血液的生物化学 Hemal Biochemistry

正常人体的血液总量约占体重的8%。 血液由液态的血浆与混悬在其中的红细胞、白细胞和血小板组成。 正常人血液的含水量约为77%～81%，比重为1.050～1.060，它主要取决于血液内的血细胞数和蛋白质的浓度。 血液的固体成分可分为无机物和有机物两大类。 无机物：以电解质为主； 有机物：蛋白质、非蛋白质类含氮化合物、糖类和脂类等。

非蛋白氮：非蛋白质类含氮化合物主要有尿素、尿酸、肌酸、肌酐、氨基酸、多肽、胆红素和氨等，它们中的氮总称为非蛋白氮。正常人血中非蛋白氮含量为14.3～25.0mmol／L。非蛋白含氮物质主要是蛋白质和核酸代谢的最终产物，如尿素、尿酸、肌酐等，由血液运输到肾脏排出。 临床意义：血液中NPN的含量变化可反映机体蛋白质、核酸的代谢情况及肾脏的排泄功能。当肾功能严重障碍时，可使血中NPN含量增高。体内蛋白质分解增加时，如消化道大出血、大手术后、烧伤及高热等，均可引起血中NPN含量增高。尿素是体内蛋白质代谢的最终产物，血液尿素氮约占NPN的1／2，在临床上常作为判断肾脏排泄功能的指标。尿酸是体内嘌呤代谢的最终产物，血中尿酸升高，可见于痛风症、体内核酸分解增多疾病(如白血病、恶性肿瘤等)或肾脏排泄障碍。 血液中某些成分常受食物影响，因此常采用饭后8～12小时的空腹血液进行分析。

本章讲述内容： 血浆蛋白 血细胞的代谢

Plasma Proteins are Important for Maintaining the Metabolism in vivo 第一节 血浆蛋白是维持体内代谢的重要物质 Plasma Proteins are Important for Maintaining the Metabolism in vivo

一、血浆蛋白的分类与性质 （一）血浆蛋白的分类 血浆蛋白是指血浆含有的蛋白质，是血浆中的主要的固体成分。血浆蛋白总浓度：70～75g/L。 通常按来源、分离方法和生理功能将血浆蛋白质分类。 分离蛋白质的常用方法包括电泳(electrophoresis)和超速离心(ultra centrifuge)。

通过电泳将血浆蛋白质分为： 清蛋白 (albumin) 1球蛋白(globulin) 2球蛋白 球蛋白 球蛋白

血清蛋白电泳图谱： A   清蛋白 1 2   B 清蛋白 1 2  

依据生理功能将血浆蛋白质分类： 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

（二）血浆蛋白的性质 1. 绝大多数血浆蛋白在肝合成。 2. 血浆蛋白的合成场所一般位于膜结合的多核蛋白体上。 3. 除清蛋白外，几乎所有的血浆蛋白均为糖蛋白。 4. 许多血浆蛋白呈现多态性(polymorphism)。 5. 在循环过程中，每种血浆蛋白均有自己特异的半衰期。 6. 在急性炎症或某种类型组织损伤等情况下，某些血浆蛋白的水平会增高，它们被称为急性时相蛋白质(acute phase protein，APP)。

二、血浆蛋白的功能 （一）维持血浆胶体渗透压 正常人血浆胶体渗透压的大小，取决于血浆蛋白质的摩尔浓度。 由于清蛋白的分子量小（69kDa），在血浆内的总含量大、摩尔浓度高，加之在生理pH条件下，其电负性高，能使水分子聚集其分子表面，故清蛋白能最有效地维持胶体渗透压。清蛋白所产生的胶体渗透压大约占血浆胶体总渗透压的75%～80%。

（二）维持血浆正常的pH 正常血浆的pH为7.40±0.05。

（三）运输作用 血浆蛋白质分子的表面上分布有众多的亲脂性结合位点，脂溶性物质可与其结合而被运输。 血浆蛋白还能与易被细胞摄取和易随尿液排除的一些小分子物质结合，防止它们从肾丢失。 此外血浆中还有皮质激素传递蛋白、运铁蛋白、铜蓝蛋白等。 这些载体蛋白除结合运输血浆中某种物质外，还具有调节被运输物质代谢的作用。

（四）免疫作用 血浆中的免疫球蛋白，IgG、IgA、IgM、IgD和IgE，又称为抗体，在体液免疫中起至关重要的作用。 此外，血浆中还有一组协助抗体完成免疫功能的蛋白酶——补体。

（五）催化作用 血浆中的酶称作血清酶。 根据血清酶的来源和功能，可分为以下三类： 1. 血浆功能酶 外分泌酶 细胞酶

（六）营养作用 每个成人3L左右的血浆中约有200g蛋白质。 体内的某些细胞，如单核吞噬细胞系统，吞饮血浆蛋白质，然后由细胞内的酶类将吞入细胞的蛋白质分解为氨基酸参入氨基酸池，用于组织蛋白质的合成，或转变成其他含氮化合物。 此外，蛋白质还能分解供能。

（七）凝血、抗凝血和纤溶作用 血浆中存在众多的凝血因子、抗溶血及纤溶物质，它们在血液中相互作用、相互制约，保持循环血流通畅。 但当血管损伤、血液流出血管时，即发生血液凝固，以防止血液的大量流失。

（八）血浆蛋白质异常与临床疾病 血浆蛋白质在维持人体正常代谢中有重要功能，血浆蛋白质异常可见于多种临床疾病： 风湿病 肝疾病 多发性骨髓瘤 多发性骨髓瘤血浆蛋白电泳图谱

第三节 血细胞物质代谢特点是维持血液生物功能的基础 第三节 血细胞物质代谢特点是维持血液生物功能的基础 Metabolism of Blood Cells is the Base of Blood Biological Functions

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。 在成熟过程中，红细胞发生一系列形态和代谢的改变。

红细胞成熟过程中的代谢变化 代谢能力 有核红细胞 网织红细胞 成熟红细胞 ＋ － DNA 合 成 ＋＊ RNA 合 成 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 血循环中的红细胞每天大约从血浆摄取30g葡萄糖，其中90%～95%经糖酵解通路和2,3-二磷酸甘油酸旁路进行代谢，5%～10%通过磷酸戊糖途径进行代谢。

1. 糖酵解和2,3-二磷酸甘油酸(2,3-BPG)旁路 红细胞中存在催化糖酵解所需要的所有的酶和中间代谢物，糖酵解的基本反应和其他组织相同。 糖酵解是红细胞获得能量的唯一途径，每摩尔葡萄糖经酵解生成2mol乳酸的过程中，产生2mol ATP和2mol NADH+H+，通过这一途径可使红细胞内ATP的浓度维持在1.85×103mol/L水平。

2,3-二磷酸甘油酸(2,3-BPG)旁路： 葡萄糖 1, 3-BPG 2, 3-BPG 3-磷酸甘油酸 乳酸 二磷酸甘油酸变位酶 3-磷酸甘 油酸激酶 2, 3-BPG 2, 3-BPG 磷酸酶 3-磷酸甘油酸 乳酸

正常情况下，2,3-BPG对二磷酸甘油酸变位酶的负反馈作用大于对3-磷酸甘油酸激酶的抑制作用，所以2,3-二磷酸甘油酸支路仅占糖酵解的15%～50%，但是由于2,3-BPG磷酸酶的活性较低，2,3-BPG的生成大于分解，造成红细胞内2,3-BPG升高。 红细胞内2,3-BPG虽然也能供能，但主要功能是调节血红蛋白的运氧功能。

2. 磷酸戊糖途径 红细胞内磷酸戊糖途径的代谢过程与其他细胞相同，主要功能是产生NADPH+H+。

3. 红细胞内糖代谢的生理意义 （1）ATP的功能 维持红细胞膜上钠泵（Na+-K+-ATPase）的正常运转； 维持红细胞膜上钙泵(Ca2+-ATPase)的正常运转； 维持红细胞膜上脂质与血浆脂蛋白中的脂质进行交换； 少量ATP用于谷胱甘肽、NAD+的生物合成； ATP用于葡萄糖的活化，启动糖酵解过程。

（２）2, 3-BPG的功能 2, 3-BPG是调节血红蛋白(Hb)运氧的重要因素，可增加Hb与氧的亲和力。

（３）NADH和NADPH的功能 对抗氧化剂，保护细胞膜蛋白、血红蛋白和酶蛋白的巯基等不被氧化，从而维持红细胞的正常功能。 红细胞中的NADPH能维持细胞内还原型谷胱甘肽(GSH)的含量，使红细胞免遭外源性和内源性氧化剂的损害。

谷胱甘肽的氧化与还原及其有关代谢: 葡萄糖6-磷酸 6-磷酸葡萄糖酸 NADP+ NADP++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

（二）脂代谢 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。

（三）血红蛋白的合成与调节 血红蛋白的组成: 珠蛋白，血红素(heme) 血红蛋白的合成包括: 血红素的合成 珠蛋白的合成 血红蛋白的合成

1. 血红素的生物合成 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+ 合成部位： 合成的起始和终末阶段均在线粒体内进行，而中间阶段在胞浆内进行。

+ 血红素合成过程： ① -氨基--酮戊酸(-aminolevulinic acid, ALA)的合成： HSCoA + CO2 哟由 （磷酸吡哆醛） + 哟由

反应部位在线粒体内； 催化此反应的酶是ALA合酶(ALA synthase)，其辅酶是磷酸吡哆醛。此酶是血红素合成的限速酶，受血红素的反馈调节。 ALA生成后从线粒体进入胞液。

胆色素原(prophobilinogen，PBG)的生成： ALA脱水酶 2H2O 在ALA脱水酶(ALA dehydrase)催化下，二分子 ALA 脱水缩合生成一分子PBG。

③ 尿卟啉原与粪卟啉原的生成： 4x 胆色素原 线状四吡咯 尿卟啉原Ⅲ 粪卟啉原Ⅲ 反应部位：胞液 反应生成的粪卟啉原Ⅲ再进入线粒体。 尿卟啉原Ⅰ 同合酶 4x 胆色素原 线状四吡咯 尿卟啉原Ⅲ 同合酶 尿卟啉原Ⅲ 脱羧酶 尿卟啉原Ⅲ 粪卟啉原Ⅲ 反应部位：胞液 反应生成的粪卟啉原Ⅲ再进入线粒体。

④ 血红素的生成： 粪卟啉原Ⅲ 氧化脱羧酶 原卟啉原Ⅸ 粪卟啉原Ⅲ 原卟啉原Ⅸ 氧化酶 亚铁螯合酶 血红素 原卟啉Ⅸ 反应部位：线粒体

血红素合成的特点： ① 合成的主要部位是骨髓和肝脏，但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。

血红素合成的调节： ① ALA合酶： 是血红素合成的限速酶； 受血红素反馈抑制； 高铁血红素强烈抑制； 某些固醇类激素可诱导其生成。

② ALA脱水酶与亚铁螯合酶： 可被血红素 、重金属等抑制，亚铁螯合酶还需要还原剂(如谷胱甘肽)。 ③ 促红细胞生成素(erythropoietin, EPO)： 与膜受体结合，加速有核红细胞的成熟以及血红素和的合成促使原始红细胞的繁殖和分化。

－ 高铁血红素对起始因子2的调节： 高铁血红素 PKA + eIF-2激酶 （无活性） eIF-2激酶— （有活性） + eIF-2 cAMP PKA + eIF-2激酶 （无活性） eIF-2激酶— （有活性） P ATP ADP + 　eIF-2 （有活性） eIF-2— （无活性） P ATP ADP

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

二、白细胞代谢 糖代谢：以糖酵解为主，提供能量；磷酸戊糖途径产生的NADPH经氧化酶的电子体系使O2 还原产生超氧阴离子、H2O2、OH•等自由基，起杀菌作用。 脂代谢：不能从头合成脂肪酸；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：粒细胞中,氨基酸的浓度较高，由于成熟粒细胞缺乏内质网，故蛋白质合成量很少。而单核吞噬细胞的蛋白质代谢很活跃,能合成多种酶、补体和各种细胞因子。

本章要求 血浆蛋白的分类及功能 红细胞糖代谢的特点 血红素合成的原料、部位、关键酶、特点