生物化學(xué)與分子生物學(xué)：第11章 血液生物化學(xué)

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1、 第第1111章章血液的生物化學(xué)血液的生物化學(xué)Hemal Biochemistryv 血漿蛋白及非蛋白血漿蛋白及非蛋白含氮化合物含氮化合物v 紅細胞的代謝特點及血紅素的生物合成紅細胞的代謝特點及血紅素的生物合成本章重點講述：血液血液: 是在心臟和血管系統(tǒng)里流動的紅色、不透明、是在心臟和血管系統(tǒng)里流動的紅色、不透明、 具有粘性的液體。具有粘性的液體。 有形成分：紅細胞、白細胞和血小板有形成分：紅細胞、白細胞和血小板 無形成分：血清（凝固后）無形成分：血清（凝固后） 血漿（加抗凝劑血漿（加抗凝劑) 血清與血漿的主要區(qū)別是血清不含有血清與血漿的主要區(qū)別是血清不含有纖維蛋白原纖維蛋白原。組成組成內(nèi)環(huán)境

2、內(nèi)環(huán)境血漿血漿組織間液組織間液其它細胞外液其它細胞外液外界環(huán)境外界環(huán)境血液循環(huán)血液循環(huán) 血液的重要作用：血液的重要作用：1、溝通內(nèi)外環(huán)境、維持內(nèi)環(huán)境的相對穩(wěn)定、溝通內(nèi)外環(huán)境、維持內(nèi)環(huán)境的相對穩(wěn)定 （pH、滲透壓、各種化學(xué)成分的濃度）、滲透壓、各種化學(xué)成分的濃度）2、物質(zhì)的運輸、物質(zhì)的運輸 （營養(yǎng)物、代謝調(diào)解物、代謝中間物、代謝終末產(chǎn)物）（營養(yǎng)物、代謝調(diào)解物、代謝中間物、代謝終末產(chǎn)物）3、機體的防御、機體的防御（免疫功能）（免疫功能）4、保證血液正常流動、保證血液正常流動（凝血（凝血/抗抗凝血凝血功能）功能）第一節(jié) 血液的化學(xué)成分血液的化學(xué)成分血液的化學(xué)成分 水、電電解質(zhì)質(zhì)非蛋白含氮氮化合物血漿

3、漿蛋白質(zhì)質(zhì)氣氣體和其他有機化合物血液由有形細胞和無形的水溶液成分組成血液由有形細胞和無形的水溶液成分組成一、水和電解質(zhì)一、水和電解質(zhì)全血含水約全血含水約 8186% 血漿含水約血漿含水約 9395%，紅細胞含水約紅細胞含水約 6568%，血液中水的作用血液中水的作用維持體液平衡維持體液平衡各種物質(zhì)的溶劑各種物質(zhì)的溶劑體液間的物質(zhì)交換體液間的物質(zhì)交換吸熱、散熱，有助于調(diào)節(jié)體溫吸熱、散熱，有助于調(diào)節(jié)體溫血液中的電解質(zhì)：血液中的電解質(zhì)：正負電荷相等，保持體液電中性正負電荷相等，保持體液電中性各離子濃度保持動態(tài)平衡各離子濃度保持動態(tài)平衡NaNa+ +是維持血漿量和滲透壓的主要離子是維持血漿量和滲透壓的

4、主要離子在紅細胞，在紅細胞，K K+ +是維持細胞內(nèi)液量和滲透壓的主要離子是維持細胞內(nèi)液量和滲透壓的主要離子正離子有：正離子有：Na+、K+、Ca2+、Mg2+等等負離子有：負離子有：Cl、HCO3 、 SO42、 HPO42NaNa+ +、K K+ +、CaCa2+2+保持比例維持神經(jīng)肌肉的正常興奮性保持比例維持神經(jīng)肌肉的正常興奮性二、血漿蛋白質(zhì)二、血漿蛋白質(zhì)* *定義定義：血漿蛋白是血漿中各種蛋白質(zhì)的總稱。血漿蛋白是血漿中各種蛋白質(zhì)的總稱。特點特點：種類多；數(shù)量多；功能多。種類多；數(shù)量多；功能多。 1. 1. 種類多：種類多：已知有已知有200200多種多種 （一）血漿蛋白的分類血漿蛋白的

5、分類 按分離方法進行分類按分離方法進行分類 1.1.依據(jù)電泳結(jié)果分類依據(jù)電泳結(jié)果分類2.2.依據(jù)鹽析結(jié)果分類依據(jù)鹽析結(jié)果分類 清蛋白（清蛋白（albumin，A）：）：3848g/L 球蛋白（球蛋白（globulin，G）：）：1530g/L A/G：正常值：正常值1.52.5 3.按功能進行分類（無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)）按功能進行分類（無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)）依據(jù)電泳依據(jù)電泳(electrophoresis)結(jié)果分類結(jié)果分類 2球球 蛋蛋 白白清蛋白清蛋白 (albumin) 1球蛋白球蛋白(globulin) 球蛋白球蛋白 球蛋白球蛋白 A 清蛋白清蛋白 1 2 血血 清清 蛋蛋 白白 電電 泳泳 圖圖 譜譜種種

6、 類類血血 漿漿 蛋蛋 白白1.載體蛋白載體蛋白2.免疫防御系統(tǒng)蛋白免疫防御系統(tǒng)蛋白3.凝血和纖溶蛋白凝血和纖溶蛋白4.酶酶5.蛋白酶抑制劑蛋白酶抑制劑6.激素激素7.參與炎癥應(yīng)答的蛋白參與炎癥應(yīng)答的蛋白清蛋白、脂蛋白、運鐵蛋白、銅藍蛋白等清蛋白、脂蛋白、運鐵蛋白、銅藍蛋白等IgG ,IgM ,IgA ,IgD ,IgE 和補體和補體C1-9 等等凝血因子凝血因子、凝血酶原、纖溶酶原等、凝血酶原、纖溶酶原等卵磷脂：膽固醇酰基轉(zhuǎn)移酶等卵磷脂：膽固醇?；D(zhuǎn)移酶等 1抗胰蛋白酶、抗胰蛋白酶、 2巨球蛋白等巨球蛋白等促紅細胞生成素、胰島素等促紅細胞生成素、胰島素等C-反應(yīng)蛋白、反應(yīng)蛋白、 2酸性糖蛋白

7、等酸性糖蛋白等 依據(jù)生理功能將血漿蛋白質(zhì)的分類依據(jù)生理功能將血漿蛋白質(zhì)的分類 1. 1. 絕大多數(shù)血漿蛋白在肝合成。絕大多數(shù)血漿蛋白在肝合成。 2. 2. 除清蛋白外，幾乎所有的血漿蛋白均為糖蛋白。除清蛋白外，幾乎所有的血漿蛋白均為糖蛋白。 3. 3. 在循環(huán)過程中，每種血漿蛋白均有自己特異的半在循環(huán)過程中，每種血漿蛋白均有自己特異的半 衰期。衰期。 4. 4. 在急性炎癥或某種類型組織損傷等情況下，某些在急性炎癥或某種類型組織損傷等情況下，某些 血漿蛋白的水平會增高或降低，它們被稱為急性血漿蛋白的水平會增高或降低，它們被稱為急性 時相蛋白質(zhì)時相蛋白質(zhì)( (acute phase protei

8、n APP) )。（二）血漿蛋白的性質(zhì)（二）血漿蛋白的性質(zhì)肝臟疾患肝臟疾患?維持血漿膠體滲透壓維持血漿膠體滲透壓維持血漿正常的維持血漿正常的pH運輸作用運輸作用免疫作用免疫作用催化作用催化作用營養(yǎng)作用營養(yǎng)作用凝血、抗凝血和纖溶作用凝血、抗凝血和纖溶作用( (三三) )血漿蛋白的主要功能血漿蛋白的主要功能* *使組織間液使組織間液回流入血管回流入血管三、非蛋白含氮化合物三、非蛋白含氮化合物* 1 1、概念、概念 血液中除蛋白質(zhì)以外的含氮物質(zhì)，稱血液血液中除蛋白質(zhì)以外的含氮物質(zhì)，稱血液非蛋白含氮化合物非蛋白含氮化合物。 2 2、非蛋白氮非蛋白氮 (NPN) 的概念的概念* * 非蛋白類含氮化合物中

9、氮的總稱為非蛋白類含氮化合物中氮的總稱為非蛋白非蛋白氮。氮。 其中其中, ,尿素尿素N (BUN) 占占1/3-1/21/3-1/2 非蛋白含氮化合物非蛋白含氮化合物 四、氣體和其它有機化合物四、氣體和其它有機化合物O2 和和CO2通過血液運輸，將細胞呼吸通過血液運輸，將細胞呼吸與肺呼吸聯(lián)系起來。與肺呼吸聯(lián)系起來。其它有機化合物其它有機化合物: :葡萄糖、乳酸、三脂酰甘油、磷脂、膽葡萄糖、乳酸、三脂酰甘油、磷脂、膽固醇、游離脂肪酸等脂類固醇、游離脂肪酸等脂類 第二節(jié)第二節(jié)紅紅 細細 胞胞 代代 謝謝Metabolism of Blood Cells一、紅細胞的代謝特點一、紅細胞的代謝特點v紅細

10、胞是血液中最主要的細胞，它是在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骨髓中由造血干細胞定向分化而成的紅系細胞。系細胞。v在成熟過程中，紅細胞發(fā)生一系列形態(tài)在成熟過程中，紅細胞發(fā)生一系列形態(tài)和代謝的改變。和代謝的改變。紅細胞的發(fā)育過程紅細胞的發(fā)育過程造血干細胞造血干細胞紅系祖細胞紅系祖細胞幼紅細胞幼紅細胞網(wǎng)織紅細胞網(wǎng)織紅細胞成熟紅細胞成熟紅細胞部位：骨髓部位：骨髓外周血外周血血紅素合成血紅素合成珠蛋白合成珠蛋白合成血紅蛋白血紅蛋白 成熟紅細胞無核，也無細胞器，胞質(zhì)內(nèi)充滿成熟紅細胞無核，也無細胞器，胞質(zhì)內(nèi)充滿血紅蛋白血紅蛋白, ,使紅細胞呈紅色。使紅細胞呈紅色。 血紅

11、蛋白血紅蛋白( (hemoglobin，Hb) )是含鐵的蛋白質(zhì)是含鐵的蛋白質(zhì)，約占紅細胞重量的，約占紅細胞重量的33%33%。 紅細胞成熟過程中的代謝變化紅細胞成熟過程中的代謝變化 代謝能力代謝能力 有核紅細胞有核紅細胞 網(wǎng)織紅細胞網(wǎng)織紅細胞 成熟紅細胞成熟紅細胞*分裂增殖能力分裂增殖能力DNA 合合 成成RNA 合合 成成蛋白質(zhì)合成蛋白質(zhì)合成血紅素合成血紅素合成脂類合成脂類合成三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)氧化磷酸化氧化磷酸化糖酵解糖酵解磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑 二、成熟紅細胞中的糖代謝途徑二、成熟紅細胞中的糖代謝途徑* *: :1. 1. 糖酵解糖酵解: : 主要功能產(chǎn)生主要功能產(chǎn)生ATP2. 2

12、, 3-2. 2, 3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸( (2, 3-BPG) )旁路旁路: : 主要功能生成主要功能生成2, 3-BPG3. 3. 磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑: : 主要功能是產(chǎn)生主要功能是產(chǎn)生NADPH+H+ 葡萄糖葡萄糖1, 3-BPG3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2, 3-BPG2, 3-BPG 磷酸酶磷酸酶 二磷酸甘油酸變位酶二磷酸甘油酸變位酶3-磷酸甘磷酸甘 油酸激酶油酸激酶 乳酸乳酸 2, 3-BPG 支路支路三、紅細胞內(nèi)糖代謝的生理意義三、紅細胞內(nèi)糖代謝的生理意義1 1、ATP的功能的功能v維持紅細胞膜上鈉泵維持紅細胞膜上鈉泵( (Na+-K+-ATPase) )的正常運的正

13、常運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)v維持紅細胞膜上鈣泵維持紅細胞膜上鈣泵( (Ca2+-ATPase) )的正常運轉(zhuǎn)的正常運轉(zhuǎn)v維持紅細胞膜上脂質(zhì)與血漿脂蛋白中的脂質(zhì)進維持紅細胞膜上脂質(zhì)與血漿脂蛋白中的脂質(zhì)進行交換行交換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v ATP用于葡萄糖的活化，啟動糖酵解過程用于葡萄糖的活化，啟動糖酵解過程 2、2, 3-BPG的功能的功能* 2, 3-BPG是調(diào)節(jié)血紅蛋白是調(diào)節(jié)血紅蛋白( (Hb) )運氧的重要因運氧的重要因素，可調(diào)節(jié)素，可調(diào)節(jié)Hb與氧的親和力：與氧的親和力： 2, 3-BPG濃度增大，濃度增大， Hb與氧的親和力降低。與氧的親和力降低。 機

14、體缺氧時機體缺氧時( (如從平原到高山如從平原到高山; ;貧血等貧血等), ),糖酵解糖酵解加強加強, , 2, 3-BPG增加增加, ,有利于氧的釋放。有利于氧的釋放。v 抗氧化劑，保護細胞膜蛋白、血紅蛋白和酶蛋抗氧化劑，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白的巰基等不被氧化，從而維持紅細胞的正常功能。功能。 3 3、NADPH的功能的功能6-磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖6-磷酸磷酸葡萄糖酸葡萄糖酸NADP+NADP+H+2GSHGSSGH2O22H2O6-磷酸葡萄磷酸葡萄糖脫氫酶糖脫氫酶谷胱甘肽谷胱甘肽還原酶還原酶谷胱甘肽過谷胱甘肽過氧化物酶氧化物酶v高鐵血紅蛋白

15、的還原高鐵血紅蛋白的還原v MHb Hb NADPH- MHb還原酶還原酶 NADH- MHb還原酶還原酶（三）血紅蛋白的合成與調(diào)節(jié)（三）血紅蛋白的合成與調(diào)節(jié)珠蛋白，血紅素珠蛋白，血紅素(heme)血紅素的合成血紅素的合成 珠蛋白的合成珠蛋白的合成 血紅蛋白的組成血紅蛋白的組成血紅蛋白的合成血紅蛋白的合成血紅蛋白的合成血紅蛋白的合成 血紅素的結(jié)構(gòu)血紅素的結(jié)構(gòu)12781. 1. 血紅素的生物合成血紅素的生物合成（1 1）部位）部位* *：線粒體（起始和終末）線粒體（起始和終末） 胞胞 液液 （中間階段）（中間階段）（2 2）原料）原料* *：甘氨酸、琥珀酰輔酶甘氨酸、琥珀酰輔酶A及及Fe2參與血

16、紅蛋白組成的血紅素主要參與血紅蛋白組成的血紅素主要在骨髓的在骨髓的幼紅細胞幼紅細胞和和網(wǎng)織紅細胞網(wǎng)織紅細胞中合中合成。成。（3 3）合成過程（了解）合成過程（了解）： 四個步驟：四個步驟：（1 1）- -氨基氨基-酮戊酸酮戊酸(ALA)(ALA)的生成的生成 反應(yīng)部位：線粒體反應(yīng)部位：線粒體 （2 2）卟膽原的生成）卟膽原的生成 反應(yīng)部位：胞液反應(yīng)部位：胞液（3 3）尿卟啉原）尿卟啉原與糞卟啉原與糞卟啉原的生成的生成 反應(yīng)部位：胞液反應(yīng)部位：胞液（4 4）血紅素的生成）血紅素的生成 反應(yīng)部位：線粒體反應(yīng)部位：線粒體 -氨基氨基- -酮戊酸酮戊酸( - aminolevulinic acid ,

17、ALA)的生成：由的生成：由ALA合酶合酶(ALA synthase)催化，是催化，是血紅素合成的關(guān)鍵酶血紅素合成的關(guān)鍵酶+HSCoA + CO2 ALA合酶合酶*（磷酸吡哆醛）（磷酸吡哆醛）COOHH2CCH2CSCoAOCH2NH2COOHCOOHH2CCH2CCH2NH2O琥珀酰輔酶琥珀酰輔酶A甘氨酸甘氨酸 -氨基氨基- -酮戊酸酮戊酸膽色素原的生成（膽色素原的生成（ALA生成后從線粒體進入胞液）生成后從線粒體進入胞液）ALA脫水酶脫水酶2H2ONHOHOOHONH2COOHCH2CH2CCNOHHHH2x -氨基氨基- -酮戊酸酮戊酸膽色素原膽色素原 尿卟啉原與糞卟啉原的生成尿卟啉原與

18、糞卟啉原的生成4x 膽色素原膽色素原線狀四吡咯線狀四吡咯尿卟啉原尿卟啉原糞卟啉原糞卟啉原尿卟啉原尿卟啉原同合酶同合酶尿卟啉原尿卟啉原同合酶同合酶尿卟啉原尿卟啉原脫羧酶脫羧酶 血紅素的生成血紅素的生成胞液中的糞卟啉原胞液中的糞卟啉原再進入線粒體再進入線粒體糞卟啉原糞卟啉原原卟啉原原卟啉原原卟啉原卟啉血紅素血紅素糞卟啉原糞卟啉原氧化脫羧酶氧化脫羧酶亞鐵螯合酶亞鐵螯合酶原卟啉原原卟啉原氧化酶氧化酶血紅素合成途徑概況血紅素合成途徑概況甘氨酸甘氨酸琥珀酰琥珀酰CoACoA ALA合酶合酶磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛-氨基氨基-酮戊酸酮戊酸 (ALA)卟膽原卟膽原 ALAALA脫水酶脫水酶 Zn2+線粒體內(nèi)線粒體

19、內(nèi) 線粒體外（胞漿中）線粒體外（胞漿中） X 4尿卟啉原尿卟啉原 尿卟啉原尿卟啉原同合酶同合酶 尿卟啉原尿卟啉原脫羧酶脫羧酶 糞卟啉原糞卟啉原 原卟啉原卟啉IX 氧化酶氧化酶 亞鐵螯合酶亞鐵螯合酶 血紅素血紅素 Fe2+原卟啉原原卟啉原IX 氧化脫羧酶氧化脫羧酶 合成的主要部位是合成的主要部位是骨髓骨髓和和肝臟肝臟，但成，但成熟紅細胞不能合成；熟紅細胞不能合成； 合成的原料：合成的原料：琥珀酰琥珀酰CoA、甘氨酸、甘氨酸FeFe2+2+等小分子物質(zhì)；等小分子物質(zhì)； 合成過程的起始與最終過程在線粒體，合成過程的起始與最終過程在線粒體，中間過程在中間過程在胞液胞液。2 2、血紅素合成的特點、血紅素

20、合成的特點* *ALA合酶合酶 受血紅素反饋抑制受血紅素反饋抑制 高鐵血紅素強烈抑制高鐵血紅素強烈抑制 某些固醇類激素可誘導(dǎo)其生成，如睪酮等某些固醇類激素可誘導(dǎo)其生成，如睪酮等3 3、血紅素合成的調(diào)節(jié)、血紅素合成的調(diào)節(jié) 促紅細胞生成素促紅細胞生成素( ( EPO，腎臟產(chǎn)生），腎臟產(chǎn)生）促使原始紅細胞的繁殖和分化。促促使原始紅細胞的繁殖和分化。促進進ALA合酶的合成。合酶的合成。 ALA脫水酶脫水酶為含鋅的金屬酶，可被血紅素為含鋅的金屬酶，可被血紅素 、重金屬等抑制。重金屬等抑制。血紅素合成后與珠蛋白結(jié)合成血紅蛋血紅素合成后與珠蛋白結(jié)合成血紅蛋白。白。 珠蛋白的合成同一般蛋白質(zhì)的合成，珠蛋白的合成同一般蛋白質(zhì)的合成，其合成受血紅素調(diào)控。其合成受血紅素調(diào)控。血紅素過多，轉(zhuǎn)變?yōu)楦哞F血紅素，進血紅素過多，轉(zhuǎn)變?yōu)楦哞F血紅素，進而抑制血紅素的生成；促進珠蛋白的合成而抑制血紅素的生成；促進珠蛋白的合成4 4、血紅蛋白的合成、血紅蛋白的合成主要以主要以Fe2+ 形式形式吸收吸收（酸性條件有利吸收）（酸性條件有利吸收）由血漿銅藍蛋白氧化成由血漿銅藍蛋白氧化成Fe3+而運輸而運輸（游離鐵有毒）（游離鐵有毒） 鐵蛋白鐵蛋白含鐵血黃素含鐵血黃素 鐵的吸收鐵的吸收 鐵的運輸鐵的運輸 鐵的貯存鐵的貯存 鐵代謝鐵代謝 食物食物紅細胞釋放紅細胞釋放鐵的來源鐵的來源