眼的生化角膜泪液房水课件

第四章 眼的生化,新课导入,眼是机体最重要的感觉器官之一,每一生理功能的发生与完成元不蕴涵着复杂的生物化学变化。作为普通生物化学的一个分支,眼生物化学的内容主要在于阐述眼部物质组成及代谢异常与眼病发生发展之间的密切关系,如角膜蒙古多糖代谢异常可导致角膜营养不良,糖尿病患者醒糖还原酶活性增高可导致糖性白内障等。,第二节 角 膜,角膜的化学成分 水：7282 蛋白质：18%-20% 胶原 15 其他 5 粘多糖：4% 硫酸角质素 软骨素 硫酸软骨素A 酶：磷酸脂酶、淀粉酶、三磷酸腺苷酶等 无机盐 其他,二、角膜的营养和代谢,糖代谢维生素A代谢,角膜的营养,角膜的葡萄糖来自于房水、角膜缘血管网和泪膜。角膜的葡萄糖可以糖原形式储存。角膜的氧气来自于泪膜、房水、角膜缘血管网和结膜毛细血管。,1、角膜的糖代谢,无氧酵解：8588 生成乳酸和丙酮酸。 1mol 葡萄糖产生2mol ATP。 缺氧时，乳酸堆积，造成角膜水肿。有氧氧化：1215 经Krebe循环产生二氧化碳和水。 1mol 葡萄糖产生36mol ATP。 是角膜供能的主要途经。 主要发生在角膜上皮和内皮层。,1、角膜的糖代谢,磷酸己糖旁路： 主要在上皮层。 生成磷酸核糖（合成核酸）和NADPH（合成脂类）。多元醇途经： 生成山梨醇和果糖。,2、角膜的维生素A代谢,维生素A来源于食物。与视黄醇结合蛋白结合后再与血浆前白蛋白结合，转运至角膜组织。作用（1）参与角膜糖蛋白的合成、基质DNA的合成 （2）维持结角膜上皮细胞的分化和完整性 （3）促进角膜内皮EGF受体，创伤修复,角膜软化症,3、维生素C和谷光苷肽代谢,维生素C的作用： 防止光氧化损伤 参与胶原合成谷光苷肽的作用： 维持角膜内皮正常功能,三、角膜基质的构成,型胶原纤维：纤维状，为角膜基质中的主要纤维型胶原纤维：纤维状，直径可调节型胶原纤维：非纤维状胶原，可调节细胞基质的相互作用胶原纤维的合成和分解受内源性生长因子的调节。,四、角膜的相对脱水性,角膜上皮的屏障功能角膜基质层的作用 基质内粘多糖的相对脱水状态是保持角膜透明的重要保证。 粘多糖与水结合后肿胀，使角膜增厚，并破坏胶原纤维的规则排列。,四、角膜的相对脱水性,角膜内皮的功能 角膜内皮的屏障作用：细胞间的连接 影响因素：Ca2+、谷胱甘肽的浓 度，灌注液成分及PH值等。 角膜内皮的泵功能： 影响因素：ATP酶功能、HCO3- 浓度等。,第一节 角膜,作为眼屈光间质的重要组成之一,角膜本身透明无血管,其营养供应主要源自角巩膜缘血管网,而透明性维持依赖于其正常的生化代谢。,一、角膜的化学组成,水：7282 蛋白质：18%-20% 胶原 15 其他 5 粘多糖：4% 硫酸角质素 软骨素 硫酸软骨素A 酶：磷酸脂酶、淀粉酶、三磷酸腺苷酶等 无机盐 其他,一、角膜的化学组成,角膜上皮和内皮细胞中酶含量较基质高,表明上皮、内皮代谢旺盛。胶原纤维间隙的粘多糖由硫酸角蛋白、软骨素等组成,具有保持角膜水合状态及蒙古合的功能,其代谢异常将导致角膜水肿。另外,角膜尚含有糖类、氨基酸、维生素、脂类、无机盐等物质。角膜营养不良患者,脂质含量常增加。,二、角膜的营养和代谢,1.氧与糖代谢：葡萄糖与氧是参与角膜代谢的两种主要物质。角膜上皮所需氧分主要通过泪膜获取,闭睑时,氧则来源于角膜缘血管网、结膜毛细血管和房水;深基质层和内皮细胞所需氧来自房水。葡萄糖由角膜缘毛细血管网、泪液和房水供应,其中房水为主要来源。,二、角膜的营养和代谢,葡萄糖代谢为正常角膜的主要能量来源,到达角膜后,通过一系列复杂的代谢过程,产生能量以供角膜组织的正常需要,使角膜保持脱水状态与透明。葡萄糖一般以糖原形式储存于角膜中,在外伤或手术等应激情况下,糖原分解以满足组织修复的能量需要。葡萄糖代谢有无氧酵解、有氧氧化、磷酸戊糖旁路三种方式,其中以无氧酵解为主。,1、角膜的糖代谢,无氧酵解：8588 生成乳酸和丙酮酸。 1mol 葡萄糖产生2mol ATP。 缺氧时，乳酸堆积，造成角膜水肿。有氧氧化：1215 经Krebe循环产生二氧化碳和水。 1mol 葡萄糖产生36mol ATP。 是角膜供能的主要途经。 主要发生在角膜上皮和内皮层。,1、角膜的糖代谢,磷酸己糖旁路： 主要在上皮层。 生成磷酸核糖（合成核酸）和NADPH（合成脂类）。多元醇途经： 生成山梨醇和果糖。,由于早期发现的糖类都是由C、H、O组成，并且其中H和O的比例恰好相当于水分子中H、O的比例2：1，用通式可写成Cn(H2O)m ，故糖类也被称为碳水化合物（carbohydrate），如葡萄糖为C6(H2O)6,糖 的 组 成：,糖的分解代谢,（二）糖的分类及其结构,单糖 不能水解的多羟基醛或多羟基酮，如 葡萄糖、果糖，半乳糖。 寡糖 能水解生成210个单糖分子的糖， 又称为低聚糖。寡糖中常见的是二 糖，如蔗糖、麦芽糖、乳糖。 多糖 能水解成很多个单糖分子的糖，由 几千上万个单糖分子缩聚而成的物 质，故又称为多聚糖，如淀粉、糖 原、纤维素。,糖代谢特点：,深受供氧状况影响。供氧充足：葡萄糖进行有氧氧化彻底氧化成CO2和H2O。缺氧：进行糖酵解。,一、糖酵解,第一阶段,第二阶段,* 糖酵解(glycolysis)的定义,* 糖酵解分为两个阶段,* 糖酵解的反应部位：胞浆,在缺氧情况下，葡萄糖生成乳酸(lactate)的过程称之为糖酵解。,由葡萄糖分解成丙酮酸(pyruvate)，称之为糖酵解途径(glycolytic pathway)。,由丙酮酸转变成乳酸。,二、糖酵解的过程及产物:,三、糖酵解的生理意义,1.在无氧条件下迅速提供能量,供机体需要。,如:剧烈运动、人到高原,2.是某些细胞在不缺氧条件下的能量来源。,3.是某些病理情况下机体获得能量的方式。,4.是糖的有氧氧化的前过程，亦是糖异生作用 大部分逆过程。,6.若糖酵解过度，可因乳酸生成过多而导致乳酸 酸中毒。,5.糖酵解也是糖、脂肪和氨基酸代谢相联系的途径。,肌肉收缩与糖酵解供能：,初到高原与糖酵解供能：,人初到高原，高原大气压低，易缺氧,机体加强糖酵解以适应高原缺氧环境,海拔 5000米,背景：,结论：,某些组织细胞与糖酵解供能：,代谢极为活跃，即使不缺氧,也常由糖酵解提供部分能量。,成熟红细胞：,视网膜、神经、白细胞、骨髓、肿瘤细胞等:,无线粒体，无法通过氧化磷酸化获得能量，只能通过糖酵解获得能量。,某些病理状态 与糖酵解供能：,某些病理情况下机体主要通过糖酵解获得能量.,二、糖有氧氧化,糖的有氧氧化：是指体内组织在有氧条件下， 葡萄糖彻底氧化分解生成CO2和 H2O的过程。,有氧氧化是糖氧化的主要方式，绝大多数组织细胞都通过有氧氧化获得能量。,糖的有氧氧化,糖有氧氧化的生理意义,TCA是机体获取能量的主要方式。1分子G经无氧酵解仅净生成2ATP，而有氧氧化可净生成32个ATP.其中TCA生成20个ATP，在一般生理条件下，许多组织细胞皆从糖的有氧氧化获得能量。糖的有氧氧化不但释能效率高，而且逐步释能，并逐步储存于ATP分子中，因此能的利用率也很高。TCA是糖，脂肪和蛋白质三种主要有机物在体内彻底氧化的共同代谢途径， TCA的起始物乙酰辅酶A，不但是糖氧化分解产物，它也可来自脂肪的甘油、脂肪酸和来自蛋白质的某些氨基酸代谢， TCA是三种主要有机物在体内氧化供能的共同通路，估计人体内2/3的有机物是通过三羧酸循环而被分解的。TCA是体内三种主要有机物互变的联结机构，糖和甘油在体内代谢可生成-酮戊二酸及草酰乙酸等三羧酸循环的中间产物，这些中间产物可以转变成为某些氨基酸；而有些氨基酸又可通过不同途径变成-酮戊二酸和草酰乙酸，再经糖异生的途径生成糖或转变成甘油，因此TCA不仅是三种主要的有机物分解代谢的最终共同途径，而且也是它们互变的联络机构,1.概念：以6-磷酸葡萄糖开始，在6-磷酸葡萄糖脱氢酶催化下形成6-磷酸葡萄糖酸，进而代谢生成以磷酸戊糖为中间代谢物的过程，称为磷酸戊糖途径，又称磷酸已糖旁路。,三、磷酸戊糖途径,2.反应部位：胞浆,第一阶段： 氧化反应-生成NADPH和磷酸戊糖第二阶段： 非氧化反应-一系列基团转移反应 (生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖),磷酸戊糖途径的过程,磷酸戊糖途径的生理意义,（1）为核苷酸的生成提供核糖,（2）提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应,二、角膜的营养和代谢,即使有氧条件下,约85%88%;的角膜葡萄糖亦通过糖酵解途径代谢,其中1mol葡萄糖经无氧酵解后可产生乳酸与2mol ATP。缺氧状况下,因无氧酵解加速,乳酸堆积,可导致上皮与基质水肿。长期配戴大而紧的角膜接触镜时, 角膜基质水肿混浊的原因即在于此,如长期缺氧将导致角膜新生血管增生。,二、角膜的营养和代谢,除元氧酵解外,约12%15%的葡萄糖通过有氧氧化方式进行代谢。在有氧条件下,通过三竣酸循环,lmol葡萄糖完全氧化生成二氧化碳和水,同时产生36mol 。另外,角膜上皮细!胞尚存在多元醇糖代谢途径,葡萄糖循此途径可生成山梨醇和果糖。如果角膜细胞内山梨醇过度蓄积可导致细胞渗透性损害。,2、角膜的维生素A代谢,维生素A来源于食物。与视黄醇结合蛋白结合后再与血浆前白蛋白结合，转运至角膜组织。作用（1）参与角膜糖蛋白的合成、基质DNA的合成 （2）维持结角膜上皮细胞的分化和完整性 （3）促进角膜内皮EGF受体，创伤修复,二、角膜的营养和代谢,泪液中的维生素A对角膜生理功能维持具有重要作用:可调控角膜上皮细胞角蛋白表达,缺乏时将会引起角膜上皮细胞维生素A缺乏性角质化;参与角膜糖蛋白合成,刺激葡萄糖、氨基葡萄糖进入角膜上皮,诱导角膜基质细胞DNA合成增加;诱导角膜内皮细胞EGF受体表达增加,促进内皮细胞创伤愈合;影响结膜的转分化。维生素A缺乏可使结膜杯状细胞减少,角结膜上皮角化、增厚和鳞状化生。,角膜软化症,3、维生素C和谷光苷肽代谢,维生素C的作用： 防止光氧化损伤 参与胶原合成谷光苷肽的作用： 维持角膜内皮正常功能,三、角膜基质的构成,型胶原纤维：纤维状，为角膜基质中的主要纤维型胶原纤维：纤维状，直径可调节型胶原纤维：非纤维状胶原，可调节细胞基质的相互作用胶原纤维的合成和分解受内源性生长因子的调节。,四、角膜的相对脱水性,角膜上皮的屏障功能角膜基质层的作用 基质内粘多糖的相对脱水状态是保持角膜透明的重要保证。 粘多糖与水结合后肿胀，使角膜增厚，并破坏胶原纤维的规则排列。,四、角膜的相对脱水性,角膜内皮的功能 角膜内皮的屏障作用：细胞间的连接 影响因素：Ca2+、谷胱甘肽的浓 度，灌注液成分及PH值等。 角膜内皮的泵功能： 影响因素：ATP酶功能、HCO3- 浓度等。,第二节 泪液,泪液与泪膜传统泪膜观点与新泪膜观点泪膜形成的生物化学机制,泪液,由主副泪腺分泌的水样液体泪液分泌部包括泪腺：反射性分泌腺（受到刺激时大量分泌）副泪腺：基础分泌腺（少量）,泪液,物理特性：pH值 7.37.8 渗透压 318mOsm/L 屈光指数 1.3361.337 温度：32泪液起屈光、保护、润滑、营养角膜的作用。,泪液的化学组成,98%99% H2O蛋白质（为血浆的1/10） 球蛋白：、球蛋白、免疫球蛋白（IgA) 溶菌酶：含量与多种因素有关 白蛋白：特殊泪液白蛋白、血清白蛋白 转铁蛋白：与细菌竞争铁而产生抑菌作用,泪液的化学组成,氨基酸：含量高于血液，17种以上酶：乳酸脱氢酶、溶酶体酶等20余种无机盐葡萄糖、尿素等有机物脂质 基础泪液和反射性泪液中的泪液成分及含量有改变。,传统泪膜概念,脂质层浆液层粘液层,角膜表面覆盖的一层泪液膜称为泪膜。厚710um,脂质层,由 Meibomians 腺、Zeis腺、Moll腺分泌由蜡质、胆固醇等脂质构成0.050.5um减少泪液蒸发；防止泪液外溢,浆液层,由泪腺、副泪腺分泌由水、无机盐、可溶性有机物组成67um湿润角膜表面；营养结角膜上皮；屏障功能,粘液层,眼表上皮细胞分泌粘液构成，具有高度亲水性0.020.05um构成亲水界面，稳定泪膜附着； 粘着和清除异物；阻止外来抗原,泪膜新概念,泪膜是一块胶体，其中粘蛋白是主体，被泪液所水化，含蛋白、电解质、有机物等，外层覆盖脂质层。,泪膜,泪膜形成的生化机制 （1）,结膜杯状细胞分泌的粘液和角膜上皮细胞分泌的糖蛋白在角膜上皮前表面形成一层多糖-蛋白复合物粘液的主要成分为糖蛋白，以蛋白质链为基础，链上有大量丝、苏氨酸残基，可与疏水的脂类、亲水的蛋白质及带电分子相互作用使疏水的角膜上皮细胞膜磷脂层表面张力降低角膜前表面被泪液覆盖，形成一稳定、完整的泪膜角膜上皮表面异常、粘液层或糖蛋白异常可影响泪膜稳定性,泪膜形成的生化机制（2）,泪膜有助于保持角膜基质脱水状态泪膜脂质层由极性和中性脂质组成极性脂质和泪膜水层接触，形成稳定的泪膜中性脂质和空气接触，提供屏障保护,干眼症,第四节 房水,房水是睫状体无色素上皮分泌的、从后房到前房持续循环着的无色透明液体。作用：屈光、眼压的形成与维持、角膜营养供应房水源自血液，基本成分与血浆相似，但并非血浆的过滤液。化学成分复杂。后房与前房的化学成分有所不同,一、房水的物理特性,渗透压比血浆高 pH值 7.37.5 比重 1.0021.021 屈光指数1.3331.337,二、房水的化学组成,蛋白质：虹睫炎、青光眼时明显升高。 免疫球蛋白含量少。,二、房水的化学组成,电解质： Na+来自扩散、超滤和主动运输，维持渗透压。 K+来自扩散和超滤。 Cl在Na+主动运输时被动跟入。 HCO3在Na+主动运输时被动跟入，中和乳酸和丙酮酸。,二、房水的化学组成,维生素C： 含量为血浆浓度的1530倍。 以还原型为主。 由饱和的特定转运机制主动分泌到房水。 在白内障或无晶体眼浓度低于正常。,二、房水的化学组成,葡萄糖：为血浆浓度的80，被晶体、角膜、玻璃体、和视网膜利用。乳酸等：为周围组织的代谢产物。谷光苷肽：是细胞抗氧化作用的重要物质，白内障时增高，青光眼时降低。,二、房水的化学组成,氧：3040mmHg，角膜接触镜、肾上腺素可使房水氧分压降低。氨基酸酶类：LDH1000u提示恶性病变微量元素,房水和血浆成分比较,三、房水的形成过程,扩散透析或超滤分泌