血液的生物化学课件

第十六章第十六章血液的生物化学血液的生物化学Hemal BiochemistryHemal Biochemistry第十六章血液的生物化学Hemal Biochemistr1概述概述血液血液（blood)的组成的组成 血浆血浆(plasma)红细胞、白细胞和血小板红细胞、白细胞和血小板。正常人体的血液正常人体的血液(blood)(blood)总量约占体重的总量约占体重的8%8%。血清血清（serum)是血液凝固后析出的淡黄色透是血液凝固后析出的淡黄色透明液体。明液体。概述血液（blood)的组成2血液的化学成分血液的化学成分血液血液阳离子：阳离子：NaNa+、K K+、CaCa2+2+、MgMg2+2+：包括蛋白质、非蛋白质类含包括蛋白质、非蛋白质类含氮化合物、糖类和脂类等氮化合物、糖类和脂类等阴离子：阴离子：CLCL-、HCOHCO3 3-、HPOHPO4 42-2-无机物无机物有机物有机物水水:77%-81%:77%-81%少量气体：少量气体：O2、CO2固体成分固体成分血液比重：血液比重：1.050-1.060血液血液pH：7.40.05血液的化学成分血液阳离子：Na+、K+、Ca2+、Mg2+：3 非蛋白氮非蛋白氮(non-protein nitrogen,NPN):血液中非蛋白质类含氮化合物血液中非蛋白质类含氮化合物。主要有。主要有尿素、肌酸、肌酸酐、尿酸、胆红素和尿素、肌酸、肌酸酐、尿酸、胆红素和氨等。正常氨等。正常NPNNPN含量为含量为14.28-24.99 mmol/L。其中血尿素氮（。其中血尿素氮（blood urea nitrogen,BUN）约占）约占NPN的的1/2。非蛋白氮(non-protein nitrogen,NP4 第一节第一节 血血 浆浆 蛋蛋 白白 Plasma Protein 第一节5一、血浆蛋白质的分类与性质一、血浆蛋白质的分类与性质 1、血浆蛋白是指血浆含有的蛋白质，是血血浆蛋白是指血浆含有的蛋白质，是血浆主要的固体成分。浆主要的固体成分。2、血浆内蛋白总浓度大约为血浆内蛋白总浓度大约为70-75g/L70-75g/L。3、血浆蛋白的种类很多，含量也极不相同，血浆蛋白的种类很多，含量也极不相同，有多种分类方法。有多种分类方法。一、血浆蛋白质的分类与性质 1、血浆蛋白是指血浆含有的蛋白6（一）血浆蛋白的分类（一）血浆蛋白的分类 2.2.超速离心超速离心 根根据蛋白质的密度将其分离据蛋白质的密度将其分离,如血浆脂蛋白的分离如血浆脂蛋白的分离。1.1.根据电泳结果分类根据电泳结果分类球蛋白球蛋白(globulin)浓度为浓度为15-3Og/L 15-3Og/L 正常正常A/GA/G为为1.5-2.51.5-2.5 1 1球蛋白球蛋白2 2球蛋白球蛋白球蛋白球蛋白球蛋白球蛋白清蛋白清蛋白(albumin)血浆中最主要蛋白质，血浆中最主要蛋白质，38-48g/L,38-48g/L,占血浆总蛋白的占血浆总蛋白的50%50%（一）血浆蛋白的分类 2.超速离心1.根据电泳结果分类球蛋白7血液的生物化学课件83.3.根据生理功能分类根据生理功能分类3.根据生理功能分类9（二）血浆蛋白的性质（二）血浆蛋白的性质 2.2.合成场所一般位于合成场所一般位于膜结合的多核蛋白体膜结合的多核蛋白体上。在肝细胞内上。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。入血液的途径。1.1.主要主要在肝合成在肝合成，如清蛋白、纤维蛋白原和纤连蛋白等。，如清蛋白、纤维蛋白原和纤连蛋白等。少量由其他组织细胞合成少量由其他组织细胞合成,如如球蛋白由浆细胞合成。球蛋白由浆细胞合成。3.3.除清蛋白外除清蛋白外,几乎所有的血浆蛋白质均为几乎所有的血浆蛋白质均为糖蛋白糖蛋白,它们含它们含 有有N-N-或或0-0-连接的寡糖链。寡糖链包含了许多生物信息。连接的寡糖链。寡糖链包含了许多生物信息。血浆蛋白合成后的定向转移过程需要寡糖链。血浆蛋白合成后的定向转移过程需要寡糖链。（二）血浆蛋白的性质 2.合成场所一般位于膜结合的多核蛋白体10血液的生物化学课件114.4.许多血浆蛋白呈现许多血浆蛋白呈现多态性多态性。如。如ABOABO血型血型5.5.血浆蛋白有自己血浆蛋白有自己特异的半衰期特异的半衰期。正常成人的清蛋。正常成人的清蛋白和结合珠蛋白的半衰期分别为白和结合珠蛋白的半衰期分别为2020天和天和5 5天左右。天左右。6.6.发生急性炎症或一些类型的组织损伤时发生急性炎症或一些类型的组织损伤时,某些血浆某些血浆 蛋白的水平会增高蛋白的水平会增高,它们被称为它们被称为急性时相蛋白质急性时相蛋白质，少，少则增加则增加5050，最多可增至，最多可增至10001000倍，包括倍，包括C-C-反应蛋白、反应蛋白、1 1抗胰蛋白酶、结合珠蛋白、抗胰蛋白酶、结合珠蛋白、1 1酸性蛋白和纤维蛋酸性蛋白和纤维蛋白原等。急性时相期，有些蛋白质浓度降低，如清蛋白原等。急性时相期，有些蛋白质浓度降低，如清蛋白和转铁蛋白。白和转铁蛋白。4.许多血浆蛋白呈现多态性。如ABO血型5.血浆蛋白有自己特12二、血浆蛋白质的功能二、血浆蛋白质的功能1.维持血浆胶体渗透压：主要由清蛋白产生维持血浆胶体渗透压：主要由清蛋白产生2.维持血浆正常的维持血浆正常的pHpH：7.35-7.457.35-7.453.运输作用：清蛋白运输作用：清蛋白+脂肪酸脂肪酸/胆红素等胆红素等4.免疫作用：免疫球蛋白、补体免疫作用：免疫球蛋白、补体5.催化作用催化作用6.营养作用营养作用7.凝血、抗凝血和纤溶作用凝血、抗凝血和纤溶作用8.血浆蛋白异常与临床疾病血浆蛋白异常与临床疾病血浆功能酶：在血浆中发挥功能血浆功能酶：在血浆中发挥功能外分泌酶：由外分泌腺分泌的酶类外分泌酶：由外分泌腺分泌的酶类细胞酶：存在于组织和细胞内，参与细胞酶：存在于组织和细胞内，参与物质代谢的酶类物质代谢的酶类二、血浆蛋白质的功能1.维持血浆胶体渗透压：主要由清蛋白产生13渗透压：溶液中的溶质颗粒通过半透膜吸取膜外水分渗透压：溶液中的溶质颗粒通过半透膜吸取膜外水分子的一种力量。渗透压的大小与单位体积中溶质分子子的一种力量。渗透压的大小与单位体积中溶质分子的数目有关，而与溶质颗粒的大小无关。的数目有关，而与溶质颗粒的大小无关。血浆渗透压血浆渗透压血浆胶体渗透压的大小主要取决于血浆蛋白的摩尔浓血浆胶体渗透压的大小主要取决于血浆蛋白的摩尔浓度。清蛋白最能有效维持胶体渗透压。度。清蛋白最能有效维持胶体渗透压。清蛋白浓度过低清蛋白浓度过低 血浆胶体渗透压下降血浆胶体渗透压下降 水分在组织间潴留水分在组织间潴留 水肿水肿血浆晶体渗透压：维持细胞内外水平衡血浆晶体渗透压：维持细胞内外水平衡血浆胶体渗透压：维持血管内外水平衡血浆胶体渗透压：维持血管内外水平衡渗透压：溶液中的溶质颗粒通过半透膜吸取膜外水分子的一种力量。14 第三节第三节 血细胞物质血细胞物质代谢代谢 Metabolism of Blood Cells 第三节 15一、红细胞的代谢特点一、红细胞的代谢特点 v在成熟过程中在成熟过程中,红细胞发生一系列形态和代谢的改红细胞发生一系列形态和代谢的改变。变。成熟红细胞除质膜和胞浆外成熟红细胞除质膜和胞浆外,无其他细胞器无其他细胞器。葡萄糖是成熟红细胞的主要能量物质。葡萄糖是成熟红细胞的主要能量物质。v红细胞是血液中红细胞是血液中最主要的细胞最主要的细胞,它是在骨髓中由造它是在骨髓中由造血干细胞定向分化而成的红系细胞。血干细胞定向分化而成的红系细胞。v在红系细胞发育过程中，经历了在红系细胞发育过程中，经历了原始红细胞、早原始红细胞、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。等阶段，最后才成为成熟红细胞。一、红细胞的代谢特点 在成熟过程中,红细胞发生一系列形态和代16分裂增殖能力分裂增殖能力 +-+-DNADNA合成合成 +*-RNARNA合成合成 +-+-RNARNA存在存在 +-+-蛋白质合成蛋白质合成 +-+-血红素合成血红素合成 +-+-脂类合成脂类合成 +-+-三竣酸循环三竣酸循环 +-+-氧化磷酸化氧化磷酸化 +-+-糖酵解糖酵解 +磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径 +红细胞成熟过程中的代谢变化红细胞成熟过程中的代谢变化代谢能力代谢能力 有核红细胞有核红细胞 网织红细胞网织红细胞 成熟红细胞成熟红细胞注注:“+”,“-”:“+”,“-”分别表示该途径有或无分别表示该途径有或无 *晚幼红细胞为晚幼红细胞为“-”“-”分裂增殖能力 +-17(一一)糖代谢糖代谢 v糖酵解通路和糖酵解通路和2,3-二磷酸甘油酸旁路二磷酸甘油酸旁路：90%95%的葡萄糖通过此途径进行代谢的葡萄糖通过此途径进行代谢v磷酸戊糖途径：主要功能是产生磷酸戊糖途径：主要功能是产生NADPH+H+，5%10%的葡萄糖通过此途径进行代谢。的葡萄糖通过此途径进行代谢。(一)糖代谢 糖酵解通路和2,3-二磷酸甘油酸旁路：181、糖酵解和、糖酵解和2,3-二二磷酸甘油酸旁路磷酸甘油酸旁路红细胞中存在催化糖酵解所需要的全部酶和中间代红细胞中存在催化糖酵解所需要的全部酶和中间代谢物谢物,糖酵解的基本反应和其他组织相同。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糖酵解是红细胞获得能量的唯一途径，每每mol葡萄葡萄糖经酵解生成糖经酵解生成2mol乳酸的过程中，产生乳酸的过程中，产生2mol ATP和和2mol NADH+H+，通过这一途径可使红细胞内，通过这一途径可使红细胞内ATP的浓度维持在的浓度维持在1.85103mol/L水平水平。1、糖酵解和2,3-二磷酸甘油酸旁路红细胞中存在催化糖酵解所19 图16-6 2,3-BPG旁路 二磷酸甘油酸变位酶二磷酸甘油酸变位酶 (15%-50%)葡萄糖葡萄糖1,3-BPG三磷酸甘油酸激酶三磷酸甘油酸激酶3-磷酸磷酸甘油酸甘油酸2,3-BPG2,3-BPG磷酸酶磷酸酶 乳酸乳酸 2,3-二二磷酸甘油酸旁路：磷酸甘油酸旁路：2,3-BPG的的主要作用是调节血红蛋白的运氧功能。主要作用是调节血红蛋白的运氧功能。图16-6 2,3-BPG旁路 二磷酸甘油202 2、磷酸戊糖途径、磷酸戊糖途径 红细胞内磷酸戊糖途径的代谢过程与其他红细胞内磷酸戊糖途径的代谢过程与其他细胞相同细胞相同,主要功能是主要功能是产生产生NADPH+H+。2、磷酸戊糖途径 红细胞内磷酸戊糖途径的代谢过程与其213、红细胞内糖代谢的生理意义红细胞内糖代谢的生理意义(1)(1)ATP的功能的功能 v维持红细胞膜上钠泵维持红细胞膜上钠泵(Na+-K+-ATPase)的正常运转的正常运转v维持红细胞维持红细胞膜上钙泵膜上钙泵(Ca2+-ATPase)的正常运行的正常运行v维持红细胞膜上脂质与血浆脂蛋白中的脂质进行维持红细胞膜上脂质与血浆脂蛋白中的脂质进行交换交换v少量少量ATP用于谷胱甘肽、用于谷胱甘肽、NAD+的生物合成的生物合成vATP用于葡萄糖的活化用于葡萄糖的活化,启动糖酵解过程。启动糖酵解过程。3、红细胞内糖代谢的生理意义(1)ATP的功能维持红细胞膜22 (2)2,3-BPG的功能的功能 2,3-BPG是调节血红蛋白是调节血红蛋白(Hb)运氧功能运氧功能的重要因素，可降低的重要因素，可降低Hb与氧的亲和力与氧的亲和力。(2)2,3-BPG的功能 23血液的生物化学课件24 2,3 B P G 2,3 B P G25(3)NADH和和NADPH的功能的功能NADH和和NADPH是红细胞内重要的还原当量是红细胞内重要的还原当量,具具有对抗氧化剂有对抗氧化剂,保护细胞膜蛋白、血红蛋白和酶保护细胞膜蛋白、血红蛋白和酶蛋白的巯基等不被氧化蛋白的巯基等不被氧化,从而维持红细胞的正常从而维持红细胞的正常功能。功能。红细胞中的红细胞中的NADPH能维持细胞内还原型谷胱甘能维持细胞内还原型谷胱甘肽的含量，使红细胞免遭外源性和内源性氧化剂肽的含量，使红细胞免遭外源性和内源性氧化剂的损害。的损害。(3)NADH和NADPH的功能26谷胱甘肽的氧化与还原及其有关代谢谷胱甘肽的氧化与还原及其有关代谢葡萄糖葡萄糖6-6-磷酸磷酸 6-6-磷酸磷酸葡萄糖酸葡萄糖酸NADP+NADPH+H+葡萄糖葡萄糖6-6-磷磷 酸脱氢酶酸脱氢酶GSSH2GSHH2O22H2O谷胱甘肽还原酶谷胱甘肽还原酶谷胱甘肽过氧化物酶谷胱甘肽过氧化物酶谷胱甘肽的氧化与还原及其有关代谢葡萄糖 6-磷酸NADP+N27(二二)脂代谢脂代谢成熟红细胞的脂类几乎都存在于细胞膜。成熟红细胞的脂类几乎都存在于细胞膜。成熟红细胞不能从头合成脂肪酸，但膜脂的不成熟红细胞不能从头合成脂肪酸，但膜脂的不断更新是红细胞生存的必要条件。断更新是红细胞生存的必要条件。成熟红细胞膜通过成熟红细胞膜通过主动参入和被动交换不断地主动参入和被动交换不断地与血浆进行脂质交换与血浆进行脂质交换，维持其正常的脂类组成、，维持其正常的脂类组成、结构和功能。结构和功能。(二)脂代谢成熟红细胞的脂类几乎都存在于细胞膜。28（三）血红蛋白的合成与调节（三）血红蛋白的合成与调节血红蛋白的组成血红蛋白的组成 珠蛋白珠蛋白 血红素血红素血红蛋白的合成血红蛋白的合成 血红素合成血红素合成 珠蛋白合成珠蛋白合成 血红蛋白的合成血红蛋白的合成（三）血红蛋白的合成与调节血红蛋白的组成29血液的生物化学课件30 Heme血血 红红 素素 的的 结结 构构Heme血 红 素 的 结 构31基本原料基本原料 甘氨酸、琥珀酰甘氨酸、琥珀酰CoACoA和和FeFe2+2+。合成部位合成部位 起始和终末阶段均在起始和终末阶段均在线粒体内线粒体内进行进行,中间阶段在中间阶段在胞浆内胞浆内进行进行。合成的组织和亚细胞定位合成的组织和亚细胞定位 主要在主要在骨髓的骨髓的幼红细胞、网织红细胞幼红细胞、网织红细胞以及以及肝脏肝脏中合成。中合成。1 1、血红素的生物合成、血红素的生物合成基本原料 甘氨酸、琥珀酰CoA和Fe2+。1、血红素的生物32+琥珀酰琥珀酰 CoA甘氨酸甘氨酸-ALAALA 合酶合酶(辅酶：磷酸吡哆醛辅酶：磷酸吡哆醛)部位：线粒体部位：线粒体血红素的生物合成血红素的生物合成+琥珀酰 CoA甘氨酸-ALAALA 合酶(辅酶：磷酸吡33 氨基氨基r 酮戊酸酮戊酸胆色素原胆色素原ALA 脱水酶脱水酶部位：胞液部位：胞液 氨基r 酮戊酸胆色素原ALA 脱水酶部位：胞液34（粪卟啉原（粪卟啉原）（胆色素原）（胆色素原）甲烯桥甲烯桥（尿卟啉原（尿卟啉原）（原卟啉（原卟啉）Fe2+6H2CO2CO23NH2甲炔桥甲炔桥（线性四吡咯）（线性四吡咯）血红素血红素（粪卟啉原）（胆色素原）甲烯桥（尿卟啉原）（原卟啉35(1)(1)合成过程合成过程(1)合成过程36反应部位：反应部位：线粒体线粒体酶：酶：ALA合酶（合酶（ALA synthesis)，是血红，是血红素合成的限速酶，受血红素的反馈调节素合成的限速酶，受血红素的反馈调节辅酶：辅酶：磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛产物：产物：ALA，合成后从线粒体进入胞液，合成后从线粒体进入胞液反应部位：线粒体37血液的生物化学课件38血液的生物化学课件39血液的生物化学课件40血液的生物化学课件41血红素合成的特点：血红素合成的特点：合成的主要部位是合成的主要部位是骨髓与肝脏；成熟红细胞不能骨髓与肝脏；成熟红细胞不能合成合成；原料是原料是琥珀酰琥珀酰CoACoA、甘氨酸及、甘氨酸及FeFe2 2+等简单小分等简单小分 子物质。中间产物的转变主要是吡咯环侧链子物质。中间产物的转变主要是吡咯环侧链 的脱羧和脱氢反应的脱羧和脱氢反应；起始和最终过程在起始和最终过程在线粒体线粒体中进行中进行,中间步骤则中间步骤则 在在胞液胞液中进行中进行。血红素合成的特点：合成的主要部位是骨髓与肝脏；成熟红细胞不42（2 2）合成的调节）合成的调节 ALAALA合酶合酶血红素合成体系的血红素合成体系的限速酶限速酶,受血红素的别构抑制调节。受血红素的别构抑制调节。血红素还可以阻抑血红素还可以阻抑ALAALA合酶的合成。合酶的合成。磷酸吡哆醛是该酶的辅基磷酸吡哆醛是该酶的辅基,维生素维生素B B6 6缺乏将减少血红素缺乏将减少血红素的合成。的合成。高铁血红素对高铁血红素对ALAALA合酶具有强烈抑制作用。合酶具有强烈抑制作用。某些胆固醇类激素可诱导其生成。某些胆固醇类激素可诱导其生成。（2）合成的调节43ALAALA脱水酶与亚铁鳌合酶脱水酶与亚铁鳌合酶 可被血红素、重金属等抑制，亚铁鳌合酶还需可被血红素、重金属等抑制，亚铁鳌合酶还需要还原剂（如谷胱甘肽），还原条件的中断会抑制要还原剂（如谷胱甘肽），还原条件的中断会抑制血红素的合成。血红素的合成。促红细胞生成素（促红细胞生成素（EPOEPO）与膜受体结合，加速有核红细胞的成熟以及血红与膜受体结合，加速有核红细胞的成熟以及血红素和素和HbHb的合成，促使原始红细胞的繁殖和分化。的合成，促使原始红细胞的繁殖和分化。ALA脱水酶与亚铁鳌合酶442 2、血红蛋白的合成、血红蛋白的合成 血红素合成后与珠蛋白结合成血红蛋白。珠血红素合成后与珠蛋白结合成血红蛋白。珠蛋白的合成与一般蛋白质的合成相同。蛋白的合成与一般蛋白质的合成相同。珠蛋白珠蛋白的合成受血红素的调控的合成受血红素的调控，血红素的氧化产物，血红素的氧化产物高高铁血红素铁血红素能促进血红蛋白的合成。能促进血红蛋白的合成。2、血红蛋白的合成 血红素合成后与珠蛋白结合成血红蛋45cAMP+RcAMP+R2 2C C2 2 2C+cAMP-2R 2C+cAMP-2ReIF-2 eIF2-P (PKA)高铁血红素高铁血红素(-)eIF-2激酶激酶 eIF-2激酶激酶-P（无活性）（无活性）（有活性）（有活性）(+)ATP ADP(+)（有活性）（有活性）（无活性）（无活性）高铁血红素对起始因子高铁血红素对起始因子2 2的调节的调节：cAMP+R2C2 2C+cAMP-2Re46二、二、白细胞的代谢白细胞的代谢 以糖酵解为主，提供能量；磷酸戊糖途径产生以糖酵解为主，提供能量；磷酸戊糖途径产生的的NADPH经氧化酶的电子体系使经氧化酶的电子体系使O2还原产生超氧还原产生超氧阴离子、阴离子、H2O2、OH等自由基，起杀菌作用。等自由基，起杀菌作用。2O2+NADPH 2O2-+NADP+H+1 1、糖代谢、糖代谢 二、白细胞的代谢 以糖酵解为主，提供能量；磷酸戊糖途472 2、脂代谢、脂代谢 不能从头合成脂肪酸；可将花生四烯酸转变不能从头合成脂肪酸；可将花生四烯酸转变成血栓素、前列腺素、白三烯等活性物。成血栓素、前列腺素、白三烯等活性物。3 3、氨基酸和蛋白质代谢、氨基酸和蛋白质代谢 粒细胞中含有较高的组氨酸代谢产物粒细胞中含有较高的组氨酸代谢产物组胺组胺成熟粒细胞缺乏内质网，蛋白合成量很少。单成熟粒细胞缺乏内质网，蛋白合成量很少。单核核-吞噬细胞中可进行活跃的蛋白质代谢。吞噬细胞中可进行活跃的蛋白质代谢。2、脂代谢 不能从头合成脂肪酸；可将花生四烯酸转变成血48Key term：2，3-二磷酸甘油酸支路（二磷酸甘油酸支路（2，3-BPG shunt pathway)Key term：2，3-二磷酸甘油酸支路（2，3-BPG49