生物转化的生理意义在于：一则通过生物转化可对体内的大部分待转化物质进行代谢处理，使其生物学活性降低或丧失（灭活），或使有毒物质的毒性减低或消除（解毒）；另则通过生物转化作用可增加这些物质的水溶性和极性，从而易千从胆汁或尿排出体外。应该指出的是，有些物质经过肝的生物转化作用后，虽然溶解性增加，但其毒性反而增强；有的还可能溶解性下降，不易排出体外。如烟草中含有一种多环芳经类化合物一苯并(a)芘[benzo(a)pyrene, BaP]，其本身没有直接致癌作用，但经过生物转化后反而成为直接致癌物。有的药物如环磷酰胺、百浪多息、水合氯酸和中药大黄等需经生物转化后才能成为有活性的药物。基此，不能将肝的生物转化作用简单地称为“解毒作用(detoxification)＂，这显示了肝生物转化作用的解毒与致毒双重性的特点。


生物化学与分子生物学 二、肝的生物转化作用包括两相反应 肝的生物转化涉及多种酶促反应，但总体上可分为两相反应包。第一相反应包括氧化(oxidation汃还原(reduction)和水解(hydrolysis)。许多物质通过第一相反应，其分子中的某些非极性基团转变为极性基团，水溶性增加，即可排出体外。但有些物质经过第一相反应后水溶性和极性改变不明显，还需要结合极性更强的物质或基团，以进一步增加其水溶性而促进排泄，这些结合反应(conjugation)属千第二相反应。实际上，许多物质的生物转化过程非常复杂。一种物质有时需要连续进行几种反应类型才能实现生物转化目的，这反映了肝生物转化作用的连续性特点。如阿司匹林常先水解成水杨酸后再经与葡糖醒酸的结合反应才能排出体外。此外同一种物质可以进行不同类型的生物转化反应，产生不同的转化产物，这体现了肝生物转化反应类型的多样性特点。例如，阿司匹林先水解生成水杨酸，后者既可与葡糖醋酸结合转化成B－葡糖醒酸昔，又可与甘氨酸结合成水杨酰甘氨酸，还可水解后先氧化成经基水杨酸，再进行多种结合反应。肝内参与生物转化的主要酶类列于表19-2。


生物化学与分子生物学 酶类辅酶或结合物细胞内定位第一相反应氧化酶类单加氧酶系NADPH+H+、02、细胞色素P450内质网 胺氧化酶黄素辅酶线粒体脱氢酶类AD+细胞质或线粒体硝基还原酶NADH+H酰NADPH+W内质网偶氮还原酶NADH+W或NADPH+W内质网葡糖醋酸基转移酶活性葡糖醋酸(UDPGA)内质网硫酸基转移酶活性硫酸(PAPS)细胞质谷胱甘肤S-转移酶谷胱甘肤(GSH)细胞质与内质网乙酰基转移酶乙酰CoA细胞质酰基转移酶甘氨酸线粒体甲基转移酶S－腺昔甲硫氨酸(SAM)细胞质与内质网（一）氧化反应是最多见的生物转化第一相反应1.单加氧酶系是氧化异源物最重要的酶肝细胞中存在多种氧化酶系，最重要的是定位千肝细胞微粒体的细胞色素P450单加氧酶(cytochrome P450monooxygenase, CYP)系包。单加氧酶系是一个复合物，至少包括两种组分：一种是细胞色素P450（血红素蛋白）；另一种是NADPH－细胞色素P450还原酶（以FAD为辅基的黄酶）。该酶催化氧分子中的一个氧原子加到许多脂溶性底物中形成轻化物或环氧化物，另一个氧原子则被NADPH还原成水，故该酶又称轻化酶或称混合功能氧化酶（详见第六章生物氧化）。该酶是目前已知底物最广泛的生物转化酶类。迄今已鉴定出57种人类编码CYP的基因。对异源物进行生物转化的CYP主要是CYPl、CYP2和CYP3家族。其中又以CYP3A4、CYP2C9、CYP1A2和CYP2E l的含量最多。单加氧酶系催化的基本反应如下：单加氧酶系的轻化作用不仅增加药物或毒物的水溶性而利千排出，而且还参与体内许多重要物质的轻化过程，如维生素队的经化、胆汁酸和类固醇激素合成过程中的轻化等。然而应该指出的是，有些致癌物质经氧化后丧失其活性，而有些本来无活性的物质经氧化后却生成有毒或致癌物质。例如，发霉的谷物、花生等常含有黄曲霉素Bl，经单加氧酶系作用生成的黄曲霉素2,3环氧化物，可与DNA分子中的鸟嗓呤结合引起DNA突变，成为导致原发性肝癌的重要危险因素。


生物化学与分子生物学 酶类辅酶或结合物细胞内定位第一相反应氧化酶类单加氧酶系NADPH+H+、02、细胞色素P450内质网  NADPH+H++02单加氧酶0'2,3环氧黄曲霉;CH3压NH上｀黄曲霉素B lDNA－鸟嗦呤飞邓0 2单胺氧化酶类氧化脂肪族和芳香族胺类存在于肝细胞线粒体内的单胺氧化酶(monoamine oxidase, MAO)是另一类参与生物转化的氧化酶类。属于黄素酶类，可催化蛋白质腐败作用等产生的脂肪族和芳香族胺类物质（如组胺、酪胺、色胺、尸胺、腐胺等）以及一些肾上腺素能药物如5－胫色胺、儿茶酚胺类等的氧化脱氨基作用生成相应的醒类，后者进一步在胞质中酸脱氢酶催化下进一步氧化成酸，使之丧失生物活性。RCH2NH2+02+H20:,-RCHO+NH3+H凸胺酰 酸酸 3.醇脱氢酶与酵脱氢酶将乙醇最终氧化成乙酸肝细胞的细胞质存在非常活跃的以NAD十为辅酶的醇脱氢酶(alcohol dehydrogenase,ADH)，可催化醇类氧化成醒，后者再由线粒体或细胞质中醒脱氢酶(aldehyde dehydrogenase,ALDH)催化生成相应的酸类。RCH20H+NAO＋醇脱氢酶:,-RCHO+NADH+H+


生物化学与分子生物学 酸酸 RCHO+NAO++H20~醒脱氢酶RCOOH+NADH+ff乙醇(ethanol)作为饮料和调味剂被广为利用。进入体内的乙醇主要在肝进行生物转化。70kg体重的成年入每小时可代谢7~14g乙醇。由ADH与ALDH将乙醇最终氧化成乙酸。长期饮酒或慢性乙醇中毒除经ADH与ALDH氧化外，还可使肝内质网增殖，稳定内质网内CYP2El的活性并诱导其合成，即启动肝微粒体乙醇氧化系统(microsomal ethanol ox心zing system, MEOS)。MEOS是乙醇P450单加氧酶，产物是乙酸，仅在血中乙醇浓度很高时起作用。值得注意的是，乙醇诱导MEOS可增加肝对氧和NADPH的消耗，且还可催化脂质过氧化产生经乙基自由基，后者可进一步促进脂质过氧化，产生大量脂质过氧化物，引发肝细胞氧化损伤。ADH与MEOS的细胞定位及特性见表19-3。


生物化学与分子生物学 酸酸 乙醇经上述两种代谢途径氧化均生成乙醒，后者在ALDH的催化下氧化成乙酸。人体肝内ALDH活性最高。ALDH的基因型有正常纯合子、无活性型纯合子和两者的杂合子三型。东方人这三种基因型的分布比例是45:10:45。无活性型纯合子完全缺乏ALDH活性，杂合子型部分缺乏ALDH活性。东方人群大约有30%~40％的人ALDH基因有变异，部分ALDH活性低下，此乃该人群饮酒后乙睦在体内堆积，引起血管扩张、面部潮红、心动过速、脉搏加快等反应的重要原因。此外，乙醇的氧化使肝细胞内细胞质NADH/NAD十比值升高，过多的NADH可将细胞质中丙酮酸还原成乳酸。严重酒精中毒导致乳酸和乙酸堆积可引起酸中毒和电解质平衡紊乱，还可使糖异生受阻引起低血糖。


生物化学与分子生物学 酸酸 肝细胞内定位胞质微粒体底物与辅酶乙醇、NAO+乙醇、NADPH、02对乙醇的凡值2mmoVL8.6mmoVL乙醇的诱导作用无有与乙醇氧化相关的能乱变化氧化磷酸化释能耗能（二）硝基还原酶和偶氮还原酶是第一相反应的主要还原酶硝基化合物多见于食品防腐剂、工业试剂等。偶氮化合物常见于食品色素、化妆品、纺织与印刷工业等，有些可能是前致癌物。这些化合物可分别在肝微粒体硝基还原酶(nitroreduc tase)和偶氮还原酶(azoreduc tase)的催化下，以NADH或NADPH为供氢载体，还原生成相应的胺类，从而失去其致癌作用。例如，硝基苯和偶氮苯经还原反应均可生成苯胺，后者再在单胺氧化酶的作用下，生成相应的酸。,又如，百浪多息是无活性的药物前体，经还原生成具有抗菌活性的氨苯磺胺。H2N勹H;＝N勹SO2NH2－比N勹NH2+H2N勹郔NH2


生物化学与分子生物学 百浪多息氨苯磺胺 （三）酷酶、酰胺酶和糖昔酶是生物转化的主要水解酶肝细胞微粒体和细胞质中含有多种水解酶类，主要有酷酶(esterases)、酰胺酶(amidase)和糖昔酶(glucosidase)，可分别催化脂质、酰胺类及糖昔类化合物中酷键、酰胺键和糖昔键的水解反应，以减低或消除其生物活性。应该指出的是，这些水解产物通常还需进一步转化反应才能排出体外。例如，阿司匹林（乙酰水杨酸）的生物转化过程中，首先是水解反应生成水杨酸或水解后先氧化成轻基水杨酸，然后是与葡糖酸酸的结合转化反应。


生物化学与分子生物学 勹：：。H；《厂。OH－三HCOOH-＄芦琵乙酰水杨酸水杨酸胫基水杨酸 （四）结合反应是生物转化的第二相反应第一相反应生成的产物可直接排出体外。如果其水溶性仍不够大，则需再进行第二相反应，生成极性更强的化合物。有些被转化的物质也可不经过第一相反应而直接进入第二相反应。肝细胞微粒体、细胞质或线粒体含有许多催化结合反应的酶类。凡含有轻基、狻基或氨基的化合物，或在体内被氧化成含有轻基、狻基等功能基团的物质均可与某些极性物质结合，掩盖其功能基团，增加水溶性，使其失去生物学活性（或毒性），并促进其排出。常见的结合物或基团有葡糖醋酸、硫酸、乙酰基、甲基、谷胱甘肤及氨基酸等，尤以与葡糖醋酸的结合最为普遍。1.葡糖醒酸结合是最重要和最普遍的结合反应糖睦酸循环代谢途径产生的尿昔二磷酸葡糖(UDPG)可由UDPG脱氢酶催化生成尿昔二磷酸葡糖醋酸(UDPGA)。


生物化学与分子生物学 勹：：。H；《厂。OH－三HCOOH-＄芦琵乙酰水杨酸水杨酸胫基水杨酸 尿音二磷酸葡糖+NAD+UDPG脱氢酶尿昔二磷酸葡糖酰酸+NADH+H+(UDPG)(UDPGA)UDPGA作为葡糖醋酸的活性供体，在肝微粒体的UDP－葡糖醒酸基转移酶(UDP-glucuronosyltransferase, UGT)催化下，可将具有多个经基和可解离狻基的葡糖醋酸基转移到醇、酚、胺、狻酸类化合物的胫基、氨基及狻基上形成相应的13-D－葡糖睦酸背，使其极性增加易排出体外。据研究，有数千种亲脂的内源物和异源物可与葡糖醒酸结合，如胆红素、类固醇激素、吗啡和苯巴比妥类药物等均可在肝与葡糖醋酸结合而进行生物转化，进而排出体外。临床上采用葡睦内酷（肝泰乐）治疗肝病，就是基于其作为葡糖醋酸类制剂以增加肝对被转化物质的生物转化作用。


生物化学与分子生物学 三言a-D-UDP－葡糖醒酸异源物 2.硫酸结合也是常见的结合反应肝细胞胞质存在硫酸基转移酶(sulfotransferase, SULT)，以3I磷酸腺背5'－磷酰硫酸(PAPS)为活性硫酸供体，可催化硫酸基转移到类固醇、酚或芳香胺类等内、外源待转化物质的胫基上生成硫酸酣，既可增加其水溶性易于排出，又可促进其失活。如雌酮即由此形成硫酸酷而灭活。 雌酮雌酮硫酸酣 3.乙酰化是某些含胺类异源物的重要转化反应肝细胞细胞质富含乙酰基转移酶(acetyltransferase)，以乙酰CoA为乙酰基的直接供体，催化乙酰基转移到含氨基或阱的内、外源待转化物质（如异烟阱、磺胺、苯胺等），形成相应的乙酰化衍生物。例如，抗结核病药物异烟阱在肝内乙酰基转移酶催化下经乙酰化而失去活性。该酶表达呈多态性，使得个体有快速或迟缓乙酰化之分，影响诸如异烟阱等药物在血液中的清除速率，迟缓乙酰化个体对异烟阱的某些毒性反应较之快速乙酰化个体敏感。


生物化学与分子生物学 366第四篇医学生化专题异烟阱乙酰辅酶A乙酰异烟阱辅酶A 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碳酸氢钠，以提高其溶解度，利千随尿排出。H2N:—SO2NHR+CH乙3c酰二°AA-CH3CO-NH/二观NHR+H;~:A4.谷胱甘肤结合是细胞应对亲电子性异源物的重要防御反应肝细胞的细胞质富含谷胱甘肤S－转移酶(glutathione S-transferase, GST)，可催化谷胱甘肤(GSH)与含有亲电子中心的环氧化物和卤代化合物等异源物结合，生成GSH结合产物。主要参与对致癌物、环境污染物、抗肿瘤药物以及内源性活性物质的生物转化。亲电子性异源物若不与GSH结合，则可自由地共价结合DNA、RNA或蛋白质导致细胞严重损伤。此外，谷胱甘肤结合反应也是细胞自我保护的重要反应。很多内源性底物受活性氧(ROS)修饰后形成具有细胞毒作用的氧化修饰产物。所以，GSH不仅具有抗氧化作用，还可结合氧化修饰产物，减低其细胞毒性，增加其水溶性易于排出体外。


生物化学与分子生物学 366第四篇医学生化专题异烟阱乙酰辅酶A乙酰异烟阱辅酶A "OCH3u-....;歹、0CH3黄曲霉素B1-8,9－环氧化物谷胱甘肤结合产物勹COOH+CoASH+ATP-<勹严0-SCoA+ADP+Pi勹CO-SCoA+H2N-CH2.:._COOH－勹CO-NH-CH2-COOH+CoASH胆酸和脱氧胆酸可与甘氨酸结合生成结合胆汁酸的反应步骤与上述相同。 三、生物转化作用受许多因素的调节和影响 肝的生物转化作用受年龄、性别、营养、疾病、遗传和诱导物等体内、外诸多因素的影响包。（一）年龄、性别、营养、疾病及遗传等因素对生物转化产生明显影响3营养状况对生物转化作用亦产生影响蛋白质的摄入可以增加肝细胞整体生物转化酶的活性，提高生物转化的效率。饥饿数天(7天），肝谷胱甘肤S转移酶(GST)作用受到明显影响，其参加的生物转化反应水平降低。大量饮酒，因乙醇氧化为乙醒及乙酸，再进一步氧化成乙酰CoA，产生NADH，可使细胞内NAD./NADH比值降低，从而减少UDP-葡糖转变成UDP-葡糖醋酸，影响了肝内葡糖酸酸结合转化反应。


生物化学与分子生物学 三、生物转化作用受许多因素的调节和影响 4.疾病尤其严重肝病可明显影响生物转化作用肝实质损伤直接影响肝生物转化酶类的合成。例如严重肝病时微粒体单加氧酶系活性可降低50%。肝细胞损害导致NADPH合成减少也影响肝对血浆药物的清除率。肝功能低下对包括药物或毒物在内的许多异源物的摄取及灭活速度下降，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，故对肝病病人用药应特别慎重。5.遗传因素亦可显著影响生物转化酶的活性遗传变异可引起个体之间生物转化酶类分子结构的差异或酶合成量的差异。变异产生的低活性酶可因影响药物代谢而造成药物在体内的蓄积。相反，变异导致的高活性酶则可缩短药物的作用时间或造成药物代谢毒性产物的增多。目前已知，许多肝生物转化的酶类存在酶活性异常的多态性，如醒脱氢酶、葡糖醋酸基转移酶、谷胱甘肤S-转移酶等。


生物化学与分子生物学 （二）许多异源物可诱导生物转化作用的酶类 许多异源物可以诱导合成一些生物转化酶类，在加速其自身代谢转化的同时，亦可影响对其他异源物的生物转化。例如长期服用苯巴比妥可诱导肝微粒体单加氧酶系的合成，使机体对苯巴比妥类催眠药的转化能力增强，是耐药性产生的重要因素之一。临床上可利用其诱导作用增强对其他某些药物的代谢以达到解毒的效果，如用苯巴比妥减低地高辛中毒。苯巴比妥还可诱导肝微粒体UDP－葡糖醋酸基转移酶的合成，临床上用其增加机体对游离胆红素的结合转化反应，治疗新生儿黄疽。有些毒物，如烟草中的苯并芘可诱导肺泡吞噬细胞中隶属于单加氧酶系的芳香经胫化酶的合成，故吸烟者轻化酶的活性明显高于非吸烟者。由于多种物质在体内转化常由同一酶系的催化，因此同时服用多种药物时可出现药物之间对同一转化酶系的竞争性抑制作用，使多种药物的生物转化作用相互抑制，可导致某些药物药理作用强度的改变。例如保泰松可抑制双香豆素类药物的代谢，两者同时服用时保泰松可增强双香豆素的抗凝，ii)对《}作用易发生出血现象，因此同时服用多种药物时应予注意。


生物化学与分子生物学 （二）许多异源物可诱导生物转化作用的酶类 此外，食物中亦常含有诱导或抑制生物转化酶的物质。例如烧烤食物、甘蓝、萝卜等含有肝微粒体单加氧酶系的诱导物，而水田齐则含有该酶的抑制剂。食物中的黄酮类可抑制单加氧酶系的活性。第三节胆汁与胆汁酸的代谢一、胆汁可分为肝胆汁和胆囊胆汁胆汁(bile)由肝细胞分泌。肝细胞最初分泌的胆汁称肝胆汁(hepatic bile)。肝胆汁进入胆毅后，胆埏壁上皮细胞吸收其中的部分水分和其他一些成分，并分泌黏液渗入胆汁，浓缩成为胆翋胆汁(ga llbladd er bile)，经胆总管排入十二指肠参与脂质的消化与吸收。胆汁的主要固体成分是胆汁酸盐，约占固体成分的50％左右。其次是无机盐、黏蛋白、磷脂、胆固醇、胆色素等。除胆汁酸盐与脂质消化、吸收有关；磷脂与胆汁中胆固醇的溶解状态有关外，其他成分多属排泄物。体内某些代谢产物及进入体内的药物、毒物、重金属盐等异源物，均经肝的生物转化后随胆汁排出体外。因此，胆汁既是一种消化液，亦可作为排泄液。正常人肝胆汁和胆囊胆汁的部分性质和化学百分组成见表19-4。肝胆汁胆囊胆汁比重1.009-1.013I.026-1.032pH7.1-8.55.5-7.7水96~9780~86固体成分3~414~20无机盐0.2-0.90.5~1.1黏蛋白0.1-0.91~4胆汁酸盐0.5~2l.5~10胆色素0.05-0.170.2~1.5总脂质0.1-0.51.8-4.7胆固醇0.05-0.170.2-0.9磷脂0.05-0.080.2-0.5二、胆汁酸有游离型、结合型及初级、次级之分正常人胆汁中的胆汁酸(bile ac id)按其结构可分为游离胆汁酸(free bile acid)和结合胆汁酸(co njugated bile acid)两大类。游离胆汁酸包括胆酸(cholic acid)、鹅脱氧胆酸(chenodeoxycholic acid汃脱氧胆酸(deoxycholic acid)和少量石胆酸(lithocholic acid)四种。上述游离胆汁酸的24位狻基分别与甘氨酸或牛磺酸结合生成各种相应的结合胆汁酸，包括甘氨胆酸(glycocholic acid)、牛磺胆酸(taurocholic acid)、甘氨鹅脱氧胆酸(glycochenodeoxycholi c acid)和牛磺鹅脱氧胆酸(taurochenodeoxycholic acid)。胆汁酸按其来源亦可分为初级胆汁酸(primary bile acid)和次级胆汁酸(secondary bile acid)两类。在肝细胞以胆固醇为原料直接合成的胆汁酸称为初级胆汁酸，包括胆酸、鹅脱氧胆酸及其与甘氨酸或牛磺酸的结合产物。初级胆汁酸在肠菌作用下，第7位a胫基脱氧生成的胆汁酸称为次级胆汁酸，主要包括脱氧胆酸和石胆酸及其在肝中分别与甘氨酸或牛磺酸结合生成的结合产物。部分胆汁酸的结构见图19-1。包胆汁中所含的胆汁酸以结合型为主（占90％以上）。其中甘氨胆汁酸与牛磺胆汁酸的比例为3:l。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，形成相应的胆汁酸盐，简称胆盐(b ile s alts)。


生物化学与分子生物学 （二）许多异源物可诱导生物转化作用的酶类  胆酸鹅脱氧胆酸脱氧胆酸石胆酸 HO', H-、、OH HO', H、OH甘氨胆酸牛磺胆酸图19-1几种主要胆汁酸的结构式胆汁酸在结构上系24碳的胆烧酸衍生物，初级胆汁酸中的胆酸含有3个经基(3a、7a、12a)，鹅脱氧胆酸含有2个轻基(3a、7a)。属于次级胆汁酸的脱氧胆酸和石胆酸的c7位(—)促进脂质的消化与吸收胆汁酸分子内部既含有亲水性的胫基和狻基，又含有疏水性的经核和甲基，而且轻基和狻基的空间配位又全是a型，位于分子的同一侧构成亲水面，而分子的另一侧构成疏水面，所以胆汁酸的立体构型具有亲水和疏水两个侧面（图19-2)。这种结构特点赋予胆汁酸很强的界面活性，成为较强的乳化剂，能降低油／水两相的界面张力，使脂质乳化成3~10µm的细小微团，增加脂质与脂肪酶的附着面积，有利于脂肪的消化。脂质的消化产物又与胆汁酸盐结合，并汇入磷脂等形成直径只有约20µ,m的混合微团，利于通过小肠黏膜的表面水层，促进脂质的吸收。


生物化学与分子生物学 胆酸鹅脱氧胆酸脱氧胆酸石胆酸 （二）维持胆汁中胆固醇的溶解状态以抑制胆固醇析出人体内约99％的胆固醇随胆汁经肠道排出体外，其中1/3以胆汁酸形式，2/3以直接形式排出体外。胆汁中的胆固醇难溶于水，与胆汁酸及卵磷脂协同作用，使胆固醇分散形成可溶性的微团，使之不易析出沉淀而经胆道转运至肠道排出体外。胆固醇是否从胆汁中沉淀析出主要取决于胆汁中胆汁酸盐和卵磷脂与胆固醇之间的合适比例。如果肝合成胆汁酸或卵磷脂的能力下降、消化道丢失胆汁酸过多或胆汁酸肠肝循环减少，以及排入胆汁中的胆固醇过多（高胆固醇血症）等均可造成胆汁中胆汁酸和卵磷脂与胆固醇的比例下降（小于10:1)，易发生胆固醇析出沉淀，形成胆结石(galls tone)。依据胆固醇含量可将胆结石分为3类：胆固醇结石(cholesterol stone)、黑色素结石(black pigment stone)和棕色素结石(brown pigment stone)。结石中胆固醇含量超过50％的称为胆固醇结石；黑色素结石一般为10%～30%；棕色索结石含胆固醇较少。，叩t§。


生物化学与分子生物学 亲水面 甘氨胆酸多元环上的3个经基和甘氨酸的狻基位于分子的一侧，形成亲水面；甲基位于分子的另一侧，形成疏水面；该结构赋予其很强的界面活性四、胆汁酸的代谢及胆汁酸的肠肝循环（一）初级胆汁酸在肝内以胆固醇为原料生成肝细胞以胆固醇为原料合成初级胆汁酸，这是胆固醇在体内的主要代谢去路包。正常人每日约合成1~1.5g胆固醇，其中约0.4-0.6g在肝内转化为胆汁酸。肝细胞合成胆汁酸的反应步骤较复杂包，催化各步反应的酶类主要分别分布于微粒体和胞质。胆固醇首先在胆固醇7a－轻化酶(cholesterol7a hydroxy lase)的催化下生成7a－轻胆固醇。后者向胆汁酸的转化包括固醇核的3a(3[3－经基差向异构化为3a－轻基）和12a轻化、加氢还原、侧链氧化断裂、加水等多步复杂酶促反应，首先生成24碳的胆烧酰CoA。后者即可水解生成初级游离胆汁酸即胆酸(3a,7a,12a－三胫－5B－胆烧酸）和鹅脱氧胆酸(3a,7a－二胫－5B－胆烧酸），也可直接与甘氨酸或牛磺酸结合生成相应的初级结合胆汁酸，以胆汁酸钠盐或钾盐的形式随胆汁入肠。胆固醇7a－轻化酶是胆汁酸合成途径的关键酶，受终产物胆汁酸的负反馈调节。临床上采用口服阴离子交换树脂考来烯胺减少肠道胆汁酸的重吸收，从而促进肝内胆固醇向胆汁酸的转化，以降低血浆胆固醇含量。高胆固醇饮食在抑制HMG-CoA还原酶合成的同时，亦可诱导胆固醇7a－轻化酶基因的表达。肝细胞通过这两个酶的协同作用维持肝细胞内胆固醇的水平。糖皮质激素、生长激素也可提高胆固醇7a－轻化酶的活性。甲状腺素可诱导胆固醇7a－轻化酶mRNA合成，故甲状腺功能亢进病人血清胆固醇含量降低。


生物化学与分子生物学 （二）次级胆汁酸在肠道由肠菌作用生成 进入肠道的初级胆汁酸在发挥促进脂质的消化吸收后，在回肠和结肠上段，由肠菌酶催化胆汁酸的去结合反应和脱7a－胫基作用，生成次级胆汁酸包。胆酸脱去7a－轻基生成脱氧胆酸；鹅脱氧胆酸脱去7a－轻基生成石胆酸。这两种游离型次级胆汁酸还可经肠肝循环被重吸收入肝，并与甘氨酸或牛磺酸结合成为结合型次级胆汁酸。此外，肠菌还可将鹅脱氧胆酸转化成熊脱氧胆酸(ursodeoxycholi c acid)，即将鹅脱氧胆酸7a－经基转变成7[3－胫基，亦归属次级胆汁酸。熊脱氧胆酸含量很少，虽对代谢没有重要意义，但有一定的药理学效应。熊脱氧胆酸在慢性肝病治疗时具有抗氧化应激作用，可降低肝内由千胆汁酸湘留引起的肝损伤，改善肝功能以减缓疾病的进程。（三）胆汁酸的肠肝循环使有限的胆汁酸库存循环利用江进入肠道的各种胆汁酸（包括初级和次级、游离型与结合型）约有95％以上可被肠道重吸收，其余的（约为5％石胆酸）随粪便排出。胆汁酸的重吸收有两种方式。结合型胆汁酸在回肠部位被主动重吸收，游离型胆汁酸在小肠各部及大肠被动重吸收。重吸收的胆汁酸经门静脉重新入肝。在肝细胞内，游离胆汁酸被重新转变成结合胆汁酸，与重吸收及新合成的结合胆汁酸一起重新随胆汁入肠。胆汁酸在肝和肠之间的这种不断循环过程称为胆汁酸＂肠肝循环”(enterohepatic circulation of bileacid)（图19-3)（动画19-1"胆汁酸肠肝循环”)。机体内胆汁酸储备的总量称为胆汁酸库(bile acid pool)。成人的胆汁酸库共约3~5g，即使全部倾入小肠也难满足每日正常膳食中脂质消化、吸收的需要。人体每天约进行6~l2次肠肝循环，从肠道吸收的胆汁酸总量可达12-32g，借此有效的肠肝循环机制可使有限的胆汁酸库存循环利用，以满足机体对胆汁酸的生理需求。


生物化学与分子生物学 （二）次级胆汁酸在肠道由肠菌作用生成  胆固醇结合胆汁酸（合成0.4-0.6g/d代谢池3~5g) 未被肠道吸收的小部分胆汁酸在肠菌的作用下，衍生成多种胆烧酸并由粪便排出。每日仅从粪便排出约0.4-0.6g胆汁酸，与肝细胞合成的胆汁酸量相平衡。此外，经肠肝循环回收入肝的石胆酸在肝中除了与甘氨酸或牛磺酸结合外，还硫酸化生成硫酸甘氨石胆酸和硫酸牛磺石胆酸。这些双重结合的石胆酸在肠道中不容易去结合，亦不容易被肠道重吸收而从粪便中排出。因此，正常胆汁中石胆酸的含量甚微。 第四节胆色素的代谢与黄疽 胆色素(bile pigment)是体内铁卧琳类化合物的主要分解代谢产物，包括胆绿素(h山verdin)、胆红素(h山ruhin汃胆素原(bilinogen)和胆素(bilin)。这些化合物主要随胆汁排出体外，其中胆红素居千胆色素代谢的中心，是人体胆汁中的主要色素，呈橙黄色（动画19-2"胆红素代谢”)。


生物化学与分子生物学 —、胆红素是铁卧瞅类化合物的降解产物（一）胆红素主要源于衰老红细胞的破坏 体内铁卧啾类化合物包括血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素、过氧化氢酶和过氧化物酶等。正常人每天可生成250-350mg胆红素，其中约80％以上来自衰老红细胞破坏所释放的血红蛋白的分解。小部分胆红素来自造血过程中红细胞的过早破坏（无效红细胞生成），还有少量胆红素来自其他各种师4ti含血红素蛋白如细胞色素P450。肌红蛋白由于更新率低，所占比例很小。(CO)和Fe2+，并将两端的咄咯环胫化，生成线性四咄咯结构的水溶性胆绿素。释出的Fe2＋氧化为Fe3+进入铁代谢池，可供机体再利用或以铁蛋白形式储存。胆绿素进一步在胞质活性很强的胆绿素还原酶(b山verdin reductase)催化下，由NADPH供氢，还原生成胆红素（图19-4)。胆红素是由3个次甲基桥连接的4个咄咯环组成，分子量585。虽然胆红素红细胞的平均寿命约120天。生理情况下，正常成年人(70kg)每小时约有(1xl08个红细胞-2)被破坏。衰老的红细胞被肝、脾、骨髓等单核吞噬系统细胞识别并吞噬，每天释放约6g血红蛋白（每克血红蛋白约可产生35mg胆红素）。释出的血红蛋白随后分解为珠蛋白和血红素。珠蛋白可降解为氨基酸供体内再利用。血红素则由单核吞噬系统细胞降解生成胆红素。（二）血红素加氧酶和胆绿素还原酶催化胆红素的生成血红素是由4个咄咯环连接而成的环形化合物，并赘合l个二价铁离子。血红素由单核吞噬系统细胞微粒体的血红素加氧酶(hemeHO)催化在至少3分子氧和3分子NADPH的存在oxygenase,，下，血红素原叶啾IX环上的Q次甲基(—CH=）桥碳原子的两侧氧化断裂，释放出一分子一氧化碳分子中含有2个轻基（醇式）或酮基（酮式）、4个亚氨基和2个丙酸基等亲水基团，但由于这些基团形成比。


生物化学与分子生物学 —、胆红素是铁卧瞅类化合物的降解产物（一）胆红素主要源于衰老红细胞的破坏 HO-\｀P 勹－ MC — MOH胆绿素)=C---{/II P M CH=CH,胆红素阁式）血红素原卧啾IX环上的a次甲基(—CH=)桥碳原子被氧化使叶啾环打开，形成胆绿素，进而还原为胆红素，次甲桥的碳转变成CO，鳌合的铁离，6个分子内氢键，使胆红素分子形成脊瓦状内旋的刚性折叠结构，赋予胆红素以疏水亲脂的性质，极易自由透过细胞膜进入血液（图19-5)。


生物化学与分子生物学 — 图19-5胆红素的X－线衍射结构图图中C环上的丙酸基与A环的氧原子和A、B环上的氮原子形成氢键；B环上的丙酸基与C环的氧原子和C、D环上的氮原子形成氢键；A和B环在一个平面，C和D环在一个平面，两平面的夹角为98°~100°迄今已发现人体内存在3种血红素加氧酶同工酶：H0-1,H0-2和H0-3。H0-1(32kD)是一种诱导酶，为热激蛋白32(HSP32)。主要存在于肝、脾、和骨髓等降解衰老红细胞的组织器官。H0-2(36kD)是组成型酶，仅受糖皮质激素诱导，主要存在于大脑及睾丸组织内，其功能多认为与co的神经信使作用有关。H0-3(33kD)与H0-2有90％的同源性，亦属组成型表达，其功能尚未明晰。H0-1在血红素代谢中居重要地位，其生物合成可被其底物血红素迅速激活，以及时清除循环系统中的血红素。H0-1亦是迄今所知的诱导物最多的诱导酶。缺氧、高氧、内毒素、重金属、白细胞介素－10(IL-10)、一氧化氮(NO)、促红细胞生成素(EPO)、炎症细胞因子等许多能引发细胞氧化应激(oxidative s tress)的因素均可诱导此酶的表达，从而增加co、胆绿素和继之胆红素的产生。


生物化学与分子生物学 — 许多疾病亦表现H0-1的表达增加，例如肿瘤、动脉粥样硬化、心肌缺血、阿尔茨海默病等。H0-1作为一种应激蛋白质，其诱导因素的多样性是对细胞的一种重要保护机制。H0-1在上述诸多有害环境刺激和疾病存在条件下所呈现的对机体保护作用，主要是通过其催化生成的产物来实现的，这些产物主要是co与胆红素。HO氧化血红素时产生的co是机体内源性co的主要来源。co因对Hb有高度亲和力而呈现有害效应。但有研究显示，低浓度co和NO功能相似，可作为信息分子和神经递质。胆红素过量对人体有害，但适宜水平的胆红素是入体内强有力的内源性抗氧化剂，是血清中抗氧化活性的主要成分，可有效地清除超氧化物和过氧化自由基。氧化应激可诱导H0-1的表达，从而增加胆红素的量以抵御氧化应激状态。胆红素的这种抗氧化作用通过胆绿素还原酶循环伽liverdin reductase cycle)实现：胆红素氧化成胆绿素，后者再在分布广、活性强的胆绿素还原酶催化下，利用NADH或NADPH再还原成胆红素。胆绿素还原酶循环可使胆红素的作用增大10000倍。


生物化学与分子生物学 二、血液中的胆红素主要与清蛋白结合而运输 胆红素在单核吞噬系统细胞生成以后释放入血。在血浆中主要以胆红素－清蛋白复合体形式存在和运输。血浆清蛋白(albumin)与胆红素的结合，一方面增加了胆红素的水溶性，提高了血浆对胆红素的运输能力；另一方面限制了它自由通透各种细胞膜，避免了其对组织细胞造成的毒性作用。研究证明，每个清蛋白分子有一个高亲和力结合部位和一个低亲和力结合部位，可结合两分子胆红素。正常人血浆胆红素含量为3.4-17.1µmoVL(2-10mg/L)，而每100ml血浆清蛋白可结合25mg胆红素，故在正常情况下血浆清蛋白结合胆红素的潜力很大，不与清蛋白结合的胆红素甚微。但必须提及的是，胆红素与清蛋白的结合是非特异性、非共价可逆性的。若清蛋白含量明显降低、结合部位被其他物质占据或降低胆红素对结合部位的亲和力，均可促使胆红素从血浆向组织细胞转移。


生物化学与分子生物学 二、血液中的胆红素主要与清蛋白结合而运输 某些有机阴离子（如磺胺药、水杨酸、胆汁酸、脂肪酸等）可与胆红素竞争性地结合清蛋白，使胆红素游离。过多的游离胆红素因系脂溶性易穿透细胞膜进入细胞，尤其是富含脂质的脑部基底核的神经细胞，干扰脑的正常功能，称为胆红素脑病(bilirubin encephalopathy)或核黄疽(kernicteru s)。有黄疽倾向的病人或新生儿生理性黄疽期，应慎用上述药物。因此，血浆清蛋白与胆红素的结合仅起到暂时性的解毒作用，其根本性的解毒依赖肝与葡糖醋酸结合的生物转化作用。把这种未经肝结合转化的，在血浆中与清蛋白结合运输的胆红素称为未结合胆红素(unconjugated bilirubin)或血胆红素或游离胆红素。未结合胆红素因分子内氢键存在，不能直接与重氮试剂反应，只有在加入乙醇或尿素等破坏氢键后才能与重氮试剂反应，生成紫红色偶氮化合物，故未结合胆红素又称为间接反应胆红素或间接胆红素(indirect bilirubin)。


生物化学与分子生物学 二、血液中的胆红素主要与清蛋白结合而运输 三、胆红素在肝细胞中转变为结合胆红素并泌入胆小管(—)游离胆红素可渗透肝细胞膜而被摄取血中的胆红素以胆红素－清蛋白复合体的形式运输到肝后，在被肝细胞摄取前先与清蛋白分离，然后迅速被肝细胞摄取。胆红素可以自由双向通透肝血窦肝细胞膜表面而进入肝细胞。所以，肝细胞对胆红素的摄取量取决千肝细胞对胆红素的进一步处理能力。胆红素进入肝细胞后，在细胞质中主要与细胞质Y蛋白和Z蛋白两种配体蛋白(ligandin)相结合，其中，以Y蛋白为主。配体蛋白是胆红素在肝细胞质的主要载体，系谷胱甘肤S－转移酶(GST)家族成员，含量丰富，占肝细胞质总蛋白质的3%～4%，对胆红素有高亲和力。配体蛋白可与胆红素1:1结合，以胆红素－Y蛋白或胆红素－Z蛋白形式将胆红素携带至肝细胞滑面内质网。


生物化学与分子生物学 二、血液中的胆红素主要与清蛋白结合而运输 （二）胆红素在内质网结合葡糖醒酸生成水溶性结合胆红素在滑面内质网UDP－葡糖醋酸基转移酶(UDP-glucuronosyltransferase, UGT)的催化下，由UDPGA提供葡糖醋酸基，胆红素分子的丙酸基与葡糖醋酸以酷键结合，生成葡糖醋酸胆红素(b山rl\bin glucuronide)。由于胆红素分子中含有2个狻基，每分子胆红素可至多结合2分子葡糖醋酸。结果主要生成胆红素葡糖睦酸二酣和少量胆红素葡糖醋酸－酣（图19-6)，两者均可被分泌入胆汁。此外，尚有少量胆红素与硫酸结合生成硫酸酷。胆红素与葡糖醒酸的结合是肝脏对有毒性胆红素种根本性的生物转化解毒方式。把这些在肝脏与葡糖醋酸结合转化的胆红素称为结合胆红素(conjugated bilirubin)或肝胆红素。与葡糖睦酸结合的胆红素因分子内不再有氢键，分子中间的亚甲桥不在深埋于分子内部，可以迅速、直接与重氮试剂发生反应，故结合胆红素又称为直接反应胆红素或直接胆红素（如ect b山rubin)。结合胆红素与未结合胆红素不同理化性质的比较见，1记表19-5。


生物化学与分子生物学 —氓—氓咡—结构胆红素的生成及其葡糖醒酸图19-6 理化性质未结合胆红素结合胆红素同义名称间接胆红素、游离胆红素、直接胆红素、肝胆红素血胆红素、肝前胆红素与葡糖醋酸结合未结合口透过细胞膜的能力及毒性大小能否透过肾小球随尿排出不能能（三）肝细胞向胆小管分泌结合胆红素结合胆红素水溶性强，被肝细胞分泌进入胆管系统，随胆汁排入小肠。此被认为是肝脏代谢胆红素的限速步骤，亦是肝脏处理胆红素的薄弱环节。肝细胞向胆小管分泌结合胆红素是一个逆浓度梯度的主动转运过程，定位于肝细胞膜胆小管域的多耐药相关蛋白2(multidru g resistance-like protein2, MRP2)是肝细胞向胆小管分泌结合胆红素的转运蛋白质。胆红素排泄一旦发生障碍，结合胆红素就可返流入血。对UDP－葡糖醋酸基转移酶具有诱导作用的苯巴比妥等药物对结合胆红素从肝细胞到胆汁的分泌也同样具有诱导作用，可见胆红素的结合转化与分泌构成相互协调的功能体系。血浆中的胆红素通过肝细胞膜的自由扩散、肝细胞质内配体蛋白的运转、内质网的葡糖睦酸基转移酶的催化和肝细胞膜的主动分泌等联合作用，不断地被肝细胞摄取、结合转化与排泄，从而不断地得以清除。


生物化学与分子生物学 四、胆红素在肠道内转化为胆素原和胆素(—)胆素原是结合胆红素经肠菌作用的产物 经肝细胞转化生成的葡糖醒酸胆红素随胆汁进入肠道，在回肠下段和结肠的肠菌作用下，脱去葡糖醋酸基，并被还原生成d－尿胆素原(d-urobilinogen)和中胆素原(mesobilirubinogen, i-urobilinogen)。后者又可进一步还原生成粪胆素原(stercobilinogen,1-urobil inogen)，这些物质统称为胆素原。大部分胆素原随粪便排出体外，在肠道下段，这些无色的胆素原接触空气后分别被氧化为相应的d－尿胆素\?Ji](d-urob山n)、1－尿胆素(i-urobilin)和粪胆素(stercobilin,1-urobilin)，三者合称胆素（图19-7)。胆素呈。 376第四篇医学生化专题 黄褐色，成为粪便的主要颜色。正常人每日排出总量为40-280mg。胆道完全梗阻时，胆红素不能排入肠道形成胆素原和进而形成粪胆素，因此粪便呈灰白色或白陶土色。婴儿肠道细菌稀少，未被细菌作用的胆红素随粪便排出，可使粪便呈现橘黄色。


生物化学与分子生物学 `/`｀广厂厂胆红素d－尿胆素原中胆素原（i－尿胆素原）COOH COOH COOH COOH中胆素（i－尿胆素）`H＾夕｀H H H~义｀粪胆素原(1-尿胆素原）d－尿胆素 H H N H N HH入N粪胆素(1-i尿胆素）图19-7粪胆素和尿胆素的生成（二）少量胆素原可被肠黏膜重吸收，进入胆素原的肠肝循环肠道中生成的胆素原有10%～20％可被肠黏膜细胞重吸收，经门静脉入肝，其中大部分（约90%）以原形随胆汁排入肠腔，形成胆素原的肠肝循环(enterohepatic urobilinogen cycle)（动画19-3"胆素原的肠肝循环”)。只有小部分(10%）胆素原可以进入体循环经肾小球滤出随尿排出，称为尿胆素原（图19-8）。正常人每日随尿排出尿胆素原约0.5-4.0mg。尿胆素原与空气接触后被氧化成尿胆素，成为尿的主要色素。临床上将尿胆素原、尿胆素及尿胆红素合称为尿三胆，是黄疽类型鉴别诊断的常用指标。正常人尿中检测不到尿胆红素。


生物化学与分子生物学 吞—压细蛋噬白珠血液肝细胞胆红素Z蛋白胆红素－Z蛋白胆红素－清蛋白蛋广Y蛋白胆红素－Y蛋白血0花CF复合物胆绿素葡糖酸酸胆红素胆红素胆气:I I I胆管肠管 粪胆素__胆素原葡糖酸酸胆红素胆素原（粪便）02尿胆素（尿） 五、高胆红素血症及黄疽（一）正常人血清胆红素含量甚微 正常成人血清胆红素总量为3.4-17. lµmoVL(2-lOmg/L)，其中约80％是未结合胆红素，其余为结合胆红素。单核吞噬系统细胞产生的胆红素是有毒的脂溶性物质，易透过细胞膜尤其对富含脂质的神经细胞可造成不可逆损伤。胆红素与血浆清蛋白的结合（未结合胆红素）仅起到暂时性的解毒作用，肝细胞内胆红素与葡糖睦酸结合（结合胆红素）反应是对胆红素的一种根本性生物转化解毒方式。肝细胞对胆红素有强大的处理能力。正常人每天从单核吞噬细胞系统产生250-350mg胆红素，但正常人肝每天可清除3000mg以上的胆红素，因此正常人血清中胆红素的含量甚微。


生物化学与分子生物学 五、高胆红素血症及黄疽（一）正常人血清胆红素含量甚微 （二）黄疽依据病因有溶血性、肝细胞性和阻塞性之分体内胆红素生成过多，或肝细胞对胆红素的摄取、转化及排泄能力下降等均可引起血浆胆红素含星增多。当血浆胆红素含簸超过17. lµmoVL(lOmg/L)称为高胆红素血症(hyperbilirubinemia)。胆红素为橙黄色物质，过量的胆红素可扩散进入组织造成黄染现象，这一体征称为黄疽(jaundi ce)。由于皮肤、巩膜、指甲床下和上颗等含有较多弹性蛋白，对胆红素有较强的亲和力，故易被黄染。黄疽的程度取决千血浆胆红素的浓度。当血浆胆红素浓度超过34.2µmoVL(20mg/L)时，肉眼可见皮肤、黏膜及巩膜等黄染，临床上称为显性黄疽(clinical jaundice)。若血浆胆红素在17.1-34.2µmoVL(1020mg/L)之间时，肉眼观察不到皮肤与巩膜等黄染现象，称为隐性黄疽(occult jaundice)。


生物化学与分子生物学 临床上常根据黄疽发病的原因不同，将黄疽分为三类。 1溶血性黄疽溶血性黄疽(hemolytic jaundice)，又称为肝前性黄疽(prehepatic jaundice)。系各种原因所致红细胞的大址破坏，单核吞噬系统产生胆红素过多，超过了肝细胞摄取、转化和排泄胆红素的能力，造成血液中未结合胆红索浓度显著增高所致。其特征为：O血浆总胆红素、未结合胆红素含批增高；＠结合胆红素的浓度改变不大，尿胆红素呈阴性；＠因肝对胆红素的摄取、转化和排泄增多，过多的胆红素进入胆道系统，肠肝循环增多，使得尿胆原和尿胆素含量增多，粪胆原与粪胆素亦增加；＠伴有其他特征如贫血、脾大及末梢血液网织红细胞增多等。某些药物、某些疾病（如恶性症疾、过敏、锁状细胞贫血、蚕豆病等）及输血不当等多种因素均有可能引起大量红细胞破坏，导致溶血性黄疽。


生物化学与分子生物学 临床上常根据黄疽发病的原因不同，将黄疽分为三类。 2肝细胞性黄疽肝细胞性黄疽(hepatocellular jaundice)，又称为肝原性黄疽(hepatic jaundice)。由千肝细胞功能受损，造成其摄取、转化和排泄胆红素的能力降低所致的黄疽。一方面肝摄取胆红素障碍，造成血中未结合胆红素升高；另一方面肝细胞受损肿胀，压迫毛细胆管，造成肝内毛细胆管阻塞，而后者与肝血窦直接相通，使肝内部分结合胆红素返流入血，造成血清结合胆红素亦增高。此外，经肠肝循环入肝的胆素原可经损伤的肝细胞进入体循环，并从尿中排出，使尿胆素原升高。其特征为心血清未结合胆红素和结合胆红素均升高。＠尿胆红素呈阳性。＠尿胆素原升高，但若胆小管堵塞严重，则尿胆素原反而降低。＠粪胆素原含量正常或降低。由于肝功能障碍，结合胆红素在肝内生成减少，粪便颜色可变浅。＠其他特征如血清谷丙转氨酶(ALT)及谷草转氨酶(AST)活性明显升高。肝细胞性黄疽常见千肝实质性疾病如各种肝炎、肝硬化、肝肿瘤及中毒（如氯仿、四氯化碳）等引发的肝损伤。


生物化学与分子生物学 临床上常根据黄疽发病的原因不同，将黄疽分为三类。 3.阻塞性黄疽阻塞性黄疽(obstructive jaundice)又称为肝后性黄疽(posthepatic jaundic e)。由各种原因引起的胆管系统阻塞，胆汁排泄通道受阻，使胆小管和毛细胆管内压力增高而破裂，导致结合胆红素返流入血，使得血清结合胆红素明显升高。其特征为：心结合胆红素明显升高，未结合胆红素升高不明显；＠大量结合胆红素可从肾小球滤出，所以尿胆红素呈强阳性，尿的颜色加深，可呈茶叶水色；＠由于胆管阻塞排入肠道的结合胆红素减少，导致肠菌生成胆素原减少，粪便中胆素原及胆素含量降低，完全阻塞的病人粪便可变成灰白色或白陶土色；＠其他特征如血清胆固醇和碱性磷酸酶(ALP)活性明显升高等。阻塞性黄疽常见于胆管炎、肿瘤（尤其胰头癌）、胆结石或先天性胆管闭锁等疾病。


生物化学与分子生物学 各种黄疽血、尿、粪胆色素的实验室检查变化见表19-6。指标正常溶血性黄疽肝细胞性黄疽阻塞性黄疽 血清胆红素浓度<lOmg/L>10mg/L>lOmg/L>lOmg/L结合胆红素极少f f f未结合胆红素0-8mg/L r r r尿胆红素rf'++++尿胆素原少批不一定L尿胆素少量不一定i变浅或正常完全阻塞时白陶土色注：＂－“代表阴性，“＋+”代表强阳性独特的结构特点，赋予肝复杂多样的生物化学功能。肝不仅是多种物质代谢之中枢，而且还具有生物转化、分泌和排泄等功能。肝通过肝糖原合成与分解、糖异生维持血糖的相对稳定。肝在脂质代谢中占据中心地位。肝将«、心，胆固醇转化为胆汁酸，协助脂质的消化与吸收。肝是体内合成甘油三醋、磷脂与胆固醇的重要器官。


生物化学与分子生物学 各种黄疽血、尿、粪胆色素的实验室检查变化见表19-6。指标正常溶血性黄疽肝细胞性黄疽阻塞性黄疽 肝能合成VLDL及HDL，参与甘油三酣与胆固醇的转运。LCAT是肝合成的血浆功能性酶，参与血浆胆固醇的酣化。肝是氧化脂肪酸并产生酮体的重要器官。肝的蛋白质合成与分解代谢均非常活跃。除＂求蛋白外，几乎所有的血浆蛋白质均来自肝。肝是除支链氨基酸外所有氨基酸分解代谢的重要器官，也是处理氨基酸分解代谢产物的重要场所。氨主要在肝内经鸟氨酸循环合成尿素而解毒。肝在维生素的吸收、储存、运输和代谢转化方面起重要作用。肝也是许多激素灭活的场所。肝通过生物转化对异源物及某些内源性的代谢产物或生物活性物质进行代谢转变，提高其水溶性和极性，易于从尿或胆汁排出。肝生物转化分两相反应，笫一相反应包括氧化、还原和水解；笫二相反应是结合反应，主要与葡糖酪酸、硫酸和乙酰基等结合。生物转化反应具有连续性、多样性和解毒与致毒的双重性特点。肝生物转化受年龄、性别、营养、疾病、遗传及异源物诱导等因素的影响。


生物化学与分子生物学 各种黄疽血、尿、粪胆色素的实验室检查变化见表19-6。指标正常溶血性黄疽肝细胞性黄疽阻塞性黄疽 胆汁是肝细胞分泌的兼具消化液和排泄液的液体。胆汁的主要成分是胆汁酸，是肝清除胆固醇的主要形式。胆固醇7et－径化酶是胆汁酸合成的关键调节酶。胆汁酸有初级胆汁酸与次级胆汁酸之分。初级胆汁酸合成于肝，包括胆酸与鹅脱氧胆酸。初级胆汁酸经肠菌作用生成次级胆汁酸，包括脱氧胆酸与石胆酸。胆汁酸还有游离型胆汁酸与结合型胆汁酸之分。结合型胆汁酸是游离胆汁酸与甘氨酸或牛磺酸在肝内结合的产物。胆汁酸的肠肝循环使有限的胆汁酸库存反复利用以满足脂质消化吸收之需。


生物化学与分子生物学 各种黄疽血、尿、粪胆色素的实验室检查变化见表19-6。指标正常溶血性黄疽肝细胞性黄疽阻塞性黄疽 胆色素是铁叶咏类化合物的分解代谢产物，包括胆绿素、胆红素、胆素原和胆素。胆红素主要源于衰老红细胞血红蛋白释放的血红素的降解。血红素加氧酶和胆绿素还原酶催化血红素经胆绿素生成胆红素。胆红素为亲脂疏水性，在血浆中与清蛋白结合而运输，称为未结合胆红素。胆红素在肝与葡糖酪酸结合生成水溶性的结合胆红素，由肝细胞分泌随胆汁排入肠道。结合胆红素在肠茵作用下，被水解和还原成无色胆素原。胆素原的大部分在肠道下段遇空气被氧化为黄褐色的粪胆素。少量的胆素原则被肠黏膜重吸收入肝，其中的大部分又以原形重新排入肠道，构成胆素原的肠肝循环，有小部分重吸收的胆素原经体循环入肾随尿排出，称为尿胆素原。其被空气氧化后生成尿胆素。尿胆素原、尿胆素和尿胆红素在临床上合称为尿三胆，是黄疽类型鉴别的常用指标。多种原因可致高胆红素血症并引发黄疽体征。黄疽可根据发生原因分为溶血性黄疽、肝细胞性黄疽和阻塞性黄疽三类。各种黄疽均有其独特的血、尿、粪胆色素实验室检查改变。


生物化学与分子生物学 1.如何理解肝是多种物质代谢的中枢？ 2.何谓生物转化作用？生物转化有哪些反应类型，其生理意义及特点是什么？3.何谓初级、次级胆汁酸及游离、结合胆汁酸？简述胆汁酸的生理功能及胆汁酸的肠肝循环的生理意义。4.何谓游离胆红素和结合胆红素？简述两种胆红素的性质差异。（王明臣） 第二十章 维生素(vitamin)是人体内不能合成，或合成量甚少、不能满足机体的需要，必须由食物供给，以维持正常生命活动的一类低分子量有机化合物，是人体的重要营养素之一。维生素不是机体组织的组成成分，也不是供能物质，然而在调节人体物质代谢、生长发育和维持正常生理功能等方面却发挥着极其重要的作用。虽然人体对维生素的日需要量极少，但如果人体长期摄入不足或吸收障碍，可致维生素缺乏症；若人体长期过量摄取某些维生素，也可导致维生素中毒。按照维生素溶解特性的不同，可分为脂溶性维生素(lip吐soluble vitamin)和水溶性维生素(water-soluble vitamin)两大类。


生物化学与分子生物学 第一节脂溶性维生素 脂溶性维生素包括维生素A、维生素D、维生素E和维生素K，是疏水性化合物，易溶于脂质和有机溶剂，常随脂质被吸收。脂溶性维生素在血液中与脂蛋白或特异性结合蛋白质结合而运输，不易被排泄，在体内主要储存于肝，故不需每日供给。维生素A、维生素D、维生素E和维生素K的结构不同（图20-1)，执行不同的生物化学与生理功能。脂质吸收障碍和食物中长期缺乏此类维生素可引起相应的缺乏症，摄入过多则可发生中毒。


生物化学与分子生物学 维生素E(生育三烯酚）维生素D（胆钙化醇）—、维生素A (-)—般性质维生素A(vitamin A)是由1分子B－白芷酮环和2分子异戊二烯构成的不饱和一元醇。一般所说的天然维生素A指A l（视黄醇，re tinol)，主要存在于哺乳类动物和咸水鱼肝中。维生素A2(3－脱氢视黄醇）则存在于淡水鱼肝中。动物性食品，如肝、肉类、蛋黄、乳制品、鱼肝油等都是维生素A的丰富来源。食物中的维生素A主要以酕的形式存在，在小肠内受酷酶的作用而水解，生成视黄醇进入小肠黏膜上皮细胞后又重新被酷化，并掺入乳糜微粒通过淋巴转运。乳糜微粒中的视黄醇酣可被肝细胞和其他组织摄取，在肝细胞中被水解为游离视黄醇。在血液中，视黄醇与视黄醇结合蛋白(retinol binding protein, RBP)相结合，后者再结合甲状腺素视黄质运载蛋白(transthyretin,TIR)，形成视黄醇－RBP-TIR复合体。在细胞内，视黄醇与细胞视黄醇结合蛋白(cellular retinal binding protein, CRBP)结合。肝细胞内过多的视黄醇则转移到肝内星状细胞，以视黄醇酷的形式储存。包植物中无维生素A，但含有被称为维生素A原(prov i tamin A)的多种胡萝卜素(carotene)，其中以B－胡萝卜素([3-carotene)最为重要。胡萝卜、红辣椒、疲菜、甘薯、木瓜等均含有丰富的B－胡萝卜素。B－胡萝卜素可在小肠黏膜细胞或肝中被加双氧酶分解生成2分子全反式视黄醇。由于小肠黏膜对B胡萝卜素的分解和吸收能力较低，每分解6分子B－胡萝卜素仅获得1分子视黄醇，即B－胡萝卜素转化为维生素A的转化当量仅为1/6。3在细胞内，一些依赖NADH的醇脱氢酶催化视黄醇和视黄睦(re ti nal)之间的可逆反应。视黄酪在视黄酸脱氢酶的催化下又不可逆的氧化生成视黄酸(reti noic acid)。视黄醇、视黄醒和视黄酸是维生素A的活性形式。


生物化学与分子生物学 维生素E(生育三烯酚）维生素D（胆钙化醇）—、维生素A 1视黄醒参与视觉传导人视网膜的光受体细胞分为锥状细胞和杆状细胞。锥状细胞是感受亮光和产生色觉的细胞，杆状细胞是感受弱光或暗光的细胞。在人视网膜杆状细胞内，全反式视黄醇在异构酶的作用下生成11－顺视黄醇，并进而氧化为11－顺视黄醒。11－顺视黄醋作为光敏感视蛋白(opsin)的辅基与之结合生成视紫红质(rhodopsin)。弱光可使视紫红质中11－顺视黄醒和视蛋白分别发生构型和构象改变，生成含全反式视黄醒的光视紫红质(photorhodopsin)。光视紫红质再经一系列构象变化，生成变视紫红质II(me tru·hodopsin II)，后者引起视觉神经冲动并随之解离释放全反视黄酪和视蛋白。全反视黄醒经还原生成全反视黄醇，从而完成视循环(visual cycle)（图20-2)。可见，视紫红质是暗视觉的基础，人视网膜杆状细胞合成视紫红质时需要维生素A参与，维生素A参与了视觉传导。


生物化学与分子生物学 维生素E(生育三烯酚）维生素D（胆钙化醇）—、维生素A 2.视黄酸调控基因表达和细胞生长与分化维生素A及其代谢中间产物具有广泛的生理学和药理学活性，在人体生长、发育和细胞分化尤其是精子生成、黄体酮前体形成、胚胎发育全反视黄醒11－顺视黄醒等过程中起着十分重要的调控作用。视黄醇的不可逆氧化产物全反式视黄酸(all-trans retinoic视蛋白aci d,ATRA)和9-)顽视黄酸是执行这一重要功能的关键物质，它们与细胞内核受体结合，通过与变视紫红质1I视紫红质DNA反应元件的作用，调节某些基因的表达，进I(1]－顺视黄醒）而调控细胞的生长、发育和分化。所以，视黄酸'对于维待上皮组织的正常形态与生长具有重要视觉神经冲动（全反视黄醒）的作用。如ATRA可促进上皮细胞生长与分化，图20-2视循环参与上皮组织的正常角化过程，可使银屑病角化过度的表皮正常化而用千银屑病的治疗。3.维生素A和胡萝卜素是有效的抗氧化剂维生素A和胡萝卜素是机体一种有效的捕获活性氧的抗氧化剂，具有清除活性氧和防止脂质过氧化的作用。


生物化学与分子生物学 维生素E(生育三烯酚）维生素D（胆钙化醇）—、维生素A 4维生素A及其衍生物可抑制肿瘤生长维生素A及其衍生物有延缓或阻止癌前病变，桔抗化学致癌剂的作用。维生素A及其衍生物ATRA具有诱导肿瘤细胞分化和凋亡、增加癌细胞对化疗药物的敏感性的作用。动物实验表明摄入维生素A及其衍生物ATRA可诱导肿瘤细胞的分化和减轻致癌物质的作用。382第四筒医学生化专题（三）维生素A缺乏症及中毒若视循环的关键物质ll－顺视黄醒的补充不足，视紫红质合成减少，对弱光敏感性降低，从明处到暗处看清物质所需的时间即暗适应时间延长，严重时会发生“夜盲症＂。维生素A缺乏可引起严重的上皮角化，眼结膜黏液分泌细胞的丢失与角化以及糖蛋白分泌的减少均可引起角膜干燥，出现眼千燥症(xerophthalmia)。因此，维生素A又称眼千燥症维生素。此外，视黄酸对于免疫系统细胞的分化具有重要的作用。维生素A缺乏增加机体对感染性疾病的敏感性。


生物化学与分子生物学 维生素E(生育三烯酚）维生素D（胆钙化醇）—、维生素A 维生素A的摄入量超过视黄醇结合蛋白的结合能力，游离的维生素A可通过破坏细胞膜、核膜以及线粒体和内质网等细胞器造成组织损伤。中国成人男性膳食维生素A的平均需要量(estimated average requirement, EAR)为560µg/d，成人女性为480µg/d。如果长期过量摄入维生素A可出现维生素A中毒表现。其症状主要有头痛、恶心、共济失调等中枢神经系统表现；肝细胞损伤和高脂血症；长骨增厚、高钙血症、软组织钙化等钙稳态失调表现以及皮肤千燥、脱屑和脱发等表现。 二、维生素D （一）一般性质维生素D(vi tamin D)是类固醇(steroid)的衍生物，为环戊烧多氢菲类化合物。维生素D为无色结晶易溶于脂肪和有机溶剂，除对光敏感外，其化学性质较稳定。


生物化学与分子生物学 二、维生素D 天然的维生素D包括队或称胆钙化醇(cholecalciferol)及队或称麦角钙化醇(ergocalciferol)。鱼油、蛋黄、肝富含维生素D3。人体皮肤储存有从胆固醇生成的7－脱氢胆固醇（维生素趴原），在紫外线的照射下，可转变成维生素D3。适当的日光浴足以满足入体对维生素D的需要。植物中含有麦角固醇（维生素队原），在紫外线的照射下，分子内B环断裂转变成维生素D20进入血液的维生素队主要与血浆中维生素D结合蛋白(vitamin D binding protein, DBP)相结合而运输。在肝微粒体25－轻化酶的催化下，维生素队被轻化生成25孚臣维生素D3(25-0H-D3)。25-0H-D3是血浆中维生素队的主要存在形式，也是维生素队在肝中的主要储存形式。25-0H－队在肾小管上皮细胞线粒体l"轻化酶的作用下，生成维生素队的活性形式1,25－二胫维生素D3[1,25-(OH)2-D3]。25-0H－队和1,25-(OH)了队在血液中均与DBP结合而运输。


生物化学与分子生物学 二、维生素D 肾小管上皮细胞还存在24－经化酶，催化25-0H-队进一步轻化生成24,25-(OH)2-D3。1,25(OH)了队通过诱导24－轻化酶和阻遏1贮轻化酶的生物合成来控制其自身的生成量（图20-3)。 （二）生物学功能 维生素见是N5-CH3-F凡转甲基酶（甲硫氨酸合成酶）的辅酶，催化同型半胱氨酸甲基化生成甲硫氨酸，后者在腺昔转移酶的作用下生成活性甲基供体——S－腺昔甲硫氨酸。维生素B12缺乏时，N5-CH3-FH4上的甲基不能转移出去，一是引起甲硫氨酸合成减少，二是影响四氢叶酸的再生。组织中游离的四氢叶酸含量减少，一碳单位的代谢受阻，造成核酸合成障碍。此外，S－腺昔甲硫氨酸作为甲基供体可参与胆碱和磷脂的生物合成。5'－脱氧腺昔钻胺素是L－甲基丙二酰CoA变位酶的辅酶，催化唬珀酰CoA的生成。当维生素B12缺乏时，L－甲基丙二酰CoA大量堆积。因L－甲基丙二酰CoA的结构与脂肪酸合成的中间产物丙二酰CoA相似，从而影响脂肪酸的正常合成。


生物化学与分子生物学 （三）维生素D缺乏症及中毒 中国居民膳食维生素D的平均需要量(estimated average requirement, EAR)为8µg/d。当缺乏维生素D时，儿童可患侚倭病(rickets)，成人可发生软骨病(osteomalacia)和骨质疏松症(osteoporosi s)。因此，维生素D又称抗侚倓病维生素。此外，维生素D缺乏也与自身免疫性疾病的发生有关。长期每日过量摄入维生素D可引起中毒，特别是对维生素D较敏感的人。维生素D中毒的症状主要有异常口渴，皮肤播痒，厌食、嗜睡、呕吐、腹泻、尿频以及高钙血症、高钙尿症、高血压以及软组织钙化等。由于皮肤储存7－脱氢胆固醇有限，多晒太阳不会引起维生素D中毒。


生物化学与分子生物学 三、维生素E（一）一般性质 维生素E(v itamin E)是苯骈二氢阰喃的衍生物，包括生育酚(tocopherol)和三烯生育酚(tocotri enol)两类，每类又分a、B、订和8四种。天然维生素E主要存在于植物油、油性种子和麦芽等中，以a－生育酚分布最广、活性最高。a－生育酚是黄色油状液体，溶于乙醇、脂肪和有机溶剂，对热及酸稳定，对碱不稳定，对氧极为敏感。在正常情况下，20%-40％的a-生育酚可被小肠吸收。在机体内，维生素E主要存在于细胞膜、血浆脂蛋白和脂库中。 384第四篇医学生化专题四、维生素K（一）一般性质 维生素K（四amin K)是2－甲基－1,4-萦酣的衍生物。广泛存在于自然界的维生素K有K l和K2a维生素Kl又称植物甲萦酣或叶绿酕(phylloquinone)，主要存在于深绿色蔬菜（如甘蓝、疲菜、窝笸等）和植物油中。维生素长则由大肠杆菌合成。维生素凡是人工合成的水溶性甲萦酣，可口服及注射。2－甲基－1,4－荼酰是维生素K的活性形式。


生物化学与分子生物学 384第四篇医学生化专题四、维生素K（一）一般性质 维生素K主要在小肠被吸收，随乳糜微粒而代谢。体内维生素K的储存量有限，脂质吸收障碍可引发维生素K缺乏症。（二）生物学功能1.维生素K是凝血因子合成所必需的辅酶血液凝血因子II、VII、IX、X及抗凝血因子蛋白C和蛋白S在肝细胞中以无活性前体形式合成，其分子中4~6个谷氨酸残基需狻化成丫－狻基谷氨酸（-y carboxylglutamic acid)残基才能转变为活性形式。此反应由丫－狻化酶催化，而许多丫－谷氨酰狻化酶的辅酶是维生素K。因此，维生素K是凝血因子合成所必需的。2维生素K对骨代谢具有重要作用肝、骨等组织中存在维生素K依赖蛋白，如骨钙蛋白(OSteocalcin)和骨基质的丫－狻基谷氨酸蛋白均是维生素K依赖蛋白。研究表明，服用低剂量维生素K的妇女，其股骨颈和脊柱的骨盐密度明显低于服用大剂量维生素K时的骨盐密度。


生物化学与分子生物学 384第四篇医学生化专题四、维生素K（一）一般性质 此外，维生素K对减少动脉钙化也具有重要的作用。大剂量的维生素K可以降低动脉硬化的危险性。.（三）维生素K缺乏症中国成人膳食维生素K的适宜摄入量(AI)为80µg/d。因维生素K广泛分布于动、植物组织，且体内肠菌也能合成，一般不易缺乏。因维生素K不能通过胎盘，新生儿出生后肠道内又无细菌，所以新生儿有可能出现维生素K的缺乏。维生素K缺乏的主要症状是易出血。引发脂质吸收障碍的疾病，如胰腺疾病、胆管疾病及小肠黏膜萎缩或脂肪便等均可出现维生素K缺乏症。长期应用抗生素及肠道灭菌药也有引起维生素K缺乏的可能性。 第二节水溶性维生素 水溶性维生素包括B族维生素(B!、队、PP、泛酸、生物素、凡、叶酸与B12)和维生素C。水溶性维生素在体内主要构成酶的辅因子，直接影响某些酶的活性。水溶性维生素依赖食物提供，体内很少蓄积，过多的水溶性维生素可随尿排出体外，一般不发生中毒现象，但供给不足时往往导致缺乏症。


生物化学与分子生物学 一、维生素B1(—)一般性质 维生素B直含氨基的密唗环和含硫的唾嗤环通过亚甲基桥相连而成，因分子中含有＂硫”和＂氨＂，又名硫胺素(thiamine)（图20-4)。维生素B主要存在于豆类和种子外皮（如米棣）、胚芽、酵母和瘦肉中。其纯品为白色粉末状结晶，易溶于水，微溶于乙醇。维生素且在酸性环境中较稳定、加热120°C仍不分解；中性和碱性环境中不稳定、易被氧化和受热破坏。硫胺素易被小肠吸收，入血后主要在肝及脑组织中经硫胺素焦磷酸激酶的催化生成焦磷酸硫胺素（如amine pyrophosphate, TPP)。TPP是维生素Bl的活性形式，占体内硫胺素总量的80%。（二）生物学功能维生素且在体内能量代谢中发挥重要的作用。TPP是a-酮酸氧化脱狻酶多酶复合体的辅酶，参与线粒体内丙酮酸、a－酮戊二酸和支链氨基酸的a-酮酸的氧化脱狻反应。TPP在这些反应中转移醒。


生物化学与分子生物学 基。TIP嗟嗤环上硫和氮原子之间的碳原子十分活吼勹 泼易释放W形成负碳离子(carbanion)。负碳离子可与a－酮酸狻基结合，进而使a－酮酸脱狻。TPP也是胞质中磷酸戊糖途径中转酮醇酶的辅酶，参与转酮醇作用(transketolation)。维生素Bl在神经传导中起一定作用。合成乙酰胆碱所需的乙酰辅酶A主要来自千丙酮酸的氧化焦磷酸硫胺素(TPP)脱狻反应。此外，维生素Bl可作为胆碱酷酶的抑制维生素B1缺乏时，糖代谢中间产物丙酮酸的氧化脱狻反应发生障碍，血中丙酮酸和乳酸堆积。由于以糖有氧分解供能为主的神经组织供能不足以及神经细胞膜髓鞘磷脂合成受阻，导致慢性末梢神经炎和其他神经肌肉变性病变，即脚气病(beriberi)。严重者可发生水肿、心力衰竭。维生素B1缺乏时，乙酰辅酶A的生成减少，影响乙酰胆碱的合成。同时，由于维生素B1对胆碱酷酶的抑制减弱，乙酰胆截分解加强，影响神经传导。主要表现为消化液分泌减少，胃蠕动变慢，食欲缺维生素队是核醇与6,7二甲基异咯唉的缩合物。因其呈黄色针状结晶，又名核黄素(riboflavin)。－维生素队在酸性溶液中稳定，在碱性溶液中加热易破坏，但对紫外线敏感，易降解为无活性的产物。奶与奶制品、肝、蛋类和肉类等是维生素队的丰富来源。核黄素主要在小肠上段通过转运蛋白主动mononucleotide,吸收。吸收后的核黄素在小肠黏膜黄素激酶的催化下转变成黄素单核昔酸(flavin adenine dinucleotide, FMN)，后者在焦磷酸化酶的催化下进一步生成黄素腺嗦呤二核昔酸(flavin维生素B2异咯嗦环上的第1和第10位氮原子与活泼的双键连接，此2个氮原子可反复接受或释放氢，因而具有可逆的氧化还原性（图20-5)。还原型核黄素及其衍生物呈黄色，于450nm处有吸收FMN及FAD是体内氧化还原酶（如脂酰CoA脱氢酶、唬珀酸脱氢酶、黄嗦呤氧化酶等）的辅基，凶图20-4焦磷酸硫胺素的结构剂，参与乙酰胆碱的代谢调控。


生物化学与分子生物学 基。TIP嗟嗤环上硫和氮原子之间的碳原子十分活吼勹  （三）缺乏症 中国居民膳食维生素C的平均需要量(EAR)是85mg/d。因维生素C是胶原蛋白形成所必需的物质，有助于保持细胞间质物质的完整，当严重缺乏时可引起维生素C缺乏病(v itamin C deficiency),又称坏血病(SCUI>IY)。坏血病表现为毛细血管脆性增强易破裂、牙振腐烂、牙齿松动、骨折以及创伤不易愈合等。由千机体在正常状态下可储存—定量的维生素C，坏血病的症状常在维生素C缺乏3~4个月后才出现。维生素C缺乏直接影响胆固醇转化，引起体内胆固醇增多，是动脉硬化的危险因素之一。此外，人体长期过量摄入维生素C可能增加尿中草酸盐的形成，增加尿路结石的危险。 乏，消化不良等症状。二、维生素B2（一）一般性质FAD),FMN及FAD是维生素队的活性形式。峰，利于此性质可做定量分析。（二）生物学功能＼丫。N10N！人丫。邸肛肛肛R:核糖；P：磷酸基团FMN(FAD)的结构与递氢作用386第匹篇医学生化专题 主要起递氢体的作用。它们参与呼吸链、脂肪酸和氨基酸的氧化以及三狻酸循环。


生物化学与分子生物学 乏，消化不良等症状。二、维生素B2（一）一般性质FAD),FMN及FAD是维生素队的活性形式。峰，利于此性质可做定量分析。（二）生物学功能＼丫。N10N！人丫。邸肛肛肛R:核糖；P：磷酸基团FMN(FAD)的结构与递氢作用386第匹篇医学生化专题 FAD和FMN分别作为辅酶参与色氨酸转变为烟酸和维生素B6转变为磷酸咄哆醒的反应。FAD还可作为谷胱甘肤还原酶的辅酶，参与体内抗氧化防御系统，维待还原型谷胱甘肤的浓度；FAD与细胞色素P450结合，参与药物代谢。 三、维生素PP（一）一般性质 维生索PP包括烟酸(nicotinic acid)和烟酰胺(nicotinamide)，曾分别称尼克酸和尼克酰胺，两者均属氮杂环咄唗衍生物。烟酸为咄唗－3－狻酸，很容易转变为烟酰胺。烟酸为稳定的白色针状结晶，在酸、碱、光、氧或加热条件下不易被破坏，是维生素中最稳定的一种。


生物化学与分子生物学 三、维生素PP（一）一般性质 维生素PP广泛存在于自然界。食物中的维生素PP均以烟酰胺腺嗦呤二核昔酸(nicotinamide adenine dinucleotide, NAD十）或烟酰胺腺噤呤二核昔酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, NADP+）的形式存在（图20-6)。它们在小肠内被水解生成游离的维生素PP，并被吸收。运输到组织细胞后，再合成NAD十或NADP+。NAD+和NADP+是维生素PP在体内的活性形式。HO OR烟酸NAD+:R=-H; NADp+:R=-H2P03未被利用的烟酸可被甲基化，以N－甲基烟酰胺和2-P比哫酮的形式由尿中排出。体内色氨酸代谢也可生成维生素PP，但效率较低，60mg色氨酸仅能生成1mg烟酸，并且需要维生素Bl、B2和凡的参与。 四、泛酸（一）一般性质 泛酸(pantothen ic acid)又称遍多酸、维生素B5，由二甲基胫丁酸和B－丙氨酸组成，因广泛存在于动、植物组织中而得名。


生物化学与分子生物学 四、泛酸（一）一般性质 泛酸在肠内被吸收后，经磷酸化并与半胱氨酸反应生成4－磷酸泛酰琉基乙胺，后者是辅酶A(coenzyme A, CoA)（图20-7)及酰基载体蛋白(acyl carrier protein, ACP)的组成部分。 琉基乙胺泛酸l®-o OH辅酶A(CoA)（二）生物学功能 CoA和ACP是泛酸在体内的活性形式，CoA及ACP构成酰基转移酶的辅酶，广泛参与糖、脂质、蛋白质代谢及肝的生物转化作用。约有70多种酶，如脱狻酶等需CoA及ACP。


生物化学与分子生物学 五、生物素（一）一般性质 生物素(biotin)是含硫的嗟吩环与尿素缩合并带有戊酸侧链的化合物（图20-8)，又称维生素H、维生素B1、辅酶R。生物素是天然的活性形式，在肝、肾、酵母、蛋类、花生、牛乳和鱼类等食品中含量较多，啤酒里含量较高，人肠道细菌也能合成。生物素为无色针状结晶体，耐酸而不耐碱，氧化剂及高温可使其失活。f（二）生物学功能HN/C\NH生物素是体内多种狻化酶的辅基，在狻化酶全酶合成酶(holocarboxI I ylase synthetase)的催化下与狻化酶蛋白中赖氨酸残基的e-氨基以酰胺键HC—CHI I共价结合，形成生物胞素(biocytin)残基，狻化酶则转变成有催化活性的H2C\/CH(CH2)4COOH@酶。生物素作为丙酮酸狻化酶、乙酰CoA狻化酶等的辅基，参与CO2固定s过程，为脂肪与碳水化合物代谢所必需。图20-8生物素的结构。


生物化学与分子生物学 （三）缺乏症六、维生素B6（一）一般性质 甲基－3－胫基－5－甲基咄唗（图20-9)，其活化形式是磷酸11比哆酸和磷酸咄哆胺，两者可相互转变。维生素凡的纯品为白色结晶，易溶于水及乙醇，微溶于有机溶剂，在酸性条件下稳定、在碱性条件下易被破坏。对光较敏感，不耐高温。。现已鉴定，入基基外，还有其他重要的生理作用近年的研究证明，生物素除了作为狻化酶的辅达。生物信号转导和基因表胞素。生物素参与细2000多个基因编码产物的功能依赖生物因组中有复。DNA损伤的修、基因转录和影响细胞周期化，从而素还可使组蛋白生物素细菌也能素的来源极为广泛，人体肠道。生物量(Al)是40µg/d中国居民膳食生物素的适宜摄入。)，生物素与其结合而不能被吸收(avidin新鲜鸡蛋清中有一种抗生物素蛋白。合成，很少出现缺乏症。长期使用抗生素可抑制肠道细菌生长，也可能造成生物去作用蛋清加热后这种蛋白因遭破坏而失。心、呕吐、食欲缺乏、皮炎及脱屑性红皮病素的缺乏，主要症状是疲乏、恶构是2-e)，其基本结(pyridoxaminl)和咄哆胺、P比哆醒(pyrido(pyridoxine)凡包括咄哆醇维生素xa。°H3e*B6均是维生素全麦、坚果、豆类、蛋黄和酵母肝、鱼、肉类、。维生素B6广泛分布于动、植物食品中。P比哆醋和。维生素凡的磷酸酷在小肠碱性磷酸酶的作用下水解，以脱磷酸的形式吸收的丰富来源肌组织的形式存在千6以磷酸咄哆酘％的维生素B。体内约80磷酸咄哆酪是血液中的主要运输形式磷酸咄哆醒是体内百余种酶的辅酶，参与氨基酸脱氨基与转氨1.磷酸阰哆酵是多种酶的辅酶。在代谢中发挥着重要作用血红素的合成和糖原分解等基作用、鸟氨酸循环、，床上，故临丫－氨基丁酸的生成哆醒也是谷氨酸脱狻酶的辅酶，可增进大脑抑制性神经递质磷酸咄8氨基。磷酸咄哆醒还是血红素合成的关键酶6治疗小儿惊厥、妊娠呕吐和精神焦虑等常用维生素B－－。血红素的生成参与ALA)合酶的辅酶，－酮戊酸(8-aminolevulinic'Y acid,是心血管疾病、血栓生成和高血压的危险(hyperhomocysteinemia)近年发现，高同型半胱氨酸血症。而维-CH3-FI七转甲基酶作用下生成甲硫氨酸外，还可分解生成半胱氨酸N5因子。同型半胱氨酸在。


生物化学与分子生物学 （三）缺乏症六、维生素B6（一）一般性质  磷酸咙哆醋磷酸咄哆胺 中，并与糖原磷酸化酶相结合。（二）生物学功能生素凡是催化同型半胱氨酸分解生成半胱氨酸过程中胱硫酪B合成酶的辅酶。已知2/3以上的高同型半胱氨酸血症与叶酸、维生素B12和维生素凡的缺乏有关。维生素B6对治疗上述疾病有一定的作用。2.磷酸阰哆醒可终止类固醇激素作用的发挥磷酸咙哆醋可以将类固醇激素－受体复合物从DNA中移去，终止这些激素的作用。维生素凡缺乏时，可增加人体对雌激素、雄激素、皮质激素和维生素D作用的敏感性，与乳腺、前列腺和子宫激素相关肿瘤的发生发展有关。 （三）缺乏症与中毒 中国居民膳食维生素B6的平均需要量(EAR)是1.2mg/d。人类未发现维生素B6缺乏的典型病例。然而，维生素B6缺乏时血红素的合成受阻，可造成低血色素小细胞性贫血（又称维生素B6反应性贫血）和血清铁增高。维生素B6缺乏的病人还可出现脂溢性皮炎，以眼及鼻两侧较为明显，重者可扩展至面颊、耳后等部位。故维生素B6又称抗皮炎维生素。


生物化学与分子生物学 （三）缺乏症与中毒 此外，抗结核药异烟阱能与磷酸咄哆醒的睦基结合，磷酸咄哆睦失去辅酶作用，所以在服用异烟阱时，应补充维生素B6o维生素B6与其他水溶性维生素不同，过量服用维生素B6可引起中毒。日摄入量超过20mg可引起神经损伤，表现为周围感觉神经病。 七、叶酸(—)一般性质 叶酸(folic acid)由蝶酸(pteroic acid)和谷氨酸结合而成，又称蝶酰谷氨酸，因绿叶中含矗十分丰富而得名（图20-10)。植物中的叶酸多含7个谷氨酸残基，谷氨酸之间以丫－肤键相连。仅牛奶和蛋黄中含蝶酰单谷氨酸。酵母、肝、水果和绿叶蔬菜是叶酸的丰富来源。肠菌也有合成叶酸的能力。 瓜矿蝶酸谷氨酸叶酸圈20-10叶酸的结构 食物中的蝶酰谷氨酸多在小肠被水解，生成蝶酰单谷氨酸。后者易被小肠上段吸收，在小肠黏膜上皮细胞二氢叶酸还原酶的作用下，生成叶酸的活性型一5,6,7,8－四氢叶酸(tetrahydrofolic acid, FH4)。含单谷氨酸的N5-CH3-F凡是叶酸在血液循环中的主要形式。在体内各组织中，F凡主要以多谷氨酸形式存在。


生物化学与分子生物学 瓜矿蝶酸谷氨酸叶酸圈20-10叶酸的结构 （二）生物学功能F凡是体内一碳单位转移酶的辅酶，分子中N5、N”是一碳单位的结合位点。一碳单位在体内参与嗦呤、胸腺瞪唗核昔酸等多种物质的合成。抗癌药物甲氨蝶呤和氨蝶呤因其结构与叶酸相似，能抑制二氢叶酸还原酶的活性，使F凡合成减少进而抑制体内胸腺瞪唗核昔酸的合成，起到抗肿瘤的作用。 八、维生素B12(—)一般性质 维生素B12含有金属元素钻，又称钻胺素(cobalamin)，是唯一含金属元素的维生素（图20-11)。维生素B12仅由微生物合成，酵母和动物肝含量丰富，不存在千植物中。维生素B12分子中的钻能与—CN、—OH、-C凡或5'－脱氧腺昔等基团连接，分别形成氮钻胺素、胫钻胺素、甲钻胺素和5'－脱氧腺昔钻胺素，后两者是维生素B12在体内的活性形式。CH1 勹11 I


生物化学与分子生物学 '二r江R=CN…..氛钻胺素R=OH.…..泾钻胺素ICONH2盓灯兑氧腺甲:胺素5脱氧腺昔钻胺素 食物中的维生素B12常与蛋白质结合而存在，在胃酸和胃蛋白酶的作用下，维生素B12得以游离并与来自唾液的亲钻蛋白(cobalophilin)结合。在十二指肠，亲钻蛋白－B12复合物经胰蛋白酶的水解作用游离出维生素B12。维生素Bl2需要与由胃黏膜细胞分泌的内因子(intrins ic factor, IF)紧密结合生成B12-IF复合物，才能被回肠吸收。IF是分子量为50kD的糖蛋白，只与活性形式的维生素B l2以1:1结合。当胰腺功能障碍时，因B12-IF不能分解而排出体外，从而导致维生素B l2缺乏症。在小肠黏膜上皮细胞内，B12-IF分解并游离出维生素B12。维生素B12再与转钻胺素Il(tra nscobalamin Il)蛋白结合存在于血液中。B12－转钻胺素Il复合物与细胞表面受体结合，进入细胞，在细胞内维生素B12转变成胫4(1,钻胺素、甲钻胺素或进入线粒体转变成5'－脱氧腺昔钻胺素。肝内还有一种转钻胺素I，可与维生素见结合而贮存千肝内。


生物化学与分子生物学 九、维生素C （一）一般性质维生素C又称L－抗坏血酸(ascorbic acid)，是L－已糖酸内酷，具有不饱和的一烯二醇结构。抗坏血酸分子中c2和C3胫基可以氧化脱氢生成脱氢抗坏血酸，后者又可接受氢再还原成抗坏血酸（图20入类和其他灵长类、豚鼠等动物体内不能合成维生素C，必须由食物供给。维生素C广泛存在于新鲜蔬菜和水果中。植物中的抗坏血酸氧化酶能将维生素C氧化灭活为二酮古洛糖酸，所以久存的水果和蔬菜中维生素C含量会大量减少。干种子中虽然不含维生素C，但其幼芽可以合成，所以豆芽等是维生素C的丰富来源。


生物化学与分子生物学 九、维生素C 维生素C主要通过主动转运由小肠上段吸收进入血液循环。还原型抗坏血酸是细胞内与血液中的主要存在形式。血液中脱氢抗坏血酸仅为抗坏血酸的1/15。（二）生物学功能1.参与体内多种轻化反应维生素C是维持体内含铜轻化酶和a－酮戊二酸－铁胫化酶活性必不可少的辅因子。在含酮轻化酶催化的反应中，C正被氧化生成Cu2•，后者在维生素C的专一作用下，再还原为cu·o(1)苯丙氨酸代谢过程中，对轻苯丙酮酸在对轻苯丙酮酸胫化酶催化下生成尿黑酸。维生素C仇9i}缺乏时，尿中可出现大量对－胫苯丙酮酸。多巴胺B－胫化酶催化多巴胺胫化生成去甲肾上腺素，参与肾上腺髓质和中枢神经系统中儿茶酚胺的合成。维生素C的缺乏可引起这些器官中儿茶酚胺的代谢异常。(2)维生素C是胆汁酸合成的关键酶7a－轻化酶的辅酶，参与将40％的胆固醇正常转变成胆汁酸。此外，肾上腺皮质类固醇合成过程中的轻化作用也需要维生素C参与。3.维生素C具有增强机体免疫力的作用维生素C促进体内抗菌活性、NK细胞活性、促进淋巴细胞增殖和趋化作用、提高吞噬细胞的吞噬能力、促进免疫球蛋白的合成，从而提高机体免疫力。临床上用于心血管疾病、感染性疾病等的支待性治疗。


生物化学与分子生物学 （朱月春）第二十一章钙、磷及微量元素 无机元素对维持人体正常生理功能必不可少，按人体每日需要量的多寡可分为微量元素(trace element, microelement)和常量元素(macroelement)。微量元素在人体中存在量低千人体体重的0.01%、每日需要量在100mg以下。微量元素绝大多数为金属元素，主要包括铁、碟、铜、锌、猛、硒、氛炸且钻、铅、令儿锡、课、硅等。微量元素在体内一般结合成化合物或络合物，广泛分布于各组织中，含量较恒定。微量元素通过参与构成酶活性中心或辅酶、激素和维生素等在体内发挥十分重要的生理功能。常量元素是指人体含量大于体重的万分之一、且每日需要量在100mg以上的化学元素，主要有钠、钾、氯冉序磷、镁等。本章主要介绍钙、磷代谢，钠、钾、氯的代谢和生理功能等将在病理生理学中详尽介绍。钙、磷主要以无机盐形式存在体内，主要以胫基磷灰石的形式存在千骨骼和牙齿中，骨是人体内的钙、磷储库和代谢的主要场所。钙与磷除了作为骨的主要组成外，还具有许多重要的生理功能。长期缺乏无机元素均可导致相应的缺乏症。


生物化学与分子生物学 第一节钙、磷代谢 钙(calcium)是人体内含量最多的无机元素之一，仅次千碳、氢、氧和氮。新生儿体内钙总量约为29~30g，随着生长发育体内钙不断积累，成年女性体内钙的含量约为25mol(1000g)，成年男性约为3mol(1200g)。磷(phosphorus)在人体内的含量次于碳、氢、氧、氮和钙，约占人体重的1%，成人体内含600-900g的磷。包一、钙、磷在体内分布及其功能(—)钙既是骨的主要成分又具有重要的调节作用人体内99％的钙以轻基磷灰石[hydroxyapatite, Ca10(P04)6(OH)2]的形式存在，少量为无定形钙[Ca2(P04)2]，是轻基磷灰石的前体。轻基磷灰石是钙构成骨和牙的主要成分，起着支持和保护作用。


生物化学与分子生物学 第一节钙、磷代谢 成人血浆（或血清）中的钙含量为2.25-2.75mmo)/L(90-llO mg/L)，不到人体钙总量的0.1%,约一半是游离Ca2+；另一半为结合钙。结合钙绝大部分与血浆蛋白质结合，小部分与拧檬酸、重碳酸盐等结合；与血清蛋白质结合的钙主要与清蛋白结合，少量与球蛋白结合。游离钙与蛋白质结合钙在血浆中呈动态平衡状态。血浆pH可影响它的平衡，当血浆偏酸时，蛋白质结合钙解离，血浆游离钙增多；当pH升高时，蛋白质结合钙增多，而游离钙减少。平均每增减l个pH单位，每100ml血浆游离钙浓度相应改变0.42mmol(l.68mg)。血钙的正常水平对千维持骨骼内骨盐的含量、血液凝固过程、调节多种酶的活性、维持细胞膜的完整性和通透性和神经肌肉的兴奋性等方面具有重要的作用。


生物化学与分子生物学 第一节钙、磷代谢 分布千体液和其他组织中的钙不足总钙量的1%。细胞外液游离钙的浓度为1.12-1.23mmo)/L;细胞内钙浓度极低，且90％以上储存千内质网和线粒体内，胞质钙浓度仅为0.01-0. l mo)/L。胞质钙在启动骨骼肌和心肌细胞的收缩、作为第二信使在信号转导中发挥许多重要的生理作用（见第十七章）。（二）磷是体内许多重要生物分子的组成成分正常成人的磷主要分布千骨（约占85.7%)，其次为各组织细胞（约14%），仅少量（约0.03%）分第二十一童钙、磷及微匿元素布于体液。骨磷总量为600-900g，是钙含量的一半。成人血浆中无机磷的含量为1.1-1.3mmol/L(35-40mg/L)。磷除了构成骨盐成分、参与成骨作用外，还是核酸、核昔酸、磷脂、辅酶等重要生物分子的组成成分，发挥各自重要的生理功能。许多生化反应和代谢调节过程需要磷酸根的参与，ATP和磷酸肌酸等高能磷酸化合物作为能量的载体，在生命活动中起着十分重要的作用。无机磷酸盐还是机体中重要的缓冲体系成分。


生物化学与分子生物学 第一节钙、磷代谢 正常入血液中钙和磷的浓度相当恒定，每100ml血液中钙与磷含量之积为一常数，即[Ca]x[P]=35-40。因此，血钙降低时，血磷会略有增加。 二、钙、磷的吸收与排泄受多种因素影响 牛奶、豆类和叶类蔬菜是人体内钙的主要来源。十二指肠和空肠上段是钙吸收的主要部位。钙盐在酸性溶液中易溶解，凡使消化道内pH下降和增加钙肠道溶解度的物质均有利于钙的吸收。如乳糖可增加钙的吸收，其原因是乳糖可与钙鳌合形成低分子可溶性钙络合物及其乳糖可被肠道细菌分解发酵产酸。活性维生素D[l,25-(0H)2-D1]能促进钙和磷的吸收。凡能在肠道内与钙形成不溶性复合物的物质均干扰钙的吸收，如碱性磷酸盐、草酸盐和植酸盐可与钙形成不溶解的钙盐，不利千钙的吸收。钙的吸收随年龄的增长而下降。负荷运动等增加了机体对钙的需要，从而间接促进肠道吸收钙。正常成人肾小球每日滤过约9g游离钙，肾小管对钙的重吸收量与血钙浓度相关。血钙浓度降低可增加肾小管对钙的重吸收率，而血钙高时吸收率下降。肾对钙的重吸收受甲状旁腺激素的严格调控。


生物化学与分子生物学 二、钙、磷的吸收与排泄受多种因素影响 成人每日进食l.0~1.5g磷，食物中的有机磷酸酷和磷脂在消化液中磷酸酶的作用下，水解生成无机磷酸盐并在小肠上段被吸收。钙、镁、铁可与磷酸根生成不溶性化合物而影响其吸收。肾小管对血磷的重吸收也取决于血磷水平，血磷浓度降低可增高磷的重吸收率。血钙增加可降低磷的重吸收。pH降低可增加磷的重吸收。甲状旁腺激素抑制血磷的重吸收，增加磷的排泄。 三、骨是人体内的钙、磷储库和代谢的主要场所 由于体内大部位钙和磷存在于骨中，所以骨内钙、磷的代谢成为体内钙、磷代谢的主要组成。血钙与骨钙的相互转化对维持血钙浓度的相对稳定具有重要意义。骨的组成中水占10%；有机物质占20%，主要的有机基质是I型胶原；无机盐占70%，主要是胫基磷灰石。骨形成的初期，成骨细胞分泌胶原，胶原聚合成胶原纤维，并进而形成骨的有机基质。钙盐沉积于其表面，逐渐形成胫基磷灰石骨盐结晶。少量无定形骨盐与经基磷灰石结合疏松，可与细胞外液进行钙交换，与体液钙形成动态平衡。碱性磷酸酶可以分解磷酸酣和焦磷酸盐，使局部无机磷酸盐浓度升高，有利于骨化作用。因此，血液碱性磷酸酶活性增高可作为骨化作用或成骨细胞活动的指标。


生物化学与分子生物学 人体内钙、磷代谢与动态平衡见图21-1。四、钙、磷代谢主要受三种激素的调节 调节钙和钙代谢的主要激素有活性维生素D、甲状旁腺激素和降钙素。主要调节的靶器官有小（一）活性维生素D促进小肠钙的吸收和骨盐沉积1,25-(OH)了队对钙、磷代谢作用的主要靶摇官是小肠和骨。1,25-(OH)了队与小肠黏膜细胞特异的细胞内受体结合后，进入细胞核，刺激钙结合蛋白的生成。后者作为载体蛋白促进小肠对钙的吸收。同时磷的吸收也随之增加。｀生理剂量的1,25-(OH)了队可促进骨盐沉积，同时还可剌激成骨细＼，心份}食物：钙15mg/(kg. d)磷20mg/(kg. d)jL小肠吸收：钙6mg/(kg•d)肾小管重吸收：磷16mg/(kg·d)磷87mg/{kg·d)消化液分泌：钙3mg/(kg·d)磷3mg/(kg. d)胞分泌胶原，促进骨基质的成熟，有利于成骨。


生物化学与分子生物学 人体内钙、磷代谢与动态平衡见图21-1。四、钙、磷代谢主要受三种激素的调节 （二）甲状旁腺激素具有升高血钙和降低血磷的作用甲状旁腺激素(para th yro id hormon e,PTH)是甲状旁腺分泌的由84个氨基酸残基组成的蛋白质，其主要作用靶器官是骨和肾。PTH刺激破骨细胞的活化，促进骨盐溶解，使血钙增高与血磷下降。PTH促进肾小管对钙的重吸收，抑制对磷的重吸收。同时PTH还可刺激肾合成1,25-(OH)2-D3，从而间接地促进小肠对钙、磷的吸收。PTH的总体作用是使血钙升高。（三）降钙素是唯一降低血钙浓度的激素降钙素(calci tonin,CT)是甲状腺C细胞合成的由32个氨基酸残基组成的多肤，其作用靶器官为骨和肾。CT通过抑制破骨细胞的活性、激活成骨细胞，促进骨盐沉积，从而降低血钙与血磷含量。CT还抑制肾小管对钙、磷的重吸收。CT的总体作用是降低血钙与血磷。血钙与血磷在1,25-(0H)2-D3、PTH和CT的协同作用下维持其正常的动态平衡，总结于表21-1。


生物化学与分子生物学 人体内钙、磷代谢与动态平衡见图21-1。四、钙、磷代谢主要受三种激素的调节 •P'l'H:甲状旁腺激素(parathyroid hormone);·•CT：降钙素(calcitonin)五、钙、磷代谢紊乱可引起多种疾病维生素D缺乏可引起钙吸收障碍，导致儿童侚倭病和成入骨软化症。骨基质丧失和进行性骨骼脱盐可导致中、老年人骨质疏松症(osteoporosis)。甲状旁腺功能亢进与维生素D中毒可引起高血钙症(hypercalcemia汃尿路结石等。甲状旁腺功能减退症可引起低钙血症(hypocalcemia)。高磷血症常见千慢性肾病病入，与冠状动脉、心瓣膜钙化等严重心血管并发症密切相关；是引起继发性甲状旁腺功能亢进、维生素D代谢障碍、肾性骨病等的重要因素。维生素D缺乏也可减少肠乃，腔磷酸盐的吸收，是引起低磷血症的原因之一。 第二十一章钙、磷及微量元素397第二节微量元素 微蜇元素绝大多数为金属元素。在体内一般结合成化合物或络合物，广泛分布千各组织中，含量较恒定。微量元素主要来自食物，动物性食物含量较高，种类也较植物性食物多。


生物化学与分子生物学 第二十一章钙、磷及微量元素397第二节微量元素 微量元素通过形成结合蛋白、酶、激素和维生素等在体内发挥多种多样作用。其主要生理作用为心参与构成酶活性中心或辅酶：人体内一半以上酶的活性部位含有微量元素。有些酶需要微量元素才能发挥最大活性，有些金属离子构成酶的辅基，如细胞色素氧化酶中有Fe2+，谷胱甘肤过氧化物酶(GSH-Px)含硒。＠参与体内物质运输：如血红蛋白含Fe2＋参与02的送输，碳酸酐酶含锌参与CO2的送输。＠参与激素和维生素的形成：如碳是甲状腺素合成的必需成分，钻是维生素B12的组成成铁(iron)是人体含量、需要量最多的微量元素，约占体重的0.0057%，总量为4~5g。成年男性平均含铁量为50mg/kg体重，女性为30mg/kg体重。成年男性和绝经后妇女每日约需铁10mg，生育期妇女每日约需15mg，儿童在生长发育期、妇女在妊娠哺乳期对铁的需要量增加。肉类、乳制品、豆类等食物含有丰富的铁。尽（一）运铁蛋白和铁蛋白分别是铁的运输和储存形式75％的铁存在于铁卧啾化合物中，25％存在于非铁叶啾含铁化合物中，主要有含铁的黄素蛋白、铁硫蛋白、铁蛋白和运铁蛋白等。


生物化学与分子生物学 第二十一章钙、磷及微量元素397第二节微量元素 铁的吸收部位主要在十二指肠及空肠上段。络合物中的铁的吸收大于无机铁。无机铁仅以Fe2+形式被吸收，Fe“难以吸收。食物中的铁可分为血红素铁和非血红素铁，主要是Fe3+，需经胃酸的作用使其游离并还原成Fe”后被吸收。凡能将Fe”还原为Fe2＋的物质如维生素C、谷胱甘肤、半胱氨酸等以及能与铁离子络合的物质如氨基酸、拧檬酸、苹果酸等均有利千铁的吸收，是临床补铁药研制和应用的原理。吸收的铁(Fe2+）在小肠黏膜细胞中被氧化为Fe3+，进入血液与运铁蛋白(transfenin)结合而运输，运铁蛋白是运输铁的主要形式。当细胞内铁浓度较高时诱导细胞生成脱铁蛋白(apoferritin)，并与其结合成铁蛋白(ferri tin)而储存。铁也与血黄素结合成含铁血黄素。铁蛋白和含铁血黄素是铁的储存形式，主要储存于肝、脾、骨髓、小肠黏膜等器官。铁蛋白由24个亚基组成，可结合多达450个Fe3+o80％的功能铁存在于红细胞中。衰老的红细胞被网状内皮细胞吞噬后，血红蛋白降解过程中产生的铁约有85％以转铁蛋白或铁蛋白的形式重新被释放进入机体重新利用。


生物化学与分子生物学 第二十一章钙、磷及微量元素397第二节微量元素 小肠黏膜上皮细胞的生命周期为2~6天，储存于细胞内的铁蛋白铁随着细胞的脱落而排泄于肠腔。这几乎是体内铁的唯一排泄途径。妇女由千月经失血可排出铁，尿、汗、消化液、胆汁中均不含铁。铁吸收的效率是有限的，大量铁被运输至骨髓参与血红蛋白的合成。衰老的红细胞释放的铁被重新利用等过程是铁在体内代谢的主要过程（图21-2)。（二）体内铁主要存在于铁叶瞅化合物和其他含铁化合物中体内的铁可分为储存铁和功能铁。储存铁为铁蛋白和含铁血黄素。而功能铁参与组成多种具有生物学活性的蛋白质。铁是血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素系统、铁硫蛋白、过氧化物酶及过氧化氢酶等的重要组成部分，在气体运输、生物氧化和酶促反应中均发挥重要作用。体内铁约75％存在千铁卧琳化合物中，25％存在于其他含铁化合物（如含铁的黄素蛋白、铁硫蛋白、运铁蛋白等）中。


生物化学与分子生物学 （三）铁的缺乏与中毒均可引起严重的疾病 铁缺乏是一种常见的营养缺乏病，特别是在婴幼儿、孕妇和哺乳期妇女中更易发生。当急性大量1飞0肌红蛋白、(::了含铁蛋白卜乏立（丿5;：/<~(1000mg)出血、慢性小量出血（如消化道溃疡、妇女月经失调出血等）以及儿童生长期和妇女妊娠、哺乳期等情况下，铁得不到额外的补充，机体对铁的需求与供给失衡，导致体内贮存铁耗尽均会引起体内缺铁。由于铁的缺乏，血红蛋白合成受阻，导致小细胞低血色素性贫血(small cell low hemoglobin anemia)，即缺铁性贫血(iron deficiency anemia)的发生。贫血的严重程度取决于血红蛋白(hemoglobin)减少的程度。缺铁性贫血能引起患儿的心理活动和智力发育的损害及其行为的改变等，严重时可增加婴幼儿的死亡率。成人因缺铁导致的缺铁性贫血也可出现诸如乏力、易倦、头晕、心脖、气短、心率增快等一系列症状。


生物化学与分子生物学 （三）铁的缺乏与中毒均可引起严重的疾病 持续摄入铁过多或误服大量铁剂，可发生铁中毒(iron poisoning)。体内铁沉积过多可引起肺、肝、肾、心、胰等处的含铁血黄素沉着而出现血色素沉积症(hemochromatosis)，并可导致栓塞性病变和纤维变性，出现肝硬化、肝癌、糖尿病、心肌病、皮肤色素沉着、内分泌紊乱、关节炎等。 二、锌 锌(zinc)在人体内的含量仅次于铁，约占体重的0.0033%，为1.5~2.5g。成人每日需锌15~20mg。肉类、豆类、坚果、麦胚等含锌丰富。


生物化学与分子生物学 二、锌 （一）清蛋白和金属硫蛋白分别参与锌的运输和储存许多组织含有较多锌，60％在肌肉、22%~30％在骨髓，8％在皮肤和毛发等。因此可以通过检测毛发中的锌含量分析人体是否缺锌。每日需锌10~20mg，不同年龄人群锌的需要量不同，1~9岁需lOmg,10岁以上为15mg，孕妇和哺乳期女性为20mg。锌主要在小肠中吸收，但不完全。某些地区的谷物中含有较多的能与锌形成不溶性复合物的6－磷酸肌醇，从而影响锌的吸收。肠腔内有与锌特异结合的因子，能促进锌的吸收。肠黏膜细胞中的锌结合蛋白能与锌结合并将其转动到基底膜一侧，锌在血中与清蛋白结合而运输。血锌浓度为0.1~0.15mmol/L。锌与金属硫蛋白(metallothionein)结合是锌在体内储存的主要形式。锌主要随胰液、胆汁排泄入肠腔。由粪便排出，部分锌可从尿及汗排出。


生物化学与分子生物学 （二）锌是含锌金属酶和锌指蛋白的组成成分 锌是80多种含锌酶的组成成分或激动剂。如DNA聚合酶(DNA polymerase)、RNA聚合酶(RNA polymerase)、金属酶(metalloenzyme)、碱性磷酸酶(alkaline phosphatase)、碳酸酐酶(cru·bonic anhydrase)、乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase)、谷氨酸脱氢酶(glutamate dehydrogenase)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase)等，参与体内多种物质的代谢，在促进生长发育和组织再生、免疫调节、抗氧化、抗细胞凋亡和抗炎中起着十分重要的作用。锌也是合成胰岛素所必需的元素。催化视网膜和肝细胞中维生素A还原的醇脱氢酶含锌。当缺锌时此酶活性降低，肝中的维生素A动员下降，导致维生素A的利用障碍。人类基因组可编码300余种锌指蛋白。许多蛋白质，如反式作用因子、类固醇激素和甲状腺素受体的DNA结合区，都有锌参与形成的锌指结构。锌指结构在转录调控中起重要作用。已知锌是重要的免疫调节剂、生长辅因子，在抗氧化、抗细胞凋亡和抗炎症中均起重要作用。


生物化学与分子生物学 （三）缺锌可导致多种代谢障碍 锌的补充依赖体外摄入，如果各种原因引起锌的摄入不足或吸收困难，均可引起锌的缺乏。锌缺乏可引起消化功能紊乱、生长发育滞后、智力发育不良，皮肤炎、伤口愈合缓慢、脱发、神经精神障碍等；儿童可出现发育不良和睾丸萎缩。 三、铜 成人体内铜(copper)的含量约占体重的1.4x10-4%，为80~ll0mg，骨骼肌中约占50%,10％存在于肝。成人每日需铜l~3mg，孕妇和成长期的青少年可略有增加。动植物食物均含不同量的铜。贝壳类、甲壳类动物含铜量较高，动物内脏含铜较多，其次为坚果、干豆、葡萄干等。（一）铜参与铜蓝蛋白的组成铜主要在十二指肠吸收。血液中约60％的铜与铜蓝蛋白(ceruloplasmin)紧密结合，其余的与清蛋白疏松结合或与组氨酸形成复合物。肝脏是涸节体内铜代谢的主要器官。铜主要随胆汁排泄，极少部分由尿排出。（二）铜是体内多种含铜酶的辅基铜是体内多种酶的辅基，含铜的酶多以氧分子或氧的衍生物为底物。如细胞色素氧化酶、多巴胺归经化酶、单胺氧化酶、酪氨酸酶、胞质超氧化物歧化酶等。铜蓝蛋白可催化Fe2＋氧化成Fe“，后者转入运铁蛋白，有利于铁的运输。已知铜通过增强血管生成素对内皮细胞的亲和力，增加血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)和相关细胞因子的表达与分泌，促进血管生成。铜的络合剂有助于癌症的治疗。（三）铜缺乏可导致小细胞低色素性贫血等疾病铜缺乏的特征性表现为小细胞低色素性贫血、白细胞减少、出血性血管改变、骨脱盐、高胆固醇血症和神经疾患等。铜摄入过多也会引起中毒现象，如蓝绿粪便、唾液以及行动障碍等。体内铜代谢异常的遗传病目前除肝豆状核变性(hepatolenticu如degeneration, Wilson di sease)外，还发现有门克斯病(Me nkes disease)表现为铜的吸收障碍导致肝、脑中铜含量降低，组织中含铜酶活力下降，机体代谢紊乱。


生物化学与分子生物学 三、铜  四、令孟 正常入体内含猛(manganese)约占体重的30xlO-5%，为12-20mg。成人每日需2~5mg。猛存在于多种食物中，以荼叶中含量最丰富。(—)大部分猛与血浆中丫球蛋白和清蛋白结合而运输猛在体内主要储存千骨、肝、胰和肾。在细胞内则主要集中千线粒体中。猛主要从小肠吸收，猛在肠道中吸收与铁吸收机制类似，吸收率较低。入血后大部分与血浆中丫球蛋白和清蛋白结合而运输。少量与运铁蛋白结合。猛主要从胆汁排泄，少量随胰液排出，尿中排泄很少。（二）猛是多种酶的组成部分和激活剂体内猛主要是多种酶的组成成分和激活剂。猛金属酶有精氨酸酶、谷氨酰胺合成酶、磷酸烯醇式丙酮酸脱狻酶、Mn－超氧化物歧化酶、RNA聚合酶等。体内猛对多种酶的激活作用可被镁所代替。体内正常免疫功能、血糖与细胞能量调节、生殖、消化、骨骼生长、抗自由基等均需要猛。缺猛时生长发育会受到影响。


生物化学与分子生物学 吓岔400第四篇医学生化专题（三）过量摄入韦孟可引起中毒 猛的缺乏较少发生。过量摄入猛可引起中毒，主要原因是生产及生活中防护不善，以粉尘形式进入人体所致。猛是一种原浆毒，可引起慢性神经系统中毒，表现为锥体外系的功能障碍，并可引起眼球集合能力减弱，眼球震颤、脸裂扩大等。猛可抑制呼吸链中复合物1和ATP酶的活性，造成氧自由基的过量产生。猛干扰多巴胺的代谢，导致精神病和帕金森神经功能障碍（猛疯狂）。 五、硒 人体含硒(selenium)所占体重小于2x l0-7%，为14-21mg。成人日需要量在30-50µg。肉类、奶制品和蔬菜中均含硒。但食物中硒的含量随地域不同而异，而植物中硒含量受种植的土壤含硒量的影响。


生物化学与分子生物学 五、硒 （一）大部分硒与0:和p球蛋白结合而运输硒在十二指肠吸收入血后与a和6球蛋白结合，小部分与VLDL结合而运输。硒广泛分布于除脂肪组织以外的所有组织中。主要以含硒蛋白质形式存在。主要随尿及汗液排泄。（二）硒以硒代半胱氨酸形式参与多种重要硒蛋白的组成硒在体内以硒代半胱氨酸(selenocysteine)的形式存在于近30种蛋白质中。这些含硒半胱氨酸的蛋白质称为含硒蛋白质(selenoprotein)。谷胱甘肤过氧化物酶(glutathione peroxidase, GPx汃硒蛋白P(se lenoprotein P, Se-P)、硫氧还蛋白还原酶(thioredoxin reductase, Trx)、碟甲腺原氨酸脱碟酶(iodothy ronine deiodinase)均属此类。


生物化学与分子生物学 五、硒 硒蛋白P是血浆中的主要硒蛋白，可表达千各种组织，如动脉内皮细胞和肝血窦内皮细胞。硒蛋白P是硒的转运蛋白，也是内皮系统的抗氧化剂。硫氧还蛋白还原酶参与调节细胞内氧化还原过程，刺激正常和肿瘤细胞的增殖，并参与DNA合成的修复机制。磺甲腺原氨酸脱碳酶是一种含硒酶，可激活或去激活甲状腺激素。这是硒通过调节甲状腺激素水平来维持机体生长、发育与代谢的重要途径。此外，硒还参与辅酶Q和辅酶A的合成。 （三）硒缺乏可引发多种疾病 缺硒可引发很多疾病，如糖尿病、心血管疾病、神经变性疾病、某些癌症等。世界上不同地区的土壤中含硒量不同，影响食用植物中硒的含量，从而影响人类硒的摄取量。克山病［也称地方性心肌病(e ndemic cardiomyopathy, ECD)］和大骨节病都被认为是由千地域性生长的农作物中含硒量低引起的地方病。由千硒的抗氧化作用，服用硒（如200µg/d)或含硒制剂可以明显降低某些癌症（如前列腺癌、肺癌、大肠癌）的危险性。硒过多也会引起脱发、指甲脱落、周围性神经炎、生长迟缓及生育力降低等中毒症状。


生物化学与分子生物学 六、磺 正常成人体内碟(iodi ne)约占体重的4.3xl0-5%，为25-50mg，成入每日需殡100-300µg。大多数食物含碟量较低，而海产品含碟量较高，其原因是海产动植物可富集海水中的碳。（一）磺在甲状腺中富集人体内的姨约30％集中在甲状腺内，用于合成甲状腺激素。60%-80％以非激素的形式分散于甲状腺外。殡主要由食物中摄取，吸收部位主要在小肠吸收率可高达100%。碟主要随尿排出，尿碟约占总排泄量的85%，其他由粪便、汗腺和毛发排出。（二）磺是甲状腺激素的组成成分碳在人体内的一个主要作用是参与甲状腺激素的合成。碟的另一重要功能是抗氧化作用。在含殡细胞中有H202和脂质过氧化物存在时，碳可作为电子供体发挥作用。殡可与活性氧竞争细胞成分吓I.,和中和经自由基，防止细胞遭受破坏。（三）磺缺乏可引起地方性甲状腺肿成人缺碳可引起甲状腺肿大，称甲状腺肿。严重可致发育停滞、痴呆，如胎儿期缺碟可致呆小病、智力迟钝、体力不佳等严重发育不良。常用的预防方法是食用含姨盐或殡化食油等。若摄入碟过多可导致高碟性甲状腺肿，表现为甲状腺功能亢进及一些中毒症状。


生物化学与分子生物学 七、钻 正常人体钻(cobalt)的含量所占体重小于2. Oxl0-8%，为1.1mg。人体对钻的需要量小于1哆g/d。绿叶蔬菜含钻量较高，而奶和奶制品含钻量较低。小麦精加工钻的损伤较大。(—)钻在小肠的吸收形式是维生素B12来自食物中的钻必需在肠内经细菌合成维生素B12后才能被吸收利用，主要以维生素B12和维生素B12辅酶形式储存于肝。钻主要从尿中排泄，且排泄能力强，很少出现钻蓄积过多的现象。（二）钻是维生素B12的组成成分钻的作用主要以维生素见和维生素B12辅酶形式发挥其生物学作用。钻可激活很多酶，如能增加人体唾液中淀粉酶的活性，能增加胰淀粉酶和脂肪酶的活性等。（三）钻缺乏常表现为维生素B12缺乏的一系列症状钻参与造血，在胚胎时期就参与造血过程，钻的缺乏可使维生素B12缺乏，而维生素B12缺乏可引起巨幼细胞贫血。钻可以治疗巨幼红细胞贫血，当通过补钻不能得到纠正时，需增加肠道对维生素见的吸收才能有效。


生物化学与分子生物学 八、氮 成入体内含氛(fluorine)约占体重的3. Oxl0-8%，为2~6g，其中90％分布于骨、牙中，少量存在千指甲、毛发、神经、骨骼肌中。策的生理需要量每日为0.5-1.0mg。颌的主要来源是饮用水。(—)氮主要与球蛋白结合而运输氮主要经胃肠道吸收，氛易吸收且迅速。吸收后与球蛋白结合而运输，少量以氪化物形式运输。体内氛约80％从尿排出。（二）氮与骨、牙的形成及钙、磷代谢密切相关氮能与轻磷灰石吸附，取代其轻基形成氮磷灰石，从而加强对龋齿的抵抗作用。此外，熊还可直接刺激细胞膜中G蛋白，激活腺昔酸环化酶或磷脂酶C，启动细胞内cAMP或磷脂酰肌醇信号系统，引起广泛生物效应。（三）体内氮缺乏或过多均可引起疾病缺氮时，由于牙釉质中不能形成氛磷灰石，牙釉质易被微生物、有机酸和酶侵袭而发生龋齿。氛对铁的吸收、利用有促进作用。缺佩可致骨质疏松，易发生骨折；牙釉质受损易碎。颌过多可引起骨脱钙和白内障，并可影响肾上腺、生殖腺等多种器官的功能。一些地方因环境、土壤、水源等原因导致长期摄入过量须而引起被称地方性瓶中毒的一种慢性全身性疾病，主要表现为氛斑牙和氯骨症。


生物化学与分子生物学 九、络 铭(chromium)在成人中总蓝所占体重小于1. l X10-6%，为6mg左右，每日需要量为30~40µg。谷类、豆类、海藻类、啤酒酵母、乳制品和肉类是铭的最好来源，尤以肝含量丰富。（一）细胞内铭主要存在于细胞核中人体对无机辂的吸收很差，约为0.5%-1%，并取决于铭的摄入量和机体的状态。六价铭比三价恪吸收好。95％以上摄入的铭从尿中排出。细胞内的铭50％存在于细胞核内，23％存在于胞质，其余部分均分布在线粒体和微粒体中。头发中的恪能提示个体铭的营养状况。


生物化学与分子生物学 402第四篇医学生化专题（二）络与胰岛素的作用密切相关 铭是铭调素(chromodulin)的组成成分。恪调素是一种低分子量的寡肤，由甘氨酸、半胱氨酸、谷氨酸和天冬氨酸等4种氨基酸残基组成，每分子可紧密结合4个铭离子(C产）。辂调素通过促进胰岛素与细胞受体的结合，增强胰岛素的生物学效应。辂是葡萄糖耐量因子(glucose tolerance factor, GTF)的重要组成成分，GTF是由三价辂、烟酸、谷氨酸、甘氨酸和含硫氨基酸组成的活性化合物，它能增强胰岛素的生物学作用，可通过活化葡糖磷酸变位酶而加快体内葡萄糖的利用，并促使葡萄糖转化为脂肪。动物实验证明，铭还具有预防动脉硬化和冠心病的作用，并为生长发育所需要。 （三）络过量对人体具有危害 因膳食因素所致辂摄取不足而引起的缺乏症未见报道。若铭缺乏，主要表现为胰岛素的有效性降低，造成葡萄糖耐量受损，血清胆固醇和血糖上升。但过量可出现辂中毒。六价铭的毒性比三价辂高约100倍，但不同化合物毒性不同。临床上铭及其化合物主要侵害皮肤和呼吸道，出现皮肤黏膜的刺激和腐蚀作用，如皮炎、溃疡、咽炎、胃痛、胃肠道溃疡，伴有周身酸痛、乏力等，严重者发生急性肾衰竭。


生物化学与分子生物学 十、钢 钮(vanadium)约占体重的1.4xl0-6%，总量为25mg左右，每日需要量为60µg。日常食用的蔬菜韭菜、西红柿、茄子等含比较丰富的钮，坚果和海产品等钮含量次之，而肉类和水果中的饥含量则比较少。 （一）钢以离子状态与转铁蛋白结合而运输 环境中的帆可经皮肤和肺吸收入体中。血液中约95％的钮以离子状态(vo2+)与转铁蛋白结合而运输，因此钮与铁在体内可相互影响。吸烟会降低钥的吸收。吸收入体内的矶主要储存在脂肪组织中，少量分布于肝、肾、甲状腺和骨等部位。大部分钠由尿排出，也可通过胆汁排出。（二）钢可能通过与磷酸和Mg2＋竞争结合配体干扰细胞的生化反应过程铣的主要形式为vo-3，经离子转运系统或自由进入细胞，在胞内被还原型谷胱甘肤还原成VO气vo-3与磷酸结构相似，vo2＋与M忙的离子半径大小相当，因而两者就有可能通过与磷酸和M矿竞争结合配体千扰细胞的生化反应过程。如抑制核糖核酶、磷酸果糖激酶、磷酸甘油醒激酶、葡糖－6－磷酸酶、蛋白质酪氨酸激酶。所以，饥进入细胞后具有广泛的生物学效应。


生物化学与分子生物学 （三）钢可作为多种疾病治疗的辅助药物 钮对哺乳动物的造血功能有促进作用，可增加铁对红细胞的再生作用，给出血后贫血及患败血症的人补充钮，对造血功能有促进作用。饥离子在牙釉质和牙质内可增加轻基磷灰石的硬度，可置换到磷灰石分子中，可以预防龋齿。钮因其胰岛素样效应，因此具有降血糖作用。另外，钮有抑制胆固醇合成的作用，使血浆磷酸酷和胆固醇水平降低以及主动脉胆固醇浓度下降等。


生物化学与分子生物学 十一、硅 硅(s山con)是人体必需的微量元素之一，占体重小于1.4X10-6%，约18mg。每日需要量为20~50mg。燕麦、惹米、玉米、稻谷等天然谷物含有丰富的硅，动物肝、肉类、蔬菜以及水果也含有硅。(—)血液中的硅以单晶硅的形式存在硅不易吸收，膳食硅的形式对硅的吸收影响很大，稳定的胶体硅吸收较好。血液中的硅不与蛋白质结合，几乎全部以非解离的单晶硅的形式存在。吸收入血的硅迅速被转移至细胞或从尿液中排出。（二）硅参与结缔组织和骨的形成硅是胶原组成成分之一，在胶原形成过程中脯氨酸的胫基化需脯氨酰轻化酶，而此酶具有最大活性时则需要硅的存在；硅可使黏多糖互相连接，连接的黏多糖可与蛋白质结合形成纤维结构，可增加1飞结缔组织的弹性和强度，并维持其结构的完整性；食物中的硅能增加钙化的速度，尤其当钙摄入量低第二十一章钙、磷及微量元素时效果更为明显，在钙化初始阶段起作用，因此硅参与骨的钙化作用。


生物化学与分子生物学 （三）长期吸入大量含硅的粉尘可引起硅沉着病 长期吸入大量含有游离二氧化硅粉尘可引起肺部广泛的结节性纤维化病变，微血管循环受到障碍，是硅沉着病发病的主要原因。硅摄入不足也可导致一些疾病的发生，如血管壁中硅含量与人和动物粥样硬化程度呈反比。 十二、镶 正常成年人体内含镌(nickel)占体重小于1.4xl0-5%，为6~10mg，每日生理需要量为25~35µg。丝瓜、蘑菇、大豆以及茶叶等锦的含量较高，肉类和海产类镌含量较多，植物性食品锦的含量比动物性食品高。 （一）镖主要与清蛋白结合而运输 吸收入血的银主要与清蛋白结合而运输。镌主要分布千肾、肺、脑、脊髓、软骨、结缔组织，皮肤等部位。一小部分锦可与组氨酸、天冬氨酸、CX2巨球蛋白结合。组氨酸可以从清蛋白中转移出镌，并介导其进入细胞。 （二）镶与多种酶的活性有关 镌可激活多种酶，当镌缺乏时，肝内葡糖－6－磷酸脱氢酶、乳酸脱氢酶、异拧檬酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶和谷氨酸脱氢酶等合成减少、活性降低，影响NADH的生成、糖的无氧酵解、三狻酸循环等代谢。铢参与激素作用和生物大分子的结构稳定性及新陈代谢。镌还参与多种酶蛋白的组成，并具有刺激造血、促进红细胞生成的作用。


生物化学与分子生物学 （三）镁是最常见的致敏性金属 铢是一种潜在的致敏因子，可引起皮肤过敏。约有20％左右的人对铢离子过敏，女性高于男性，锦离子可通过毛裂和皮脂腺渗入皮肤而引起皮肤过敏，临床表现为皮炎和湿疹。碳基银以蒸气形式迅速由呼吸道吸收，也能由皮肤少噩吸收，具有很强的毒性。贫血病人血铢含量减少，伴有铁吸收减少，而给予锦增加造血功能。缺银还可引起糖尿病、贫血、肝硬化、尿毒症、肝脂质和磷脂代谢异常等。 十三、铝 一个体重70kg的健康人，铝(molybdenum)占体重小于7. Ox10-6%，约9mg。成人适宜摄入量为每日60µ,g；最高可耐受摄入量为每日350µ,g。动物肝、绿豆、纳豆、蛋、牛奶、糙米和肉类等食物均含有铝。（一）铝以铝酸根的形式与血液中的红细胞松散结合而转运铝酸盐被吸收后可与血液中的红细胞松散结合而转运，血液中的铝大部分被肝、肾摄取。一部分铝在肝中参与含钥酶的合成，也可与蝶呤结合形成含铝的辅基储存于肝。人体主要通过调节肾脏排泄速率维持体内铝平衡。


生物化学与分子生物学 （二）铝是三种含铝酶的辅基 黄嗦呤氧化酶、酸氧化酶和亚硫酸盐氧化酶的辅基为钜，催化一些底物的轻化反应。黄嗦呤氧化酶催化次黄嗦呤转化为黄嗦呤；睦氧化酶催化啥唗、嗦呤、蝶唗等的氧化；亚硫酸盐氧化酶可催化亚硫酸盐向硫酸盐的转化。 （三）铝缺乏与多种疾病的发生发展有关 铝缺乏可导致儿童和青少年生长发育不良、智力发育迟缓，并与克山病、肾结石和大骨节病等疾病的发生有关。一些低铝地区食管癌发病率高，补铝后能降低食管癌的发病率，缺铝使得亚硝酸还原成氧降低，与亚硝酸在体内富集有关。十四、锡人体锡(tin)约占体重的4.3xl0-5%，每日需要消耗的锡蜇非常少，约需3.5µ,g。正常饮食的食物中所含锡能满足人体的需要。动物内脏和谷类是锡的良好来源。 (—)锡主要由胃肠道和呼吸道进入人体 锡除了胃肠道吸收外，也可通过呼吸道进入人体，皮肤及眼结膜等也是锡进入人体的途径。当体内锡不缺乏时，即使补锡也不容易被吸收。锡主要从粪便和尿液中排出。（二）锡可促进蛋白质和核酸的合成体内锡的作用主要为促进生长发育、影响血红蛋白的功能和促进伤口的愈合。这些作用与锡促进蛋白质和核酸的合成有关。


生物化学与分子生物学 （三）缺锡可导致蛋白质和核酸代谢的异常 缺锡引起的症状少而不明显，且迄今尚未有人体锡缺乏病的报告。当人体明显缺锡将导致蛋白质和核酸的代谢异常，从而阻碍生长发育，若严重缺锡发生在儿童，有可能导致侁儒症的发生。食用锡污染的水果罐头，可出现恶心、呕吐、腹泻等急性胃肠炎症状。锡冶炼工人在高锡烟尘浓度环境中工作，可能发生锡尘肺。长期接触四氯化锡的工人可有呼吸道刺激症状和消化道症状。四氯化锡尚可引起皮肤溃烂和湿疹。锡中毒可引起血清中钙含揽降低。钙、磷主要以无机盐形式存在体内，约99％以上的钙与85.7％以上的磷以胫磷灰石的形式存在于骨骼和牙齿中，骨是人体内的钙、磷储库和代谢的主要场所。钙与磷除了作为骨的主要组成外，还具有许多重要的生理功能，钙、磷代谢受PTH、CT和I,25～二径维生素队调控，并维持血钙与血磷浓度的相对恒定。


生物化学与分子生物学 （三）缺锡可导致蛋白质和核酸代谢的异常 微量元素在人体中存在量低于人体体重0.01%、每日需要量在100mg以下。绝大多数为全属元素。在体内一般结合成化合物或络合物，广泛分布于各组织中，含量较恒定。微量元素通过形成结合蛋白、酶、激素和维生素等在体内发挥着参与构成酶活性中心或辅酶、参与体内物质运输、参与激素和维生素的形成等重要生理作用。铁是血红蛋白、呼吸链的主要复合物等的重要组成部分。锌是含锌全属酶和许多锌指蛋白的组成成分。铜是体内多种酶的辅基。钻是多种酶的组成成分和激活剂。硒在体内以硒半胱氨酸的形式存在于硒蛋白中。碟参与甲状腺激素的合成。钻主要以维生素B12的形式发挥作用。氯与骨、牙的形成及钙、磷代谢密切相关。辂是辂调素的组成成分。钗可能通过与磷酸和M矿竞争结合配体干扰细胞的生化反应过程。硅参与结缔组织和骨的形成。铢参与多种酶蛋白的组成，与多种酶的活性有关。铝是三种含铝酶（黄啋呤氧化酶、酪氧化酶和亚硫酸盐氧化酶）的辅基。锡可促进蛋白质和核酸的合成。长期缺乏微量元素可导致相应的缺乏症。


生物化学与分子生物学 （三）缺锡可导致蛋白质和核酸代谢的异常 1.钙、磷在人体内的主要作用有哪些？钙、磷代谢如何调控？钙、磷代谢紊乱与哪些疾病的发生发展有关？2.什么是微量元素？简述微量元素发挥生理作用的主要形式和机制。3.哪些微量元素的缺乏可引起贫血？引起的贫血类型有哪些？发病机制是什么？（汪渊）


生物化学与分子生物学 第二十二章癌基因和抑癌基因 正常机体内，各种细胞的新生、生长、增殖、分化、衰老和死亡受到多种基因的严格调节和控制，从而确保正常生命活动的有序进行。肿瘤发生的关键正是这些基因异常所导致的细胞增殖失去控制，这也是癌细胞区别于正常细胞的一个显著特征。与肿瘤发生密切相关的基因，可分为三类：心细胞内正常的原癌基因(proto-oncogene)，其作用通常是促进细胞的生长和增殖，阻止细胞分化，抵抗凋亡；＠抑癌基因，或称肿瘤抑制基因(tumor suppresso r gene)，通常抑制增殖，促进分化，诱发凋亡；＠基因组维护基因(genome maintenan ce gene)，参与DNA损伤修复，维持基因组完整性（见第十三章）。当细胞受到各种致癌因素的作用时，可引起原癌基因或抑癌基因的结构或表达调控异常，导致原癌基因活化或抑癌基因失活，直接导致细胞生长增殖的失控而形成肿瘤。而基因组维护基因的编码产物则不直接抑制细胞增殖，这类基因在致癌因素的作用下发生突变失活后，可导致基因组不稳定，从而间接地通过增加基因突变频率、使原癌基因或抑癌基因突变来引发肿瘤发生。因此，基因组维护基因也可归属千抑癌基因。


生物化学与分子生物学 第二十二章癌基因和抑癌基因 本章主要阐述原癌基因、癌基因和抑癌基因的基本概念，并介绍原癌基因激活和抑癌基因失活的机制及其在肿瘤发生发展中的作用。 第一节癌基因 癌基因(oncogene)是能导致细胞发生恶性转化和诱发癌症的基因。绝大多数癌基因是细胞内正常的原癌基因(proto-oncogene)突变或表达水平异常升高转变而来，某些病毒也携带癌基因。一、原癌基因是人类基因组中具有正常功能的基因原癌基因及其表达产物是细胞正常生理功能的重要组成部分，原癌基因所编码的蛋白质在正常条件下并不具致癌活性，原癌基因只有经过突变等被活化后才有致癌活性，转变为癌基因。在20世纪70年代中期，研究人员提出，肿瘤发生是由于细胞中的原癌基因在致癌因素的作用下激活或突变为致癌基因而引起。原癌基因在进化上高度保守，从单细胞酵母、无脊椎生物到脊椎动物乃至人类的正常细胞都存在着这些基因。原癌基因的表达产物对细胞正常生长、增殖和分化起着精确的调控作用。在某些因素（如放射线、有害化学物质等）作用下，这类基因结构发生异常或表达失控，转变为癌基因，导致细胞生长增殖和分化异常，部分细胞发生恶性转化从而形成肿瘤。


生物化学与分子生物学 第一节癌基因 许多原癌基因在结构上具有相似性，功能上亦高度相关。故而可据此将原癌基因和癌基因区分为不同的基因家族，重要的有SRC、RAS和MYC等基因家族。SRC家族包括SRC和LCK等多个基因。SRC最初是在引起肉瘤（罗竺oma)的劳斯肉瘤病毒(Rous sarcoma virus, RSV)中发现的，病毒癌基因名为v-src。该基因家族的产物具有酪氨酸激酶活性（见第十七章），在细胞内常位于膜的内侧部分，接受受体酪氨酸激酶（如PDGF受体）的活化信号而激活，促进增殖信号的转导。这些酶因突变而导致的待续活化是其促进肿瘤发生的主要原因。


生物化学与分子生物学 第一节癌基因 RAS家族包括H-RAS、K-RAS、N-RAS等成员。H-RAS和K-RAS最初分别在Harvey大鼠肉瘤病毒（旦arvey些t包arcoma virus)和Kirsten鼠科肉瘤病毒(~irsten murine s釭coma virus)中克隆，分别称为v-Hras和v-Kras。原癌基因K-RAS突变是恶性肿瘤中最常见的基因突变之一，在81％的胰腺癌病人的肿瘤组织可检测到。RAS基因编码低分子量G蛋白（见第十七章），在肿瘤中发生突变后，往往造成其GTP酶活性丧失，RAS始终以GTP结合形式存在，即处于待续活化状态，导致细胞内的增殖信号通路持续开放。MYC家族主要包括C-MYC、N-MYC和L-MYC。MYC最初在禽骨髓细胞瘤病毒(avian!!!YeloQytomatosis virus, AMV)被发现，并因而得名为v-myc。MYC基因家族编码转录因子，有直接调节其他基因转录的作用。原癌基因C-MYC编码的49kD的MYC与MAX蛋白形成异二聚体，与特异的顺式作用元件结合，活化靶基因的转录。MYC的靶基因多编码细胞增殖信号分子，故细胞内MYC蛋白可促进细胞的增殖。


生物化学与分子生物学 二、某些病毒的基因组中含有癌基因 一些病毒能导致肿瘤发生，称为肿瘤病毒(tumor virus)。肿瘤病毒大多为RNA病毒，且目前发现的RNA肿瘤病毒都是逆转录病毒，如前述的RSV、AMV、Harvey大鼠肉瘤病毒和Kirsten鼠科肉瘤病毒等。DNA肿瘤病毒常见的有人乳头瘤病毒(Human papillomavirus, HPV)和乙型肝炎病毒(Hepati tis B virus,HBV)等。RNA肿瘤病毒和DNA肿瘤病毒的致癌机制不同。事实上，癌基因最早发现于RNA肿瘤病毒。1910年，Rous F首次发现病毒可导致鸡肉瘤，提出病毒导致肿瘤的观点。该病毒后来被命名为劳斯肉瘤病毒(Rous sarcoma virus, RSV)。在深入研究RSV的致癌分子机制时，研究人员比较了具备转化和不具备转化特性的RSV的基因组，发现了一个特殊的基因src，将这一基因导入正常细胞可使之发生恶性转化。以后又在其他逆转录病毒中陆续发现了一些使宿主患肿瘤的基因。


生物化学与分子生物学 二、某些病毒的基因组中含有癌基因 1976年，Varmus HE和Bishop JM发现，逆转录病毒RSV携带的癌基因v-src在进化过程中来源千宿主细胞的原癌基因C-SRC，进而提出：RNA肿瘤病毒携带的癌基因来源于细胞原癌基因。关于其起源进化的分子机制，目前认为，逆转录病毒感染宿主细胞后，在逆转录酶作用下，以病毒RNA基因组为模板合成双链DNA即前病毒DNA(provirus)，并整合于宿主细胞基因组的原癌基因附近，在后续的病毒复制和包装过程中，经过复杂而巧妙的删除、剪接、突变、重组等过程，逆转录病毒最终将细胞原癌基因＂劫待”并改造为具有致癌能力的病毒癌基因，成为新病毒基因组的一部分。目前已发现的病毒癌基因有几十种。需要注意的是，病毒有致癌能力并不意味着其一定含有病毒癌基因。有致癌特性的逆转录病毒可区分为急性转化逆转录病毒和慢性转化逆转录病毒两类。前者含有癌基因，能迅速在几天内诱发肿瘤，后者则不含有癌基因，而是通过将其基因组插入至宿主细胞的原癌基因附近，从而激活原癌基因而诱发肿瘤，故其致癌效应较慢，常需数月甚至数年，有较长的潜伏期。


生物化学与分子生物学 二、某些病毒的基因组中含有癌基因 逆转录病毒的癌基因也可以视为是原癌基因的活化或激活形式，它有利于病毒在肿瘤细胞中的复制，但对病毒复制包装无直接作用，对逆转录病毒基因组不是必需的。与之不同，已知的DNA病毒的癌基因则是其基因组不可或缺的部分，对病毒复制是必需的，目前也没有证据表明其有同源的原癌基因，如HPV基因组中的癌基因E6和E7。通常可将RNA肿瘤病毒的癌基因的名称冠以前缀v-，写为小写斜体，如v-src，而将正常人类细胞中的原癌基因则冠以前缀C-，写为大写斜体，如C-SRC，以示区分。其编码的蛋白质则通常写为正体，如v-src和C-SRC。 三、原癌基因有多种活化机制 原癌基因在物理、化学及生物因素的作用下发生突变，表达产物的质和量的变化，表达方式在时间及空间上的改变，都有可能使细胞脱离正常的信号控制，获得不受控制的异常增殖能力而发生恶性转化。从正常的原癌基因转变为具有使细胞发生恶性转化的癌基因的过程称为原癌基因的活化，这种转.1,L变属于功能获得突变(gain-of-function mutation)。原癌基因活化的机制主要有下述四种（图22-1)。


生物化学与分子生物学 1基因突变i i3．染色体易位蛋断白裂140kD ABL蛋白K-RAS突变失去GTP酶活性以GTP结合方式持续活化录转染色体9—ABL染色体22—BCR勹中BCR-AB氓因融合”“i n,员眉'n 因录、翻译!转JL______________________义点突变，导致基因编码的蛋白质中的关键氨基酸残基改变，造成突变蛋白质的活性呈现持续性激12位甘氨酸突变为绷氨的第RAS，使得表达产物GTC胱癌中突变为，在膀中的GGCH-RAS活。如。结合的活性形式存在GTP始终以RASGTP酶活性，酸，结果使其丧失甚至上千倍不等，发生扩增使基因拷贝数升高几十amplification)(ge原癌基因可通过基因扩增ne MYCC。例如小细胞肺癌中。基因扩增可致编码产物过量表达，细胞发生转化目前尚不清楚的机制-。瘤发生中具有重要作用HER2的扩增都在肿的扩增和乳腺癌中（三）染色体易位导致原癌基因表达增强或产生新的融合基因染色体易位使原癌基因易位至强的启动子或增强子的第一致癌。机制染色体易位可通过两种，基因移C-MYC8号染色体上的瘤细胞中，位于itt淋巴Brk例如，人。附近，导致其转录水平大大提高u量表基因在该增强子的控制下过CMYC14号染色体的免疫球蛋白重链基因的增强子附近，使位到-leukemia,(chronic myelogenous。例如，慢性髓性白血病第二，染色体易位导致产生新的融合基因达。ABL基因发生染色体易位9号染色体的基因与region)point cluster(break BCR22号染色体的中，CML)2．基因扩增I70kD BCR+140kD ABL tI甘基因I:`T..


生物化学与分子生物学 1基因突变i i3．染色体易位蛋断白裂140kD ABL蛋白K-RAS突变失去GTP酶活性以GTP结合方式持续活化录转染色体9—ABL染色体22—BCR勹中BCR-AB氓因融合”“i n,员眉'n  随机插人强启动子 I..正常1号神经母细胞瘤的I1仁亘二1LTR_L R2[l3D染色体1号染色体I I L____________________基因表达持续增加__. I ILi（一）基因突变常导致原癌基因编码的蛋白质的活性持续性激活各种类型的基因突变如碱基替换、缺失或插入，都有可能激活原癌基因。较为常见和典型的是错（二）基因扩增导致原癌基因过量表达产生融合基因BCR-ABL，进而表达为融合蛋白BCR-ABL，导致ABL的蛋白酪氨酸激酶活性持续增高。该易位产生的较小的异常22号染色体，最早千1960年在美国费城发现，故又称费城染色体(Philadel伽a chromosome)或Ph染色体(Ph chromosome)，是CML的标志染色体。


生物化学与分子生物学 随机插人强启动子 （四）获得启动子或增强子导致原癌基因表达增强如前所述，染色体易位可使原癌基因获得增强子而被活化。此外，逆转录病毒的前病毒DNA的两个末端是特殊的长末端重复序列(LTR)，含有较强的启动子或增强子元件。如果前病毒DNA恰好整合到原癌基因附近或内部，就会导致原癌基因的表达不受原有启动子的正常调控，而成为病毒启动子或增强子的控制对象，往往导致该原癌基因的过量表达。如鸡的白细胞增生病毒引起的淋巴瘤，就是因为该病毒的LTR序列整合到宿主的C-MYC基因附近，LTR中的强启动子可使C-MYC的表达比正常高出30~100倍。不同的癌基因有不同的激活方式，一种癌基因也可有几种激活方式。例如C-MYC的激活就有基因扩增和染色体易位等方式，但很少见到C-MYC的点突变；而RAS的激活方式则主要是点突变。


生物化学与分子生物学 随机插人强启动子 两种或更多的原癌基因活化可有协同作用，抑癌基因的失活也会产生协同作用。在肿瘤细胞中常发现两种或多种细胞癌基因的活化。例如，白血病细胞株HL-60中有C-MYC和N-RAS的同时活化。实验也证明癌基因的协同作用可使细胞更易发生恶性转化。例如原代培养的大鼠胚胎成纤维细胞传代50次左右就会死亡，如仅导入重排的C-MYC可使它永生化，但细胞表型无恶性行为；如仅导入活化的突变RAS基因，细胞形态发生改变，但不能无限传代及形成肿瘤。只有同时导入C-MYC和N-RAS，细胞才会发生恶性变，并在动物中成瘤。


生物化学与分子生物学 四、原癌基因编码的蛋白质与生长因子密切相关 生长因子(growth factor)是一类由细胞分泌的、类似于激素的信号分子，多数为肤类或蛋白质类物质，具有调节细胞生长与分化的作用。在体外培养细胞时，培养基中除了含有氨基酸、维生素和无机盐等一系列必需营养物质外，还必须添加含有多种生长因子的胎牛血清，细胞才能保持良好的生长、增殖状态。生长因子在肿瘤、心血管疾病等多种疾病的发生发展过程中发挥重要作用，不少生长因子巳经应用千临床治疗。目前已知，原癌基因编码的蛋白质参与调控细胞增殖、分化与生长等各个环节，与生长因子密切相关。 （一）生长因子主要有三种作用模式 目前已发现的肤类生长因子有数十种，而且还在不断增加。生长因子可以根据其来源进行分类和命名，也可以依据其作用方式分类。生长因子来源于多种不同组织，其靶细胞亦各不相同（表22-1)。有的生长因子作用的细胞比较单一，如EPO及VEGF，分别主要作用于红细胞系和血管内皮细胞；也有的生长因子作用的细胞谱型比较广，如成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor, FGF)对间充质细胞、内分泌细胞和神经系统细胞者眸i作用。


生物化学与分子生物学 生长因子名称组织来源功能 表皮生长因子(EGF)唾液腺、巨噬细胞、血小板等促进表皮与上皮细胞的生长，尤其是消化道上皮细胞的增殖肝细胞生长因子(HGF)间质细胞促进细胞分化和细胞迁移促红细胞生成素(EPO)肾调节成红细胞的发育类胰岛素生长因子(IGF)血清促进硫酸盐掺入到软骨组织，促进软骨细胞的分裂、对多种组织细胞起胰岛素样作用神经生长因子(NGF)颌下腺含最高营养交感和某些感觉神经元，防止神经元退化血小板源生长因子(PDGF)血小板、平滑肌细胞促进间质及胶质细胞的生长，促进血管生成转化生长因子a(TGF仅）肿瘤细胞、巨噬细胞、神经作用类似于EGF，促进细胞恶性转化转化生长因子~(TGF-~)肾、血小板对某些细胞的增殖起促进和抑制双向作用血管内皮生长因子(VEGF)低氧应激细胞促进血管内皮细胞增殖和新生血管形成EGF:epidermal growth factor表皮生长因子；HGF:hepatocyte growth factor，肝细胞生长因子；EPO:erythropoietin，促红细胞生成素；IGF:insulin-like growth factor，类胰岛素生长因子；NGF:nerve growth factor,神经生长因子；PDGF:platelet-derived growth factor，血小板源生长因子；TGF-a:transforming growth factor a，转化生长因子－a; TGF-f3:transforming growth factor f3，转化生长因子书；VEGF:vascular endothelial growth factor，血管内皮生长因子NGF是最早被发现的生长因子。1948年，E. Bueker等发现将小鼠肉瘤组织植入胚胎体壁可使移植区神经节增加。随后，R. Levi-Montolcini等发现肉瘤组织的植入不仅可使局部神经节增加，而且可使远隔部位的神经节增加。由此设想肉瘤组织释放了一种可扩散因子作用千远隔部位。后来证实这种因子就是神经生长因子，它有刺激神经元生长以及神经纤维延长的功能。1959年S. Cohen又发现了EGF。R. Levi-Montolcini和S. Cohen由千在这一领域的成就荣获了1986年诺贝尔生理学或医学奖。


生物化学与分子生物学 生长因子名称组织来源功能 与其他细胞外信号分子一样（见第十七章），根据产生细胞与靶细胞间的关系，生长因子的作用模式可分为3种：O内分泌方式：生长因子从细胞分泌出来后，通过血液运输作用于远端靶细胞。如源于血小板的PDGF可作用于结缔组织细胞；＠旁分泌方式：细胞分泌的生长因子作用于邻近的其他类型细胞，对合成、分泌生长因子的自身细胞不发生作用，因为其缺乏相应受体；＠自分泌方式：生长因子作用于合成及分泌该生长因子的细胞本身。生长因子以后两种的作用方式为主，经细胞分泌后在胞外运送，最终作用千自身细胞或者其他细胞，传递它们独特的生物学信息。生长因子将组织内的细胞连接成为一个有机整体网络，相互之间进行着持续不断的交流沟通。（二）生长因子的功能主要是正调节靶细胞生长目前对大部分生长因子的结构与功能了解得相当清楚。大多数生长因子具有促进靶细胞生长的功能，少数具有负调节功能，还有一些具有正、负双重调节作用。


生物化学与分子生物学 生长因子名称组织来源功能 生长因子的生物学效应主要表现在促进细胞生长、分化、促进个体发育等方面。但是有些生长因子具有双重调节作用或负调节作用。例如，NGF对神经系统的生长具有促进作用，但对成纤维细胞的DNA合成却有微弱的抑制作用。TGF-(3也是这样，对成纤维细胞有促进生长的作用，但对其他多种细胞具有抑制作用。其具体作用取决千与其他生长因子的相互作用和环境条件。同一生长因子对不同细胞的作用有所不同，如肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor, HGF)对正常肝细胞的生长起促进作用，但对肝癌细胞的增殖则有抑制作用。一种细胞也可受不同生长因子调节，如胚胎时属千间充质细胞的成纤维细胞可被EGF、I GF和多种FGF所调节，但不被HGF调节。还有一些以前认为作用比较单一的生长因子，近来发现对其他细胞也有作用。如内皮素(endothelin, ET)除了对内皮细胞的作用外，可能对脑、垂体的神经内分泌也有作用。


生物化学与分子生物学 生长因子名称组织来源功能 具有负调节作用的生长因子比较少，人们通常把这种负调节因子(negative growth factor)称为细胞生长抑制因子。抑素(chalone)是最早被确认的生长抑制因子，以后又发现TGF-(3、干扰素(interferon)和肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor, TNF)等也具有抑素的某些特征，但它们实际上都是双重调节，只不过以负调节为主。目前对生长抑制因子尚无统一的标准或定义，也没有明确的学说阐明其作用机制，但是其在肿瘤、心血管疾病等疾病防治方面的潜在应用前景是不可否认的。因此对负调节因子的研究，始终是生物医学界的一个热点领域。


生物化学与分子生物学 生长因子名称组织来源功能 （三）生长因子通过细胞内信号转导而发挥其功能生长因子的作用通过受体介导的细胞信号转导而实现（见第十七章）。生长因子的受体多位于靶细胞膜，为一类跨膜蛋白，多数具有蛋白激酶特别是酪氨酸蛋白激酶活性，也有少数具有丝／苏氨酸蛋白激酶活性。最近发现细胞核也存在EGF等生长因子的受体样蛋白质。有些生长因子受体（如EGF受体）与原癌基因产物有高度同源性。对生长因子受体的研究不仅有助于了解细胞的增殖分化，而且对了解肿瘤的发生、发展及治疗也具有重要意义。大部分生长因子的受体属千受体酪氨酸激酶家族，如EGF受体、FGF受体、PDGF受体、HGF受体、VEGF受体等，胰岛素受体也属于受体酪氨酸激酶。位于膜表面的受体是跨膜受体蛋白质，包含具有酪氨酸激酶活性的胞内结构域。当生长因子与这类受体结合后，受体所包含的酪氨酸激酶被活化，使胞内的相关蛋白质被直接磷酸化。另一些膜上的受体则通过胞内信号传递体系，产生相应的第二信使，后者使蛋白激酶活化，活化的蛋白激酶同样可使胞内相关蛋白质磷酸化。这些被磷酸化的蛋白质再活化核内的转录因子，引发基因转录，达到调节生长与分化的作用。