血液的生物化学

血液的生物化学血液的生物化学第19章第2页,共52页，2024年2月25日，星期天一、血液的化学成分

二、血浆蛋白质

血浆蛋白质的种类和含量纤维蛋白原清蛋白与球蛋白酶血浆蛋白质代谢与疾病的关系

三、红细胞及其代谢

红细胞的化学组成红细胞的代谢血红蛋白的性质与功能血红蛋白的分解代谢第3页,共52页，2024年2月25日，星期天血液包括多种血细胞（红细胞、白细胞、血小板）及血浆。全血平均含水81~86%，其中血细胞含水较少，而血浆含水较多。一、血液的化学成分第4页,共52页，2024年2月25日，星期天血液的化学成分

红细胞

血细胞白细胞血小板

血液

（体重的8％）不含氮（血糖、酮体、乳酸等）有机物

蛋白质（血浆中最主要的固形物）

含氮有机物

血浆

非蛋白氮（氨基酸及多种代谢废物）

（血容积的55~60%）无机盐

水（血浆中含水较多，达90~93%）第5页,共52页，2024年2月25日，星期天第6页,共52页，2024年2月25日，星期天

二、血浆蛋白质（一）血浆蛋白的种类及含量人血浆内蛋白总浓度大约为70-75g／L，它们是血浆主要的固体成分。血浆蛋白质种类很多，目前已知血浆蛋白质有200多种，其中既有单纯蛋白质又有结合蛋白，血浆中还有几千种抗体。血浆蛋白质一般分为清蛋白、球蛋白及纤维蛋白原三种。用醋酸纤维膜电泳法分离时，球蛋白部分可分离为清蛋白（白蛋白）、α1球蛋白、α2球蛋白、β-球蛋白和γ-球蛋白5条区带，如图所示。第7页,共52页，2024年2月25日，星期天第8页,共52页，2024年2月25日，星期天血浆中的主要蛋白质纤维蛋白原清蛋白（或称白蛋白）球蛋白第9页,共52页，2024年2月25日，星期天

（二）纤维蛋白原纤维蛋白原：纤维蛋白原为细长的纤维状蛋白，分子量为340000，由6条肽链组成，即Aα链、Bβ链及γ链各两条。肽链间以二硫键相连。血浆中的纤维蛋白原完全由肝脏合成。含量仅占血浆总蛋白的4-6%，但有很重要的生理功能。当血管损伤流血时，纤维蛋白原可转变为不溶性的纤维蛋白，从而使血液凝固，起到止血的保护作用。第10页,共52页，2024年2月25日，星期天纤维蛋白原经凝血酶的作用后，水解而断裂下Aα链中的A部分及Bβ链中的B部分，生成纤维蛋白单体。许多纤维蛋白单体能自发地头尾以直线状相连接，聚合成为纤维蛋白多聚体，可溶于稀酸及尿素溶液中。它再进一步经纤维蛋白转谷氨酰胺酶（即凝血因子XⅢα）的催化，互相交联成为稳定的不溶解的纤维蛋白，完成了凝血过程。第11页,共52页，2024年2月25日，星期天

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。纤维蛋白原形成血凝块第12页,共52页，2024年2月25日，星期天

（三）清蛋白和球蛋白血浆蛋白质中数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：维持血浆正常胶体渗透压。清蛋白和球蛋白能同一些物质结合，起到一定的运输作用。免疫作用：人及动物血液中的抗体大部分是γ-球蛋白，也有部分是β-球蛋白。营养作用：血浆蛋白质能参加组织蛋白质的代谢，并在相当程度上与组织蛋白保持平衡。缓冲作用：血浆蛋白质与其盐组成了缓冲对，具有维持血液pH恒定的作用。第13页,共52页，2024年2月25日，星期天

（四）酶血浆中有多种酶，根据其来源可分为三类：功能性酶：此类酶在血浆中发挥重要的催化功能。例如凝血酶原等多种凝血因子，纤维酶原、铜蓝蛋白、脂蛋白脂酶等。外分泌酶：此类酶来自外分泌腺，只有极少数逸入血液。这些外分泌腺酶在血液中很少发挥催化作用。细胞酶：此类酶本来在各种组织细胞内，当细胞破坏或在一定条件时，可有少量进入血液。第14页,共52页，2024年2月25日，星期天（五）血浆蛋白质代谢与疾病的关系

1.血浆蛋白的更新血浆的蛋白质是在不断更新之中，血浆蛋白质的来源主要是由肝及网状内皮系统的浆细胞不断地合成。血浆蛋白质中以纤维蛋白原的再生速度最快，球蛋白较慢。第15页,共52页，2024年2月25日，星期天血浆蛋白的去路已知有下列几条：（1）进入消化道：各种消化液中都含有或多或少的血浆蛋白质，这些蛋白质在消化道中可消化成氨基酸而被吸收。据试验，清蛋白约有70%是进入消化道分解的。（2）在肾中分解及排出：正常情况下，分子量大于90000的血浆蛋白较难通过肾小球，某些能通过肾小球的蛋白约有95%左右可被近曲小管吸收，而后在小管细胞中分解成氨基酸而进入血液。（3）在肝和网状内皮系统中分解：体内很多组织都可以通过吞噬或胞饮作用摄取血浆蛋白质，并由溶酶体将其分解。其中以肝和网状内皮系统较为重要。（4）随排泄性分泌液排出：很少的一部分血浆蛋白质可随排泄性分泌液排出，如支气管和鼻粘膜分泌液、泪、汗等。第16页,共52页，2024年2月25日，星期天

2.疾病对血浆蛋白的影响正常动物血浆中清蛋白、球蛋白的含量及比例都有一定范围，这个比例称为血浆的蛋白质系数（A/G）。有些疾病能使血浆蛋白含量及清/球比值发生变化，在临床上可作为诊断的参考。除了脱水引起血浆浓缩外，血浆清蛋白的浓度是不会增加的。在一般疾病中清蛋白的浓度是不变或降低，往往同时也伴随着球蛋白浓度的上升。第17页,共52页，2024年2月25日，星期天血浆清蛋白的降低可预见于以下几种情况：（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）长期损失蛋白质：某些肾的疾病能使肾小球通透性增加，使蛋白质分子可以通过而从尿中排出。（3）患感染性疾病：患感染性疾病时，往往清蛋白下降，这可能是由于球蛋白的增加引起的，是机体调节的结果。（4）长期营养不足：在球蛋白中，α-球蛋白在一般疾病中不降低，在发烧、感染、创伤等情况下会升高。β-球蛋白的改变往往与脂蛋白代谢不正常有关。γ-球蛋白在感染时会升高，特别是细菌、原虫、肠道寄生虫感染时会升高，这是由于体内合成抗体增多的结果。上述一些疾病情况，往往在清蛋白下降的同时，球蛋白上升。所以蛋白质系数（A/G）明显下降。第18页,共52页，2024年2月25日，星期天急性期蛋白（acrtephaseprotein,AP蛋白）在感染、炎症、组织损伤等应激原作用于机体后的短时间（数小时至数日）内，即可出现血清成分的某些变化，称为急性期反应（acutephasereaction）。参与急性期反应的物质称为急性期反应物（acutephasereactant）。急性期反应物大多数是蛋白质，称为急性期蛋白。肝是AP蛋白的主要来源，少数AP蛋白来源于巨噬细胞、内皮细胞、成纤维细胞、多形核白细胞等。

第19页,共52页，2024年2月25日，星期天急性期反应时血浆中浓度增加的AP蛋白种类繁多，可分为五类：参与抑制蛋白酶作用的AP蛋白；参与血凝和纤溶的AP蛋白（如凝血因子Ⅷ，纤维蛋白原、纤溶酶原等）；属于补体成分的AP蛋白；参与转运的AP蛋白（如血浆铜蓝蛋白等）；其他多种AP蛋白（如C-反应蛋白、纤维连接蛋白、血清淀粉样物质A等）。急性期反应时血浆蛋白浓度也有减少的，称为负性AP蛋白（如白蛋白、运铁蛋白等）。

第20页,共52页，2024年2月25日，星期天急性期蛋白的生物学功能（1）抑制蛋白酶的作用：创伤、感染等引起的应激时，体内蛋白水解酶增多，过多的蛋白水解酶可引起组织的损害。AP蛋白中有蛋白酶抑制物，应激时这些酶的抑制物消耗增加，同时合成也增加，以保证蛋白酶抑制物能得到必要的补充。（2）凝血和纤溶纤维蛋白原在凝血酶作用下形成的纤维蛋白在炎症区组织间隙构成网状物或凝块，有利于阻止病原体及其毒性产物的扩散；继而纤溶系统的激活又可在晚些时候溶解这些凝块而使组织间隙恢复原状。然而，凝血和纤溶系统的过度激活却有可能导致弥散性血管内凝血（DIC）而给机体造成严重的后果。第21页,共52页，2024年2月25日，星期天（3）清除异物和坏死组织：某些AP蛋白具有迅速的非特异性的清除异物和坏死组织的作用。例如C-反应蛋白容易与细菌细胞壁结合，又可激活补体,通过经典途经促进大、小吞噬细胞的功能。这就使得与C-反应蛋白结合的细菌迅速地被清除。（4）清除自由基：如铜蓝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：如血清淀粉样物质A

可能有促进损伤细胞修复的作用。第22页,共52页，2024年2月25日，星期天

三、红细胞及其代谢红细胞直径7～8.5μm，呈双凹圆盘状，中央较薄（1.0μm），周缘较厚（2.0μm）。在扫描电镜下，可清楚地显示红细胞这种形态特点。红细胞的这种形态使它具有较大的表面积（约140μm2），从而能最大限度地适应其功能—携O2和CO2。它具有弹性和可塑性，在通过直径比它还小的毛细血管时，可以改变形状，通过后仍恢复原形。第23页,共52页，2024年2月25日，星期天红细胞含水较其他细胞少，约60%~70%。固形物血红蛋白----约占32%其他蛋白质----糖蛋白、脂蛋白、血铜蛋白脂类---胆固醇、卵磷脂和脑磷脂酶---碳酸酐酶、过氧化氢酶、肽酶、胆碱乙酰化酶、胆碱酯酶、糖酵解酶系以及有关谷胱甘肽合成的酶系葡萄糖代谢中间产物无机盐（一）红细胞的化学组成第24页,共52页，2024年2月25日，星期天红细胞的生理功能

红细胞的主要功能是运输O2和CO2，此外还在酸碱平衡中起一定的缓冲作用。这两项功能都是通过红细胞中的血红蛋白来实现的。血红蛋白（Hb）由珠蛋白和亚铁血红素结合而成。血液呈现红色就是因为其中含有亚铁血红素的缘故。该分子中的Fe2+在氧分压高时，与氧结合形成氧合血红蛋白（HbO2）；在氧分压低时，又与氧解离，释放出O2，成为还原血红蛋白，由此实现运输氧的功能。

（二）红细胞的生理功能第25页,共52页，2024年2月25日，星期天红细胞的生理特性

1.渗透脆性正常状态下红细胞内的渗透压与血浆渗透压大致相等，这对保持红细胞的形态甚为重要。将机体红细胞置于等渗溶液（0.9％NaCl）中，它能保持正常的大小和形态。若将红细胞置于低渗NaCl溶液中，水分进入细胞，红细胞膨胀变成球形，可至膨胀而破裂，血红蛋白释放入溶液中，称为溶血。如把红细胞置于高渗NaCl溶液中，水分将逸出胞外，红细胞将因失水而皱缩。第26页,共52页，2024年2月25日，星期天A：HumanRedbloodcellsinisotonicsolution（0.9%NaCl）B：HumanRedbloodcellsinhypotonicsolution（0.65%NaCl）C：HumanRedbloodcellsinhyperosmoticsolution（1.01%NaCl）ABC第27页,共52页，2024年2月25日，星期天

2．悬浮稳定性

悬浮稳定性是指红细胞在血浆中保持悬浮状态而不易下沉的特性。将与抗凝剂混匀的血液置于血沉管中，垂直静置，经一定时间后，红细胞由于比重大，将逐渐下沉，在单位时间内红细胞沉降的距离，称为红细胞沉降率（简称血沉）。以血沉的快慢作为红细胞悬浮稳定性的大小。正常男子第1小时末，血沉不超过3mm，女子不超过10mm。在妊娠期、活动性结核病、风湿热以及患恶性肿瘤时，血沉加快。临床上检查血沉，对疾病的诊断及预后有一定的帮助。第28页,共52页，2024年2月25日，星期天红细胞的平均寿命约120天。衰老的红细胞虽无形态上的特殊性，但其机能活动和理化性质都有变化，如酶活性降低、血红蛋白变性、细胞膜脆性增大，以及表面电荷改变等，因而细胞与氧结合的能力降低且容易破碎。衰老的红细胞多在脾、骨髓、肝等处被巨噬细胞吞噬，同时由红骨髓生成和释放同等数量红细胞进入外周血液，维持红细胞数的相对恒定。第29页,共52页，2024年2月25日，星期天正常成熟的红细胞没有细胞核，也没有高尔基复合体、线粒体等细胞器，不能进行核酸、蛋白质及脂类的合成。它缺乏完整的三羧酸循环酶系，也没有细胞色素的电子传递系统，它所需的能量几乎完全依靠葡萄糖酵解而取得。鸟类的红细胞有核等结构，它与一般细胞相似，主要通过糖的有氧分解取得能量。

（三）红细胞的代谢第30页,共52页，2024年2月25日，星期天1.糖代谢糖酵解：90～95％

2，3-DPG途径（特有）磷酸戊糖途径3～11％糖醛酸循环糖代谢特点：糖酵解为主，磷酸戊糖途径为辅。

途径第31页,共52页，2024年2月25日，星期天

红细胞内利用葡萄糖的3～11%通过磷酸戊糖通路代谢，为红细胞提供另一种还原力（NADPH），NADPH在红细胞氧化还原系统中发挥重要作用，具有保护膜蛋白、血红蛋白及酶蛋白的巯基不被氧化，还原高铁血红蛋白等多种功能。

（1）磷酸戊糖途径第32页,共52页，2024年2月25日，星期天红细胞内磷酸戊糖途径的主要生理意义NADP+NADPH磷酸戊糖途径GSSGGSSG-R2GSH有害的氧化物无害的物质H2O2GSH-P2H2OMHb（Fe3+）MHb（Fe2+）第33页,共52页，2024年2月25日，星期天①谷胱甘肽代谢红细胞内谷胱甘肽含量很高（2×10-3mol/L），而且几乎全是还原型谷胱甘肽（GSH）。GSH的主要生理功能是对抗氧化剂对巯基的氧化。细胞内可自发生成少量超氧阴离子（O2-），同时感染时的白细胞吞噬作用亦可产生O2-

，可被超氧化物歧化酶（superoxidedismufaseSOD），催化生成过氧化氢（H2O2）。第34页,共52页，2024年2月25日，星期天在谷胱甘肽过氧化酶作用下将H2O2还原为H2O，而GSH自身被氧化为氧化型谷胱甘肽（GSSG）。后者在谷胱甘肽还原酶催化下，由NADPH+H+供氢重新还原为GSH。催化NADPH生成的关键酶为葡萄糖-6-磷酸脱氢酶。此酶缺陷的病人一般情况下无症状，但有外界因素（如进食某种蚕豆）影响，即引起溶血。因吃蚕豆可诱导发病，故这种病又称蚕豆病。第35页,共52页，2024年2月25日，星期天

②高铁血红蛋白的还原由于各种氧化作用，红细胞内经常有少量高铁血红蛋白（MHb）产生，但红细胞内有一系列酶促及非酶促的MHb还原系统，故正常红细胞中MHb只占1～2%。催化MHb还原的主要是NADH脱氢酶，辅酶为NADH+H+。NADPH脱氢酶（以NADPH+H+为辅酶）也参与MHb还作，但作用较小。除此之外，抗坏血酸和GSH

可直接还原MHb，而氧化型抗坏血酸和GSSG的还原作用最终需NADPH+H+供氢。第36页,共52页，2024年2月25日，星期天此通路被重视的理由是与NAD+及NADP+有关的反应非常多。1分子葡萄糖变为1分子5-磷酸-D-木酮糖能有4分子NAD+变为NADH，同时又有2分子NADPH变为NADP+，即通过此途径可间接使NADPH的氢转给NAD+生成NADH，它对维持红细胞中血红蛋白的还原状态有重要意义。（2）醛糖酸循环第37页,共52页，2024年2月25日，星期天第38页,共52页，2024年2月25日，星期天成熟红细胞的脂类几乎都存在于细胞膜。成熟红细胞已不能从头合成脂肪酸，但膜脂的不断更新却是红细胞生存的必要条件。红细胞通过主动参入和被动交换不断地与血浆进行脂质交换，维持其正常的脂类组成、结构和功能。2.脂代谢第39页,共52页，2024年2月25日，星期天（四）血红蛋白的性质与功能一、血红蛋白的性质血红蛋白的氧饱和曲线1.与氧结合第40页,共52页，2024年2月25日，星期天

血红蛋白可被铁氰化钾、亚硝酸盐、盐酸盐、大剂量的甲稀蓝、过氧化氢等氧化剂氧化为高铁血红蛋白（MHb）。

红细胞有使高铁血红蛋白缓慢还原为血红蛋白的能力，所以正常血中只有少量高铁血红蛋白。若误食较多的上述氧化剂，使产生高铁血红蛋白的速度超过红细胞本身还原它的速度，则可出现高铁血红蛋白血症。Fe3+NN珠蛋白OHNN2.血红蛋白的氧化及其恢复第41页,共52页，2024年2月25日，星期天正常红细胞把高铁血红蛋白还原为血红蛋白的方式有两种：酶促反应非酶促反应★维生素C

及还原型谷胱甘肽还原高铁血红蛋白是非酶促反应抗坏血酸脱氢抗坏血酸MHb（Fe3+）Hb（Fe2+）GSHGSSGMHb（Fe3+）Hb（Fe2+）第42页,共52页，2024年2月25日，星期天在酶促反应中有两类高铁血红蛋白还原酶一类需

NADH，称为NADH-MHb还原酶一类需NADPH，称为NADPH-MHb还原酶MHb（Fe3+）NADHNAD+酵解及Touster途径Hb（Fe2+）NADH-MHb还原酶NADPHNADP+磷酸戊糖途径Hb（Fe2+）NADPH-MHb还原酶MHb（Fe3+）第43页,共52页，2024年2月25日，星期天血红蛋白与CO作用能生成碳氧血红蛋白。Fe2+NN珠蛋白CONN

同一铁卟啉分子上不能同时结合O2和CO2。血红蛋白与CO结合的能力较与O2结合能力强200~300倍，若血液中的氧合血红蛋白与碳氧血红蛋白数量大致相等，则血红蛋白运氧的能力即降低50%，因此氧的运输受到障碍，这就是CO中毒的实质。3.血红蛋白与一氧化碳结合第44页,共52页，2024年2月25日，星期天

血红蛋白与二氧化碳作用时，其蛋白质部分的游离氨基与二氧化碳结合成为碳酸血红蛋白。如以-NH2标出血红蛋白的游离氨基，则反应如下：Hb-NH2+CO2Hb-NH-COOH体内新陈代谢产生的CO2，约18%是通过碳酸血红蛋白的形式运至肺部排出体外。4.血红蛋白与二氧化碳的作用第45页,共52页，2024年2月25日，星期天二、血红蛋白的代谢

血红蛋白是红细胞中最主要的成分，由珠蛋白和血红素组成。血红素不但是血红蛋白的辅基，也是肌红蛋白、细胞色素、过氧化物酶等的辅基。血红素主要在骨髓的红细胞和网织红细胞中合成。1.血红蛋