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第二十章第二十章 血液生物化学血液生物化学 Blood Biochemistry 1 血液是循环于心血管系统中的流动组织,具有黏 滞性。血液与淋巴液、组织间液一起组成细 胞外液，是体液的重要部分。 血液的组成 血浆（plasma） 红细胞、白细胞、血小板等 常用血液样品： 全血=血浆+有形成分(加抗凝剂) 血浆=全血-有形成分(加抗凝剂,离心,取上清) 血清（serum）=全血-有形成分-纤维蛋白原 2 血管内的血液（血浆和细胞 ） 3 水水 全血含水全血含水77%-81%77%-81% 血浆含水血浆含水93%-95%93%-95% 气体气体 OO 2 2 、COCO 2 2 、N N 2 2 可溶性固体可溶性固体 蛋白质蛋白质 非蛋白氮非蛋白氮 糖糖 维生素维生素 脂类脂类 无机离子无机离子 血 液 的 化 学 成 分 4 血液非蛋白含氮化合物： 即血液 除蛋白质以外的含氮物质。 NPN（non-protein nitrogen） ： 非蛋白含氮化合物所含的氮量称之为非蛋白 氮 种类： 尿素（urea）、尿酸（uric acid）、 肌酸（ creatine）、肌酐（creatinine）、氨基酸 、氨 、多肽、胆红素（bilirubin） 测定NPN的临床意义： 反映肾功能。因为蛋白质、核酸分解代谢的 终产物，经血液运输至肾脏通过小便尿排出。 5 第一节 血浆蛋白 Plasma protein 6 一、血浆蛋白的组成 蛋白质是血浆中含量最多的固体成分，正常成 人血浆蛋白质的浓度为6080g/L。 血浆蛋白种类繁多，醋酸纤维素薄膜电泳可将 血清蛋白质分成：清蛋白（albumin）、1-球蛋白 、2-球蛋白、-球蛋白和-球蛋白 。 7 血清蛋白醋酸纤维素薄膜电泳结 果 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 。 8 人类正常血浆蛋白 蛋白质 分子量（ kDa） 血浆浓 度（mg/L）生物学作用 前清蛋白（运甲状腺素蛋白 ） 清蛋白 1-球蛋白 视黄醇结合蛋白 1-抗胰蛋白酶 -脂蛋白 甲状腺素结合球蛋白 运皮质激素蛋白 甲胎蛋白 2-球蛋白 2-巨球蛋白 铜蓝 蛋白 结合珠蛋白 -球蛋白 运血红素蛋白 运铁蛋白 -脂蛋白 纤维 蛋白原 -球蛋白 C-反应蛋白 IgA、D、E、G、M 55 66 21 54 220 58 52 72 725 132 85 60 89 3000 340 110 150950 150350 4000050000 3060 8501850 28003870 1035 3035 0.02（成人） 20004000（胎儿） 15004000 200400 10003000 5001200 20004000 25004400 20004000 10 700015000 运输甲状腺素、视黄醇等 维持胶体渗透压、运输胆红素、脂肪酸 运输视 黄醇 抑制丝氨酸蛋白酶 运输脂类 运输T3和T4的主要蛋白 运输糖皮质激素 成人肝癌时增高 抑制丝氨酸蛋白酶 运输铜 离子，Fe2+氧化酶活性 结合血红蛋白 移出血液循环中的血红素 运输Fe3+ 运输脂类 参与凝血 参与急相反应 参与免疫反应 9 血浆蛋白的特点 除浆细胞合成-球蛋白外，其余绝大多数种 类的血浆蛋白都由肝细胞合成。 除了清蛋白外，其余的血浆蛋白几乎都是糖 蛋白。 每种血浆蛋白有自己独特的半寿期。 某些血浆蛋白呈现遗传多态性 10 正常血浆中清蛋白与球蛋白浓度的比值为1.52.5 。 清蛋白与球蛋白浓度的比值下降（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 11 二、血浆蛋白的功能： 维持血浆胶体渗透压 维持血浆正常的pH 运输作用 免疫作用 营养作用 血浆中酶的催化作用 参与炎症反应 凝血、抗凝血和纤溶作用 12 血浆蛋白的成分 1. 载体蛋白 前清蛋白、清蛋白、脂蛋白、运铁蛋白、视黄醇 结合蛋白、维生素D结合蛋白。 2. 酶 对氧磷脂酶-1、芳香脂酶、卵磷脂：胆固醇酰基转移酶、胆碱 脂酶、铜蓝蛋白等 3. 参与凝血与溶纤的蛋白 凝血酶原、纤溶酶原、凝血因子VII、VIII、XII、XI、IX、X 等 4. 免疫防御蛋白 IgA、IgD、IgE、IgG、IgE，补体C19等 5. 蛋白酶抑制剂 1-抗胰蛋白酶、2-巨球蛋白、抗凝血酶III等 6. 激素 胰岛素、促红细胞生成素 7. 急性反应蛋白 C-反应蛋白、2- 酸性糖蛋白 13 第二节 血液凝固与纤维蛋白 溶解 Blood Coagulation and Fibrinolysis 14 血液中存在凝血因子、抗凝血因子和纤溶 系统，它们共同作用，既防止了血液从 血管流失，又保持血液在血管内正常流 动。 15 一、血液凝固 血液从血管破损中流出，引起凝血因子 活化，流出的血液中发生级联酶促反应，催 化血液转变为凝胶状态的血凝块，这个过程 称为血液凝固。 血凝块堵住血管的破损处，阻止血液继 续从血管内流失，称为止血。止血是一个非 常复杂的过程。 16 止血过程 17 （一）血液和组织中的凝血因子 凝血因子 中 文 名 分子量 合成部位 血浆浓度（mg/L） 半寿期 (小时) 功 能 纤维蛋白原 340 000 肝 20004000 90 结构蛋白 凝血酶原 72 000 肝 8090 60 蛋白酶原 组织因子 45 000 组织、内皮、单核细胞 0 辅助、启动因子 Ca2+ 90110 辅因子 易变因子 （前加速因子） 330 000 肝 5.010 1236 辅因子 稳定因子 50 000 肝 0.568 蛋白酶原 抗血友病球蛋白330 000 肝、内皮细胞 0.2 12 辅因子 血浆凝血活酶成分 (Christmas成分) 57 000 肝 4 12 蛋白酶原 Stuart-Prower 因子 59 000 肝 6 4872 蛋白酶原 血浆凝血活酶前体160 000 肝 5 4884 蛋白酶原 Hageman因子 76 000 肝 30 4852 蛋白酶原 纤维蛋白稳定因子 320 000 骨髓 35天 转谷氨酰胺酶原 前激肽释放酶 82 000 肝 40 35 蛋白酶原 高分子量激肽原 108 000 肝 70100 6.5天 辅因子 18 （二）血液凝固的途径 血液凝固有内源性和外源性两条不同的途径 ，它们的区别在于启动方式和参加的凝血因 子不同 。X因子活化后两条途径则使用共同 的通路，凝血酶原活化成凝血酶，最后将纤 维蛋白原转变为纤维蛋白。 19 1内源性途径 血液在受损的血管内膜或在血管外与异物 表面接触而触发的凝血过程，即内源性途 径(intrinsic pathway)。参与该途径的凝血 因子全部存在于血浆中。 20 内源性凝血途径通 常是因为血管内皮 损伤所引起，常常 是病理现象。 抽出的血液也会凝 固，通常是通过与 玻璃管壁接触，而 启动内源性凝血途 径。 内源性凝血途径不 是体内主要的凝血 途径。 内源性凝血 途径 21 接触活化 因子、激肽释放酶原、高分子量激 肽原等在带负电荷的表面被转变成有活 性的a、a、激肽释放酶、高分子量 激肽酶的过程，称为接触活化（contact -phase activation），均属于酶原激活 。 22 2外源性途径 组织因子与血液接触而启动的凝血过程称为 血液凝固的外源性途径（extrinsic pathway） 。正常情况下，组织因子不能接触到血液，不 会通过外源性途径凝血。只有血管受到损伤和 血管内皮细胞、单核细胞受到某些刺激时，组 织因子才能与血液接触，通过外源性途径凝血 。 23 血液凝固的外源性途径 外源性途径是组 织因子（TF）进 入血液，引起因 子VII的活化并 形成VII-Ca2+- TF复合物，激活 因子X，凝血酶 原，催化纤维蛋 白原形成纤维蛋 白。 这是主要的凝血 途径。 24 无论内源性还是外源性途径，凝血过程 都是在损伤部位的膜表面启动。共同部分是 因子X被切除145151的6肽，转变成Xa，参 与形成激活凝血酶原的复合物（Xa-Ca2+- Va）， 激活凝血酶原转变成凝血酶，催化 纤维蛋白原转变成纤维蛋白。 25 两条血液凝固途径汇总 26 凝血酶原激活示 意图 凝血酶原的320位 精氨酸羧基侧肽键 首先被酶解，生成 的两个肽段由原有 的二硫键连接。随 后284位精氨酸羧 基侧肽键被酶解， 生成由原有的二硫 键连接的A肽和B 肽的、有活性的- 凝血酶并释放F1.2 肽段。 27 纤维蛋白原形成血凝块 纤维蛋白原被凝血酶水解 释放出两个A肽和两个B肽， 形成可溶性纤维蛋白单体。 纤维蛋白单体聚集成纤维蛋 白软凝块，再由XIIIa催化纤 维蛋白单体之间共价交联， 形成血凝块。 28 纤维蛋白单体之间的交联反 应 29 血小板在凝血过程中的作用 30 二、抗凝血物质 1. 抗凝血酶 抗凝血酶（Antithrombin ，AT ）是单链 糖蛋白，主要在肝合成，能抑制凝血酶和Xa的活 性，同时也可抑制a、a、a、纤溶酶、尿激 酶、胰蛋白酶和激肽释放酶的活性，AT 活性占 血浆总抗凝血活性的80%左右。 31 2. 组织因子途径抑制物 组织因子途径抑制物（tissue factor pathway inhibitor, TFPI）能竞争性地与Xa结合，形成 TFPI-Xa复合物，抑制 Xa活性。TFPI-Xa中的 TFPI再与TF-VIIa中的 VIIa活性中心结合，形成 Xa-TFPI-VIIa-TF复合物， 抑制VIIa活性。TFPI抑制 Xa和VIIa的活性，从而抑 制外源性凝血途径。 32 32-巨球蛋白 2-巨球蛋白（2-macroglobulin）是肝细胞 合成的二聚体球蛋白，相对分子量为725 000。它抑制正常存在于血液中约1/4凝血酶 的活性；此外，它还与几种具有蛋白水解 酶性质的凝血因子结合，抑制其蛋白水解 作用。 33 4. 蛋白C 蛋白C （protein C，PC）是肝细胞合成的、依 赖维生素K的一种血浆蛋白酶原，参与抗凝血作 用。参与该作用的还包括凝血酶、凝血调节蛋白 、内皮细胞蛋白C受体（endothelial cell protein C receptor ，EPCR)和蛋白S（PS）。 当凝血酶与凝血调解蛋白、Ca 2结合成三者复 合物时，凝血酶的活性到抑制，同时却促进PC 激活，转变为活化的PC（activated protein C， APC）。 34 APC在PS参与下，不但酶解灭活Va和a，从 而抑制凝血；而且抑制凝血酶的生成（抑制凝 血酶原转变成凝血酶）。 凝血酶具有促进凝血和抗凝血的双重作用。 PS也是一种维生素K依赖的蛋白，起APC的 辅助因子作用。 35 凝血调节蛋白的功能 凝血调节蛋白与凝血酶形成复合物，使凝血酶 水解纤维蛋白原的活性转变成酶解激活蛋白C 的活性，活化的蛋白C在辅助因子蛋白S 的协 助下，灭活因子a和因子XIIIa，使凝血酶的 作用由促进凝血转变成抗凝血。 36 5.蛋白Z 蛋白Z（protein Z，PZ）是一种含-羧基谷氨酸 残基的血浆糖蛋白，本身没有蛋白酶的催化能力。 血浆中依赖蛋白Z的蛋白酶抑制剂（protein Z dependent protease inhibitor，ZPI）则是一种蛋白 酶，PZ是ZPI的辅助因子，显著增加ZPI抑制Xa的 能力，发挥抗凝血功能。 37 二、纤维蛋白溶解 纤维蛋白溶酶原（简称纤溶酶原， Plasminogen）被纤溶酶原激活剂活化成纤溶 酶（Plasmin），纤溶酶水解血凝块中的纤维 蛋白而使血凝块溶解。 38 纤溶酶原是肝合成的含790氨基酸残基的单链糖蛋 白，血浆中浓度为1.52.0mol/L，半寿期约5分钟 。纤溶酶原在组织纤溶酶原激活物（tissue plasminogen activator, t-PA）的作用下，激活生成 纤溶酶。纤溶酶水解纤维蛋白中由精氨酸和赖氨酸 残基的羧基形成的肽键，使纤维蛋白凝块溶解 。 39 组织纤溶酶原激活物是含530个氨基酸残基的单链糖 蛋白，主要由血管内皮细胞合成、释放。t-PA的半寿 期约为5分钟，肝是清除t-PA的主要器官。当血管内出 现纤维蛋白和血栓时，t-PA能有效地激活纤溶酶原， 形成纤溶酶，水解局部的纤维蛋白和血栓。 体内的凝血和纤溶相互制约，保持动态平衡。如果 此平衡被破坏，就会出现出血或者血栓形成。 40 溶纤酶水解纤维蛋白的作用 41 第三节 血细胞的代谢特点 Metabolic of Blood Cells 42 一、红细胞 成熟红细胞没有细胞器，主要利用葡萄糖 酵解供能。血循环中的红细胞每天大约 分解30g葡萄糖，其中经糖酵解途径和 2,3-二磷酸甘油酸支路代谢占9095 、磷酸戊糖途径代谢510。 43 （一）糖代谢 1. 红细胞完全靠糖酵解供能 酵解是红细胞获得ATP的唯一途径。红细胞 ATP的主要作用是维持其膜上的Na+-K+- ATPase、Ca2+-ATPase的正常功能，保持细 胞内的正常离子浓度；参与磷酸化葡萄糖 ，启动糖酵解；为膜脂质与血浆脂蛋白中 的脂质交换供能；参与谷胱甘肽、NAD+等 物质的合成。 44 2. 2,3-二磷酸甘油酸支路 2,3-二磷酸甘油酸支路 是糖酵解途径的一条支 路.由3-磷酸甘油变位酶 催化1,3-二磷酸甘油酸 生成2,3-二磷酸甘油酸, 再由2,3-二磷酸甘油酸 磷酸酶催化生成3-磷酸 甘油酸,回到糖酵解途 径. 45 2,3-BPG 2,3-二磷酸甘油酸 支路,产生的2,3-BPG 2,3-BPG可被红细胞 用作能源，但的主 要功能是调节血红 蛋白与O2结合的能 力。 2,3-BPG的结构 46 2,3-BPG与血红蛋白的 结合 2,3-BPG分子负电性很 高，能进入脱氧血红 蛋白分子对称中心的 空穴，与其紧密结合 。结合了2,3-BPG分子 的脱氧血红蛋白分子 处于紧张状态（T态） ，对氧的亲和力降低 ，表明2,3-BPG对Hb 与O2的结合具有抑制 作用。 47 3. 磷酸戊糖途径 磷酸戊糖途径是红细胞内生成NADPH的唯一途 径。 在谷胱甘肽还原酶催化下，由NADPH提供氢， GSSG还 原成GSH，以维持红细胞内GSH的正常浓 度。 红细胞内的谷胱甘肽（GSH）可保护酶、膜、 Fe2+免受氧化的同时，自身被氧化成氧化型谷胱甘 肽（GSSG）。 48 4.血红蛋白的糖基化 糖化血红蛋白（glycosylated hemoglobin）是红细 胞内的Hb与葡萄糖通过非酶催化生成的。血糖浓度 越高，糖化Hb的生成速度越快。 糖尿病人空腹血糖持续高水平，HbA1C生成量增 加，血液中的HbA1C水平较正常成人高。目前已用 血液的HbA1C水平作为糖尿病诊断、监测病情、判 断预后的指标之一。 49 （二）脂代谢 红细胞不能以乙酰辅酶A为原料从头合成脂肪 酸、磷脂、胆固醇，也不能进行脂肪酸的-氧化。 红细胞膜与血浆脂蛋白不断地进行脂质交换，而 得以更新，得以维持膜脂质正常组成、结构和功能 。若膜脂质更新受阻，膜可塑性降低，红细胞变形 能力下降，易被破坏。 50 （三）红细胞与一氧化氮 最近发现在心血管系统内，红细胞能 够可逆的结合、运输、释放NO；红细胞 含有表皮型一氧化氮合酶（eNOS），且 具有催化活性，能够合成NO。红细胞的 eNOS活性可能参与调节红细胞的变形性 和抑制血小板的激活。 51 （四）血红蛋白的合成与调节 1. 血红素的生物合成 甘氨酸、琥珀酰CoA和Fe2+是合成血红素 的基本原料。合成的起始和终末阶段均在细 胞线粒体内，中间阶段在胞浆内进行。血红 素的生物合成可分为以下步骤： 52 血红素的结构 53 血红素合成第一步 -氨基-酮戊酸(ALA)的生成 ALA合酶是一种线粒体酶，位于线粒体内膜基质面，其 辅酶是磷酸吡哆醛。ALA合酶是血红素合成的限速酶， 受血红素的反馈调节。 V6 54 胆色素原的生成 ALA脱水酶(ALA dehydratase)催化2分子ALA脱水缩 合生成1分子胆色素原(porphobilinogen，PBG) 55 4分子胆色素原 在尿卟啉原同合 酶I的作用下, 生 成线状四吡咯 线状四吡咯的生成 56 尿卟啉原III的 生成 线状四吡咯在由尿卟 啉原III同合酶催化生 成生成尿卟啉原III 57 粪卟啉原III 生成 尿卟啉原III在脱 羧酶催化下，卟 啉环上的1、3、5 、8位置上的4个 乙酰基脱羧转变 成甲基，尿卟啉 原III就转变成粪 卟啉原III 58 原卟啉原IX生成 粪卟啉原III在酶的 催化下脱氫氧化生 成原卟啉原IX。原 卟啉原IX与粪卟啉 原III的区别在于2 、4两个位置上的 丙酸基氧化脱羧成 乙酰基。 59 原卟啉IX的生成 原卟啉原IX中连 接四个吡咯环的 甲烯基脱氫氧化 成甲炔基。四个 吡咯环N原子上的 氫脱掉两个。 60 血红素的生成 原卟啉IX与Fe2+ 螯合，生成血红 素。 61 血红素合成的全过程 2 4 3 1 62 2血红素合成的调节 （1）血红素等多种因素对ALA合酶的调节 血红素的变构抑制 ALA合酶，血红素被氧化 生成高铁血红素，对ALA合酶活性具有更强 烈抑制作用。 血红素在细胞内可与阻遏蛋白结合，抑制 ALA合酶基因转录及其mRNA生成，从而抑 制ALA合酶的合成； 睾丸酮的5-还原物、致癌剂、药物（磺胺、 苯妥英钠等）和杀虫剂等与细胞核受体互相 作用后都能诱导ALA合酶的合成，有利于物 质的生物转化。 63 （2）铅和重金属抑制ALA脱水酶、尿卟啉原 同合酶、亚铁螯合酶。 （3）促红细胞生成素(erythropoietin，EPO)促 使原始红细胞血红素和血红蛋白的合成。 64 高铁血红素的 作用 高铁血红素抑制 cAMP变构激活