膽色素

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bilin

亦譯後膽色素類。亦作bilichrome。

一種生物色素,是某些卟啉(porphyrin)代謝中形成的黃色、綠色、紅色或褐色非金屬化合物系列之一。除出現於獸類的膽色素中以外,無脊椎動物、低等脊椎動物、紅藻和綠色植物中也有這種色素類。它不僅給動物體某些部位或其產物以不同的顏色,而且也是綠色植物光周期中不可缺少的,也是紅藻光合作用過程中的附助色素。

膽色素(bile pigment)是動物膽汁的主要基本成分之一,由紅褐色的膽紅素和青綠色的膽綠素組成,由於兩者的含量比例和濃度的不同而使膽汁呈現各種顏色。人的膽汁幾乎只含有前者,通常是黃褐至紅褐色。一般地,肉食動物的膽液多含膽紅素;草食動物的膽液多含膽綠素,多少帶有綠色。

膽色素是血紅蛋白的分解產物,是由4個吡咯核和3個碳原子結合起來、在兩端具有2個羥基的一系列4吡喃衍生物的總稱。根據碳原子的雙鍵數目可分為O的後原膽色素原(belane,如尿後膽色素原),1的甲川膽色素(bilene,如糞後膽色素),2的二甲川膽色素(biladiene,如膽紅素),3的三甲川膽色素(bilatriene,如膽綠素)。血紅蛋白在血紅素加氧酶(hemeoxikinase)的作用下,生成膽綠素,繼續還原成膽紅素。膽紅素其側鍵的4,5丙炔酸基(propynoic acid)上和葡糖苷酸結合後進入膽汁,在腸道內成為尿膽色素和尿膽色原而排出,但也有重新吸收返回肝臟的。另外一部分進入大循環從腎經尿排出。糞的顏色是由於膽紅素經腸內細菌還原生成糞膽色素原,再氧化成糞膽色素所致。在糞中排出的尿膽色素原,氧化後變成尿膽色素呈黃色。通常在血液中也含少量膽色素,但因某種原因可大量出現而呈黃疸。此外,已知有數種膽色素系統的物質,如海鷗卵殼的綠色膽綠素、海藻藻紅蛋白(phycoerythrin)、藻青蛋白(phycocya-nin),蝶的蝶綠蛋白(pteroverdin),存在於昆蟲體液中的中膽綠素(認為是葉綠素的分解產物)等。  

目錄

膽紅素的生成及轉運

(一)膽紅素的來源

體內含卟啉的化合物有血紅蛋白、肌紅蛋白過氧化物酶過氧化氫酶細胞色素等。成人每日約產生250?50mg膽紅素,膽紅素來源主要有:①80%左右膽紅素來源於衰老紅細胞中血紅蛋白的分解。②小部分來自造血過程中紅細胞的過早破壞。③非血紅蛋白血紅素的分解。  

(二)膽紅素的生成

體內紅細胞不斷更新,衰老的紅細胞由於細胞膜的變化被網狀內皮細胞識別并吞噬,在肝、脾及骨髓等網狀內皮細胞中,血紅蛋白被分解為珠蛋白和血紅素。血紅素在微粒體中血紅素加氧酶(beme oxygenase)催化下,血紅素原卟啉IX環上的α次甲基橋(=CH-)的碳原子兩側斷裂,使原卟啉IX環打開,並釋出CO和Fe3+和膽綠素IX(biliverdin)。Fe3+可被重新利用,CO可排出體外。線性四吡咯的膽綠素進一步在胞液中膽綠素還原酶(輔酶為NADPH)的催化下,迅速被還原為膽紅素。

血紅素加氧酶是膽紅素生成的限速酶,需要O2和NADPH參加,受底物血紅素的誘導。而同時血紅素又可作為酶的輔基起活化分子氧的作用。

用X線衍射分析膽紅素的分子結構表明,膽紅素分子內形成氫鍵而呈特定的捲曲結構分子中Ⅲ、Ⅳ兩個吡咯環之間是單鍵連接。因此,Ⅲ環與Ⅳ環能自由旋轉。在一定的空間位置,Ⅲ環上的丙酸基的羧基可與Ⅳ環,Ⅰ環上亞氨基的氫和Ⅰ環上的羰基形成氫鍵;Ⅳ環上的丙酸基的羧基也與Ⅱ環、Ⅲ環上亞氨基的氫和Ⅱ環上的羰基形成氫鍵。這6個氫鍵的形成使整個分子捲曲成穩定的構象。把極性基團封閉在分子內部,使膽紅素顯示親脂、疏水的特性。  

(三)膽紅素在血液中的運輸

生理pH條件下膽紅素是難溶於水的脂溶性物質,在網狀內皮細胞中生成的膽紅素能自由透過細胞膜進入血液,在血液中主要與血漿白蛋白或α1球蛋白(以白蛋白為主)結合成複合物進行運輸。這種結合增加了膽紅素在血漿中的溶解度,便於運輸;同時又限制膽紅素自由透過各種生物膜,使其不致對組織細胞產生毒性作用,每個白蛋白分子上有一個高親和力結合部位和一個低親和力結合部位。每分子白蛋白可結合兩分子膽紅素。在正常人每100ml血漿的血漿白蛋白能與20-25mg膽紅素結合,而正常人血漿膽紅素濃度僅為0.1-1.0mg/dl,所以正常情況下,血漿中的白蛋白足以結合全部膽紅素。但某些有機陰離子如磺胺類、脂肪酸、膽汁酸水楊酸等可與膽紅素競爭與白蛋白結合,從而使膽紅素游離出來,增加其透入細胞的可能性。過多的游離膽紅素可與腦部基底核脂類結合,並干擾腦的正常功能,稱膽紅素腦病或核黃疸。因此,在新生兒高膽紅素血症時,對多種有機陰離子藥物必需慎用。  

膽色素的代謝與黃疸

膽色素是體內鐵卟啉化合物的主要分解代謝產物,包括膽紅素、膽綠素、膽素原和膽素等。這些化合物主要隨膽汁排出體外。膽紅素是人膽汁的主要色素,呈橙黃色。  

(一)膽色素的生成與轉運

體內鐵卟啉化合物包括血紅蛋白、肌紅蛋白、細胞色素、過氧化物酶等。正常人每天可生成250~350mg膽紅素,其中80%以上來自衰老紅細胞在肝、脾、骨髓的單核-吞噬細胞系統破壞釋放出血紅蛋白。單核-吞噬細胞系統細胞微粒體含有非常活躍的血紅素加氧酶,在氧分子和NADPH存在下,血紅素加氧酶將血紅素轉化為膽綠素。膽綠素在胞液膽綠素還原酶的催化下,生成膽紅素。膽紅素離開單核-吞噬細胞後,在血液中主要與清蛋白結合而運輸。這種緊密的結合不僅增高膽紅素的水溶性,有利於運輸,而且還限制膽紅素通過細胞膜對組織的毒性作用。  

(二)膽紅素在肝中的轉變

膽紅素在被肝細胞攝取前先與清蛋白分離。肝細胞對膽紅素有極強的親和力,當膽紅素隨血液運輸到肝後,可迅速被肝細胞攝取。膽紅素進入肝細胞後,與胞漿中兩種載體蛋白——Y蛋白和Z蛋白相結合形成複合物。Y蛋白是肝細胞內主要的膽紅素載體蛋白。膽紅素-Y蛋白複合物被轉運到滑面內質網。在葡糖醛酸基轉移酶的催化下,膽紅素接受來自UDP-葡糖醛酸的葡糖醛酸基,生成葡糖醛酸膽紅素。每分子膽紅素可結合2分子葡萄糖醛酸。雙葡糖醛酸膽紅素是主要的結合產物少量為單葡糖醛酸膽紅素。與葡萄糖醛酸結合的膽紅素稱為結合膽紅素。結合膽紅素水溶性強,隨膽汁排入小腸。  

(三)膽紅素在腸道中的變化

在腸菌的作用下脫去葡萄糖醛酸基,並被逐漸還原生成膽素原、糞膽素原和尿膽素原。統稱為膽素原。在腸道下段,這些無色的膽素原接觸空氣分別被氧化為相應的尿膽素、糞膽素和尿膽素。後三者合稱膽素。膽素是黃褐色,是糞便的主要色素。膽道完全梗阻時,因膽紅素不能排入腸道形成膽素原和膽素,所以糞便呈現灰白色。

腸道中約10%~20%的膽素原可被腸粘膜細胞吸收,經門靜脈入肝。再隨膽汁排入腸道,形成膽素原的腸肝循環。少量經血入腎並隨尿排出,膽素原接觸空氣後被氧化成尿膽素,後者是尿的主要色素。  

(四)血清膽紅素與黃疸

正常人體中膽紅素主要以兩種形式存在。一為由肝細胞內質網作用所生成的葡糖醛酸膽紅素,這類膽紅素稱為結合膽紅素;二為主要來自單核-吞噬細胞系統中紅細胞破壞產生的膽紅素,在血漿中主要與清蛋白結合而運輸,稱為游離膽紅素。這兩種膽紅素的反應性不同,游離膽紅素與一種重氮試劑反應緩慢,必須在加入乙醇後才表現出明顯的紫紅色;結合膽紅素可與重氮試劑作用迅速產生顏色反應。因此,前者又稱為間接反應膽紅素或間接膽紅素,後者稱為直接反應膽紅素,或直接膽紅素

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