生物化学-血液生化北京大学

1、血液生化,Biochemistry of blood,第一节 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,血清(serum)：血液在体外凝固之后析出的清彻、淡黄色液体,血浆：若将血液加入适量的抗凝剂后离心，可使血细胞下沉，浅黄色的上清液即为血浆,血清与血浆的主要区别是血清中不含纤维蛋白原,一、血液的基本成分,1、血浆与血清的区别,2、非蛋白氮(non-protein nitrogen, NPN)：非蛋白质含氮化合物(尿素、尿酸、肌酸、肌酐、氨基酸、多肽、胆红素和氨等)的氮含量总称为非蛋白氮 。 尿素是主要的NPN组分,二、血液的功能,第二节 血浆蛋白质,血浆蛋

2、白质的分类 血浆蛋白质的性质 血浆蛋白质的功能,一、血浆蛋白质的分类,1、盐析法分离：清蛋白、球蛋白,2、按电泳迁移率分类：清蛋白、1、2、1、2和球蛋白。,血浆中含量最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,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、清蛋白的功能：营养、调节渗透压、调节pH、物质转运,2、球蛋白的功能：维持渗透压、pH，运输，免疫，催化，凝血、抗凝及纤溶,三、血浆蛋白质的功能,维持渗透压、pH，运输物质，免疫，催化，营养，凝血、抗凝及纤溶,二、血浆蛋白质的性质,第三节 红细胞代谢,红细胞的分化 血红蛋白的结构和功能 血红蛋白的合成

3、成熟红细胞的代谢特点,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,（4）调节 血红素对ALA合酶有反馈抑制作用 促红细胞生成素可诱导ALA合酶的合成 雄激素及雌二醇等都是血红素合成的促进剂,3、珠蛋白的合成及调节：高铁血红蛋白促进合成,4、血红蛋白的合成,【典型病例】镰形细胞贫血症,二、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白体等亚细胞结构，因此，不能进行D

4、NA、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,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,4、膜脂与血浆脂蛋白的脂质交

5、换,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,血液组成,2、血细胞：红细胞、白细胞、血小板,1、血浆,一、血液成分,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,二、化学组成,水 气体 可溶性固体,全血含水81%-86% 血浆含水93%-95% O2、CO2、N2 蛋白质 非蛋白氮 糖 维生素 脂类 无机离子,三、血浆中非蛋白质含氮化合物,非蛋白氮（non

6、-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（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,血液的生理功能,四、功能,

7、沟通内外环境及机体各部分 维持机体内环境的恒定：渗透压、pH等 物质运输：氧气、营养物质等 防御：免疫、凝血与抗凝等 血液中某些代谢浓度的变化，反映体内代谢或功能状况,血浆蛋白质,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,清蛋白（albumin，A）：3848g/L 球蛋白（globulin，G）：1530g/L A/G：正常值1.52.5,一、血浆蛋白质的分类,血浆蛋白质,二、电泳法,典型异常血清蛋白电泳图谱,血浆蛋白质,人类血浆蛋白质的功能分类,二、血浆蛋白质的性质,1. 绝大多数血浆蛋白在肝合成

8、。 2. 分泌型蛋白质：在膜结合的多核蛋白体上合成。 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. 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)。,急性时相反应,（一）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

9、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,（二）球蛋白,铜蓝蛋白（ceruloplasmin,CER),运铁蛋白(transferin,TRF),1抗胰蛋白酶,IgG,1、运输功能： ，球蛋白 2、抗体： 球蛋白 3、维持渗透压、pH 4、血浆酶： 血浆功能酶：凝血酶，脂肪酶 细胞外渗酶：GPT，GOT 外分泌酶：胃蛋白酶、胰蛋白酶 5、凝血、抗凝与纤溶作用,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,骨髓造血干细胞,原始红细胞,早幼红细胞,晚幼红细胞,网

10、织红细胞,成熟红细胞,促红细胞生成素,血红蛋白,血红蛋白,血红素的结构,血红素辅基,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) an

11、d hemoglobin (Hb).,肌红蛋白与血红蛋白的氧结合特性,血红蛋白,血红素的合成,氨基酮戊酸（ALA） 的合成,血红素的合成,卟胆原（胆色素原）的合成,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、杀虫剂等； 阻遏剂：血红素,合成的调节,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),主要在肾脏产生，与膜受体结

12、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,先天性卜啉症 后天性卜啉症,

13、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,珠蛋白的合成,-珠蛋白基因结构,高铁血红素促进珠蛋白的合成,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,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

14、胞为“-”,（一）糖代谢,1. 糖酵解和2, 3-二磷酸甘油酸(2, 3-BPG)旁路,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：唯一供能途径,（2）酵解支路：生成2, 3-BPG,成熟红细胞代谢特点,DPG (Diphosphoglyceric acid),CO2 and DPG are a allosteric effectors(别构剂) as they promote the release of O2. It wi

15、ll impossible that hemoglobin release O2 if there is no DPG in muscle tissue. High-altitude adaptation (高山适应): DPG will increase from 4.5mmol/L to 7.0mmol/L.,2,3-二磷酸甘油酸促进氧的释放,2. 磷酸戊糖途径的重要性：产生NADPH+H+,成熟红细胞代谢特点,成熟红细胞代谢特点,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。,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

16、换，维持其正常的脂类组成、结构和功能。,（二）脂 代 谢,总铁 3 4 g 1、Hb-Fe 65% （20 24 mg重新被利用） 2、Mb-Fe 10% 3、Cyt-Fe 1% 4、铁蛋白 10% 5、血铁黄素 9% 6、运铁蛋白 7、过氧化物酶 少量 8、铁硫蛋白 ,铁的代谢,铁的分布,一、铁的排泄与吸收 1、排泄 胃肠粘膜脱落 0.6 mg/天 皮肤脱屑 0.2 mg/天 1 mg/天 泌尿道 0.1 mg/天 2、吸收 吸收率 10% 需要量 10 15 mg/天,铁的代谢,二、铁的运输与存储 运铁蛋白： Fe3+ 铁蛋白： 肠粘膜细胞，骨髓，肝,铁的代谢,第四节 白细胞代谢,糖代谢：以