第二十章 血液生物化学 Hemal Biochemistry

一、血液的组成和理化性质 1、血液的组成 血浆 无形成分—— 红细胞 白细胞 血小板 有形成分—— 血细胞 50%~60% 白细胞，血小板 2、比重： 1.050～1.060 pH： 7.35 ～ 7.45 渗透压：37°C，770KPa 红细胞 （40%—50%）

血浆与血清的区别 血清(serum) 血浆(plasma) ----血液凝固后析出的淡黄色透明液体 ---血液中加入抗凝剂后离心,使血细胞下沉,所得到 的上清. 血清(serum) ----血液凝固后析出的淡黄色透明液体 血清中不含有纤维蛋白原: 血浆＝血清＋纤维蛋白原 全血 血浆 血清 （blood)（plasma) （serum)

总量：5000ml 占体重的8% 一次失血<10%总量 对身体影响不大 一次失血>20%总量 严重影响身体健康 一次失血>30%总量 对身体影响不大 严重影响身体健康 危及生命

血液的化学成分 血液的固体成分 水：77%～81% 蛋白质 糖类 有机物 脂类 …… …… 无机物 尿素 糖类 尿酸 有机物 肌酸酐 脂类 血液的固体成分 肌酸 非蛋白含氮化合物 氨基酸 …… 胆红素 铵离子 …… Na+ 、K+、Ca2+、Mg2+ 无机物 Cl_、HCO3_、HPO42 _ …… 水：77%～81% 此外，还有一些气体(CO2、O2、N2),微量物质如酶、激素、维生素等。

非蛋白氮(non-protein nitrogen,NPN) （一）概念 血浆中除蛋白质以外的其他含氮化合物如尿素（urea），尿酸（uric acid），肌酸（creatine），肌酐（creatinine），胆红素（bilirubin）和铵离子等中的氮总称为非蛋白氮。 （二）正常值：14.28—24.99mmol/L；其中尿素氮（blood urea nitrogen，BUN）约占50%。 （三）测定意义 1、反映机体蛋白质、核酸代谢的情况 2、反映肾排泄功能：临床上常选用尿素氮的检测来代替非蛋白氮的测定。

尿素 尿酸 肌酸* 肌酐* 反映肾功能 蛋白质体内代谢状况 嘌啉代谢终产物 痛风症 肝功能障碍 肌萎缩 肌酸代谢终产物 全部由肾脏排泄

肌酸的生成： 部分来自食物 部分由肝合成 甘氨酸 精氨酸 SAM

主要内容 血浆蛋白 血细胞的代谢（红细胞、白细胞）

第 一 节 血 浆 蛋 白 (Plasma Protein) 血浆蛋白质的分类 血浆蛋白质的性质 血浆蛋白质的功能

一、血浆蛋白的分类与性质 1）按分离方法进行分类 2）按功能进行分类 血浆蛋白是指血浆含有的蛋白质，是血浆中主要的固体成分。血浆蛋白总浓度：60～80g/L. 血浆蛋白的种类很多，含量也极不相同，有多种分类方法，最常用的分类方法有： 1）按分离方法进行分类 2）按功能进行分类

按分离方法分类 盐析法分离 2.按电泳迁移率分类 3. 离心分离: 血浆脂蛋白 白蛋白，球蛋白 白蛋白,α1球蛋白,α2球蛋白,β球蛋白,γ球蛋白 3. 离心分离: 血浆脂蛋白

血清蛋白醋酸纤维薄膜电泳 A a1 a2 b g A a1 a2 b g (b) (a)染色后的图谱 点样端 光密度计扫描后的电泳峰 (b) 正常A/G：1.5～2.5；A/G倒置：＜1

按生理功能分类 种 类 血 浆 蛋 白 1.载体蛋白 2.免疫防御系统蛋 3.凝血和纤溶蛋白 4.酶 5.蛋白酶抑制剂 6.激素 7.参与炎症应答的蛋白 清蛋白、脂蛋白、运铁蛋白、铜蓝蛋白等 IgG ,IgM ,IgA ,IgD ,IgE 和补体C1-9 等 凝血因子Ⅶ、Ⅷ、凝血酶原、纤溶酶原等 卵磷脂：胆固醇酰基转移酶等 1抗胰蛋白酶、 2巨球蛋白等 促红细胞生成素、胰岛素等 C-反应蛋白、 2酸性糖蛋白等

血浆蛋白质的共同性质 1. 绝大多数血浆蛋白在肝合成。 2.除清蛋白外，几乎所有的血浆蛋白均为糖蛋白。 3.许多血浆蛋白呈现遗传多态性(polymorphism)。 4.在循环过程中，每种血浆蛋白均有自己特异的半衰期。

三、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 催化作用 营养作用 凝血、抗凝血和纤溶作用

（一）维持血浆胶体渗透压 （二）维持血浆正常的pH 调节血管内外的水份分布 清蛋白起主要作用 清蛋白↓ → 血浆胶体渗透压↓ → 水肿 清蛋白↓ → 血浆胶体渗透压↓ → 水肿 （二）维持血浆正常的pH pH:7.35—7.45 血浆白蛋白和它的钠盐组成缓冲对，和其它无机盐缓冲对（主要是碳酸和碳酸氢钠）一起，缓冲血浆中可能发生的酸碱变化，保持血液pH的稳定。

（三）运输功能 血浆蛋白质是一亲水胶体，可结合运输多种物质 1.运输难溶于血浆的化合物，如Apo 2.运输药物,有解毒与促排泄作用 （以清蛋白为主） 3.运输至作用部位，防止丢失 运铁蛋白: 运输Fe3+ 铜蓝蛋白（亚铁氧化酶）：运输铜 Fe2+→Fe3+ + e，有利于铁的运输

（四）免疫功能 主要由免疫球蛋白承担   免疫球蛋白（immunoglobulin,Ig） 补体（complement） （五）营养作用 （六）凝血，抗凝血功能

（七）血浆酶类 血浆功能性酶 血浆非功能性酶 血液凝固/纤溶相关酶 LPL(Lipoprotein Lipase) LCAT(Lecithin-Cholesterol Acyltransferase) 细胞酶:ALT/AST 外分泌酶:如淀粉酶和脂肪酶

（八）参与炎症反应 在急性炎症或某些组织损伤时，某些血浆蛋白的水平增高，这些蛋白质被称为急性时相蛋白(acute phase protein APP)。 如C反应蛋白（C-reactive protein，CRP）, α1-抗胰蛋白酶, α1-酸性蛋白和纤维蛋白原。 CRP是一种能与肺炎球菌C多糖体反应形成复合物的急性时相反应蛋白。 血浆中CRP浓度在急性心肌梗死、创伤、感染、炎症、外科手术、肿癌浸润时迅速显著地增高，可达正常水平的2000倍。 CRP可作为急性时相反应的一个极灵敏的指标。

急性时相反应 例如，C反应蛋白（CRP）、1抗胰蛋白酶、 1酸性糖蛋白、结合珠蛋白、纤维蛋白酶原等。此外，三种蛋白则相应减少：前清蛋白、清蛋白、运铁蛋白

第三节 血 细 胞 代 谢 Metabolism of Blood Cells

一、红细胞的代谢特点 红细胞是血液中最主要的细胞，它是在骨髓中由造血干细胞定向分化而成的红系细胞。 红细胞“毛毯” 拍摄者：麦卡锡和卡瓦纳 2008年英国生物医学图片奖 红细胞是血液中最主要的细胞，它是在骨髓中由造血干细胞定向分化而成的红系细胞。 在成熟过程中，红细胞发生一系列形态和代谢的改变。 造血干细胞原始红细胞早、中、晚幼红细胞网织红细胞成熟红细胞 有核和各种细胞器（有核红细胞） 无核、有 少量线粒体 和RNA 无核、无细胞 器和RNA

红细胞成熟过程中的代谢变化 代谢能力 有核 红细胞 网织 成熟 分裂增殖能力 DNA 合 成 RNA 合 成 RNA 存 在 蛋白质合成 血红素合成 脂类合成 三羧缩酸循环 氧化磷酸化 糖酵解 磷酸戊糖途径 ＋ ＋* ＋ ＋ － 注： “+”，“-”分别表示该途径有或无 *晚幼红细胞为“-”

（一）糖代谢 1. 糖酵解 2. 2,3-二磷酸甘油酸(2,3-BPG)支路 3. 磷酸戊糖途径, 主要功能是产生NADPH+H+ 4.血红蛋白的糖化

糖酵解和2，3-二磷酸甘油酸 （2,3-BPG）支路 （90%-95%） 磷酸戊糖途径（5%-10%） 血 糖 （30g/天）

红细胞内糖代谢的生理意义 (1) 糖酵解是红细胞获得能量的唯一途径 ATP的功能 维持红细胞膜上钠泵(Na+-K+-ATPase)和钙泵(Ca2+-ATPase)的正常运转 用于葡萄糖的活化，启动糖酵解过程 维持红细胞膜上脂质与血浆脂蛋白中的脂质进行交换 参与谷胱甘肽、NAD+ 的生物合成

(2) 2,3-二磷酸甘油酸 (2,3-Bisphosphoglycerate, 2,3-BPG) 支路

BPG变位酶 2,3-BPG磷酸酶 2,3-BPG支路 ADP ATP H3PO4 占50~85%

2, 3-BPG支路的特点 酵解途径大于支路 放能反应，不可逆 2,3-BPG的生成大于分解，使红细胞内保持较高水平的2,3-BPG

2, 3-BPG支路的意义 消耗糖酵解过程中部分能量使ATP、1,3-BPG不致堆积，ADP、Pi不致过少，从而调节糖酵解能不断进行。 更主要的意义：降低Hb对O2的亲和力，调节Hb的运氧功能。

2,3-BPG结合位点

脱氧Hb分子中，2,3-BPG与β亚基正电荷形成盐键，使Hb分子的T构象更趋稳定，降低Hb与O2的亲和力。

而当Hb氧合时，2个β亚基互相靠近，空隙变小， 2,3-BPG被排挤出来，氧亲和力则随之增加。 当血液流经PO2较高的肺部时，2,3-BPG影响不大 而当血液流经PO2较低的组织时，2,3-BPG的存在则显著增加O2释放，以供组织需要。 进入高原，缺O2，红细胞内2,3-BPG增加，有利于机体获得较多的O2。

3. 磷酸戊糖途径：产生NADPH+H+ NADPH的功能： 作用：* 抗氧化:Hb-Fe2+ Hb-Fe3+ * 保护巯基酶，膜稳定性 葡萄糖6-磷酸 6-磷酸 葡萄糖酸 NADP+ NADPH+H+ 2GSH GSSG H2O2 2H2O 6－磷酸葡萄糖脱氢酶 谷胱甘肽 还原酶 谷胱甘肽过氧化物酶

典型的病例 蚕豆病 机理: 机体缺乏G-6-P脱氢酶, NADPH生成受阻,GSH含量减少，患者接触氧化剂，如服用某些药物(如磺胺类及阿斯匹林)或食用某些食物（如蚕豆）后，会因过氧化氢或超氧化物生成过多而造成溶血.

4. 血红蛋白的糖化 糖化血红蛋白是血红蛋白与葡萄糖非酶缩合生成的产物，HbAlc是糖化血红蛋白的主要成分，与糖尿病关系最为密切。 正常时，糖化血红蛋白占血红蛋白总量的3％～6％。 在血糖监测方面，糖化血红蛋白是评估血糖控制的“金标准”，这是因为它能够反映过去2到3个月的血糖控制水平，不受偶尔一次血糖升高或降低的影响。 糖化血红蛋白水平≤7%时，一般被认为血糖控制比较理想； 如果≥8%意味着需要加强血糖控制。 如果＞9%，则意味着控制很差，是慢性并发症发生发展的危险因素。

（二）脂 代 谢 成熟红细胞不能从头合成脂肪酸，通过主动参入和被动交换不断的与血浆进行脂质交换，维持其正常的脂类组成、结构和功能。

（三）血红蛋白的合成与调节 血红蛋白(Hb) 血红素 血红蛋白 珠蛋白(globin, a2b2) 亚铁血红素(heme)：含铁的卟啉化合物，四个吡咯环+Fe2+ 血红素 血红蛋白

1. 血红素的生物合成 过程 起始、终末在线粒体；中间阶段在胞液 关键酶：ALA合酶 合成的组织和亚细胞定位 参与血红蛋白组成的血红素主要在骨髓的幼红细胞和网织红细胞中合成。 合成原料 甘氨酸、琥珀酰CoA、Fe2+ 过程 起始、终末在线粒体；中间阶段在胞液 关键酶：ALA合酶

（4）过程：四个阶段 ①δ-氨基-γ-酮基戊酸的生成（线粒体） （δ-aminolevulinic acid,ALA） 关键酶—ALA合成酶 ②胆色素原的生成（细胞浆） ③尿卟啉原Ⅲ及粪卟啉原Ⅲ的生成（细胞浆） ④血红素的生成（线粒体） 血红素进入细胞浆+ 珠蛋白 Hb

+ （1）血红素生物合成过程 g d 限速酶 δ -氨基-γ-酮戊酸(ALA)的生成 (δ-aminolevulinic acid,ALA，在线粒体内) CH2 COOH C CH2NH2 O CH2 COOH C~ SCoA O 辅酶A +CO2 CH2NH2 COOH + ALA合酶 （磷酸吡哆醛） g 限速酶 d 琥珀酰CoA Gly ALA

2) 胆色素原(porphobilinogen, PBG)的生成(在胞液内) C N CH2 H2N COOH H CH2 COOH CH O NH C H C CH2 COOH O H2N 2H2O ALA脱水酶 胆色素原(PBG) 2 ALA

3) 尿卟啉原与粪卟啉原的生成 胆色素原 4分子 胆色素原脱氨酶 (尿卟啉I同合酶) A P 线状四吡咯 CH2 COOH N H2N H A: -CH2COOH 胆色素原脱氨酶 (尿卟啉I同合酶) P: -CH2CH2COOH 3NH3 N H A P CH2 H2N 线状四吡咯

N H A P CH2 H2N 尿卟啉原Ⅲ同合酶 线状四吡咯 NH3 1 2 3 4 6 5 8 7 尿卟啉原Ⅲ

4 CO2 尿卟啉原Ⅲ 粪卟啉原Ⅲ A: -CH2COOH M: -CH3 尿卟啉原Ⅲ脱羧酶 M 1 2 3 4 6 5 8 7 1 2 3

4) 血红素的生成 粪卟啉原Ⅲ 原卟啉原Ⅸ 进入线粒体 P: -CH2CH2COOH V: -CH=CH2 粪卟啉原Ⅲ氧化脱羧酶 4) 血红素的生成 V: -CH=CH2 1 2 3 4 6 5 8 7 M 1 2 3 4 6 5 8 7 M V 粪卟啉原Ⅲ氧化脱羧酶 粪卟啉原Ⅲ 原卟啉原Ⅸ 4H， 2CO2 进入线粒体

原卟啉原Ⅸ 原卟啉Ⅸ M: -CH3 V: -CH=CH2 P: -CH2CH2COOH 原卟啉原Ⅸ氧化酶 6H N NH HN V V M 1 2 3 4 6 5 8 7 M V N NH HN V P M 原卟啉原Ⅸ氧化酶 原卟啉原Ⅸ 原卟啉Ⅸ 6H

原卟啉Ⅸ 血红素 M: -CH3 V: -CH=CH2 P: -CH2CH2COOH 亚铁螯合酶 + Fe2+ N NH HN N Fe V

血红素合成的特点 ① 合成的主要部位是骨髓和肝脏，而成熟红细胞不能合成； ② 合成的原料简单：琥珀酰CoA、甘氨酸、Fe2+等小分子物质； ③ 合成过程的起始与最终过程在线粒体，中间过程在胞液。

（5） 调节：关键酶是ALA合酶 血红素 铅和其他重金属 促红细胞生成素 雄激素 直接负反馈抑制ALA合成酶 （erythropoietin，EPO） 雄激素 直接负反馈抑制ALA合成酶 和阻抑蛋白结合，活化阻抑蛋白，抑制ALA合成酶 抑制ALA脱水酶、亚铁螯合酶 红细胞生成的主要调节剂 肾脏生成 受机体对氧的需要及氧供应情况影响 在骨髓作用（Jak-STAT） 诱导ALA合酶的合成

珠蛋白的合成同一般蛋白质的合成，其合成受血红素调控。 2.珠蛋白的合成 珠蛋白的合成同一般蛋白质的合成，其合成受血红素调控。 3. 血红蛋白的合成 血红素合成后与珠蛋白结合成血红蛋白。 α链 β链 2血红素 α链β链 血红蛋白 α链 β链 2血红素 α链β链

卟啉症： 铁卟啉合成代谢异常而导致卟啉及其代谢物在体内积聚和排出增多 卟啉症： 铁卟啉合成代谢异常而导致卟啉及其代谢物在体内积聚和排出增多 先天性卟啉症 后天性卟啉症 遗传缺陷 某血红素合成酶系缺陷 铅中毒/药物引起铁卟啉合成障碍 铅中毒的标志:血红素合成的抑制

卟啉症主要临床表现为光敏性皮炎、腹痛和神经精神障碍。 卟啉是一种光敏色素，在黑暗中对人体不会造成影响，一旦遇到阳光就变成一种能将普通氧变成单线氧的催化剂。单线氧是氧自由基家族的成员，对细胞有破坏作用，损伤组织。——腐蚀性的食肉型毒素 阳光曝晒后的皮肤可发红、起泡、溃破，继而结疤，重者可致鼻、耳、指（趾）坏死和残缺。 患者骨骼和尿液变成红色，牙齿变成黑褐色或紫色。只能生活在黑暗中，需要补充血液增加血色素。 吸血鬼传说的起源 ？ 英国的“疯子国王”乔治三世是该病的受害者之一

镰刀状红细胞贫血 正常红细胞

正常红细胞 缺铁性贫血的红细胞 典型的血象是小细胞低色素性贫血。血红蛋白的减少较之红细胞的减少更为明显。红细胞胞体较小，大小和形状很不一致，每一红细胞所含的血红蛋白较少，仅周围一圈红色，中间有大片无色透明的区域（环状红细胞）。

巨幼红细胞性贫血 叶酸和VitB12的缺乏 叶酸缺乏时，“一碳基团”转移发生障碍，DNA合成受到抑制，骨髓幼红细胞因分裂障碍而使细胞增大，但却不具备运氧功能，造成巨幼红细胞贫血。 VitB12是 N5-甲基FH4同型半胱氨酸转甲基酶（即蛋氨酸合成酶）的辅酶，妨碍叶酸再利用，影响DNA合成，最终造成巨幼红细胞贫血。

二、白细胞代谢 糖代谢： 脂代谢： 氨基酸和蛋白质代谢： 以糖酵解为主，提供能量 磷酸戊糖途径，产生的NADPH，产生超氧阴离子、H2O2等自由基，杀菌。 脂代谢： 可将花生四烯酸转变成血栓素、前列腺素、白三烯等活性物。 氨基酸和蛋白质代谢： 单核巨噬细胞可合成和分泌多种蛋白质，如酶、补体和多种细胞因子；生成组胺，参与变态反应。

本章小结 掌握非蛋白氮的概念、血浆蛋白的组成和主要功能 理解红细胞代谢的特点 2,3-BPG支路的意义 掌握血红素合成的基本原料、限速酶、合成部位，了解血红素的合成过程及其调节