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1、第 十 一 章,血液生物化学,Hemal Biochemistry,血液(blood)的组成 （流动、红色、不透明、黏性）血浆(plasma) 血细胞:红细胞，白细胞，血小板血浆:加了抗凝剂后离心得到的淡黄色上清夜血清(serum) -血液凝固后析出的淡黄色透明液体(不含纤维蛋白原）血液的固体成分无机物：以电解质为主(以无机离子的形式存在）有机物：蛋白质、非蛋白质类含氮化合物、糖类和脂类等,血 液 概 况,血浆、组织间液和其他细胞外液构成机体的内环境，是体内细胞直接生活的环境。 组织间液:存在于各种组织细胞间隙的液体，可以与血浆交换物质，也可以与组织细胞交换物质。血浆在沟通内外环境、维持内环境
2、的相对稳定（如pH、渗透压、各种化学成份的浓度等）、物质的运输（营养物、代谢调节物、代谢中间物、代谢末产物等）、异物的防御（免疫）以及出血的防止（血液凝固）等方面都起着重要作用。,正常人血液比重为1.0501.060，血浆比重为1.0251.030，血清比重为1.0241.029，红细胞的比重约为1.090。全血和血浆pH值为7.400.05（H+35.544.7nmol/L），静脉血pH值比动脉血稍低；血浆渗透压在37时相当于7.6个大气压，即7.7105Pa，或约300mOsm/L。,第 一 节 血 液 的 化 学 成 分,一、水和电解质,正常人血浆含水量约93%-95%；红细胞含水量65
3、%-68%；全细胞含水量81%-86%。血液含水量是维持体液平衡的重要因素血液含水量在一定范围内的变动，反映了人体进水量与排水量之间的动态平衡关系。 水是血浆和血细胞内所含各种物质的溶剂，参与血液与其它体液间的物质交换。水的比热大，可以吸热、散热，有助于调节体温。,血液中的电解质则大部分为以离子状态存在的无机盐正离子有：Na+、K+、Ca2+、Mg2+；负离子有：Cl-、HCO-、HPO42-和SO42-；血浆中Na+、Cl-的含量最多；细胞内则含K+、HPO42-最多。体液的电中性是由于各种体液内的正、负离子荷电总量相等在血浆中，Na+是维持血浆量和渗透压的主要离子；在红细胞中，K+是维持细
4、胞内液量和渗透压的主要离子。血浆中Na+、K+、Ca2+保持适当比例，维持着神经肌肉的正常兴奋性。,二、血 浆 蛋 白,等电聚焦电泳（IEF),SDS-PAGE电泳,（一）、血浆蛋白的分类与性质,血浆蛋白总含量：6070g/L,血浆蛋白是指血浆含有的蛋白质，是血浆中的主要的固体成分。,血浆蛋白的种类很多，含量也极不相同，有多种分类方法，现介绍几种最常用的分类方法。,根据盐析法分为清蛋白（又称白蛋白）、球蛋白依据CAM电泳(electrophoresis)结果分类,血浆蛋白的分类,清蛋白 、 1球蛋白、 2球 蛋 白、球蛋白、球蛋白,B,血 清 蛋 白 电 泳 图 谱,3. 依据生理功能分类,1
5、. 绝大多数血浆蛋白在肝合成。 2. 血浆蛋白的合成场所一般位于膜结合的多核蛋白体上。 3. 除清蛋白外，几乎所有的血浆蛋白均为糖蛋白。 4. 许多血浆蛋白呈现多态性(polymorphism)。 5. 在循环过程中，每种血浆蛋白均有自己特异的半衰期。 6. 在急性炎症或某种类型组织损伤等情况下，某些血浆蛋白的水平会增高，它们被称为急性时相蛋白质(acute phase protein APP)。,血浆蛋白的性质,维持血浆胶体渗透压 维持血浆正常的pH营养作用 运输作用 免疫作用 催化作用凝血、抗凝血和纤溶作用,（二）、血浆蛋白的功能,三、非 蛋 白 含 氮 化 合 物,除蛋白质以外的含氮物质
6、称为非蛋白含氮化合物在血液中主要是尿素，还有尿酸、肌酸、肌酐、氨基酸、胆红素、氨等，临床上称非蛋白氮（non protein nitrogen，NPN）正常人血中NPN含量为14.3 25.0mmol/L （2035mg/dl），这些含氮化合物中绝大多数是蛋白质和核酸的分解代谢终产物，它们由血液运输到肾而排出体外，当肾功能严重损害时，因排出受阻而使血中NPN升高。临床上常通过测定血中NPN含量以了解肾的排泄功能。,尿素：3 .27 .1 mmol/L ，占NPN的一半。尿酸：男性0.150.38 mmol/L， 女性0 .100 .30 mmol/L肌酸：228 .8533 .8mol/L 肌
7、酐：88 .4176 .8mol/L 血氨：5.935.2mol/L（1060g/dl）,肌酐全部由肾排出，因血中肌酐含量不受食物蛋白质多少的影响，故临床检测肌酐含量较NPN更能正确地了解到肾脏的排泄功能。,四、气体和其他有机化合物,主要为O2和CO2O2 和CO2通过血液运输，将细胞呼吸与肺呼吸联系起来。,第 二 节 红 细 胞 代 谢,Metabolism of Blood Cells,一、血红素的合成,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,（一）血红素的化学,血红素为含铁卟啉 化合物，而卟啉 可视为四吡咯化合物-卟
8、吩 的衍生物,（二）, 合成过程, -氨基-酮戊酸(- aminolevulinic acid ,ALA)的生成：由ALA合酶(ALA synthase)催化，是血红素合成的关键酶,+,反应部位：线粒体,胆色素原的生成ALA生成后从线粒体进入胞液,反应部位：胞液,卟胆原, 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,反应部位：胞液, 血红素的生成胞液中的粪卟啉原再进入线粒体,反应部位：线粒体,粪卟啉原,原卟啉原,原卟啉,血红素, 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Fe2+等小分子物质； 合成过程的起始与最终过程
9、在线粒体，中间过程在胞液。 关键酶：ALA合酶，辅助因子：磷酸吡哆醛,血红素合成的特点,血红素合成的调节,铁是人体Hb的重要组成成份，也是肌红蛋白、细胞色素、过氧化物酶和过氧化氢酶等的组成成份。 正常成年男子体内含铁总量约34g，女子稍低。其中Hb铁约占6070%，肌红蛋白铁约占4%人体内贮存铁主要以铁蛋白和含铁血黄素形式存在。,（三）. 铁的来源,表11-1 人体内铁的分布及含量（以70体重计算）,1、 铁的摄取与排泄,食物中的铁,红细胞破坏释放出的Hb铁,2. 胃肠道内铁的吸收（十二指肠及空场上段）,影响铁吸收的因素是溶解度。 增加溶解度的因素有： 1、酸性环境：有机酸、胃酸等 2、Fe2
10、+:还原性物质，如VitC、GSH、Cys等 3、铁可溶性螯合剂：柠檬酸、氨基酸、胆汁酸等。降低溶解度的因素有： 1、碱性环境 2、Fe3+ 3、形成铁难溶性复合物：磷酸、植酸、草酸、鞣酸等,血红素可直接被粘膜细胞吸收,3.铁的运输,食物中摄取铁为Fe2+ 要能够运输必须转变成Fe3+ 游离的铁有毒，必须以铁蛋白形式存在 运铁蛋白只有1/3与Fe3+结合 血液结合铁含量为3mg/L,3.铁的储存,储存形式为：铁蛋白（90%）和铁血黄素 储存部位：肝（星形细胞）、脾、骨髓,血红素合成后与珠蛋白结合成 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。,（四）. 血红蛋白的合成,二、
11、成熟红细胞的代谢特点,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“-”,（一）糖代谢,1. 糖酵解和2, 3-二磷酸甘油酸(2, 3-BPG)旁路,2. 磷酸戊糖途径, 主要功能是产生NADPH+H+,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,2,3-BPG 旁 路,该酶活性低，从而合成大于分解，致使红细胞内2，3-BPG含量高，能增加Hb与
12、氧的亲和力,3. 红细胞内糖代谢的生理意义, ATP的功能,维持红细胞膜上钠泵(Na+-K+-ATPase)的正常运转维持红细胞膜上钙泵(Ca2+-ATPase)的正常运转维持红细胞膜上脂质与血浆脂蛋白中的脂质进行交换少量ATP用于谷胱甘肽、NAD+ 的生物合成 ATP用于葡萄糖的活化，启动糖酵解过程,2, 3-BPG是调节血红蛋白(Hb)运氧的重要因素，可降低Hb与氧的亲和力。, 2, 3-BPG的功能,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。, NADH和NADPH的功能,成熟红细胞不能从头合成脂肪酸，通过主动参入和被动交换不断的与血浆进行
13、脂质交换，维持其正常的脂类组成、结构和功能。,（二）脂 代 谢,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O2 还原产生超氧阴离子、H2O2、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。氨基酸和蛋白质代谢： 组胺,（三）、白细胞代谢,第 三 节 血红蛋白的结构和功能,血红蛋白结构,血红蛋白的亚基组成,珠蛋白的一级结构,链：141个aa，、和等：146个aa、和链较为近似，和非链之间差异较大。,珠蛋白的空间结构,75%为-helix,珠蛋白与血红素的结合,血红素口袋,极性丙酸基侧链伸向表面，珠蛋
14、白F8组氨酸在血红素平面的一侧与铁原子配价结合，称近心组氨酸，,血红蛋白的四级结构,血红蛋白的功能,Hb的功能：运输O2 运输CO2 参与H+代谢的调节,Hb对O2的结合受到H+、CO2和2，3-BPG等的调节，这些调节物通过改变Hb分子的构象来调节Hb结合O2的能力，这就是Hb表现的别构效应。,（一）血红蛋白的运氧功能,Hb蛋白携氧功能具有协同效应，从而导致其氧结合曲线为S形曲线。,（二）波尔效应Hb结合O2、CO2和H+的相互影响,H+和Hb的结合影响Hb的构象，使Hb对O2的亲和力降低，氧结合曲线向右下方移动（右移），故在同样的O2分压下，pH越低，Hb对氧的亲和力越小，O2 饱和度也越
15、小。CO2分压对Hb结合O2的影响基本上和H+浓度相似，能使Hb对O2的亲和力和O2饱和度下降，氧结合曲线右移。 因CO2形成的H2CO3，解离后使H+浓度增高，故CO2对O2饱和度的影响在很大程度上是通过H+浓度的改变而实现的。 CO2和Hb结合成氨基甲酸血红蛋白时，也能解离出H+以影响Hb对O2的亲和力。,波尔效应,组织,肺泡,（三）Hb的运CO2功能 （四）Hb对体液H+浓度的调节（五） 2，3-BPG对Hb功能的调节,2，3-BPG对Hb功能的调节,生理意义,Hb对O2的亲和力能被2，3-BPG降低这一现象也有重要的生理意义.血液通过肺部时，O2分压高，受2，3-BPG影响不大；当血液通过组织时，红细胞中2，3-BPG的存在就能显著增加O2的释放以供组织的需要，人体可通过红细胞中2，3-BPG浓度的改变来调节组织的获O2量，这对人体在某些缺O2情况下的代偿有重要意义。,
