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1、血液的生物化學,第十二章,一、血液的化學成分 二、血漿蛋白質 血漿蛋白質的種類和含量 纖維蛋白原 清蛋白與球蛋白 酶 血漿蛋白質代謝與疾病的關系 三、紅細胞及其代謝 紅細胞的化學組成 紅細胞的代謝 血紅蛋白的性質與功能 血紅蛋白的分解代謝,血液包括多種血細胞（紅細胞、白細胞、血小板）及血漿。 全血平均含水8186%，其中血細胞含水較少，而血漿含水較多。,一、 血液的化學成分,血液的化學成分 紅細胞 血細胞 白細胞 血小板 血液 （體重的8） 不含氮 （血糖、酮體、乳酸等 ） 有機物 蛋白質（血漿中最主要的固形物） 含氮有機物 血漿 非蛋白氮（氨基酸及多種代謝廢物） （血容積的5560%） 無機
2、鹽 水（血漿中含水較多，達9093%）,二、 血漿蛋白質,（一）血漿蛋白的種類及含量 人血漿內蛋白總濃度大約為70-75gL，它們是血漿主要的固體成分。血漿蛋白質種類很多，目前已知血漿蛋白質有200多種，其中既有單純蛋白質又有結合蛋白，血漿中還有幾千種抗體。 血漿蛋白質一般分為清蛋白、球蛋白及纖維蛋白原三種。 用醋酸纖維膜電泳法分離時，球蛋白部分可分離為清蛋白（白蛋白）、1球蛋白、2球蛋白、-球蛋白和-球蛋白5條區(qū)帶 ，如圖所示。,血漿中的主要蛋白質 纖維蛋白原 清蛋白（或稱白蛋白） 球蛋白,（二）纖維蛋白原,纖維蛋白原：纖維蛋白原為細長的纖維狀蛋白，分子量為340 000，由6條肽鏈組成，即
3、A鏈、B鏈及鏈各兩條。肽鏈間以二硫鍵相連 。 血漿中的纖維蛋白原完全由肝臟合成。含量僅占血漿總蛋白的4-6%，但有很重要的生理功能。當血管損傷流血時，纖維蛋白原可轉變?yōu)椴蝗苄缘睦w維蛋白，從而使血液凝固，起到止血的保護作用。,纖維蛋白原經凝血酶的作用后，水解而斷裂下A鏈中的A部分及B鏈中的B部分，生成纖維蛋白單體。許多纖維蛋白單體能自發(fā)地頭尾以直線狀相連接，聚合成為纖維蛋白多聚體，可溶于稀酸及尿素溶液中。它再進一步經纖維蛋白轉谷氨酰胺酶（即凝血因子X）的催化，互相交聯(lián)成為穩(wěn)定的不溶解的纖維蛋白，完成了凝血過程。,纖維蛋白原被凝血酶水解釋放出兩個A肽和兩個B肽，形成可溶性纖維蛋白單體。纖維蛋白單體
4、聚集成纖維蛋白軟凝塊，再由XIIIa催化纖維蛋白單體之間共價交聯(lián)，形成血凝塊。,纖維蛋白原形成血凝塊,（三）清蛋白和球蛋白,血漿蛋白質中數(shù)量最多的就是清蛋白和球蛋白。清蛋白和球蛋白的主要生理功能如下： 維持血漿正常膠體滲透壓。 清蛋白和球蛋白能同一些物質結合，起到一定的運輸作用。 免疫作用：人及動物血液中的抗體大部分是-球蛋白 ，也有部分是-球蛋白。 營養(yǎng)作用：血漿蛋白質能參加組織蛋白質的代謝，并在相當程度上與組織蛋白保持平衡。 緩沖作用：血漿蛋白質與其鹽組成了緩沖對，具有維持血液 pH 恒定的作用。,（四）酶,血漿中有多種酶，根據(jù)其來源可分為三類： 功能性酶：此類酶在血漿中發(fā)揮重要的催化功能
5、。例如凝血酶原等多種凝血因子，纖維酶原、銅藍蛋白、脂蛋白脂酶等。 外分泌酶：此類酶來自外分泌腺，只有極少數(shù)逸入血液。這些外分泌腺酶在血液中很少發(fā)揮催化作用。 細胞酶：此類酶本來在各種組織細胞內，當細胞破壞或在一定條件時，可有少量進入血液。,（五）血漿蛋白質代謝與疾病的關系,1. 血漿蛋白的更新 血漿的蛋白質是在不斷更新之中，血漿蛋白質的來源主要是由肝及網(wǎng)狀內皮系統(tǒng)的漿細胞不斷地合成。 血漿蛋白質中以纖維蛋白原的再生速度最快，球蛋白較慢。,血漿蛋白的去路已知有下列幾條： （1）進入消化道：各種消化液中都含有或多或少的血漿蛋白質，這些蛋白質在消化道中可消化成氨基酸而被吸收。據(jù)試驗，清蛋白約有70%
6、是進入消化道分解的。 （2）在腎中分解及排出：正常情況下，分子量大于90 000的血漿蛋白較難通過腎小球，某些能通過腎小球的蛋白約有95%左右可被近曲小管吸收，而后在小管細胞中分解成氨基酸而進入血液。 （3）在肝和網(wǎng)狀內皮系統(tǒng)中分解：體內很多組織都可以通過吞噬或胞飲作用攝取血漿蛋白質，并由溶酶體將其分解。其中以肝和網(wǎng)狀內皮系統(tǒng)較為重要。 （4）隨排泄性分泌液排出：很少的一部分血漿蛋白質可隨排泄性分泌液排出，如支氣管和鼻粘膜分泌液、淚、汗等。,2. 疾病對血漿蛋白的影響,正常動物血漿中清蛋白、球蛋白的含量及比例都有一定范圍，這個比例稱為血漿的蛋白質系數(shù)（A/G）。有些疾病能使血漿蛋白含量及清/球
7、比值發(fā)生變化，在臨床上可作為診斷的參考。 除了脫水引起血漿濃縮外，血漿清蛋白的濃度是不會增加的。在一般疾病中清蛋白的濃度是不變或降低，往往同時也伴隨著球蛋白濃度的上升。,血漿清蛋白的降低可預見于以下幾種情況： （1）合成清蛋白的能力有所降低：肝是合成清蛋白的主要器官，肝的某些疾病或者磷、氯仿等中毒都可使肝合成清蛋白的能力下降，造成清蛋白降低。 （2）長期損失蛋白質：某些腎的疾病能使腎小球通透性增加，使蛋白質分子可以通過而從尿中排出。 （3）患感染性疾?。夯几腥拘约膊r，往往清蛋白下降，這可能是由于球蛋白的增加引起的，是機體調節(jié)的結果。 （4）長期營養(yǎng)不足：在球蛋白中，-球蛋白在一般疾病中不降低
8、，在發(fā)燒、感染、創(chuàng)傷等情況下會升高。-球蛋白的改變往往與脂蛋白代謝不正常有關。 -球蛋白在感染時會升高，特別是細菌、原蟲、腸道寄生蟲感染時會升高，這是由于體內合成抗體增多的結果。 上述一些疾病情況，往往在清蛋白下降的同時，球蛋白上升。所以蛋白質系數(shù)（A/G）明顯下降。,急性期蛋白（acrte phase protein, AP蛋白） 在感染、炎癥、組織損傷等應激原作用于機體后的短時間（數(shù)小時至數(shù)日）內，即可出現(xiàn)血清成分的某些變化，稱為急性期反應（acute phase reaction）。 參與急性期反應的物質稱為急性期反應物（acute phase reactant）。 急性期反應物大多數(shù)是
9、蛋白質，稱為急性期蛋白。 肝是 AP 蛋白的主要來源，少數(shù) AP 蛋白來源于巨噬細胞、內皮細胞、成纖維細胞、多形核白細胞等。,急性期反應時血漿中濃度增加的 AP 蛋白種類繁多，可分為五類： 參與抑制蛋白酶作用的 AP 蛋白； 參與血凝和纖溶的 AP 蛋白（如凝血因子，纖維蛋白原、纖溶酶原等）； 屬于補體成分的 AP 蛋白； 參與轉運的 AP 蛋白（如血漿銅藍蛋白等）； 其他多種 AP 蛋白（如C-反應蛋白、纖維連接蛋白、血清淀粉樣物質 A 等）。 急性期反應時血漿蛋白濃度也有減少的，稱為負性 AP 蛋白（如白蛋白、運鐵蛋白等）。,急性期蛋白的生物學功能 （1）抑制蛋白酶的作用：創(chuàng)傷、感染等引起
10、的應激時，體內蛋白水解酶增多，過多的蛋白水解酶可引起組織的損害。AP 蛋白中有蛋白酶抑制物，應激時這些酶的抑制物消耗增加，同時合成也增加，以保證蛋白酶抑制物能得到必要的補充。 （2）凝血和纖溶纖維蛋白原在凝血酶作用下形成的纖維蛋白在炎癥區(qū)組織間隙構成網(wǎng)狀物或凝塊，有利于阻止病原體及其毒性產物的擴散；繼而纖溶系統(tǒng)的激活又可在晚些時候溶解這些凝塊而使組織間隙恢復原狀。然而，凝血和纖溶系統(tǒng)的過度激活卻有可能導致彌散性血管內凝血（DIC）而給機體造成嚴重的后果。,（3）清除異物和壞死組織：某些 AP 蛋白具有迅速的非特異性的清除異物和壞死組織的作用。例如C-反應蛋白容易與細菌細胞壁結合，又可激活補體,
11、通過經典途經促進大、小吞噬細胞的功能。這就使得與C-反應蛋白結合的細菌迅速地被清除。 （4）清除自由基：如銅藍蛋白能活化超氧化物岐化酶，故有清除氧自由基的作用。 （5）其他：如血清淀粉樣物質 A 可能有促進損傷細胞修復的作用。,三、紅細胞及其代謝,紅細胞直徑78.5m，呈雙凹圓盤狀，中央較?。?.0m），周緣較厚（2.0m）。在掃描電鏡下，可清楚地顯示紅細胞這種形態(tài)特點。 紅細胞的這種形態(tài)使它具有較大的表面積（約140m2），從而能最大限度地適應其功能攜O2和CO2。 它具有彈性和可塑性，在通過直徑比它還小的毛細血管時，可以改變形狀，通過后仍恢復原形。,紅細胞含水較其他細胞少，約60%70%。
12、 固形物 血紅蛋白-約占32% 其他蛋白質-糖蛋白、脂蛋白、血銅蛋白 脂類-膽固醇、卵磷脂和腦磷脂 酶-碳酸酐酶、過氧化氫酶、肽酶、膽堿乙酰化酶、膽堿酯酶、糖酵解酶系以及有關谷胱甘肽合成的酶系 葡萄糖 代謝中間產物 無機鹽,（一）紅細胞的化學組成,紅細胞的生理功能 紅細胞的主要功能是運輸 O2 和 CO2，此外還在酸堿平衡中起一定的緩沖作用。這兩項功能都是通過紅細胞中的血紅蛋白來實現(xiàn)的。 血紅蛋白（Hb）由珠蛋白和亞鐵血紅素結合而成。血液呈現(xiàn)紅色就是因為其中含有亞鐵血紅素的緣故。該分子中的 Fe2+ 在氧分壓高時，與氧結合形成氧合血紅蛋白（HbO2）；在氧分壓低時，又與氧解離，釋放出 O2 ，
13、成為還原血紅蛋白，由此實現(xiàn)運輸氧的功能。,（二）紅細胞的生理功能,紅細胞的生理特性 1. 滲透脆性 正常狀態(tài)下紅細胞內的滲透壓與血漿滲透壓大致相等，這對保持紅細胞的形態(tài)甚為重要。將機體紅細胞置于等滲溶液（ 0.9 NaCl）中，它能保持正常的大小和形態(tài)。 若將紅細胞置于低滲NaCl溶液中，水分進入細胞，紅細胞膨脹變成球形，可至膨脹而破裂，血紅蛋白釋放入溶液中，稱為溶血。 如把紅細胞置于高滲NaCl溶液中，水分將逸出胞外，紅細胞將因失水而皺縮。,A：Human Red blood cells in isotonic solution（0.9% NaCl） B：Human Red blood ce
14、lls in hypotonic solution（0.65% NaCl） C：Human Red blood cells in hyperosmotic solution（1.01% NaCl）,A B C,2懸浮穩(wěn)定性 懸浮穩(wěn)定性是指紅細胞在血漿中保持懸浮狀態(tài)而不易下沉的特性。將與抗凝劑混勻的血液置于血沉管中，垂直靜置，經一定時間后，紅細胞由于比重大，將逐漸下沉，在單位時間內紅細胞沉降的距離，稱為紅細胞沉降率（簡稱血沉）。以血沉的快慢作為紅細胞懸浮穩(wěn)定性的大小。正常男子第1小時末，血沉不超過3mm，女子不超過10mm。在妊娠期、活動性結核病、風濕熱以及患惡性腫瘤時，血沉加快。臨床上檢查血沉
15、，對疾病的診斷及預后有一定的幫助。,紅細胞的平均壽命約120天。衰老的紅細胞雖無形態(tài)上的特殊性，但其機能活動和理化性質都有變化，如酶活性降低、血紅蛋白變性、細胞膜脆性增大，以及表面電荷改變等，因而細胞與氧結合的能力降低且容易破碎。 衰老的紅細胞多在脾、骨髓、肝等處被巨噬細胞吞噬，同時由紅骨髓生成和釋放同等數(shù)量紅細胞進入外周血液，維持紅細胞數(shù)的相對恒定。,正常成熟的紅細胞沒有細胞核，也沒有高爾基復合體、線粒體等細胞器，不能進行核酸、蛋白質及脂類的合成。它缺乏完整的三羧酸循環(huán)酶系，也沒有細胞色素的電子傳遞系統(tǒng)，它所需的能量幾乎完全依靠葡萄糖酵解而取得。 鳥類的紅細胞有核等結構，它與一般細胞相似，主
16、要通過糖的有氧分解取得能量。,（三）紅細胞的代謝,1. 糖代謝 糖酵解 ：90 95 2，3-DPG途徑（特有） 磷酸戊糖途徑 3 11 糖醛酸循環(huán) 糖代謝特點：糖酵解為主，磷酸戊糖途徑為輔。,途徑,紅細胞內利用葡萄糖的311%通過磷酸戊糖通路代謝，為紅細胞提供另一種還原力（NADPH），NADPH在紅細胞氧化還原系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，具有保護膜蛋白、血紅蛋白及酶蛋白的巰基不被氧化，還原高鐵血紅蛋白等多種功能。,（1）磷酸戊糖途徑,紅細胞內磷酸戊糖途徑的主要生理意義,MHb（Fe2+）, 谷胱甘肽代謝,紅細胞內谷胱甘肽含量很高（210 -3mol/L），而且?guī)缀跞沁€原型谷胱甘肽（GSH）。GS
17、H的主要生理功能是對抗氧化劑對巰基的氧化。細胞內可自發(fā)生成少量超氧陰離子（O 2-），同時感染時的白細胞吞噬作用亦可產生O 2- ，可被超氧化物歧化酶（superoxide dismufase SOD），催化生成過氧化氫（H2O2）。,在谷胱甘肽過氧化酶作用下將 H2O2 還原為 H2O，而 GSH 自身被氧化為氧化型谷胱甘肽（GSSG）。后者在谷胱甘肽還原酶催化下，由 NADPH+H+ 供氫重新還原為 GSH。 催化 NADPH 生成的關鍵酶為葡萄糖-6-磷酸脫氫酶。此酶缺陷的病人一般情況下無癥狀，但有外界因素（如進食某種蠶豆）影響，即引起溶血。因吃蠶豆可誘導發(fā)病，故這種病又稱蠶豆病。, 高
18、鐵血紅蛋白的還原,由于各種氧化作用，紅細胞內經常有少量高鐵血紅蛋白（MHb）產生，但紅細胞內有一系列酶促及非酶促的 MHb 還原系統(tǒng)，故正常紅細胞中 MHb 只占12%。 催化 MHb 還原的主要是NADH脫氫酶，輔酶為NADH+H+。NADPH脫氫酶（以NADPH+H+為輔酶）也參與MHb還作，但作用較小。除此之外，抗壞血酸和 GSH 可直接還原 MHb，而氧化型抗壞血酸和 GSSG 的還原作用最終需 NADPH+H+ 供氫。,此通路被重視的理由是與NAD+及NADP+有關的反應非常多。1分子葡萄糖變?yōu)?分子5-磷酸-D-木酮糖能有4分子NAD+變?yōu)镹ADH，同時又有2分子NADPH變?yōu)镹A
19、DP+，即通過此途徑可間接使NADPH的氫轉給NAD+生成NADH， 它對維持紅細胞中血紅蛋白的還原狀態(tài)有重要意義。,（2）醛糖酸循環(huán),成熟紅細胞的脂類幾乎都存在于細胞膜。成熟紅細胞已不能從頭合成脂肪酸，但膜脂的不斷更新卻是紅細胞生存的必要條件。紅細胞通過主動參入和被動交換不斷地與血漿進行脂質交換，維持其正常的脂類組成、結構和功能。,2. 脂代謝,（四）血紅蛋白的性質與功能,一、血紅蛋白的性質,血紅蛋白的氧飽和曲線,1. 與氧結合,血紅蛋白可被鐵氰化鉀、亞硝酸鹽、鹽酸鹽、大劑量的甲稀藍、過氧化氫等氧化劑氧化為高鐵血紅蛋白（MHb）。 紅細胞有使高鐵血紅蛋白緩慢還原為血紅蛋白的能力， 所以正常血
20、中只有少量高鐵血紅蛋白。 若誤食較多的上述氧化劑，使產生高鐵血紅蛋白的速度超 過紅細胞本身還原它的速度，則可出現(xiàn)高鐵血紅蛋白血癥。,2. 血紅蛋白的氧化及其恢復,正常紅細胞把高鐵血紅蛋白還原為血紅蛋白的方式有兩種： 酶促反應 非酶促反應, 維生素 C 及還原型谷胱甘肽還原高鐵血紅蛋白是非酶促反應,在酶促反應中有兩類高鐵血紅蛋白還原酶 一類需 NADH， 稱為NADH-MHb還原酶 一類需 NADPH，稱為NADPH-MHb還原酶,MHb（Fe3+）,MHb（Fe3+）,血紅蛋白與CO作用能生成碳氧血紅蛋白。,同一鐵卟啉分子上不能同時結合 O2 和 CO2。血紅蛋白與 CO 結合的能力較與 O2
21、 結合能力強200300倍，若血液中的氧合血紅蛋白與碳氧血紅蛋白數(shù)量大致相等，則血紅蛋白運氧的能力即降低50%，因此氧的運輸受到障礙，這就是 CO 中毒的實質。,3. 血紅蛋白與一氧化碳結合,血紅蛋白與二氧化碳作用時，其蛋白質部分的游離氨基與二氧化碳結合成為碳酸血紅蛋白。如以-NH2標出血紅蛋白的游離氨基，則反應如下： Hb-NH2+CO2 Hb-NH-COOH 體內新陳代謝產生的CO2，約18%是通過碳 酸血紅蛋白的形式運至肺部排出體外。,4. 血紅蛋白與二氧化碳的作用,二、血紅蛋白的代謝,血紅蛋白是紅細胞中最主要的成分，由珠蛋白和血紅素組成。血紅素不但是血紅蛋白的輔基，也是肌紅蛋白、細胞色
22、素、過氧化物酶等的輔基。血紅素主要在骨髓的紅細胞和網(wǎng)織紅細胞中合成。,1. 血紅蛋白的合成與調節(jié),（1）血紅蛋白的分解與膽紅素的生成 紅細胞的平均壽命各家畜有所不同。 家畜每天約有0.6%3.0%的紅細胞破壞。血紅蛋白破裂后，血紅蛋白的輔基血紅素被氧化分解為鐵和膽綠素。脫下的鐵幾乎都變?yōu)殍F蛋白而儲存，可重新利用。膽綠素則被還原為膽紅素。 膽紅素進入血液后即與血漿清蛋白等結合成溶解度較大的復合體而運輸。這種與蛋白質結合的膽紅素在臨床上稱之為間接膽紅素。,2. 血紅蛋白的分解代謝,間接膽紅素隨血液運輸?shù)礁螘r，膽紅素即與清蛋白分離而進入肝細胞，主要與UDP-葡萄糖醛酸反應生成葡萄糖醛酸膽紅素，此為肝
23、解毒的一種方式。 葡萄糖醛酸膽紅素在臨床上稱為直接膽紅素。 肝細胞中產生的葡萄糖醛酸膽紅素從肝細胞排入毛細血管隨膽汁排出。 隨膽汁進入小腸的葡萄糖醛酸膽紅素在腸道細菌的作用下先脫去葡萄糖醛酸，再經過還原過程變?yōu)闊o色的糞膽素原，最后氧化為有色的糞膽素排出體外。 在腸內，一部分糞膽素原可被吸收進入血液，經門靜脈進入肝。其大部分可被肝細胞吸收，再隨膽汁進入小腸，此即稱為膽素原的肝腸循環(huán)。一部分沒有被肝細胞吸收的糞膽素原從肝靜脈流出，隨血液循環(huán)至腎轉變?yōu)闊o色的尿膽素原，再氧化為有色的尿膽素而排出。,（2）膽紅素在肝、腸中的轉變,黃疸是由于血液中膽紅素含量過多而使可視粘膜被染黃的現(xiàn)象。正常血液中血紅素含量很少。直接血紅素一般不進入血內，間接膽紅素進入血液后很快被肝處理而排入腸道，故血液中含量很低。 如在異常情況下，膽紅素來源增多，或膽紅素去路不暢，或肝處理能力降低，都可引起血中的膽紅素增加使可視粘膜染黃。,（3）黃疸,膽素原的肝腸循環(huán),思考題,1.簡述血漿蛋白質的類別及其生理功能。 2.簡述血漿蛋白質的代謝與動物疾病的關 系。 3.紅細胞的代謝有何特點？ 4.試述膽紅素在肝、腸中的轉變。,
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