生物化學(xué)-血液生化北京大學(xué)

1、血液生化,Biochemistry of blood,第一節(jié) 血液的基本成分與功能,血液成分血液的化學(xué)組成血液非蛋白氮血液的生理功能,血清(serum)：血液在體外凝固之后析出的清徹、淡黃色液體,血漿：若將血液加入適量的抗凝劑后離心，可使血細胞下沉，淺黃色的上清液即為血漿,血清與血漿的主要區(qū)別是血清中不含纖維蛋白原,一、血液的基本成分,1、血漿與血清的區(qū)別,2、非蛋白氮(non-protein nitrogen, NPN)：非蛋白

2、質(zhì)含氮化合物(尿素、尿酸、肌酸、肌酐、氨基酸、多肽、膽紅素和氨等)的氮含量總稱為非蛋白氮 。尿素是主要的NPN組分,二、血液的功能,第二節(jié) 血漿蛋白質(zhì),血漿蛋白質(zhì)的分類 血漿蛋白質(zhì)的性質(zhì)血漿蛋白質(zhì)的功能,一、血漿蛋白質(zhì)的分類,1、鹽析法分離：清蛋白、球蛋白,2、按電泳遷移率分類：清蛋白、α1、α2、β1、β2和γ球蛋白。,血漿中含量最多的蛋白質(zhì)是清蛋白；血液中含量最多的蛋白質(zhì)是血紅蛋白,臨床上常用清蛋白／球蛋白（A/G）值對肝臟疾

3、患與免疫相關(guān)疾患加以區(qū)分,1、清蛋白的功能：營養(yǎng)、調(diào)節(jié)滲透壓、調(diào)節(jié)pH、物質(zhì)轉(zhuǎn)運,2、球蛋白的功能：維持滲透壓、pH，運輸，免疫，催化，凝血、抗凝及纖溶,三、血漿蛋白質(zhì)的功能,維持滲透壓、pH，運輸物質(zhì)，免疫，催化，營養(yǎng)，凝血、抗凝及纖溶,二、血漿蛋白質(zhì)的性質(zhì),第三節(jié) 紅細胞代謝,紅細胞的分化血紅蛋白的結(jié)構(gòu)和功能血紅蛋白的合成 成熟紅細胞的代謝特點,一、血紅蛋白的合成,1、血紅蛋白的組成：珠蛋白（α2β2）＋血紅素（每個亞基含1個

4、血紅素輔基）,血紅蛋白的合成主要在網(wǎng)織紅細胞階段,2、血紅素的生物合成,（1）原料：琥珀酰CoA、甘氨酸、Fe2+,（2）關(guān)鍵酶：ALA合成酶,（3）亞細胞定位：線粒體、細胞液,（4）調(diào)節(jié)血紅素對ALA合酶有反饋抑制作用促紅細胞生成素可誘導(dǎo)ALA合酶的合成雄激素及雌二醇等都是血紅素合成的促進劑,3、珠蛋白的合成及調(diào)節(jié)：高鐵血紅蛋白促進合成,4、血紅蛋白的合成,【典型病例】鐮形細胞貧血癥,二、成熟紅細胞的代謝特點,1、成熟的紅細胞沒

5、有細胞核，也沒有線粒體和核蛋白體等亞細胞結(jié)構(gòu)，因此，不能進行DNA、RNA、蛋白質(zhì)合成，不能進行有氧氧化。,2、糖酵解是成熟紅細胞獲得能量的唯一途徑,（1）酵解供能：鈣泵、鈉泵、谷胱甘肽及NAD＋的生物合成、膜脂與血漿脂蛋白的脂質(zhì)交換,（2）酵解支路生成2,3-二磷酸甘油酸：在低氧壓的組織中促進氧的釋放；貯存能量,3、磷酸戊糖途徑提供NADPH，用于維持谷胱甘肽還原系統(tǒng)和高鐵血紅蛋白的還原,（1）NADPH將GSSG還原為GSH：GSH

6、的主要功能是保護紅細胞膜免受氧化損傷、維持血紅蛋白及巰基酶的還原狀態(tài)、促使高鐵血紅蛋白還原為血紅蛋白,（2）NADPH可以保護膜蛋白、血紅蛋白、巰基酶等不被氧化，還原高鐵血紅蛋白，維持紅細胞功能,4、膜脂與血漿脂蛋白的脂質(zhì)交換,機理：缺少G-6P脫氫酶，NADPH生成受阻，患者如食用某些食物（如蠶豆）或服用某些藥物（如磺胺類及阿斯匹林等），可導(dǎo)致過氧化氫和超氧化物大量生成而引起溶血現(xiàn)象,【典型病例】蠶豆病,血液組成,2、血細胞：紅細胞、

7、白細胞、血小板,1、血漿,一、血液成分,,全血 血漿 血清（blood)（plasma) （serum),血漿=全血-有形成分(加抗凝劑,離心,取上清)血清=全血-有形成分-纖維蛋白原,二、化學(xué)組成,水氣體可溶性固體,全血含水81%--86%血漿含水93%--95%O2、CO2、N2蛋白質(zhì)非蛋白氮糖維生素脂類無機離子,,,三、血漿中非蛋白質(zhì)含氮化合物,非蛋白氮（non-protein nitro

8、gen, NPN）：血液非蛋白質(zhì)含氮化合物中的含氮量。,,,尿素氮(BUN)：NPN中含量最多的物質(zhì)，約占1/3~1/2，正常時含量為3.2~14.28mmol/L (5.0 ~ 19.7 mg/dl) 。異常升高至33.4mmol/L（200mg/dl）以上是生命垂危的象征。,非蛋白含氮化合物：血液中除蛋白質(zhì)以外的含氮物質(zhì)，包括尿素、肌酸、肌酐、尿酸、膽紅素、氨等它們多數(shù)為蛋白質(zhì)和核酸的分解代謝終產(chǎn)物。,尿素尿酸肌酸*肌酐*

9、,反映腎功能蛋白質(zhì)體內(nèi)代謝狀況嘌啉代謝終產(chǎn)物痛風(fēng)癥肝功能障礙肌萎縮肌酸代謝終產(chǎn)物全部由腎臟排泄反映腎功能,,,,血液的生理功能,四、功能,溝通內(nèi)外環(huán)境及機體各部分維持機體內(nèi)環(huán)境的恒定：滲透壓、pH等 物質(zhì)運輸：氧氣、營養(yǎng)物質(zhì)等防御：免疫、凝血與抗凝等血液中某些代謝濃度的變化，反映體內(nèi)代謝或功能狀況,血漿蛋白質(zhì),1、鹽析法清蛋白：飽和硫酸銨球蛋白：半飽和硫酸銨纖維蛋白原：半飽和硫酸銨 + 半飽和NaCl清

10、: 球 = 1.5 ~2 : 1,清蛋白（albumin，A）：38～48g/L球蛋白（globulin，G）：15～30g/LA/G：正常值1.5~2.5,一、血漿蛋白質(zhì)的分類,血漿蛋白質(zhì),二、電泳法,＋,－,典型異常血清蛋白電泳圖譜,血漿蛋白質(zhì),人類血漿蛋白質(zhì)的功能分類,二、血漿蛋白質(zhì)的性質(zhì),1. 絕大多數(shù)血漿蛋白在肝合成。 2. 分泌型蛋白質(zhì)：在膜結(jié)合的多核蛋白體上合成。 3. 除清蛋白外，幾乎所有的血漿蛋白均為

11、糖蛋白。 4. 許多血漿蛋白呈現(xiàn)多態(tài)性(polymorphism)。 5. 每種血漿蛋白均有自己特異的半衰期。 6. 在急性炎癥或某種類型組織損傷等情況下，某些血漿蛋白的水平會增高，它們被稱為急性時相蛋白質(zhì)(acute phase protein APP)。,急性時相反應(yīng),（一）清蛋白,2、理化性質(zhì)：M＝68.5kD； pI = 4.7,3、合成部位：肝， 12 g/天,1、含量：3.8 – 4.8 g/dL,4、結(jié)構(gòu)：,5、功能

12、：,(1) 物質(zhì)運輸：游離脂酸、甲狀腺素、皮質(zhì)醇、血紅素、膽紅素、鈣離子、銅離子、磺胺、青霉素、阿司匹林等 (2) 維持膠體滲透壓 (3) 營養(yǎng)功能 (4) 維持pH,（二）球蛋白,銅藍蛋白（ceruloplasmin,CER),運鐵蛋白(transferin,TRF),?1抗胰蛋白酶,IgG,1、運輸功能： α，β球蛋白 2、抗體： γ球蛋白 3、維持滲透壓、pH 4、血漿酶：血漿功能

13、酶：凝血酶，脂肪酶 細胞外滲酶：GPT，GOT外分泌酶：胃蛋白酶、胰蛋白酶5、凝血、抗凝與纖溶作用,紅細胞是血液中最主要的細胞，它是在骨髓中由造血干細胞定向分化而成的紅系細胞。在成熟過程中，紅細胞發(fā)生一系列形態(tài)和代謝的改變。,紅細胞,骨髓造血干細胞,原始紅細胞,早幼紅細胞,晚幼紅細胞,網(wǎng)織紅細胞,成熟紅細胞,促紅細胞生成素,血紅蛋白,血紅蛋白,血紅素的結(jié)構(gòu),血紅素輔基,Conformational changes induced

14、 in hemoglobin when oxygen binds. (The oxygen-bound form is shown at bottom.) There are multiple structural changes, some not visible here; most of the changes are subtle.,別構(gòu)效應(yīng),血紅蛋白,The oxygen-binding curves of myoglobin

15、 (Mb) and hemoglobin (Hb).,肌紅蛋白與血紅蛋白的氧結(jié)合特性,血紅蛋白,血紅素的合成,δ氨基γ酮戊酸（ALA） 的合成,血紅素的合成,卟膽原（膽色素原）的合成,血紅素的合成,×2,×4,線狀四吡咯,1、ALA合酶血紅素合成的限速酶結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)：受血紅素反饋抑制高鐵血紅素強烈抑制維生素B6缺乏可減少血紅素的合成數(shù)量調(diào)節(jié)：誘導(dǎo)劑：雄激素及雌二醇等固醇類激素；某些藥物、殺蟲劑等；阻遏劑：

16、血紅素,合成的調(diào)節(jié),3、促紅細胞生成素(erythropoietin, EPO),2、ALA脫水酶與亞鐵螯合酶可被血紅素 、重金屬等抑制亞鐵螯合酶還需要還原劑(如谷胱甘肽),主要在腎臟產(chǎn)生，與膜受體結(jié)合。可誘導(dǎo)ALA合酶合成，加速有核紅細胞的成熟及血紅素和血紅蛋白的合成，促使原始紅細胞的繁殖和分化。 1）機體缺O(jiān)2時，促紅細胞生成素分泌↑→血紅素和血紅蛋白的合成↑。 2）慢性腎炎、腎功能不良患者常見的貧血現(xiàn)象

17、與促紅細胞生成素合成量的減少有關(guān)。,血紅素 促紅細胞生成素（erythropoitein，EPO）雄激素,直接負反饋抑制ALA合成酶和阻抑蛋白結(jié)合，活化阻抑蛋白抑制ALA合成酶紅細胞生成的主要調(diào)節(jié)劑腎臟生成受機體對氧的需要及氧供應(yīng)情況影響在骨髓作用（JAK-STAT）誘導(dǎo)ALA合成酶的合成,,,卜啉癥：鐵卜啉合成代謝異常而導(dǎo)致卜啉及其代謝物排出增多,先天性卜啉癥后天性卜啉癥,遺傳缺陷某血紅素合成酶系缺陷

18、鉛中毒/藥物引起鐵卜啉合成障礙鉛中毒的標志:血紅素合成的抑制,,珠蛋白的合成,β-珠蛋白基因結(jié)構(gòu),高鐵血紅素促進珠蛋白的合成,血紅蛋白合成,Polymerization of HbS,Scanning electron micrographs of (a) normal and (b) sickled human erythrocytes. The sickled cells are fragile, and their bre

19、akdown causes anemia,鐮形細胞貧血癥,紅細胞成熟過程中的代謝變化,注：“+”，“-”分別表示該途徑有或無*晚幼紅細胞為“-”,（一）糖代謝,1. 糖酵解和2, 3-二磷酸甘油酸(2, 3-BPG)旁路,維持紅細胞膜鈉泵(Na+-K+-ATPase)的運轉(zhuǎn)維持紅細胞膜鈣泵(Ca2+-ATPase)的正常運轉(zhuǎn)維持紅細胞膜脂質(zhì)與血漿脂蛋白脂質(zhì)的交換少量ATP用于谷胱甘肽、NAD+ 的生物合成,（1）糖酵解的功能

20、：唯一供能途徑,（2）酵解支路：生成2, 3-BPG,成熟紅細胞代謝特點,DPG (Diphosphoglyceric acid),CO2 and DPG are a allosteric effectors(別構(gòu)劑) as they promote the release of O2.It will impossible that hemoglobin release O2 if there is no DPG in muscl

21、e tissue.High-altitude adaptation (高山適應(yīng)): DPG will increase from 4.5mmol/L to 7.0mmol/L.,2,3-二磷酸甘油酸促進氧的釋放,2. 磷酸戊糖途徑的重要性：產(chǎn)生NADPH+H+,成熟紅細胞代謝特點,成熟紅細胞代謝特點,對抗氧化劑，保護細胞膜蛋白、血紅蛋白和酶蛋白的巰基等不被氧化，從而維持紅細胞的正常功能。,成熟紅細胞不能從頭合成脂肪酸，通過主動和被動

22、交換，不斷與血漿進行脂質(zhì)交換，維持其正常的脂類組成、結(jié)構(gòu)和功能。,（二）脂 代 謝,總鐵 3 ~ 4 g 1、Hb-Fe 65% （20 ~ 24 mg重新被利用） 2、Mb-Fe 10% 3、Cyt-Fe <1% 4、鐵蛋白 10% 5、血鐵黃素 9% 6、運鐵蛋白 ? 7、過氧化物酶 ? 少量

23、 8、鐵硫蛋白 ?,鐵的代謝,鐵的分布,一、鐵的排泄與吸收1、排泄胃腸粘膜脫落 0.6 mg/天 ?皮膚脫屑 0.2 mg/天 ? ~ 1 mg/天泌尿道 0.1 mg/天 ? 2、吸收吸收率 <10%需要量 10 ~ 15 mg/天,鐵的代謝,二、鐵的運輸與存儲運鐵蛋白： Fe3+鐵蛋白： 腸粘膜細胞，骨髓，肝,鐵

24、的代謝,第四節(jié) 白細胞代謝,糖代謝：以糖酵解為主，提供能量；磷酸戊糖途徑產(chǎn)生的NADPH經(jīng)氧化酶的電子體系使O2 還原產(chǎn)生超氧陰離子、H2O2、OH?等自由基，起殺菌作用。脂代謝：不能從頭合成脂肪酸；可將花生四烯酸轉(zhuǎn)變成血栓素、前列腺素、白三烯等活性物。氨基酸和蛋白質(zhì)代謝： 組胺,第五節(jié) 鐵的代謝,主要存在形式：血紅蛋白,運輸形式：鐵轉(zhuǎn)運蛋白,儲存形式：鐵蛋白、血鐵黃蛋白,重要內(nèi)容：1、重要名詞：non-protein nitro