课件：第章血液的生物化学.ppt

血液生化,Biochemistry of blood,北京大学医学部生物化学与分子生物学系,血液的组成,正常血液占体重的8%,血细胞比容:血细胞占全血的容积百分比。男=40%50%;女=37%48%,血细胞比容(hematocrit),血浆(plasma)和血清（serum）,第一节,血浆蛋白是维持体内代谢的重要物质Plasma Proteins are Important for Maintaining the Metabolism in vivo,一、血浆蛋白的分类与性质,血浆蛋白是指血浆含有的蛋白质，是血浆中主要固体成分。血浆蛋白总浓度：7075g/L。,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）血浆蛋白的分类,通过电泳将血浆蛋白质分为：,清蛋白 (albumin) 1球蛋白(globulin) 2球蛋白 球蛋白 球蛋白,B,血清蛋白电泳图谱：,左边接负极，右边接正极。在pH8.6的巴比妥缓冲液中，蛋白质带负电荷，向正极移动。结果中各蛋白带已注明。清蛋白染色最深，泳动的距离最长，-球蛋白的带最宽，泳动的距离最短。,血清蛋白醋酸纤维素薄膜电泳结果,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 2.5,正常血浆中清蛋白与球蛋白的比值为1.52.5。当血浆中白蛋白浓度下降，球蛋白浓度上升时，使清蛋白与球蛋白浓度的比值下降，甚至小于1.5。 低白蛋白血症的原因： 1. 来源减少 营养不良，合成原料不足 合成能力降低，严重肝病肝功能不全的病人肝脏合成清蛋白能力下降。 2. 去路增加 丢失过多：肾病、大面积烧伤 分解过多：甲亢、发热,典型异常血清蛋白电泳图谱,依据生理功能将血浆蛋白质分类,1. 绝大多数血浆蛋白在肝合成。 2. 血浆蛋白的合成场所位于膜结合多核蛋白体上。 3. 除清蛋白外，几乎所有血浆蛋白为糖蛋白。 4. 许多血浆蛋白呈现多态性(polymorphism)。 5. 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)。,（二）血浆蛋白的性质,二、血浆蛋白的功能,（一）维持血浆胶体渗透压,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。清蛋白产生的胶体渗透压占血浆胶体总渗透压的75%80%。,（二）维持血浆正常的pH,正常血浆的pH为7.400.05。 蛋白质是两性电解质，血浆蛋白质的等电点大部分在pH 4.07.3之间，血浆蛋白盐与相应蛋白形成缓冲对，参与维持血浆正常的pH。,靠血浆的缓冲对作用及肺、肾的调节功能维持pH值相对稳定。 血浆缓冲对主要有: NaHCO3/H2CO3、 蛋白质钠盐/蛋白质、 Na2HPO4/NaH2PO4 三对,其中第一对最重要。,（三）运输作用,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。,（四）免疫作用,血浆中的免疫球蛋白，IgG、IgA、IgM、IgD和IgE，又称为抗体，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。,（五）催化作用,1.血浆功能酶 外分泌酶 细胞酶,血浆中的酶称作血清酶。 根据血清酶的来源和功能，可分为三类：,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，蛋白质还能分解供能。,（六）营养作用,（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。 但当血管损伤、血液流出血管时，即发生血液凝固，以防止血液的大量流失。,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,血浆蛋白质在维持人体正常代谢中有重要功能，血浆蛋白质异常可见于多种临床疾病：,（八）血浆蛋白质异常与临床疾病,第三节 血细胞物质代谢特点是维持血液生物功能的基础,一、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。,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,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“-”。,红细胞保留的代谢通路,（一）糖代谢,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%经糖酵解通路和2,3-二磷酸甘油酸旁路进行代谢，5%10%通过磷酸戊糖途径进行代谢。,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。 1、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2mol ATP和2mol NADH+H+，通过这一途径可使红细胞内ATP的浓度维持在1.85103mol/L水平。,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 ATP用于葡萄糖的活化，启动糖酵解过程,2、 2,3-二磷酸甘油酸(2,3-BPG)旁路：,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虽然也能供能，但主要功能是调节血红蛋白的运氧功能。,1. 调节血红蛋白的运氧功能，降低血红蛋白对氧的 亲和力 2. 红细胞内能量的贮存形式 红细胞不能贮存葡萄糖， 但2，3-DPG含量高， 氧化时 可生成ATP,2，3-BPG的生理作用,2,3-BPG结合位点,2, 3-BPG旁路的特点,（1）酵解途径大于支路； （2）放能反应，不可逆； （3）2，3-BPG的生成大于分解,2, 3-BPG旁路的意义,消耗糖酵解过程中部分能量使ATP、1,3-BPG不致堆积，ADP、Pi不致过少，从而调节糖酵解能不断进行。 更主要的意义是降低Hb对O2的亲和力，调节Hb的运氧功能。 缺O2，红细胞内2,3-BPG增加，有利于机体获得较多的O2。,3. 磷酸戊糖途径,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+H+。,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。 红细胞中的NADPH能维持细胞内还原型谷胱甘肽(GSH)的含量，使红细胞免遭外源性和内源性氧化剂的损害。,NADH和NADPH的功能,谷胱甘肽的氧化与还原及其有关代谢,6-磷酸葡萄糖脱氢酶缺乏的患者，因磷酸戊糖 途径不能正常进行，导致NADPH生成障碍，GSH 含量偏低，红细胞易被破坏而发生溶血。,（二）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。,二、成熟红细胞的代谢特点,1、葡萄糖是主要能源物质。成熟的红细胞没有细胞核，也没有线粒体和核蛋白体等亚细胞结构，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,小结,3、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,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,（三）血红蛋白的合成与调节,血红素辅基：4个,珠蛋白,2条链： 141个氨基酸残基,2条链： 146个氨基酸残基,血红蛋白,Hb一、二级结构 链：141个氨基酸,Hb一、二级结构 链：146个氨基酸,Hb：三、四级结构 肽链+血红素 Hb单体四聚体,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:,卟啉环平面,血红素结构,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。,（1）合成部位： 线粒体、胞液,（2）原料： 琥珀酰CoA、甘氨酸、 Fe 2+,1. 血红素的合成,（1）-氨基-酮戊酸（ALA) 的合成（线粒体）,限速酶,血红素的合成,卟胆原（胆色素原）的合成,胞液,3）尿卟啉原与粪卟啉原的生成（胞液）,卟胆原,尿卟啉原III,粪卟啉原III,4）血红素的生成（线粒体） 亚铁螯合酶 原卟啉IX + Fe2+ 血红素,粪卟啉原III,琥珀酰CoA 甘氨酸,ALA合酶,ALA,ALA,卟胆原,ALA脱水酶,尿卟啉原III,粪卟啉原III,粪卟啉原III,原卟啉IX,亚铁螯合酶,Fe 2,血红素,Hb,氨基酸,珠蛋白,线粒体,胞液, 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在线粒体，中间过程在胞液。,血红素合成的特点,3. 血红蛋白合成,Polymerization of HbS,Scanning electron micrographs of (a) normal and (b) sickled human erythrocytes. The sickled cells are fragile, and their breakdown causes anemia,镰形细胞贫血症,一、血红蛋白的合成,1、血红蛋白的组成：珠蛋白（22）血红素（每个亚基含1个血红素辅基）,血红蛋白的合成主要在网织红细胞阶段,2、血红素的生物合成,（1）原料：琥珀酰CoA、甘氨酸、Fe2+,（2）关键酶：ALA合成酶,（3）亚细胞定位：线粒体、细胞液,小