第2章血液生化改.ppt
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1、血液生物化学,Hemal Biochemistry,南开大学医学院,本章基本内容,血液的基本成分与功能 血浆蛋白质 红细胞代谢 血液凝固的化学 白细胞代谢,一、 血液的基本成分与功能,血液成分 血液的化学组成 血液非蛋白氮 血液的生理功能,血液组成,血细胞:红细胞、白细胞、血小板,全血 血浆 血清 (blood)(plasma) (serum),血浆=全血-有形成分(加抗凝剂,离心,取上清) 血清=全血-有形成分-纤维蛋白原,血液,有形成分,无形的液体成分-血浆,红细胞,白细胞,血小板,加抗凝剂静置(离心)后的 浅黄色上清,不加抗凝剂凝固后析出的 淡黄色透明液体,有纤维蛋白原,无纤维蛋白原,正
2、常血液占体重的8%,固体成分,有机物,无机物,蛋白质,糖类,脂类,Na+ 、K+、Ca2+、Mg2+,Cl_、HCO3_、HPO42 _ ,尿素,尿酸,肌酸,肌酸酐,胆红素,氨,液体-水:全血含水81%-86% 血浆含水93%-95%,非蛋白含氮化合物,氨基酸,血液的化学成分,气体:O2、CO2、N2,血浆中非蛋白质含氮化合物,非蛋白氮(non-protein nitrogen, NPN):血液非蛋白质含氮化合物中的含氮量。,尿素氮(BUN):NPN中含量最多的物质,约占1/31/2,正常时含量为3.214.28mmol/L (5.0 19.7 mg/dl) 。异常升高至33.4mmol/L(
3、200mg/dl)以上是生命垂危的象征。,非蛋白含氮化合物:血液中除蛋白质以外的含氮物质,包括尿素、肌酸、肌酐、尿酸、胆红素、氨等它们多数为蛋白质和核酸的分解代谢终产物。,尿素 尿酸 肌酸* 肌酐*,反映肾功能 蛋白质体内代谢状况 嘌啉代谢终产物 痛风症 肝功能障碍 肌萎缩 肌酸代谢终产物 全部由肾脏排泄 反映肾功能,二、 血浆蛋白质,血浆蛋白质的分类 血浆蛋白质的性质 血浆蛋白质的功能,1、血浆蛋白质的分类,正常人血浆蛋白质含量为6080g/L,1、盐析法 清蛋白:饱和硫酸铵 球蛋白:半饱和硫酸铵 纤维蛋白原:半饱和硫酸铵 + 半饱和NaCl 清 : 球 = 1.5 2 : 1,血浆中含量最
4、多的蛋白质是清蛋白;血液中含量最多的蛋白质是血红蛋白,血浆蛋白质,清蛋白(albumin,A):3848g/L 球蛋白(globulin,G):1530g/L A/G:正常值1.52.5 A/G倒置:1,临床上常用清蛋白球蛋白(A/G)值对肝脏疾患与免疫相关疾患加以区分,(1)清蛋白,2、理化性质:M68.5kD; pI = 4.7,3、合成部位:肝, 12 g/天,1、含量:3.8 4.8 g/dL,4、结构:,5、功能:,(1) 物质运输:游离脂酸、甲状腺素、皮质醇、血红素、胆红素、钙离子、铜离子、磺胺、青霉素、阿司匹林等 (2) 维持胶体渗透压 (3) 营养功能 (4) 维持pH,血清蛋
5、白醋酸纤维薄膜电泳,点样端,(a)染色后的图谱,光密度计扫描后的电泳峰,A 6271 a1 34 a2 610 b 711 g 918,(b),急性时相反应,典型异常血清蛋白电泳图谱,(2),球蛋白,铜蓝蛋白(ceruloplasmin,CER),运铁蛋白(transferin,TRF),1抗胰蛋白酶,IgG,2、血浆蛋白质的性质,多数血浆蛋白质在肝脏合成(g 球蛋白例外) 血浆蛋白的合成场所一般位于与膜结合的多聚核糖体上。信号肽 除清蛋白外,几乎所有血浆蛋白质均为糖蛋白,它们含有N-或O-连接的寡糖链。,ABO血型系统,血型物质O的 糖链非还原端,血型物质A,血型物质B,许多血浆蛋白呈现多态
6、性(polymorphism),如ABO血型、1-抗胰蛋白酶,Ig等。 每种血浆蛋白有自己特异的半衰期。A为20天。 急性时相蛋白(acute phase protein,APP): 在急性炎症或一些类型的组织损伤时,某些血浆蛋白水平增高。 如C反应蛋白, 1-抗胰蛋白酶, 1-酸性蛋白和纤维蛋白原。,3、血浆蛋白质功能,人类血浆蛋白质的功能分类,血浆特异酶 (血浆功能酶),根据来源和功能可将血浆酶分两类,非血浆特异酶,与凝血、纤溶有关的酶, 以酶原形式存在,此外如CHE,LCAT、铜氧化酶,LPL、肾素等,外分泌酶:,细胞酶(代谢酶):,血浆酶:存在于血浆中的酶,而非血浆特异产生的酶,占绝大
7、多数,大部分无器官特异酶,AMY,LPS,ALP,晶体渗透压 胶体渗透压 组成 无机盐、糖等晶体物质 血浆蛋白等胶体物质 (主要为NaCl) (主要为白蛋白) 压力 大(300mmol/L或770KPa) 小(1.3mmol/L或3.3KPa) 意义 维持细胞内外水分交换 调节毛细血管内外水分 保持RBC正常形态和功能 的交换和维持血浆容量,血液蛋白质与渗透压,渗透压的大小取决于溶液中不能透过半透膜的溶质颗粒的数目的多少(A) 与溶质分子种类和颗粒大小无关(B) 维持血浆胶体渗透压 主要为清蛋白作用,(A) (B),等渗溶液,低渗溶液,高渗溶液,等渗、高渗和低渗溶液,血浆蛋白质的功能,维持血浆
8、胶体渗透压 主要为清蛋白作用 维持血浆正常的pH(7.357.45) 运输作用:,球蛋白,与脂溶性物质结合增加水溶性 免疫作用:球蛋白Ig和补体 催化作用(酶) 分类:血浆功能酶,外分泌酶,细胞酶,6. 营养作用:分解为AA,合成Pr或供能 7. 凝血、抗凝血和纤溶作用,很多血浆蛋白具有特殊的结合功能,肝脏病变:血浆中转氨酶升高,清蛋白减少 急性胰腺炎:淀粉酶升高 营养不良:血浆蛋白减少 肾脏功能障碍:清蛋白丢失增多 高脂血症:血浆脂蛋白升高,很多疾病可引起血浆蛋白改变,具有临床诊断价值,血浆蛋白改变可引起疾病,1-抗胰蛋白酶缺乏引起肺气肿 丝氨酸蛋白酶抑制剂,三、 红细胞代谢,红细胞的特殊结
9、构 成熟红细胞的代谢特点 血红蛋白的结构和功能 血红蛋白的合成,男性:4.55.51012/L, Hb:120160g/L ; 女性:3.84.61012/L, Hb:110150g/L。,红细胞(erythrocyte),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。,1、红细胞,骨髓造血干细胞,原始红细胞,早幼红细胞,晚幼红细胞,网织红细胞,成熟红细胞,促红细胞生成素,促红细胞生成素(EPO) 雄激素,红细胞生成的调节:,干 细 胞 早期红系祖细胞 (BFU-E) 爆式促进因子 晚期红系祖细胞 (CFU-E)
10、可识别红系前体细胞 网幼红细胞 成熟红细胞 骨 髓,缺氧、RBC或Hb 肾成纤维、内皮细胞(主) 肝细胞(次) -促红细胞生成素(EPO) 雄激素、T3、生长素,EPO!,运动员使用EPO后能使红细胞和血红蛋白升高,有助于氧气运输进而增加耐力。 服用EPO会引起血液黏度增加,血流速度明显减慢,导致组织缺氧,凝血加快,静脉血栓形成,肺栓塞,甚至卒中。,兴奋剂,平均寿命120天 血管外破坏巨噬细胞吞噬 血管内破坏毛细血管,红细胞的破坏,红细胞成熟过程中的代谢变化,注:“”、“”分别表示该途径有、无,带*号表示晚幼红细胞为“”,2、成熟红细胞的代谢特点,1、成熟的红细胞没有细胞核,也没有线粒体和核蛋
11、白体等亚细胞结构,因此,不能进行DNA、RNA、蛋白质合成,不能进行有氧氧化。,2、糖酵解是成熟红细胞获得能量的唯一途径,(1)酵解供能:钙泵、钠泵、谷胱甘肽及NAD的生物合成、膜脂与血浆脂蛋白的脂质交换,(2)酵解支路生成2,3-二磷酸甘油酸:在低氧压的组织中促进氧的释放;贮存能量,成熟红细胞代谢特点,糖代谢,维持红细胞膜钠泵(Na+-K+-ATPase)的运转 维持红细胞膜钙泵(Ca2+-ATPase)的正常运转 维持红细胞膜脂质与血浆脂蛋白脂质的交换 少量ATP用于谷胱甘肽、NAD+ 的生物合成,(1)糖酵解的功能:90% 95%供能途径,CO2和 DPG是促进氧释放的别构效应物。 肌肉
12、组织中无DPG将不会释放氧 高山适应,DPG 升高:从 4.5mmol/L 到 7.0mmol/L.,(2)酵解支路:生成DPG (Diphosphoglyceric acid),2,3-二磷酸甘油酸促进氧的释放,磷酸戊糖途径提供NADPH,用于维持谷胱甘肽还原系统和高铁血红蛋白的还原,(1)NADPH将GSSG还原为GSH:GSH的主要功能是保护红细胞膜免受氧化损伤、维持血红蛋白及巯基酶的还原状态、促使高铁血红蛋白还原为血红蛋白,(2)NADPH可以保护膜蛋白、血红蛋白、巯基酶等不被氧化,还原高铁血红蛋白,维持红细胞功能,(3). 磷酸戊糖途径的重要性:产生NADPH+H+,对抗氧化剂,保护
13、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。,机理:缺少G-6P脱氢酶,NADPH生成受阻,患者如食用某些食物(如蚕豆)或服用某些药物(如磺胺类及阿斯匹林等),可导致过氧化氢和超氧化物大量生成而引起溶血现象,【典型病例】蚕豆病,成熟红细胞不能从头合成脂肪酸,通过主动和被动交换,不断与血浆进行脂质交换,维持其正常的脂类组成、结构和功能。,脂 代 谢,氨基酸和蛋白质代谢,成熟粒细胞缺乏内质网,蛋白质合成量很少;细胞内含较高的组胺, 组胺参与变态反应。,铁的代谢,主要存在形式:血红蛋白,运输形式:铁转运蛋白,储存形式:铁蛋白、血铁黄蛋白,3、血红蛋白,珠蛋白 血红素,佩鲁
14、茨和肯德鲁(1962年诺贝尔化学奖),Conformational changes induced in hemoglobin when oxygen binds. (The oxygen-bound form is shown at bottom.) There are multiple structural changes, some not visible here; most of the changes are subtle.,别构效应,血红蛋白,The oxygen-binding curves of myoglobin (Mb) and hemoglobin (Hb).,肌红蛋白
15、与血红蛋白的氧结合特性,卟啉环平面,血红素结构,血红蛋白的合成与调节,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:,血红素的生物合成,主要部位: 骨髓的幼红细胞和网织红细胞,肝脏 基本原料: 琥珀酰CoA, Gly, Fe2+ 过程: 起始、终末在线粒体;中间阶段在胞液 关键酶:ALA合酶,血红素生物合成过程(四步),1) -氨基-酮戊酸(ALA)的生成(在线粒体内),2H2O,ALA脱水酶,2) 胆色素原(PBG)的生成(在胞液内),2 ALA,胆色素原(PBG),3NH3,胆色素原,4分子,3) 尿卟啉原与粪卟啉原的生成,P
16、: -CH2CH2COOH,A: -CH2COOH,线性四吡咯,NH3,尿卟啉原同合酶,尿卟啉原,4) 血红素的生成,尿卟啉原,粪卟啉原,M: -CH3,尿卟啉原脱羧酶,A: -CH2COOH,4 CO2,粪卟啉原,原卟啉原,粪卟啉原氧化脱羧酶,V: -CH=CH2,4H, 2CO2,P: -CH2CH2COOH,进入线粒体,原卟啉原,原卟啉,原卟啉原氧化酶,6H,原卟啉,血红素,血红素的合成,2,4,线状四吡咯,1、ALA合酶 血红素合成的限速酶 结构调节: 受血红素反馈抑制 高铁血红素强烈抑制 维生素B6缺乏可减少血红素的合成 数量调节: 诱导剂:雄激素及雌二醇等固醇类激素;某些药物、杀虫
17、剂等; 阻遏剂:血红素,5). 合成的调节,睾丸酮 兴奋剂,直接刺激骨髓,提高有关血红素合成酶系的活力,加速血红蛋白的合成,进而提高红细胞数量。 主要副作用表现为血清中GPT(谷丙转氨酶)、GOT(谷草转氨酶)活性升高,说明肝受损伤,长期大剂量服用会导致肝功能紊乱;诱发高血压和冠心病;男子睾丸退化萎缩,女子男性化,停药后男性化不可逆转,故服用此类激素具有潜在危害和严重的副作用。,高铁血红素促进珠蛋白的合成,高铁血红素对起始因子2的调节,3、促红细胞生成素(erythropoietin, EPO),2、ALA脱水酶与亚铁螯合酶 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),主
18、要在肾脏产生,与膜受体结合。 可诱导ALA合酶合成,加速有核红细胞的成熟及血红素和血红蛋白的合成,促使原始红细胞的繁殖和分化。 1)机体缺O2时,促红细胞生成素分泌血红素和血红蛋白的合成 2)慢性肾炎、肾功能不良患者常见的贫血现象与促红细胞生成素合成量的减少有关。,血红素 促红细胞生成素 (erythropoitein,EPO) 雄激素,直接负反馈抑制ALA合成酶 和阻抑蛋白结合,活化阻抑蛋白抑制ALA合成酶 红细胞生成的主要调节剂 肾脏生成 受机体对氧的需要及氧供应情况影响 在骨髓作用(JAK-STAT) 诱导ALA合成酶的合成,卜啉症:铁卜啉合成代谢异常而导致卜啉及其代谢物排出增多,先天性
19、卜啉症 后天性卜啉症,遗传缺陷 某血红素合成酶系缺陷 铅中毒/药物引起铁卜啉合成障碍 铅中毒的标志:血红素合成的抑制,类型 肽链 所占比例 HbA 22 正常成人95% HbF 22 正常成人 6 months: 1-2% 新生儿: 50-80%) HbA2 22 正常成人2%-3%,5、珠蛋白的合成及调节,珠蛋白的基因 肽链 名称 所在染色体号 数目/每条染色体 - 珠蛋白 -珠蛋白基因 16号 2个 - 珠蛋白 - 珠蛋白基因 11号 1个 - 珠蛋白 G- 珠蛋白基因 11号 1个 A- 珠蛋白基因 11号 1个 - 珠蛋白 - 珠蛋白基因 11号 1个,-珠蛋白基因结构,珠蛋白的合成过
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