血液的生物化学-级本科

*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,目录,血液的生物化学,Hemal Biochemistry,第十六章,掌握：,非蛋白氮(NPN)、2,3-BPG支路的概念；血浆蛋白质的种类；血浆蛋白质的生理功能；红细胞糖代谢的两条代谢途径；血红素生物合成的原料、部位和限速酶。,熟悉：,血液的组成；血浆蛋白质的性质；红细胞内糖代谢的生理意义。,了解：,血浆胶体渗透压的概念；血红素生物合成的调节。,学 习 目 标,2,概 述,血液,由液态的,血浆,与混悬在其中的,红细胞、白细胞和血小板,组成。,正常人体的血液总量约占体重的,8%，,其中血浆占全血体积的,55%60%,，其余为有形成分。,正常人血液的含水量约为,77%81%,，比重为,1.0501.060,，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,7.400.05,，渗透压在37时约为,7.7010,2,kPa,。,血浆含水约为,93%95%,，其余为固体成分，包括,无机物,和,有机物,两大类，组成非常复杂。,3,无机物：以,离子形式,存在，包括一些阳离子和阴离子。重要的阳离子有Na,+,、K,+,、Ca,2+,、Mg,2+,，重要的阴离子主要有Cl,-,、HCO,3,-,、HPO,4,2-,等。,作用：,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、脂类及微量的酶、维生素、激素,等。,非蛋白氮(NPN),：,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,氮的总称,。,4,第一节,血浆蛋白质,Plasma Proteins,一、血浆蛋白的分类与性质,血浆蛋白质是指血浆中含有的蛋白质，是血浆中的,主要的固体成分,。它在血浆中的正常含量为,60,75g/L,。,血浆蛋白质种类很多，目前已知的有,200,多种,，含量差异很大。,通常按,来源,、,分离方法,和,生理功能,将血浆蛋白质分类。,分离蛋白质的常用方法包括,电泳,(electrophoresis),和,超速离心,(ultra centrifuge),。,（一）血浆蛋白质的分类,6,按照,分离方法,，通过醋酸纤维薄膜,电泳,将血浆蛋白质分为：,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, ,血清蛋白电泳图谱：,清蛋白,1,2, ,B,8,清蛋白是人体血浆中含量,最高,的蛋白质，约占血浆总蛋白的,50%,，浓度为38-48g/L，由,肝细胞,合成。,球蛋白的浓度为15-30g/L。,临床上常用血浆中清蛋白与球蛋白浓度的比值,(A:G比值),反映,肝功能状况,。,正常情况下，A:G比值为,(1.5-2.5):1，,肝疾患的病人，肝合成清蛋白能力降低，血浆A:G比值下降。,9,按照血浆蛋白质,来源,：,一类是血浆中的,固有成分,，是由各种细胞组织分泌进入到血浆中的，对于血浆的功能必不可少，我们称其为,血浆功能蛋白质,：如各种转运蛋白、生长调节因子、补体、抗体、凝血酶原等。这类蛋白质的量和质的改变反映了机体代谢方面的变化。,另一类血浆蛋白质是在细胞组织更新或遭到破坏时,漏入血浆,的，如淀粉酶、转氨酶、血红蛋白等，这类蛋白质在血浆中的出现或含量的升高，往往反映了有关细胞组织的更新、破坏或细胞膜通透性的改变。,10,种 类,血 浆 蛋 白,1.,载体蛋白,2.,免疫防御系统蛋白,3,.凝血和纤溶蛋白,4.,酶,5.,蛋白酶抑制剂,6.,激素,7.,参与炎症应答的蛋白,清蛋白、脂蛋白、运铁蛋白、铜蓝蛋白等,IgG ,IgM ,IgA ,IgD ,IgE 和补体C1-9 等,凝血因子、凝血酶原、纤溶酶原等,卵磷脂：胆固醇酰基转移酶等,1,抗胰蛋白酶、,2,巨球蛋白等,促红细胞生成素、胰岛素等,C-反应蛋白、,2酸性糖蛋白等,依据,生理功能,将血浆蛋白质分类：,11,1. 绝大多数血浆蛋白在,肝,合成，如清蛋白、纤维蛋白原和纤粘连蛋白等，少数由内皮细胞合成。还有一定量的血浆蛋白由其他组织细胞合成，如,-球蛋白是由浆细胞合成。,2. 血浆蛋白的合成场所一般位于,粗面内质网的多核糖体上,。先以蛋白前体的形式出现，后经翻译后修饰加工，如去信号肽、糖基化、磷酸化。,3. 除清蛋白外，,血浆蛋白大多是糖蛋白,，含有N或O连接的寡聚糖链。,（二）血浆蛋白质的性质,12,4. 在循环过程中，各种血浆蛋白均有自己特异的,半衰期,。正常成人清蛋白的半衰期为20天，而结合珠蛋白的半衰期仅为5天左右。,5. 许多血浆蛋白呈现,多态性,(polymorphism)，多态性是孟德尔式或单基因遗传的性状。即指在人群中有两种或两种以上发生频率不低于1%的表现型。ABO血型物质是最典型的例子，另外结合珠蛋白、运铁蛋白、铜蓝蛋白和免疫球蛋白等都有多态性。研究血浆蛋白质的多态性对遗传学和临床医学均有一定意义。,13,二、血浆蛋白的功能,（一）维持血浆胶体渗透压,水及电解质等小分子物质可自由通透微血管壁，但呈胶体状态的蛋白质分子则不能随便通透，呈现,胶体渗透压,。,血浆中的蛋白质，特别是,清蛋白,是维持血浆胶体渗透压的主要成分。,由于清蛋白的,分子量小,（69kDa），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大约占血浆胶体总渗透压的,75%80%,。,14,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,。由于血浆蛋白质的摩尔浓度,高于,组织液，因而血浆蛋白质的胶体渗透压略,高于,组织液中的胶体渗透压。血管内外的这一胶体渗透压的差别，是血管内得以保留液体，并将组织间隙的一部分水吸入血管内的有效渗透压。,当血浆蛋白质浓度,降低,时（如营养不良），胶体渗透压下降，不能将组织间隙的水吸入血管中，组织间隙潴留过多水分导致,组织水肿,。同样，当肝功能衰退时，肝制造清蛋白的能力降低，同样可导致浮肿、腹水。,15,（二）维持血浆正常pH值,血液中的,血浆蛋白质和无机化合物,调节着机体的酸碱平衡，维持血液恒定的pH值。,占血浆固体成分中最多的是血浆蛋白质，是两性电解质。大部分血浆蛋白质的等电点在4.67.3之间，而正常血液的pH为7.400.05，故大部分血浆蛋白在血液中是弱酸。它们一部分以,酸分子,形式存在，一部分以,弱酸盐,形式存在。,血浆蛋白盐,与,相应蛋白,形成血液的一种缓冲系统，参与维持血浆正常的pH。,16,（三）运输功能,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。,血浆蛋白还能与易被细胞摄取和易随尿液排除的一些,小分子物质,结合，防止它们从肾丢失。,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。,17,举例：,清蛋白,能与多种,配体,结合：自由脂肪酸、类固醇激素、胆红素及Ca,2+,、Cu,2+,等；还能与一些,药物,结合，增加其水溶性而易于转运：磺胺、青霉素、阿司匹林等。,运铁蛋白,是,铁,的转运载体，一分子运铁蛋白可与两个Fe,3+,结合。自由铁离子对机体有毒，与运铁蛋白结合后即无毒性；还可防止铁离子自肾丢失；可将铁运至骨髓的幼稚红细胞，并与后者表面的特异膜受体结合，有利于铁进入幼稚红细胞，作为合成血红蛋白的原料。,脂蛋白,：主要运输,脂类,。,18,（四）免疫作用,血浆中的,球蛋白,是含量最多的球蛋白，亦称,免疫球蛋白,，具有防御作用。,血浆中的免疫球蛋白：IgG、IgA、IgM、IgD和IgE，又称为,抗体,，是人体受到细菌、病毒或异种蛋白质等刺激后，由浆细胞产生的一类具有特异性免疫作用的球状蛋白质。,免疫球蛋白能与刺激它产生的抗原特异性地结合，形成,抗原抗体复合物,，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,补体,。补体被抗原抗体复合物激活后，能使细胞膜表面发生改变，并导致细胞溶解，有协助杀伤细菌、肿瘤细胞等功能。,19,（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，都以酶原的形式存在于血浆内，在一定条件下被激活发挥作用。血浆功能酶大多由肝合成后分泌入血，并在血浆中发挥催化作用。,20,2、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，其催化活性与血浆的正常生理功能无直接关系。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：如急性胰腺炎时，,血、尿淀粉酶升高。,3、细胞酶：,存在于,细胞和组织,内，参与物质代谢的酶类。随着细胞的不断更新，这些酶可释放入血，正常时在血浆中含量甚微。这些酶大部分无器官特异性，小部分来源于特定组织，表现为器官特异性。当特定器官病变时，血浆内相应酶活性增高，可用于临床酶学检验。,21,（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，吞饮血浆蛋白质，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，蛋白质还能氧化分解,供应能量,。,22,（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。,当血管损伤、血液流出血管时，,凝血因子,促使血液形成凝块，即发生,血液凝固,，以防止血液的大量流失。,另外，一些血浆蛋白可溶解血液凝块，如,血纤溶酶原,经血纤溶激活酶激活后，具有溶解纤维蛋白的作用，,防止血栓形成,，保证血流畅通。,23,（八）血浆蛋白质异常与临床疾病,由于血浆蛋白质有多方面功能，在维持人体正常代谢中有重要作用，所以,测定血浆总蛋白,及其,各组成成分,的,含量,，有助于,诊断和治疗,某些疾病。,风湿病,肝疾病,多发性骨髓瘤,多发性骨髓瘤血浆蛋白电泳图谱,24,第二节,红细胞代谢,Metabolism of Red Blood Cells,红细胞的代谢特点,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。,在成熟过程中，红细胞发生一系列,形态和代谢,的改变。,红细胞发育至,中幼红细胞,之前与一般体细胞相同：有细胞核及一般细胞器，能合成核酸、蛋白质，可通过有氧氧化获得能量，具有分裂繁殖能力。,到,晚幼红细胞,则失去复制DNA的能力，不再分裂。,网织红细胞,已无细胞核及DNA，不能合成RNA，但残存少量RNA及线粒体，尚能合成少量蛋白质及通过有氧氧化供能。,成熟红细胞,已无细胞器，既不能合成蛋白质，也不能进行有氧氧化，只保留与其功能相适应的少数过程。,26,红细胞成熟过程中的代谢变化,注：“+”，“-”分别表示该途径有或无；*晚幼红细胞为“-”。,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,蛋白质 合 成,血红素合成,脂类合成,三羧缩酸循环,氧化磷酸化,糖酵解,磷酸戊糖途径,27,一、红细胞中糖代谢的特点,红细胞在成熟过程中，,细胞器及亚细胞器结构,逐渐消失，伴随而来的是,代谢功能,的逐渐丧失，只保存对其生存和功能发挥至关重要的,糖无氧酵解,和,磷酸戊糖旁路,两条代谢途径。,血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,糖酵解途径,和,2,3-,二磷酸甘油酸支路,进行代谢，,5%,10%,通过,磷酸戊糖途径,进行代谢。,意义：,红细胞依赖这两条代谢途径为其提供,能量,和,还原当量,，以保持红细胞膜和血红蛋白的完整性，完成红细胞的功能。,28,（一）红细胞的能量供应,成熟红细胞通过,糖酵解,供能，葡萄糖是红细胞的主要能源物质。红细胞膜上有不依赖胰岛素的葡萄糖转运蛋白，它可使葡萄糖易化扩散入红细胞内。,葡萄糖在红细胞内主要通过,糖酵解,和,2,3-二磷酸甘油酸(2,3-BPG)支路,进行代谢。,29,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,，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，每摩尔葡萄糖经酵解生成2mol乳酸的过程中，产生2molATP，通过这一途径可使红细胞内ATP的浓度维持在1.8510,3,mol/L水平。,1. 糖酵解,30,ATP的功能：,主要用于维持红细胞膜上的,离子泵,的正常功能，以维护细胞膜可塑性、谷胱甘肽的生成、核苷酸的补救合成等。,红细胞膜上的,钠泵,通过消耗ATP，泵入钾离子，泵出钠离子，才能保持红细胞的离子平衡以及其双凹盘状的特定形态。,红细胞的,钙泵,也需消耗ATP，缺乏时细胞膜上的钙离子聚集并沉积于膜上，使膜失去柔韧性而趋于僵硬，降低应变能力。,成熟红细胞不能合成,脂类,，但红细胞膜上的脂类不断地和血浆脂蛋白中的脂类进行交换而更新。这是一种耗能的过程，当缺少ATP时其更新受阻，红细胞膜可塑性降低，易被破坏。,31,2、2,3-二磷酸甘油酸(2,3-BPG)支路：,红细胞内糖酵解途径还具有其特有的,侧支循环,，分支点在,1,3-二磷酸甘油酸(1,3-BPG)，在,二磷酸甘油酸变位酶(BPGM),催化下，1,3-BPG转变为,2,3-BPG,.,在,二磷酸甘油酸磷酸酶(BPGP),催化下，2,3-BPG的2位上的磷酸酯键被水解，生成3-磷酸甘油酸。,整个反应是一个,耗能,的过程，反应,不可逆,。,32,葡萄糖,1, 3-BPG,3-磷酸甘油酸,2, 3-BPG,2, 3-BPG 磷酸酶,二磷酸甘油酸变位酶,3-磷酸甘 油酸激酶,乳酸,反应过程,33,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2,3-二磷酸甘油酸支路仅占糖酵解的,15%50%,，但是由于2,3-BPG磷酸酶的活性较低，2,3-BPG的,生成大于分解,，造成红细胞内2,3-BPG升高。,红细胞内2,3-BPG不仅是红细胞内,储存能量,的一种形式，而且能,增加,氧合血红蛋白的,放氧,。,34,2, 3-BPG可特异性地与去氧血红蛋白结合，进入,2,2,四聚体中心空隙的两个亚单位之间，使两个亚基保持分开状态、处于脱氧构象，从而,降低Hb对氧的亲和力,，这对Hb功能发挥起重要作用。,贫血和肺气肿病人的红细胞，可代偿性的生成,大量2, 3-BPG,，有利于组织获得更多的氧。,35,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,。,NADPH是维持体内巯基酶和膜蛋白,还原性,的主要物质，可以,对抗氧化剂,，保护细胞膜蛋白、血红蛋白和酶蛋白的巯基等,不被氧化,，从而维持红细胞的正常功能。,在红细胞中主要用于,谷胱甘肽,和,高铁血红蛋白,的还原。,（二）,磷酸戊糖途径为红细胞提供还原当量NADPH,36,每天约3%血红蛋白自我氧化为高铁血红蛋白而无法携带氧气，,NADPH,是NADPH-高铁血红蛋白还原酶的,辅助因子,，参与使高铁血红蛋白还原为血红蛋白的反应。,Hb的自我氧化伴随着超氧化物生成，自发歧化或经超氧化物歧化酶催化生成过氧化氢，可与超氧化物反应生成氢氧根自由基，使蛋白质中的必需巯基氧化，或使红细胞膜中的脂类过氧化，造成红细胞溶解或蛋白质沉淀。清除这些氧化剂需要消耗还原型谷胱甘肽(GSH)，而生成氧化型谷胱甘肽(GSSG)。红细胞中的,NADPH,能维持细胞内还原型谷胱甘肽(,GSH,)的含量，在谷胱甘肽还原酶催化下，将GSSG还原为GSH，使红细胞免遭外源性和内源性氧化剂的损害。,37,谷胱甘肽的氧化与还原及其有关代谢,:,葡萄糖6-磷酸,6-磷酸葡萄糖酸,NADP,+,NADPH+H,+,2GSH,GSSG,H,2,O,2,2H,2,O,葡萄糖,6磷酸,脱氢酶,谷胱甘肽还原酶,谷胱甘肽过氧化物酶,38,成熟红细胞的脂类几乎都存在于,细胞膜,。,成熟红细胞已,不能,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,，维持其正常的脂类组成、结构和功能。,红细胞中的脂代谢,39,二、血红素的合成与调节,珠蛋白，血红素(heme),血红素的合成,珠蛋白的合成,血红蛋白的合成,血红蛋白的组成,:,血红蛋白的合成包括,:,血红蛋白是红细胞,最主要,的成分，约占其湿重的32%，是血液,运氧功能,的物质基础。它是一种含有,血红素辅基,的,色素蛋白质,。,40,（一） 血红素的生物合成,合成的组织和亚细胞定位：,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。,合成原料：,甘氨酸、琥珀酰CoA、Fe,2+,合成的,起始和终末,阶段均在,线粒体,内进行，而,中间阶段,在,胞液,内进行。,合成部位：,41,血红素合成过程：,-氨基-酮戊酸(,-,aminolevulinic acid, ALA)的合成：,+,HSCoA,+ CO,2,ALA合酶,（磷酸吡哆醛）,琥珀酰CoA,甘氨酸,42,反应部位在,线粒体,内；,催化此反应的酶是,ALA合酶,(ALA synthase)，其辅酶是磷酸吡哆醛。此酶是血红素合成的,限速酶,，受血红素的反馈调节。,ALA生成后从线粒体,进入胞液,。,43,胆色素原,(,prophobilinogen,，,PBG),的生成：,ALA脱水酶,2H,2,O,在,ALA,脱水酶,(ALA,dehydrase,),催化下，二分子,ALA,脱水缩合生成一分子,PBG,。,44, 尿卟啉原与粪卟啉原的生成：,4x 胆色素原,线状四吡咯,尿卟啉原,粪卟啉原,尿卟啉原,合成酶,尿卟啉原,合成酶,尿卟啉原,脱羧酶,反应部位：,胞液,反应生成的粪卟啉原,再,进入线粒体,。,45, 血红素的生成：,反应部位：,线粒体,粪卟啉原,原卟啉原,原卟啉,血红素,粪卟啉原,氧化脱羧酶,亚铁螯合酶,原卟啉原,氧化酶,与Fe,2+,鳌合,46,47, 合成的主要部位是,骨髓和肝脏,，但成熟红细胞不能合成；, 合成的,原料简单,：琥珀酰CoA、甘氨酸、Fe,2+,等小分子物质；, 合成过程的起始与最终过程在,线粒体,，中间过程在,胞液,。,血红素合成的特点,：,48,是血红素合成的,限速酶,；,受,血红素,反馈抑制；,高铁血红素,强烈抑制；,某些药物,，如巴比妥、灰黄霉素等及,固醇类激素，,如睾酮在体内的,5-,还原物,可诱导其生成。,（二）血红素生物合成的调节：, ALA合酶：,49,与原始红细胞相互作用，促使它们增殖和分化，,加速,有核红细胞的,成熟,以及血红素和,Hb,的,合成,，是红细胞生成的主要调节因子。,可被,血红素 、重金属,等抑制，亚铁螯合酶还需要,还原剂,(,如谷胱甘肽,),。, ALA脱水酶与亚铁螯合酶：, 促红细胞生成素(erythropoietin, EPO)：,50,血红素,合成后，从线粒体转运到,胞液,，在骨髓的有核红细胞及网织红细胞中，与,珠蛋白,结合成,血红蛋白,。,珠蛋白的合成同一般蛋白质的合成，其合成受,血红素,调控，血红素的氧化产物,高铁血红素,能促进血红蛋白的合成。,血红蛋白的合成：,51,糖代谢：,以,糖酵解,为主，提供能量；,磷酸戊糖途径,产生的NADPH经氧化酶的电子体系使O,2,还原产生超氧阴离子、H,2,O,2,、OH等自由基，起杀菌作用。,脂代谢：,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、白三烯等活性物质。,氨基酸和蛋白质代谢：,粒细胞,中,氨基酸的浓度较高，由于成熟粒细胞缺乏内质网，故蛋白质合成量很少。而,单核吞噬细胞,的蛋白质代谢很活跃，能合成多种酶、补体和各种细胞因子。,二、白细胞代谢,52,