1、第 十 六 章,血液生物化学,Blood Biochemistry,血液(blood)组成 血浆(plasma)或血清(serum) 红细胞、白细胞、血小板血清中固体成分无机物：以电解质为主,水盐代谢,钙磷代谢与酸碱平衡有机物：蛋白质；非蛋白质类含氮化合物(NPN)、尿素氮(UN)、肌酐、糖类和脂类等；组成乳酸循环、丙氨酸循环、酮体循环等成分 代谢专题：非蛋白总氮 (NPN) （血氨氮N尿素氮BUN 其他氮N）、血脂、血糖（来源与去路）,血 液 概 况,第二节 血液钙磷代谢,第一节 血浆蛋白生化,第三节 血脂转运代谢,第四节 血细胞代谢,第一节 血浆蛋白生物化学,Plasma Protein
2、Biochemistry,一、血浆蛋白分类,血浆蛋白总浓度：7075g/L,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。,血浆蛋白种类很多，含量也极不相同，有多种分类方法，现介绍按电泳或按功能的分类方法。,1. 依据电泳(electrophoresis)结果分类,2球 蛋 白,清蛋白 (albumin),1球蛋白(globulin),球蛋白,球蛋白,清蛋白 1 2 ,B,血 清 蛋 白 电 泳 图 谱（A）与 扫 描 图 谱（B）,人类血浆蛋白质的分类,2. 依据生理功能分类,1. 绝大多数血浆蛋白在肝合成，尤其是清蛋白。 2. 血浆蛋白合成场所一般位于内质网膜结合的多核蛋白体上。
3、 3. 除清蛋白外，几乎所有的血浆蛋白均为糖蛋白。 4. 许多血浆蛋白呈多态性(polymorphism)，同一位点不同基因。 5. 在循环过程中，每种血浆蛋白均有自己特有的半衰期。 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、血浆蛋白性质,（一）血浆脂蛋白分类、组成及结构,1. 分 类,电泳法,超速离心法 CM、VLDL、LDL、HDL,三、血浆脂蛋白及其载脂蛋白,乳糜微粒 (chylomicron, CM)极低密度脂蛋白 (very low density lipoprotein, V
4、LDL) 低密度脂蛋白 (low density lipoprotein, LDL)高密度脂蛋白 (high density lipoprotein, HDL),超速离心法分类,2.血浆脂蛋白化学组成,3. 血浆脂蛋白物理构造,疏水性较强的TG及胆固醇酯位于内核。,具极性及非极性基团的载脂蛋白、磷脂、游离胆固醇，以单分子层借其非极性疏水基团与内部疏水链相联系，极性基团朝外。,（二）载脂蛋白分类与功能,1.定义 载脂蛋白(apolipoprotein, apo) 指血浆脂蛋白中的蛋白质部分。,2.种类（18种）apo A: A、A、A apo B: B100、B48 apo C: C、C、C a
5、po D apo E, 载脂蛋白可调节脂蛋白代谢关键酶活性：,A激活LCAT (卵磷酯胆固醇脂转移酶)C激活LPL (脂蛋白脂肪酶)A辅助激活LPLC抑制LPLA激活HL (肝脂肪酶), 载脂蛋白可参与脂蛋白受体的识别：,A识别HDL受体B100，E 识别LDL受体, 结合和转运脂质，稳定脂蛋白的结构,3.功 能,凝血蛋白与纤溶酶原的凝血与抗凝平衡,凝血因子与抗凝血成分,（一）凝血因子,（二）抗凝血成分,两条凝血途径,（一）内源性途径（二）外源性途径,内（外）源性凝（止）血系统级联酶促过程,图15-3 纤维蛋白的生成及聚合（第六版 356页图16-3）,纤维蛋白形成凝（止）血网状块过程,血清(
6、serum) -血液凝固后析出的淡黄色透明液体，没有血浆纤维蛋白部分；或血浆(plasma) -血液抗凝固后含血浆纤维蛋白混合液体总称,纤溶酶原与抗凝蛋白因子（溶栓因子）,五、其他血浆蛋白质,血浆中含量最多的蛋白质，占血浆总蛋白的60% 肝脏合成，12g/天 维持血浆胶体渗透压的主要蛋白质（75%-80%） 参与多种物质在血液的运输 FFA，Ca 2+ ，Cu 2+ ，胆红素 磺胺、青霉素、阿司匹林,清蛋白 Albumin,免疫球蛋白和补体系统,Immunoglobulin and complement system,免疫球蛋白：抗体 抗原刺激后由浆细胞产生的一类 具有特异性免疫作用的球状蛋白
7、质 IgG、IgA、IgM、IgD、IgE 补体系统： 以酶原形式存在的一类蛋白酶，被抗原抗体 复合物激活后，具有非特异性免疫功能,金属结合蛋白 metal binding proteins,运铁蛋白 transferrin,分子量7.6万，含糖量6% 每分子铁蛋白可结合两个Fe 3+ 功能：结合、运输Fe 3+ ，防止铁经肾丢失,铜蓝蛋白 copper-protein,分子量15万，含铜0.34% 每分子铜蓝蛋白具有8个铜离子结合位点 功能：亚铁氧化酶作用，能将Fe 2+氧化为Fe 3+,酶与抗酶 enzyme and antienzyme,血浆功能性酶,在血浆中发挥重要的催化作用凝血酶系，
8、纤溶酶、铜蓝蛋白、脂蛋白脂肪酶 大多在肝脏合成，肝功能下降时，酶活性降低,血浆非功能性酶,正常血浆中含量很低，在血浆中无生理作用 来源于外分泌腺或其他组织细胞 活性升高与机体病理情况有关,抗酶,蛋白酶抑制物，保护组织蛋白质免受蛋白酶的水解，对机体起保护作用,急性肝炎：谷丙转氨酶（GPT，ALT）急性心梗：谷草转氨酶（GOT，AST）,一，体内钙和磷含量、分布与存在状态 1，成人： Ca2+: 1000 g P: 600 g 骨 98 % 85 % 骨胳肌 0.3 % 6 % 其它组织 0.7 % 8 % 体液 1 % 1 2，细胞内： Ca2+ ：少，相当于细胞外的1 1%P: 多，磷酸酯，核
9、酸等,第二节 血液钙磷代谢,3，存在状态： 钙： 骨钙盐沉积 羟磷灰石结晶 3Ca3(PO4)2Ca(OH)2, 无定形沉淀 CaHPO4 2H2O, Ca(PO4)2 3H2O 体液钙平衡 不扩散钙：与蛋白质结合， 可扩散钙：游离Ca 2+： 钙化合物：乳酸，柠檬酸，HCO3- pH 6.8：54.3 %游离Ca 2+ pH 7.8：37.5 %游离Ca 2+ 手足搐搦,磷： 骨盐 细胞内：HPO42, H2PO4-, 有机磷酸酯4. 血钙磷浓度： 血钙：9 11 mg/dL Ca 2+ : 4.4 mg/dL 蛋白结合钙： 4 mg/dL CaHCO3: 1.2 mg/dL 血磷：3.5
10、4 mg/dL Ca P = 35 40 (mg/dL),二，生理作用 1，骨的钙化（骨盐沉积） bone mineralizaton 成骨细胞：胶原及粘多糖， 碱性磷酸酶 2，细胞内第二信使 3，其它生理作用 4，磷的生理作用 构成骨，牙，高能磷酸化合物 调节酶活性 磷酸盐缓冲体系,三，吸收与排泄 （一）吸收 1， Ca2+解离状态 酸度， Ca/P比值 1 : 1 2 2, VD促进十二指肠，小肠吸收钙 诱导钙结合蛋白 特殊的维生素： 自身合成 激素样作用：小肠， 骨,活性形式：1, 25-(OH)2-D3 A.作用有潜伏期：10 12 小时 B.体外VD无作用 C.放线菌素D抑制VD作用
11、 D.严重肾病有骨骼改变 肝： 25羟化 肾：1 羟化 血钙 1羟化 酶 3，与肠道状态有关：,磷：以磷酸盐形式吸收 影响因素与钙大致相同 需要量： 成人，儿童： 800 mg/天 孕妇： 1500 mg/天 （二）排泄： 钙： 20%尿， 80%粪 磷： 60%尿， 40%粪,四，血钙动态平衡 三大激素调节： 1, 25-(OH)2D3 小剂量：促胶原成熟， 促破骨， 促肠道吸收钙 大剂量：溶骨 缺乏：儿童：佝偻病 成人：软骨病, 甲状旁腺素 parathyroid hormone, PTH，84肽 促进肾小管重吸收钙 血钙 尿钙 抑制肾小管重吸收磷 尿磷 血磷 促进肾1羟化酶活性 活化VD
12、3 溶骨：活化破骨细胞，抑制成骨细胞 PTH 尿磷 血磷 血钙,降钙素 calcitonin, CT, 32肽 促肾排钙 抑制肠道重吸收钙 血钙升高 抑制破骨细胞,第三节 血脂与脂蛋白代谢,1.概念 血浆所含脂类统称血脂，包括：甘油三酯、磷脂、胆固醇及其酯以及游离脂酸。,2.来源 外源性从食物中摄取 内源性肝、脂肪细胞及其他组织合成后释放入血,一、血脂概念、来源、组成与含量,4. 血脂含量受膳食、年龄、性别、职业及代谢等的影响，波动范围很大。,3. 组成与含量 总 脂 400700mg/dl (5 mmol/L) 甘油三酯 10150mg/dl (0.11 1.69 mmol/L) 总 磷 脂
13、 150250mg/dl (48.44 80.73 mmol/L) 总胆固醇 100250mg/dl (2.59 6.47 mmol/L) 游离脂酸 520mg/dl (0.195 0.805 mmol/L),二、血脂转运代谢过程,1、乳糜微粒转运外源性脂质,来 源,脂质转运过程,CM的生理功能运输外源性TG及胆固醇酯。,存在于组织毛细血管内皮细胞表面使CM中的TG、磷脂逐步水解，产生甘油、FA及溶血磷脂等。,LPL（脂蛋白脂肪酶）,2、极低密度脂蛋白转运内源性脂质,来 源,+ apo B100、E CI、CII、CIII,脂质转运,VLDL,VLDL残粒,LDL,LPL,LPL、HL,LPL
14、脂蛋白脂肪酶 HL 肝脂肪酶,FFA,外周组织,FFA,肝细胞合成的TG 磷脂、胆固醇及其酯,VLDL的合成以肝脏为主，小肠亦可合成少量。,VLDL的生理功能： 运输内源性TG,内源性VLDL的代谢,3、低密度脂蛋白促进胆固醇向肝外组织转运,来 源：由VLDL转变而来,脂质转运：,LDL受体代谢途径,LDL受体广泛分布于肝动脉壁细胞等全身各组织的细胞膜表面,特异识别、结合含apo E或apo B100的脂蛋白，故又称apo B,E受体。,为性腺合成性激素等组织提供胆固醇的主要途径：,ACAT脂酰CoA胆固醇脂酰转移酶,LDL非受体代谢途径血浆中的LDL还可被修饰，修饰的LDL如氧化修饰LDL
15、(ox-LDL)可被清除细胞即单核吞噬细胞系统中的巨噬细胞及血管内皮细胞清除。这两类细胞膜表面具有清道夫受体(scavenger receptor, SR)，摄取清除血浆中的修饰LDL。,* 正常人每天降解45%的LDL，其中2/3经LDL受体途径降解，1/3由清除细胞清除。,LDL 的 代 谢,LDL生理功能转运肝合成的内源性胆固醇,4、高密度脂蛋白： 吸纳血浆或肝外细胞组织中胆固醇回肝,主要在肝合成；小肠亦可合成。CM、VLDL代谢时，其表面apo A、A、A、apo C及磷脂、胆固醇等离开亦可形成新生HDL。,分 类（按密度）HDL1 、HDL2、HDL3,来 源,转运过程：,新生HDL
16、,HDL3,HDL2,LCAT：卵磷脂胆固醇酯酰转移酶 CETP：胆固醇酯转运蛋白,胆固醇逆向转运回肝(RCT) 分四个阶段进行, 胆固醇自肝外细胞包括动脉平滑肌细胞及巨噬细胞等（ ABCA1 ）的移出。 HDL载运血浆中多余的胆固醇经（LCAT）酯化以及胆固醇酯的转运。肝细胞膜存在特异的HDL受体（ SR-B1受体），回收胆固醇肝细胞经生物转化将多余的胆固醇转化为胆汁酸等,ABCA1介导胞内胆固醇及磷脂运出细胞膜,ABCA1，即ATP结合盒转运蛋白AI (ATP-binding cassetle transporter A1)，又称为胆固醇流出调节蛋白(cholesterol-efflux
17、regulatory protein, CERP)，存在于巨噬细胞、脑、肾、肠及胎盘等的细胞膜 。, 使HDL表面卵磷脂2位脂酰基转移到胆固醇3位羟基生成溶血卵磷脂及胆固醇酯 使胆固醇酯进入HDL内核逐渐增多 使新生HDL成熟,LCAT的作用（由apo A激活）,成熟HDL可与肝细胞膜SR-B1受体结合而被摄取。,胆固醇酯 部分由 HDL 转移到 VLDL 少量由 HDL 转移到肝,胆固醇在肝内转变成胆汁酸或直接通过胆汁排出体外。,HDL的生理功能主要是参与胆固醇的逆向转运(reverse cholesterol transport, RCT)，即将肝外组织细胞内的胆固醇，通过血循环转运到肝，
18、在肝转化为肝汁酸后排出体外。HDL是apo的储存库。,HDL 代 谢 小 节,（三）异常血脂与脂蛋白代谢异常,1. 高脂蛋白血症血脂高于参考值上限。,成人 TG 2.26mmol/l 或 200mg/dl（空腹1416h） 胆固醇 6.21mmol/l 或 240mg/dl 儿童 胆固醇 4.14mmol/l 或 160mg/dl,诊断标准,分类 按脂蛋白及血脂改变分六型, 按病因分： 原发性(病因不明) 继发性(继发于其他疾病),2. 遗传性缺陷,已发现脂蛋白代谢关键酶如LPL及LCAT，载脂蛋白如apoC、B、E、A、C，脂蛋白受体如LDL受体等的遗传缺陷，并阐明了某些高脂蛋白血症及发病的
19、分子机制。,第 四 节 血 细 胞 代 谢,Metabolism of Blood Cells,一、红细胞（RBC）代谢的一般特点,成熟RBC的中心任务是携带氧分子，由血红蛋白完成，因此血红蛋白尤其是血红素的合成具有重要生物学意义。成熟RBC中没有线粒体，以防止细胞自身对分子氧的滥用，因此RBC只能以糖酵解代谢产生ATP；RBC能量代谢除酵解途径外，还有磷酸戊糖途径和2，3-BPG途径，磷酸戊糖途径提供大量的GSH（以提供大量还原态的GSH环境）；而2，3-BPG途径对血红蛋白氧携带有微调作用。红细胞特殊的结构与功能是由基因决定的和随细胞分化过程逐渐演变而来的，如红细胞膜抗原等成分由基因决定，
20、成熟红细胞的线粒体丢失是逐渐完成的,红细胞成熟过程中的代谢变化,注：“+”，“-”分别表示该途径有或无*晚幼红细胞为“-”,红细胞膜抗原结构： ABO血型系统抗原与抗体分布规律,二、成熟RBC内物质代谢与能量代谢,1 . 很多途径需要能量，只有经糖酵解途径快速产生ATP,3. 磷酸戊糖途径的主要功能是产生大量NADPH+H+，后者可进一步促进还原态GSH的形成,2 . 2, 3-二磷酸甘油酸(2, 3-BPG)旁路对血红蛋白携带氧量的调节,4. 红细胞内不能从头合成脂肪酸,红细胞糖酵解途径快速产生ATP， ATP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
21、(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, 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。,葡萄糖,1, 3-BPG,3-磷酸甘油酸,2, 3-BPG,2, 3-BPG 磷酸酶,二磷酸甘油酸变位酶,3-磷酸甘 油酸激酶,乳酸,2,3-BPG 可调节血红蛋白对氧分子的亲和力,2, 3-BPG旁路代谢途径,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。,红细胞磷酸戊糖途径产生NADPH，NADPH功能
22、,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地与血浆进行脂质交换，维持其正常的膜脂类组成、结构和功能。,成熟红细胞不能从头合成脂肪酸,三、血红蛋白的合成与调节,珠蛋白，血红素(heme),血红蛋白的组成,血红素铁的代谢,1. 血红蛋白合成中还原铁供给的保证,IRON METABOLISM,1) 铁的主要生理功能、含量和分布,功能： 合成血红蛋白的重要原料 肌红蛋白、细胞色素酶系、铁硫蛋白等的组成成分 含量与分布： 血红蛋白铁：60% - 70% 肌红蛋白铁： 5% 细胞色素等酶类铁：1% 储存形式的铁：25%,2) 铁的来源与需求,来源： 食物 红细胞破坏后释放出的血红蛋白铁,需
23、求量：最低0.5-1.0mg/d,胃肠道铁的吸收率10%，每日膳食含铁10-15mg可满足人体需要,3) 铁的吸收,4) 铁的运输、储存和利用,运输：运铁蛋白储存：铁蛋白利用：合成血红蛋白和其他含铁化合物,5) 铁的排泄,胃肠道黏膜脱落（失铁约0.6mg/d）上皮细胞（失铁约0.2mg/d）泌尿道黏膜细胞（失铁约0.1mg/d）,2. 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+, 合成过程, -氨基-酮戊酸(- aminolevulinic acid , ALA)的生成：由ALA合酶(AL
24、A synthase)催化，是血红素合成的关键酶,+,反应部位：线粒体,琥珀酰CoA,甘氨酸,ALA,胆色素原的生成ALA生成后从线粒体进入胞液,反应部位：胞液,胆色素原,2 ALA, 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,粪卟啉原,反应部位：胞液, 血红素的生成胞液中粪卟啉原再次进入线粒体, 合成主要部位是骨髓和肝脏，但成熟红细胞不能合成； 合成原料简单：琥珀酰CoA、甘氨酸Fe2+等小分子物质； 合成过程起始与最终过程均在线粒体内，中间过程在胞液。, 血红素合成的特点, 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,
25、几个关键酶对合成过程的调节, 促红细胞生成素(erythropoietin, EPO)EPO与有核红细胞膜受体结合，通过一定的细胞内信号传递通路，加速有核红细胞的成熟，以及加快血红素的合成，促使原始红细胞的繁殖和分化。, 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)。,珠蛋白种类与血红蛋白结构珠蛋白合成：珠蛋白合成同一般蛋白质的合成一样，其合成速度与数量受血红素调控高铁血红素对珠蛋白合成有促进作用,3. 血红蛋白的合成及其合成调节,高铁血红素,高铁血红素对起始因子2的调节原理,cAMP +,2C+cAMP-2R,eIF-2激酶（无活性）,eIF-2（有活性）,R2C2(PKA),抑制蛋白质合成,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： 生产组胺,四、白细胞代谢简介,
