1、血液的生物化學1 第十六章第十六章 血液的生物化學血液的生物化學 Hemal BiochemistryHemal Biochemistry 血液的生物化學2 概述概述 血液血液（blood)的組成的組成 血漿血漿(plasma) 紅細胞、白細胞和血小板紅細胞、白細胞和血小板。 正常人體的血液正常人體的血液(blood)(blood)總量約占體重的總量約占體重的8%8%。 血清血清（serum)是血液凝固后析出的淡黃色透是血液凝固后析出的淡黃色透 明液體。明液體。 血液的生物化學3 血液的化學成分血液的化學成分 血液血液 陽離子：陽離子：NaNa+ +、K K+ +、CaCa2+ 2+、 、Mg

2、Mg2+ 2+ ：包括蛋白質、非蛋白質類含包括蛋白質、非蛋白質類含 氮化合物、糖類和脂類等氮化合物、糖類和脂類等 陰離子：陰離子：CLCL- -、HCOHCO3 3- -、HPOHPO4 42- 2- 無機物無機物 有機物有機物 水水:77%-81%:77%-81% 少量氣體：少量氣體：O2 、CO2 固體成分固體成分 血液比重：血液比重：1.050-1.060 血液血液pH：7.40.05 血液的生物化學4 非蛋白氮非蛋白氮(non-protein nitrogen, NPN): 血液中非蛋白質類含氮化合物血液中非蛋白質類含氮化合物。主要有。主要有 尿素、肌酸、肌酸酐、尿酸、膽紅素和尿素、肌

3、酸、肌酸酐、尿酸、膽紅素和 氨等。正常氨等。正常NPNNPN含量為含量為14.28-24.99 mmol/L。其中血尿素氮（。其中血尿素氮（blood urea nitrogen,BUN）約占）約占NPN的的1/2。 血液的生物化學5 第一節第一節 血血 漿漿 蛋蛋 白白 Plasma Protein 血液的生物化學6 一、血漿蛋白質的分類與性質一、血漿蛋白質的分類與性質 1、血漿蛋白是指血漿含有的蛋白質，是血血漿蛋白是指血漿含有的蛋白質，是血 漿主要的固體成分。漿主要的固體成分。 2、血漿內蛋白總濃度大約為血漿內蛋白總濃度大約為70-75g/L70-75g/L。 3、血漿蛋白的種類很多，含量

4、也極不相同，血漿蛋白的種類很多，含量也極不相同， 有多種分類方法。有多種分類方法。 血液的生物化學7 （一）血漿蛋白的分類（一）血漿蛋白的分類 2.2.超速離心超速離心 根根據蛋白質的密度將其分離據蛋白質的密度將其分離, ,如血漿脂蛋白的分離如血漿脂蛋白的分離。 1.1.根據電泳結果分類根據電泳結果分類 球蛋白球蛋白( (globulin) )濃度為濃度為15-3Og/L 15-3Og/L 正常正常A/GA/G為為1.5-2.51.5-2.5 1 1球蛋白球蛋白 2 2球蛋白球蛋白 球蛋白球蛋白 球蛋白球蛋白 清蛋白清蛋白(albumin) 血漿中最主要蛋白質，血漿中最主要蛋白質，38-48g

5、/L,38-48g/L, 占血漿總蛋白的占血漿總蛋白的50% 50% 血液的生物化學8 血液的生物化學9 3.3.根據生理功能分類根據生理功能分類 血液的生物化學10 （二）血漿蛋白的性質（二）血漿蛋白的性質 2.2.合成場所一般位于合成場所一般位于膜結合的多核蛋白體膜結合的多核蛋白體上。在肝細胞內上。在肝細胞內 經歷了從粗面內質網到高爾基復合體再抵達質膜而分泌經歷了從粗面內質網到高爾基復合體再抵達質膜而分泌 入血液的途徑。入血液的途徑。 1.1.主要主要在肝合成在肝合成，如清蛋白、纖維蛋白原和纖連蛋白等。，如清蛋白、纖維蛋白原和纖連蛋白等。 少量由其他組織細胞合成少量由其他組織細胞合成, ,

6、如如球蛋白由漿細胞合成。球蛋白由漿細胞合成。 3.3.除清蛋白外除清蛋白外, ,幾乎所有的血漿蛋白質均為幾乎所有的血漿蛋白質均為糖蛋白糖蛋白, ,它們含它們含 有有N-N-或或0-0-連接的寡糖鏈。寡糖鏈包含了許多生物信息。連接的寡糖鏈。寡糖鏈包含了許多生物信息。 血漿蛋白合成后的定向轉移過程需要寡糖鏈。血漿蛋白合成后的定向轉移過程需要寡糖鏈。 血液的生物化學11 血液的生物化學12 4.4.許多血漿蛋白呈現許多血漿蛋白呈現多態性多態性。如。如ABOABO血型血型 5.5.血漿蛋白有自己血漿蛋白有自己特異的半衰期特異的半衰期。正常成人的清蛋。正常成人的清蛋 白和結合珠蛋白的半衰期分別為白和結合

7、珠蛋白的半衰期分別為2020天和天和5 5天左右。天左右。 6.6.發生急性炎癥或一些類型的組織損傷時發生急性炎癥或一些類型的組織損傷時, ,某些血漿某些血漿 蛋白的水平會增高蛋白的水平會增高, ,它們被稱為它們被稱為急性時相蛋白質急性時相蛋白質，少，少 則增加則增加5050，最多可增至，最多可增至10001000倍，包括倍，包括C-C-反應蛋白、反應蛋白、 1 1抗胰蛋白酶、結合珠蛋白、抗胰蛋白酶、結合珠蛋白、1 1酸性蛋白和纖維蛋酸性蛋白和纖維蛋 白原等。急性時相期，有些蛋白質濃度降低，如清蛋白原等。急性時相期，有些蛋白質濃度降低，如清蛋 白和轉鐵蛋白。白和轉鐵蛋白。 血液的生物化學13

8、二、血漿蛋白質的功能二、血漿蛋白質的功能 1.維持血漿膠體滲透壓：主要由清蛋白產生維持血漿膠體滲透壓：主要由清蛋白產生 2.維持血漿正常的維持血漿正常的pHpH：7.35-7.457.35-7.45 3.運輸作用：清蛋白運輸作用：清蛋白+脂肪酸脂肪酸/膽紅素等膽紅素等 4.免疫作用：免疫球蛋白、補體免疫作用：免疫球蛋白、補體 5.催化作用催化作用 6.營養作用營養作用 7.凝血、抗凝血和纖溶作用凝血、抗凝血和纖溶作用 8.血漿蛋白異常與臨床疾病血漿蛋白異常與臨床疾病 血漿功能酶：在血漿中發揮功能血漿功能酶：在血漿中發揮功能 外分泌酶：由外分泌腺分泌的酶類外分泌酶：由外分泌腺分泌的酶類 細胞酶：

9、存在于組織和細胞內，參與細胞酶：存在于組織和細胞內，參與 物質代謝的酶類物質代謝的酶類 血液的生物化學14 滲透壓：溶液中的溶質顆粒通過半透膜吸取膜外水分滲透壓：溶液中的溶質顆粒通過半透膜吸取膜外水分 子的一種力量。滲透壓的大小與單位體積中溶質分子子的一種力量。滲透壓的大小與單位體積中溶質分子 的數目有關，而與溶質顆粒的大小無關。的數目有關，而與溶質顆粒的大小無關。 血漿滲透壓血漿滲透壓 血漿膠體滲透壓的大小主要取決于血漿蛋白的摩爾濃血漿膠體滲透壓的大小主要取決于血漿蛋白的摩爾濃 度。清蛋白最能有效維持膠體滲透壓。度。清蛋白最能有效維持膠體滲透壓。 清蛋白濃度過低清蛋白濃度過低 血漿膠體滲透壓

10、下降血漿膠體滲透壓下降 水水 分在組織間潴留分在組織間潴留 水腫水腫 血漿晶體滲透壓：維持細胞內外水平衡血漿晶體滲透壓：維持細胞內外水平衡 血漿膠體滲透壓：維持血管內外水平衡血漿膠體滲透壓：維持血管內外水平衡 血液的生物化學15 第三節第三節 血細胞物質代謝血細胞物質代謝 Metabolism of Blood Cells 血液的生物化學16 一、紅細胞的代謝特點一、紅細胞的代謝特點 v在成熟過程中在成熟過程中, ,紅細胞發生一系列形態和代謝的改紅細胞發生一系列形態和代謝的改 變。變。成熟紅細胞除質膜和胞漿外成熟紅細胞除質膜和胞漿外, ,無其他細胞器無其他細胞器。 葡萄糖是成熟紅細胞的主要能量

11、物質。葡萄糖是成熟紅細胞的主要能量物質。 v紅細胞是血液中紅細胞是血液中最主要的細胞最主要的細胞, ,它是在骨髓中由它是在骨髓中由 造血干細胞定向分化而成的紅系細胞。造血干細胞定向分化而成的紅系細胞。 v在紅系細胞發育過程中，經歷了在紅系細胞發育過程中，經歷了原始紅細胞、早原始紅細胞、早 幼紅細胞、中幼紅細胞、晚幼紅細胞、網狀紅細胞幼紅細胞、中幼紅細胞、晚幼紅細胞、網狀紅細胞 等階段，最后才成為成熟紅細胞。等階段，最后才成為成熟紅細胞。 血液的生物化學17 分裂增殖能力分裂增殖能力 + - -+ - - DNADNA合成合成 + +* * - - - - RNARNA合成合成 + - -+ -

12、 - RNARNA存在存在 + + -+ + - 蛋白質合成蛋白質合成 + + -+ + - 血紅素合成血紅素合成 + + -+ + - 脂類合成脂類合成 + + -+ + - 三竣酸循環三竣酸循環 + + -+ + - 氧化磷酸化氧化磷酸化 + + -+ + - 糖酵解糖酵解 + + + + + 磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑 + + + + + 紅細胞成熟過程中的代謝變化紅細胞成熟過程中的代謝變化 代謝能力代謝能力 有核紅細胞有核紅細胞 網織紅細胞網織紅細胞 成熟紅細胞成熟紅細胞 注注:“+”,“-”:“+”,“-”分別表示該途徑有或無分別表示該途徑有或無 * * 晚幼紅細胞為晚幼紅細胞為“-”

13、-” 血液的生物化學18 ( (一一) )糖代謝糖代謝 v糖酵解通路和糖酵解通路和2,3-二磷酸甘油酸旁路二磷酸甘油酸旁路： 90%95%的葡萄糖通過此途徑進行代謝的葡萄糖通過此途徑進行代謝 v磷酸戊糖途徑：主要功能是產生磷酸戊糖途徑：主要功能是產生NADPH+H+， 5%10%的葡萄糖通過此途徑進行代謝。的葡萄糖通過此途徑進行代謝。 血液的生物化學19 1、糖酵解和、糖酵解和2,3-二二磷酸甘油酸旁路磷酸甘油酸旁路 紅細胞中存在催化糖酵解所需要的全部酶和中間紅細胞中存在催化糖酵解所需要的全部酶和中間 代謝物代謝物, ,糖酵解的基本反應和其他組織相同。糖酵解的基本反應和其他組織相同。 糖酵解是

14、紅細胞獲得能量的唯一途徑糖酵解是紅細胞獲得能量的唯一途徑，每每mol葡萄葡萄 糖經酵解生成糖經酵解生成2mol乳酸的過程中，產生乳酸的過程中，產生2mol ATP 和和2mol NADH+H+，通過這一途徑可使紅細胞內，通過這一途徑可使紅細胞內 ATP的濃度維持在的濃度維持在1.85103mol/L水平水平。 血液的生物化學20 圖16-6 2,3-BPG旁路 二磷酸甘油酸變位酶二磷酸甘油酸變位酶 (15%-50%) 葡萄糖葡萄糖 1,3-BPG 三磷酸甘油酸激酶三磷酸甘油酸激酶 3-磷酸磷酸甘油酸甘油酸 2,3-BPG 2,3-BPG磷酸酶磷酸酶 乳酸乳酸 2,3-二二磷酸甘油酸旁路：磷酸甘

15、油酸旁路： 2,3-BPG的的主要作用是調節血紅蛋白的運氧功能。主要作用是調節血紅蛋白的運氧功能。 血液的生物化學21 2 2、磷酸戊糖途徑、磷酸戊糖途徑 紅細胞內磷酸戊糖途徑的代謝過程與其他紅細胞內磷酸戊糖途徑的代謝過程與其他 細胞相同細胞相同, ,主要功能是主要功能是產生產生NADPH+H+。 血液的生物化學22 3、紅細胞內糖代謝的生理意義紅細胞內糖代謝的生理意義 (1)(1)ATP的功能的功能 v維持紅細胞膜上鈉泵維持紅細胞膜上鈉泵(Na+-K+-ATPase)的正常運轉的正常運轉 v維持紅細胞維持紅細胞膜上鈣泵膜上鈣泵(Ca2+ -ATPase)的正常運行的正常運行 v維持紅細胞膜上

16、脂質與血漿脂蛋白中的脂質進行維持紅細胞膜上脂質與血漿脂蛋白中的脂質進行 交換交換 v少量少量ATP用于谷胱甘肽、用于谷胱甘肽、NAD+的生物合成的生物合成 vATP用于葡萄糖的活化用于葡萄糖的活化,啟動糖酵解過程。啟動糖酵解過程。 血液的生物化學23 (2)2,3-BPG的功能的功能 2,3-BPG是調節血紅蛋白是調節血紅蛋白(Hb)運氧功能運氧功能 的重要因素，可降低的重要因素，可降低Hb與氧的親和力與氧的親和力。 血液的生物化學24 血液的生物化學25 2 , 3 B P G 血液的生物化學26 (3)NADH和和NADPH的功能的功能 NADH和和NADPH是紅細胞內重要的還原當量是紅細

17、胞內重要的還原當量,具具 有對抗氧化劑有對抗氧化劑,保護細胞膜蛋白、血紅蛋白和酶保護細胞膜蛋白、血紅蛋白和酶 蛋白的巰基等不被氧化蛋白的巰基等不被氧化,從而維持紅細胞的正常從而維持紅細胞的正常 功能。功能。 紅細胞中的紅細胞中的NADPH能維持細胞內還原型谷胱甘能維持細胞內還原型谷胱甘 肽的含量，使紅細胞免遭外源性和內源性氧化劑肽的含量，使紅細胞免遭外源性和內源性氧化劑 的損害。的損害。 血液的生物化學27 谷胱甘肽的氧化與還原及其有關代謝谷胱甘肽的氧化與還原及其有關代謝 葡萄糖葡萄糖 6-6-磷酸磷酸 6-6-磷酸磷酸 葡萄糖酸葡萄糖酸 NADP+ NADPH+H+ 葡萄糖葡萄糖6-6-磷磷

18、 酸脫氫酶酸脫氫酶 GSSH 2GSH H2O2 2H2O 谷胱甘肽還原酶谷胱甘肽還原酶 谷胱甘肽過氧化物酶谷胱甘肽過氧化物酶 血液的生物化學28 ( (二二) )脂代謝脂代謝 成熟紅細胞的脂類幾乎都存在于細胞膜。成熟紅細胞的脂類幾乎都存在于細胞膜。 成熟紅細胞不能從頭合成脂肪酸，但膜脂的不成熟紅細胞不能從頭合成脂肪酸，但膜脂的不 斷更新是紅細胞生存的必要條件。斷更新是紅細胞生存的必要條件。 成熟紅細胞膜通過成熟紅細胞膜通過主動參入和被動交換不斷地主動參入和被動交換不斷地 與血漿進行脂質交換與血漿進行脂質交換，維持其正常的脂類組成、，維持其正常的脂類組成、 結構和功能。結構和功能。 血液的生物

19、化學29 （三）血紅蛋白的合成與調節（三）血紅蛋白的合成與調節 血紅蛋白的組成血紅蛋白的組成 珠蛋白珠蛋白 血紅素血紅素 血紅蛋白的合成血紅蛋白的合成 血紅素合成血紅素合成 珠蛋白合成珠蛋白合成 血紅蛋白的合成血紅蛋白的合成 血液的生物化學30 血液的生物化學31 Heme 血血 紅紅 素素 的的 結結 構構 血液的生物化學32 基本原料基本原料 甘氨酸、琥珀酰甘氨酸、琥珀酰CoACoA和和FeFe2+ 2+。 。 合成部位合成部位 起始和終末階段均在起始和終末階段均在線粒體線粒體 內內進行進行, ,中間階段在中間階段在胞漿內胞漿內進行進行。 合成的組織和亞細胞定位合成的組織和亞細胞定位 主要

20、在主要在骨髓骨髓 的幼紅細胞、網織紅細胞的幼紅細胞、網織紅細胞以及以及肝臟肝臟中合成。中合成。 1 1、血紅素的生物合成、血紅素的生物合成 血液的生物化學33 + 琥珀酰琥珀酰 CoA 甘氨酸甘氨酸 -ALA ALA 合酶合酶 (輔酶：磷酸吡哆醛輔酶：磷酸吡哆醛) 部位：線粒體部位：線粒體 血紅素的生物合成血紅素的生物合成 血液的生物化學34 氨基氨基r 酮戊酸酮戊酸 膽色素原膽色素原 ALA 脫水酶脫水酶 部位：胞液部位：胞液 血液的生物化學35 （糞卟啉原（糞卟啉原） （膽色素原）（膽色素原） 甲烯橋甲烯橋 （尿卟啉原（尿卟啉原） （原卟啉（原卟啉） Fe2+ 6H 2CO2 CO2 3N

21、H2 甲炔橋甲炔橋 （線性四吡咯）（線性四吡咯） 血紅素血紅素 血液的生物化學36 (1)(1)合成過程合成過程 血液的生物化學37 反應部位：反應部位：線粒體線粒體 酶：酶：ALA合酶（合酶（ALA synthesis)，是血紅，是血紅 素合成的限速酶，受血紅素的反饋調節素合成的限速酶，受血紅素的反饋調節 輔酶：輔酶：磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛 產物：產物：ALA，合成后從線粒體進入胞液，合成后從線粒體進入胞液 血液的生物化學38 血液的生物化學39 血液的生物化學40 血液的生物化學41 血液的生物化學42 血紅素合成的特點：血紅素合成的特點： 合成的主要部位是合成的主要部位是骨髓與肝臟；成熟紅

22、細胞不能骨髓與肝臟；成熟紅細胞不能 合成合成； 原料是原料是琥珀酰琥珀酰CoACoA、甘氨酸及、甘氨酸及FeFe2 2+ +等簡單小分等簡單小分 子物質。中間產物的轉變主要是吡咯環側鏈子物質。中間產物的轉變主要是吡咯環側鏈 的脫羧和脫氫反應的脫羧和脫氫反應； 起始和最終過程在起始和最終過程在線粒體線粒體中進行中進行, ,中間步驟則中間步驟則 在在胞液胞液中進行中進行。 血液的生物化學43 （2 2）合成的調節）合成的調節 ALAALA合酶合酶 血紅素合成體系的血紅素合成體系的限速酶限速酶, ,受血紅素的別構抑制調節。受血紅素的別構抑制調節。 血紅素還可以阻抑血紅素還可以阻抑ALAALA合酶的合

23、成。合酶的合成。 磷酸吡哆醛是該酶的輔基磷酸吡哆醛是該酶的輔基, ,維生素維生素B B6 6缺乏將減少血紅素缺乏將減少血紅素 的合成。的合成。 高鐵血紅素對高鐵血紅素對ALAALA合酶具有強烈抑制作用。合酶具有強烈抑制作用。 某些膽固醇類激素可誘導其生成。某些膽固醇類激素可誘導其生成。 血液的生物化學44 ALAALA脫水酶與亞鐵鰲合酶脫水酶與亞鐵鰲合酶 可被血紅素、重金屬等抑制，亞鐵鰲合酶還需可被血紅素、重金屬等抑制，亞鐵鰲合酶還需 要還原劑（如谷胱甘肽），還原條件的中斷會抑制要還原劑（如谷胱甘肽），還原條件的中斷會抑制 血紅素的合成。血紅素的合成。 促紅細胞生成素（促紅細胞生成素（EPOEPO） 與膜受體結合，加速有核紅細胞的成熟以及血與膜受體結合，加速有核紅細胞的成熟以及血 紅素和紅素和HbHb的合成，促使原始紅細胞的繁殖和分化。的合成，促使原始紅細胞的繁殖和分化。 血液的生物化學45 2 2、血紅蛋白的合成、血紅蛋白的合成 血紅素合成后與珠蛋白結合成血紅蛋白。珠血紅素合成后與珠蛋白結合成血紅蛋白。珠 蛋白的合成與一般蛋白質的合成相同。