血液的生物化學級本科課件

1、 血液的生物化學Hemal Biochemistry第十六章掌握：非蛋白氮(NPN)、2,3-BPG支路的概念；血漿蛋白質(zhì)的種類；血漿蛋白質(zhì)的生理功能；紅細胞糖代謝的兩條代謝途徑；血紅素生物合成的原料、部位和限速酶。熟悉：血液的組成；血漿蛋白質(zhì)的性質(zhì)；紅細胞內(nèi)糖代謝的生理意義。了解：血漿膠體滲透壓的概念；血紅素生物合成的調(diào)節(jié)。 學 習 目 標2 概 述血液由液態(tài)的血漿與混懸在其中的紅細胞、白細胞和血小板組成。正常人體的血液總量約占體重的8%，其中血漿占全血體積的55%60%，其余為有形成分。正常人血液的含水量約為77%81%，比重為1.0501.060，它主要取決于血液內(nèi)的血細胞數(shù)和蛋白質(zhì)的濃

2、度。血液的pH為7.400.05，滲透壓在37時約為7.70102kPa。 血漿含水約為93%95%，其余為固體成分，包括無機物和有機物兩大類，組成非常復雜。3無機物：以離子形式存在，包括一些陽離子和陰離子。重要的陽離子有Na+、K+、Ca2+、Mg2+，重要的陰離子主要有Cl-、HCO3-、HPO42-等。作用：維持血漿晶體滲透壓、酸堿平衡以及神經(jīng)肌肉的正常興奮性等方面起重要作用。有機物：包括蛋白質(zhì)、非蛋白質(zhì)類含氮化合物、糖、脂類及微量的酶、維生素、激素等。非蛋白氮(NPN)：非蛋白質(zhì)類含氮化合物主要有尿素、肌酸、肌酸酐、尿酸、膽紅素和氨等，它們中的氮的總稱。4 第一節(jié)血漿蛋白質(zhì) Plasm

3、a Proteins一、血漿蛋白的分類與性質(zhì)血漿蛋白質(zhì)是指血漿中含有的蛋白質(zhì)，是血漿中的主要的固體成分。它在血漿中的正常含量為6075g/L。血漿蛋白質(zhì)種類很多，目前已知的有200多種，含量差異很大。通常按來源、分離方法和生理功能將血漿蛋白質(zhì)分類。分離蛋白質(zhì)的常用方法包括電泳(electrophoresis)和超速離心(ultra centrifuge)。 （一）血漿蛋白質(zhì)的分類6按照分離方法，通過醋酸纖維薄膜電泳將血漿蛋白質(zhì)分為：2球蛋白清蛋白 (albumin)1球蛋白(globulin)球蛋白球蛋白7 A 清蛋白 1 2 血清蛋白電泳圖譜：清蛋白 1 2 B8清蛋白是人體血漿中含量最高的

4、蛋白質(zhì)，約占血漿總蛋白的50%，濃度為38-48g/L，由肝細胞合成。球蛋白的濃度為15-30g/L。臨床上常用血漿中清蛋白與球蛋白濃度的比值(A:G比值)反映肝功能狀況。正常情況下，A:G比值為(1.5-2.5):1，肝疾患的病人，肝合成清蛋白能力降低，血漿A:G比值下降。9按照血漿蛋白質(zhì)來源：一類是血漿中的固有成分，是由各種細胞組織分泌進入到血漿中的，對于血漿的功能必不可少，我們稱其為血漿功能蛋白質(zhì)：如各種轉(zhuǎn)運蛋白、生長調(diào)節(jié)因子、補體、抗體、凝血酶原等。這類蛋白質(zhì)的量和質(zhì)的改變反映了機體代謝方面的變化。另一類血漿蛋白質(zhì)是在細胞組織更新或遭到破壞時漏入血漿的，如淀粉酶、轉(zhuǎn)氨酶、血紅蛋白等，這

5、類蛋白質(zhì)在血漿中的出現(xiàn)或含量的升高，往往反映了有關細胞組織的更新、破壞或細胞膜通透性的改變。10種 類血 漿 蛋 白1.載體蛋白2.免疫防御系統(tǒng)蛋白3.凝血和纖溶蛋白4.酶5.蛋白酶抑制劑6.激素7.參與炎癥應答的蛋白清蛋白、脂蛋白、運鐵蛋白、銅藍蛋白等IgG ,IgM ,IgA ,IgD ,IgE 和補體C1-9 等凝血因子、凝血酶原、纖溶酶原等卵磷脂：膽固醇?；D(zhuǎn)移酶等1抗胰蛋白酶、 2巨球蛋白等促紅細胞生成素、胰島素等C-反應蛋白、 2酸性糖蛋白等依據(jù)生理功能將血漿蛋白質(zhì)分類：11 1. 絕大多數(shù)血漿蛋白在肝合成，如清蛋白、纖維蛋白原和纖粘連蛋白等，少數(shù)由內(nèi)皮細胞合成。還有一定量的血漿蛋

6、白由其他組織細胞合成，如-球蛋白是由漿細胞合成。 2. 血漿蛋白的合成場所一般位于粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的多核糖體上。先以蛋白前體的形式出現(xiàn)，后經(jīng)翻譯后修飾加工，如去信號肽、糖基化、磷酸化。 3. 除清蛋白外，血漿蛋白大多是糖蛋白，含有N或O連接的寡聚糖鏈。 （二）血漿蛋白質(zhì)的性質(zhì)124. 在循環(huán)過程中，各種血漿蛋白均有自己特異的半衰期。正常成人清蛋白的半衰期為20天，而結(jié)合珠蛋白的半衰期僅為5天左右。5. 許多血漿蛋白呈現(xiàn)多態(tài)性(polymorphism)，多態(tài)性是孟德爾式或單基因遺傳的性狀。即指在人群中有兩種或兩種以上發(fā)生頻率不低于1%的表現(xiàn)型。ABO血型物質(zhì)是最典型的例子，另外結(jié)合珠蛋白、運鐵蛋白、

7、銅藍蛋白和免疫球蛋白等都有多態(tài)性。研究血漿蛋白質(zhì)的多態(tài)性對遺傳學和臨床醫(yī)學均有一定意義。13二、血漿蛋白的功能（一）維持血漿膠體滲透壓水及電解質(zhì)等小分子物質(zhì)可自由通透微血管壁，但呈膠體狀態(tài)的蛋白質(zhì)分子則不能隨便通透，呈現(xiàn)膠體滲透壓。血漿中的蛋白質(zhì)，特別是清蛋白是維持血漿膠體滲透壓的主要成分。由于清蛋白的分子量?。?9kDa），在血漿內(nèi)的總含量大、摩爾濃度高，加之在生理pH條件下，其電負性高，能使水分子聚集其分子表面，故清蛋白能最有效地維持膠體滲透壓。清蛋白所產(chǎn)生的膠體滲透壓大約占血漿膠體總滲透壓的75%80%。14正常人血漿膠體滲透壓的大小，取決于血漿蛋白質(zhì)的摩爾濃度。由于血漿蛋白質(zhì)的摩爾濃度

8、高于組織液，因而血漿蛋白質(zhì)的膠體滲透壓略高于組織液中的膠體滲透壓。血管內(nèi)外的這一膠體滲透壓的差別，是血管內(nèi)得以保留液體，并將組織間隙的一部分水吸入血管內(nèi)的有效滲透壓。當血漿蛋白質(zhì)濃度降低時（如營養(yǎng)不良），膠體滲透壓下降，不能將組織間隙的水吸入血管中，組織間隙潴留過多水分導致組織水腫。同樣，當肝功能衰退時，肝制造清蛋白的能力降低，同樣可導致浮腫、腹水。15（二）維持血漿正常pH值血液中的血漿蛋白質(zhì)和無機化合物調(diào)節(jié)著機體的酸堿平衡，維持血液恒定的pH值。占血漿固體成分中最多的是血漿蛋白質(zhì)，是兩性電解質(zhì)。大部分血漿蛋白質(zhì)的等電點在4.67.3之間，而正常血液的pH為7.400.05，故大部分血漿蛋白

9、在血液中是弱酸。它們一部分以酸分子形式存在，一部分以弱酸鹽形式存在。血漿蛋白鹽與相應蛋白形成血液的一種緩沖系統(tǒng)，參與維持血漿正常的pH。16（三）運輸功能血漿蛋白質(zhì)分子的表面上分布有眾多的親脂性結(jié)合位點，脂溶性物質(zhì)可與其結(jié)合而被運輸。血漿蛋白還能與易被細胞攝取和易隨尿液排除的一些小分子物質(zhì)結(jié)合，防止它們從腎丟失。此外血漿中還有皮質(zhì)激素傳遞蛋白、運鐵蛋白、銅藍蛋白等。這些載體蛋白除結(jié)合運輸血漿中某種物質(zhì)外，還具有調(diào)節(jié)被運輸物質(zhì)代謝的作用。17舉例：清蛋白能與多種配體結(jié)合：自由脂肪酸、類固醇激素、膽紅素及Ca2+、Cu2+等；還能與一些藥物結(jié)合，增加其水溶性而易于轉(zhuǎn)運：磺胺、青霉素、阿司匹林等。運

10、鐵蛋白是鐵的轉(zhuǎn)運載體，一分子運鐵蛋白可與兩個Fe3+結(jié)合。自由鐵離子對機體有毒，與運鐵蛋白結(jié)合后即無毒性；還可防止鐵離子自腎丟失；可將鐵運至骨髓的幼稚紅細胞，并與后者表面的特異膜受體結(jié)合，有利于鐵進入幼稚紅細胞，作為合成血紅蛋白的原料。脂蛋白：主要運輸脂類。18（四）免疫作用血漿中的球蛋白是含量最多的球蛋白，亦稱免疫球蛋白，具有防御作用。血漿中的免疫球蛋白：IgG、IgA、IgM、IgD和IgE，又稱為抗體，是人體受到細菌、病毒或異種蛋白質(zhì)等刺激后，由漿細胞產(chǎn)生的一類具有特異性免疫作用的球狀蛋白質(zhì)。免疫球蛋白能與刺激它產(chǎn)生的抗原特異性地結(jié)合，形成抗原抗體復合物，在體液免疫中起至關重要的作用。此

11、外，血漿中還有一組協(xié)助抗體完成免疫功能的蛋白酶補體。補體被抗原抗體復合物激活后，能使細胞膜表面發(fā)生改變，并導致細胞溶解，有協(xié)助殺傷細菌、腫瘤細胞等功能。 19（五）催化作用血漿中的酶稱作血清酶。根據(jù)血清酶的來源和功能，可分為以下三類：1、血漿功能酶:這類酶主要在血漿發(fā)揮催化功能。如凝血及纖溶系統(tǒng)的多種蛋白水解酶，都以酶原的形式存在于血漿內(nèi)，在一定條件下被激活發(fā)揮作用。血漿功能酶大多由肝合成后分泌入血，并在血漿中發(fā)揮催化作用。 202、外分泌酶：外分泌腺分泌的酶類包括胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰淀粉酶、胰脂肪酶和唾液淀粉酶等。在生理條件下這些酶少量逸入血漿，其催化活性與血漿的正常生理功能無直接關系。但

12、當這些臟器受損時，逸入血漿的酶量增加，血漿內(nèi)相關酶的活性增高，在臨床上有診斷價值：如急性胰腺炎時，血、尿淀粉酶升高。3、細胞酶：存在于細胞和組織內(nèi)，參與物質(zhì)代謝的酶類。隨著細胞的不斷更新，這些酶可釋放入血，正常時在血漿中含量甚微。這些酶大部分無器官特異性，小部分來源于特定組織，表現(xiàn)為器官特異性。當特定器官病變時，血漿內(nèi)相應酶活性增高，可用于臨床酶學檢驗。21（六）營養(yǎng)作用每個成人3L左右的血漿中約有200g蛋白質(zhì)。體內(nèi)的某些細胞，如單核吞噬細胞系統(tǒng)，吞飲血漿蛋白質(zhì)，然后由細胞內(nèi)的酶類將吞入細胞的蛋白質(zhì)分解為氨基酸參入氨基酸池，用于組織蛋白質(zhì)的合成，或轉(zhuǎn)變成其他含氮化合物。此外，蛋白質(zhì)還能氧化分

13、解供應能量。22（七）凝血、抗凝血和纖溶作用 血漿中存在眾多的凝血因子、抗溶血及纖溶物質(zhì)，它們在血液中相互作用、相互制約，保持循環(huán)血流通暢。當血管損傷、血液流出血管時，凝血因子促使血液形成凝塊，即發(fā)生血液凝固，以防止血液的大量流失。另外，一些血漿蛋白可溶解血液凝塊，如血纖溶酶原經(jīng)血纖溶激活酶激活后，具有溶解纖維蛋白的作用，防止血栓形成，保證血流暢通。23（八）血漿蛋白質(zhì)異常與臨床疾病由于血漿蛋白質(zhì)有多方面功能，在維持人體正常代謝中有重要作用，所以測定血漿總蛋白及其各組成成分的含量，有助于診斷和治療某些疾病。風濕病肝疾病多發(fā)性骨髓瘤多發(fā)性骨髓瘤血漿蛋白電泳圖譜24第二節(jié)紅細胞代謝Metaboli

14、sm of Red Blood Cells紅細胞的代謝特點紅細胞是血液中最主要的細胞，它是在骨髓中由造血干細胞定向分化而成的紅系細胞。在成熟過程中，紅細胞發(fā)生一系列形態(tài)和代謝的改變。紅細胞發(fā)育至中幼紅細胞之前與一般體細胞相同：有細胞核及一般細胞器，能合成核酸、蛋白質(zhì)，可通過有氧氧化獲得能量，具有分裂繁殖能力。到晚幼紅細胞則失去復制DNA的能力，不再分裂。網(wǎng)織紅細胞已無細胞核及DNA，不能合成RNA，但殘存少量RNA及線粒體，尚能合成少量蛋白質(zhì)及通過有氧氧化供能。成熟紅細胞已無細胞器，既不能合成蛋白質(zhì)，也不能進行有氧氧化，只保留與其功能相適應的少數(shù)過程。26紅細胞成熟過程中的代謝變化注：“+”，

15、“-”分別表示該途徑有或無；*晚幼紅細胞為“-”。代謝能力有核紅細胞網(wǎng)織紅細胞成熟紅細胞分裂增殖能力 DNA 合 成 RNA 合 成 蛋白質(zhì) 合 成 血紅素合成 脂類合成 三羧縮酸循環(huán) 氧化磷酸化 糖酵解磷酸戊糖途徑27一、紅細胞中糖代謝的特點紅細胞在成熟過程中，細胞器及亞細胞器結(jié)構(gòu)逐漸消失，伴隨而來的是代謝功能的逐漸喪失，只保存對其生存和功能發(fā)揮至關重要的糖無氧酵解和磷酸戊糖旁路兩條代謝途徑。血循環(huán)中的紅細胞每天大約從血漿攝取30g葡萄糖，其中90%95%經(jīng)糖酵解途徑和2,3-二磷酸甘油酸支路進行代謝，5%10%通過磷酸戊糖途徑進行代謝。意義：紅細胞依賴這兩條代謝途徑為其提供能量和還原當量，

16、以保持紅細胞膜和血紅蛋白的完整性，完成紅細胞的功能。 28（一）紅細胞的能量供應 成熟紅細胞通過糖酵解供能，葡萄糖是紅細胞的主要能源物質(zhì)。紅細胞膜上有不依賴胰島素的葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白，它可使葡萄糖易化擴散入紅細胞內(nèi)。 葡萄糖在紅細胞內(nèi)主要通過糖酵解和2,3-二磷酸甘油酸(2,3-BPG)支路進行代謝。29紅細胞中存在催化糖酵解所需要的所有的酶和中間代謝物，糖酵解的基本反應和其他組織相同。糖酵解是紅細胞獲得能量的唯一途徑，每摩爾葡萄糖經(jīng)酵解生成2mol乳酸的過程中，產(chǎn)生2molATP，通過這一途徑可使紅細胞內(nèi)ATP的濃度維持在1.85103mol/L水平。 1. 糖酵解30ATP的功能：主要用于維持

17、紅細胞膜上的離子泵的正常功能，以維護細胞膜可塑性、谷胱甘肽的生成、核苷酸的補救合成等。紅細胞膜上的鈉泵通過消耗ATP，泵入鉀離子，泵出鈉離子，才能保持紅細胞的離子平衡以及其雙凹盤狀的特定形態(tài)。紅細胞的鈣泵也需消耗ATP，缺乏時細胞膜上的鈣離子聚集并沉積于膜上，使膜失去柔韌性而趨于僵硬，降低應變能力。成熟紅細胞不能合成脂類，但紅細胞膜上的脂類不斷地和血漿脂蛋白中的脂類進行交換而更新。這是一種耗能的過程，當缺少ATP時其更新受阻，紅細胞膜可塑性降低，易被破壞。312、2,3-二磷酸甘油酸(2,3-BPG)支路：紅細胞內(nèi)糖酵解途徑還具有其特有的側(cè)支循環(huán)，分支點在1,3-二磷酸甘油酸(1,3-BPG)

18、，在二磷酸甘油酸變位酶(BPGM)催化下，1,3-BPG轉(zhuǎn)變?yōu)?,3-BPG.在二磷酸甘油酸磷酸酶(BPGP)催化下，2,3-BPG的2位上的磷酸酯鍵被水解，生成3-磷酸甘油酸。整個反應是一個耗能的過程，反應不可逆。32葡萄糖1, 3-BPG3-磷酸甘油酸2, 3-BPG2, 3-BPG 磷酸酶二磷酸甘油酸變位酶3-磷酸甘 油酸激酶乳酸反應過程33正常情況下，2,3-BPG對二磷酸甘油酸變位酶的負反饋作用大于對3-磷酸甘油酸激酶的抑制作用，所以2,3-二磷酸甘油酸支路僅占糖酵解的15%50%，但是由于2,3-BPG磷酸酶的活性較低，2,3-BPG的生成大于分解，造成紅細胞內(nèi)2,3-BPG升高。

19、紅細胞內(nèi)2,3-BPG不僅是紅細胞內(nèi)儲存能量的一種形式，而且能增加氧合血紅蛋白的放氧。 342, 3-BPG可特異性地與去氧血紅蛋白結(jié)合，進入22四聚體中心空隙的兩個亞單位之間，使兩個亞基保持分開狀態(tài)、處于脫氧構(gòu)象，從而降低Hb對氧的親和力，這對Hb功能發(fā)揮起重要作用。貧血和肺氣腫病人的紅細胞，可代償性的生成大量2, 3-BPG，有利于組織獲得更多的氧。35紅細胞內(nèi)磷酸戊糖途徑的代謝過程與其他細胞相同，主要功能是產(chǎn)生NADPH。 NADPH是維持體內(nèi)巰基酶和膜蛋白還原性的主要物質(zhì)，可以對抗氧化劑，保護細胞膜蛋白、血紅蛋白和酶蛋白的巰基等不被氧化，從而維持紅細胞的正常功能。在紅細胞中主要用于谷胱

20、甘肽和高鐵血紅蛋白的還原。（二） 磷酸戊糖途徑為紅細胞提供還原當量NADPH36每天約3%血紅蛋白自我氧化為高鐵血紅蛋白而無法攜帶氧氣，NADPH是NADPH-高鐵血紅蛋白還原酶的輔助因子，參與使高鐵血紅蛋白還原為血紅蛋白的反應。Hb的自我氧化伴隨著超氧化物生成，自發(fā)歧化或經(jīng)超氧化物歧化酶催化生成過氧化氫，可與超氧化物反應生成氫氧根自由基，使蛋白質(zhì)中的必需巰基氧化，或使紅細胞膜中的脂類過氧化，造成紅細胞溶解或蛋白質(zhì)沉淀。清除這些氧化劑需要消耗還原型谷胱甘肽(GSH)，而生成氧化型谷胱甘肽(GSSG)。紅細胞中的NADPH能維持細胞內(nèi)還原型谷胱甘肽(GSH)的含量，在谷胱甘肽還原酶催化下，將GS

21、SG還原為GSH，使紅細胞免遭外源性和內(nèi)源性氧化劑的損害。 37谷胱甘肽的氧化與還原及其有關代謝:葡萄糖6-磷酸6-磷酸葡萄糖酸NADP+NADPH+H+2GSHGSSGH2O22H2O葡萄糖6磷酸脫氫酶谷胱甘肽還原酶谷胱甘肽過氧化物酶38成熟紅細胞的脂類幾乎都存在于細胞膜。成熟紅細胞已不能從頭合成脂肪酸，但膜脂的不斷更新卻是紅細胞生存的必要條件。紅細胞通過主動參入和被動交換不斷地與血漿進行脂質(zhì)交換，維持其正常的脂類組成、結(jié)構(gòu)和功能。 紅細胞中的脂代謝39 二、血紅素的合成與調(diào)節(jié)珠蛋白，血紅素(heme)血紅素的合成珠蛋白的合成血紅蛋白的合成血紅蛋白的組成:血紅蛋白的合成包括: 血紅蛋白是紅細

22、胞最主要的成分，約占其濕重的32%，是血液運氧功能的物質(zhì)基礎。它是一種含有血紅素輔基的色素蛋白質(zhì)。40（一） 血紅素的生物合成合成的組織和亞細胞定位： 參與血紅蛋白組成的血紅素主要在骨髓的幼紅細胞和網(wǎng)織紅細胞中合成。合成原料：甘氨酸、琥珀酰CoA、Fe2+合成的起始和終末階段均在線粒體內(nèi)進行，而中間階段在胞液內(nèi)進行。 合成部位：41血紅素合成過程： -氨基-酮戊酸(-aminolevulinic acid, ALA)的合成：+HSCoA + CO2ALA合酶（磷酸吡哆醛）琥珀酰CoA甘氨酸42反應部位在線粒體內(nèi)；催化此反應的酶是ALA合酶(ALA synthase)，其輔酶是磷酸吡哆醛。此酶是血紅素合成的限速酶，受血紅素的反饋調(diào)節(jié)。 ALA生成后從線粒體進入胞液。43膽色素原(prophobilinogen，PBG)的生成：ALA脫水酶2H2O在ALA脫水酶(ALA dehydrase)催化下，二分子 ALA 脫水縮合生成一分子PBG。44 尿卟啉原與糞卟啉原的生成：4x 膽色素原線狀四吡咯尿卟啉