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第十一章 血液生物化学 HemalBiochemistry 1 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 2 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 3 正常人血液比重为1 050 1 060 血浆比重为1 025 1 030 血清比重为1 024 1 029 红细胞的比重约为1 090 全血和血浆pH值为7 40 0 05 H 35 5 44 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 7 105Pa 或约300mOsm L 4 第一节血液的化学成分 5 一 水和电解质 6 正常人血浆含水量约93 95 红细胞含水量65 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 7 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 8 9 二 血浆蛋白 等电聚焦电泳 IEF SDS PAGE电泳 10 一 血浆蛋白的分类与性质 血浆蛋白总含量 60 70g 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 11 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 12 B 血清蛋白电泳图谱 13 14 3 依据生理功能分类 15 1 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 acutephaseproteinAPP 血浆蛋白的性质 16 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 17 三 非蛋白含氮化合物 除蛋白质以外的含氮物质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 nonproteinnitrogen NPN 正常人血中NPN含量为14 3 25 0mmol L 20 35mg 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 18 尿素 3 2 7 1mmol L 占NPN的一半 尿酸 男性0 15 0 38mmol L 女性0 10 0 30mmol L肌酸 228 8 533 8 mol L肌酐 88 4 176 8 mol L血氨 5 9 35 2 mol L 10 60 g 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 19 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 20 第二节红细胞代谢 MetabolismofBloodCells 21 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 22 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 卟吩的衍生物 23 24 25 二 26 合成过程 氨基 酮戊酸 aminolevulinicacid ALA 的生成 由ALA合酶 ALAsynthase 催化 是血红素合成的关键酶 反应部位 线粒体 27 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 28 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 29 30 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 31 32 33 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 关键酶 ALA合酶 辅助因子 磷酸吡哆醛 血红素合成的特点 34 血红素合成的调节 35 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3 4g 女子稍低 其中Hb铁约占60 70 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 36 表11 1人体内铁的分布及含量 以70 体重计算 37 1 铁的摄取与排泄 食物中的铁 红细胞破坏释放出的Hb铁 38 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 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 39 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 40 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 41 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 42 二 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 43 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 44 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 45 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与氧的亲和力 46 47 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 48 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 49 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 50 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脂质交换 维持其正常的脂类组成 结构和功能 二 脂代谢 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 52 第三节血红蛋白的结构和功能 53 血红蛋白结构 54 血红蛋白的亚基组成 55 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 56 珠蛋白的空间结构 75 为 helix 57 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 58 血红蛋白的四级结构 59 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 60 一 血红蛋白的运氧功能 61 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 62 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 63 波尔效应 组织 肺泡 64 三 Hb的运CO2功能 四 Hb对体液H