钙磷代谢-生物化学与分子生物学

钙磷代谢,生物化学与分子生物学教研室,人体所需的营养素中包括部分无机盐。许多离子，主要是金属离子，在酶促反应过程中发挥作用；维护渗透压，主要为钠、钾、氯等；钙磷是骨骼的重要组成成分；此外，无机离子还参与信息传递，凝血过程等多种生理功能。,第一节,钙和磷含量钙约占体重1.5-2.2%，总量约为700-1400g。磷占体重0.8-1.2%，总量约400-800g。,形式存在,99%的钙和86%的磷以羟磷灰石的形式存在于骨和牙齿当中。其余分布于体液和软组织中，以溶解状态存在。,人体内钙的存在状态见下图所示。,钙磷代谢概貌,一、血钙和血磷,血钙血浆中所含的钙，正常成人血钙为2.45mmol/L。分为：可扩散钙(diffusiblecalcium)非扩散钙(nondiffusiblecalcium)。,非扩散钙:指与血浆蛋白(主要为白蛋白)结合的钙。不易透过毛细血管壁。可扩散钙:主要为游离ca2及少量与柠檬酸或其它酸结合的可溶性钙盐。,血浆中发挥生理作用的主要为游离ca2，而血浆中ca2一蛋白结合钙和小分子游离钙之间呈动态平衡关系。,此平衡受血浆ph影响:血液偏酸时游离ca2浓度血液偏碱时蛋白结合钙游离ca2浓度,血磷血浆中的磷以无机磷盐的形式存在，正常人血磷的浓度为1.2mmol/L。血磷不如血钙稳定，可受生理因素影响而变动，如糖代谢增强时，血中无机磷进入细胞，使无机磷下降。,血浆中钙、磷浓度关系（cap)=3040mg/dl,当cap40，则钙和磷以骨盐形式沉积于骨组织；若(cap)回肠。,吸收机理：跨膜转运、细胞内转运、主动吸收、被动扩散、易化转运。钙结合蛋白(calniumbindingprotein)：与ca2，有较强亲和力，可促进钙的吸收。,磷的吸收肠道主要吸收无机磷，有机含磷物则经水解释放出无机磷而被吸收。吸收部位：遍及小肠，以空肠吸收率最高。,(二)钙和磷的排泄,钙主要有两条途径肾排出(约20%)：肾小球每日滤出钙约10g，95%以上被肾小管重吸收，0.5-5%随尿排出。粪便排出(约20%)。,磷主要有两条途径,肾脏排泄：以肾脏排泄为主。尿磷排出量占总排出量的60%-80%。尿磷排出量取决于肾小球滤过率和肾小管重吸收功能，并随肠道摄入量的变化而变化。肠道排出：占总排出量的20%-40%,三、钙、磷的生理作用,(一)钙的生理作用1.第二信使的作用受体+激素（因子）磷脂酶CPIP2IP3+DAG内质网释放Ca2+（第二信使),2.成骨作用,骨是一种特殊的结缔组织，不仅作为人体的支架组织，而且是人体中钙、磷的最大储库。,(1)骨的组成,骨由无机盐又称骨盐(bonysalts)、有机基质和骨细胞等组成。骨盐增加骨的硬度，基质决定骨的形状及韧性，骨细胞在代谢中起主导作用。,骨盐：占骨干重的6570%主要成分为磷酸钙（占84%），其它还有碳酸钙、柠檬酸钙、磷酸镁、磷酸氢钠等骨盐约有60%以结晶的羟磷灰石形式存在，其余40%为无定形的磷酸氢钙。,羟磷灰石Ca10(PO4)6(OH)2是微细的结晶，亦称骨晶(bonecrystal)。每克骨盐含有约1016个结晶，总的表面积可达100m2，体液中其他离子如Ca2、Mg2、Na、Cl、HCO3、柠檬酸根等可吸附在羟磷灰石的晶格之间。,骨基质：胶原和非胶原化合物胶原约占90%以上。非胶原蛋白中含量较多的是骨钙素(osteocalcin)和骨连接素(osteonectin)。,(2)成骨作用与钙化,骨的生长、修复或重建过程，称为成骨作用(osteogenesis)。,成骨细胞先合成胶原和糖白多糖等细胞间质成分，形成所谓“骨样质”(osteoid)，继后骨盐沉积于骨样质中，此过程称为钙化(calcification)。,成骨过程，,骨的钙化：是一个复杂的过程：磷酸钙盐沉积于胶原纤维表面，然后随钙沉积增加转变为羟磷灰石的结晶。,骨基质中的骨连接素可促进羟磷灰石结晶的形成。碱性磷酸酶水解磷酸酯类，包括能抑制骨钙化的焦磷酸盐，使局部磷酸盐浓度增加，有利于成骨作用。,(3)溶骨作用与脱钙,骨在不断的新旧更替之中，原有旧骨的溶解和消失称为骨的吸收(boneresorption)或溶骨作用(osteolysis)。,溶骨作用包括基质的水解和骨盐的溶解，后者又称为脱钙(decalcification)。溶骨作用主要由破骨细胞引起。,破骨细胞的作用通过细胞内溶酶体释放出多种水解酶类：如胶原酶可水解胶原纤维，糖苷酶水解氨基多糖。通过糖元分解代谢产生大量乳酸，丙酮酸等酸性物质扩散到溶骨区，使局部酸性增加，促使羟磷灰石从解聚的胶原中释出。分解产物经胞饮作用进入破骨细胞，经溶酶体酶类作用最终将肽水解为氨基酸、羟磷灰石转变为可溶性钙盐。,正常成人，成骨与溶骨作用维持动态平衡，每年骨的更新率约1%-4%。骨骼发育生长时期，成骨作用大于溶骨作用。而老年人则骨的吸收明显大于骨的生成，骨质减少而易发生骨质疏松症(osteoporosis)。,骨盐在骨中沉积或释放，直接影响血钙、血磷水平，在平时骨中约有1%的骨盐与血中的钙经常进行交换维持平衡，因此血钙浓度与骨代谢密切相关。,(二)磷的生理作用,与钙共同构成骨盐参与成骨作用是核酸、磷酸、高能磷酸化合物及辅酶的重要组成成分,四、钙磷代谢的调节,体内钙、磷代谢的平衡主要由甲状旁腺素、1，25-(OH)2D3和降钙素来调节。(一)甲状旁腺素(parathormone,PTH)甲状旁腺素是由甲状旁腺主细胞合成和分泌的一种单链多肽激素，成熟PTH含84个氨基酸残基，分子量约为9500。是维持血钙恒定的主要激素。,PTH作用的靶器官是肾脏，骨骼和小肠。PTH作用于靶细胞膜上腺苷酸环化酶系统，增加胞浆内cAMP及焦磷酸盐(ppi)的水平。1.对骨的作用:具有促进成骨和溶骨的双重作用。PTH可刺激骨细胞分泌胰岛素样生长因子I，从而促进骨胶原和基质的合成，利于成骨作用。,另一方面PTH能使骨组织中破骨细胞的数量和活性增加，破骨细胞分泌各种水解酶，并且产生大量乳酸和柠檬酸等酸性物质，使骨基质及骨盐溶解，释放钙和磷到细胞外液。但PTH只引起血钙升高；,2.对肾脏的作用,主要是增加肾远曲小管对ca2的重吸收，降低肾磷排泄阈并抑制肾小管对磷的重吸收。最终使血钙升高，血磷降低。,(二)1，25-(OH)2D3,1，25-(OH)2D3是一种激素，由维生素D3在体内代谢生成，是维生素D3在体内的主要生理活性形式。维生素D3及其前体在皮肤、肝、肾等经过一系列的酶促反应生成1，25-(OH)2D3，再经血液运输到小肠、骨及肾等靶器官发挥生理作用。,1，25-(OH)2D3的生理作用,对小肠的作用：1，25-(OH)2D3能促进小肠对钙、磷的吸收，这是其最主要的生理功能。1，25-(OH)2D3与小肠粘膜细胞内的特异胞浆受体结合，进入细胞核内，促进DNA转录生成mRNA，从而使钙结合蛋白(calciumbindingprotein,cabp和Ca2Mg2ATP酶)合成增高。从而促进ca2的吸收转运。,对骨的作用：1，25-(OH)2D3对骨亦有溶骨和成骨的双重作用。1，25-(OH)2D3能刺激破骨细胞活性和加速破骨细胞的生成，从而促进溶骨作用。另一方面，它增加小肠对钙、磷的吸收，提高血钙、血磷，又促进钙化。同时，它还刺激成骨细胞分泌胶原等，促进骨的生成。,对肾的作用：1，25-(OH)2D3可促进肾小管对钙、磷的重吸收。但此作用较弱，处于次要地位。1，25-(OH)2D3总的调节效果是使血钙、血磷增高。,(三)降钙素(calcitoninCT),降钙素是由甲状腺滤泡旁细胞(又称c细胞)所分泌的一种单链多肽类激素，由32个氨基酸组成，分子量为3500。,CT作用的靶器官也主要为骨和肾，其作用与PTH相反，其作用是抑制破骨作用，抑制钙、磷的重吸收，降低血钙和血磷。目前已发现在骨、肾、肠粘膜、精子等细胞上有CT受体，CT与受体结合激活腺苷酸环化酶，通过camp发挥生物效应。,对骨的作用：CT直接抑制破骨细胞的生成，又可加速破骨细胞转化为成骨细胞，因而增强成骨作用，抑