生物化学基础第13章血液的生物化学.ppt

生物化学基础 电 子 课 件,第十三章 血液的生物化学,第十三章 血液的生物化学,第一节 血浆蛋白质第二节 红细胞的代谢第三节 血液气体的运输,正常人血液量约占体重的 8%。全血由血细胞与血浆组成。血液密度为1.0501.060。37时，血液渗透压约7.70102 kPa(310 mOsm/L)。血液pH为 7.400.05。,离体血液加入抗凝剂，离心沉降血细胞等有形成分，其上清液称为血浆（plasma）。血浆约占全血容积的55%60%。若将离体血液静置待其自然凝固，血块收缩析出的液体称为血清(serum)。血清中无纤维蛋白原。全血、血清和血浆是研究血液化学成分的常用标本。,全血、血浆、血清,血液的化学成分,血液中有微量O2、N2、CO2等气体。正常人血液含水77%81%。血液的固体成分,无机物,有机物,血液的固体成分：无机物 主要以电解质为主，例如：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、C1-、HCO3-、HPO42-等。有机物 包括不含氮的有机物质、各类蛋白质、非蛋白质含氮物质。非蛋白质含氮物质有尿素、肌酸、肌酐、尿酸、胆红素和氨等，这些分子中的氮总称为非蛋白氮（non-protein nitrogen，NPN）。,血液化学成分与临床,人体在生理状态下血液化学成分含量相对恒定，仅在一定范围波动。如正常血NPN含量为 14.2824.99 mmol/L，其中血尿素氮(blood urea nitrogen，BUN)约占NPN的1/2。,分析血液的化学成分，可以了解体内物质代谢状况，有助于诊断和治疗疾病。若血液的某种或某些成分在较长时间内或较大幅度地超出正常范围，则提示机体某种或某些代谢过程的异常。例如，血NPN主要由肾排出体外，肾功能不良时，血BUN或NPN可显著增高。,第一节 血浆蛋白质,一、血浆蛋白质的分类血浆蛋白是血浆多种蛋白质的总称。正常血浆蛋白总量（TP）约为7075g/L。临床分离血浆蛋白质常用方法有：盐析法 电泳法,血清蛋白的种类,盐析法 根据血浆蛋白在不同浓度的盐溶液中溶解度的差异加以分离的方法。盐析法将血清蛋白分为：清蛋白(A或Alb)：3848 g/L 球蛋白(G)：1530 g/L A/G：1.52.5:1,电泳法 利用各类血浆蛋白分子大小不同，表面电荷不同，在电场中泳动速度不同加以分离的方法。醋酸纤维薄膜电泳法将血清蛋白分为：,二、血浆蛋白的功能,维持血浆胶体渗透压和pH 血液胶体渗透压主要取决于清蛋白浓度。血浆蛋白含量减少，血浆胶体渗透压降低，将导致组织间水分潴留过多而出现水肿。蛋白质为两性电解质，大部分血浆蛋白的等电点在 pH 46之间，在生理条件下为弱酸，其中部分以弱酸盐的形式存在，故血浆蛋白构成缓冲体系，维持血液pH相对恒定。,凝血和抗凝血作用 血浆凝血因子、抗凝血因子及纤溶物质保持血液正常流通。免疫作用 免疫球蛋白（Ig）有Ig A、IgG、IgM、IgD和IgE。它们能与抗原物质反应，保护机体。,运输作用 难溶物质与蛋白质结合成复合物易于运输，并防止小分子物质从肾脏排除。清蛋白运输金属离子、脂肪酸、胆红素、尿酸以及某些药物、激素等。某些球蛋白具有专一性运输作用，并调节被运输物质的代谢。如运铁蛋白运输Fe3+，运皮质醇蛋白运输皮质醇等。,催化作用 许多具有催化作用的酶是血浆蛋白。这些酶分为：血浆功能酶（凝血酶、纤溶酶）、外分泌酶（AMS）与细胞酶（LDH、ALT）。营养作用 血浆蛋白在体内分解产生氨基酸，参与氨基酸代谢池，用于组织蛋白合成，修复损伤的组织，也可氧化分解供能，或转变为其他含氮物质。,第二节 红细胞的代谢,早幼、中幼红细胞含有胞核、内质网和线粒体，具有合成核酸和蛋白质的能力，通过有氧氧化获得能量。网质红细胞无细胞核和DNA，不能合成核酸；有少量线粒体和RNA，可以合成蛋白质，由有氧氧化供能。成熟红细胞仅有细胞膜和胞质，故不能合成核酸和蛋白质，也不能进行有氧氧化，代谢简单，其能量主要来自红细胞内糖酵解途径。,一、血红蛋白(Hb)的生物合成,1 分子Hb有 4 个亚基，有4 个血红素(heme)分子。Hb的珠蛋白部分按蛋白质一般途径合成。Hb的血红素主要在骨髓的幼红细胞和网织红细胞中合成。甘氨酸、琥珀酰CoA和Fe2+为合成原料，经一系列酶促作用在红细胞的线粒体及胞液中合成血红素。,(一)血红素的合成,线粒体内-氨基-酮戊酸(-aminolevulinic acid，ALA)合酶（ALA synthase）催化琥珀酰CoA与甘氨酸缩合生成ALA。ALA合酶的辅酶为磷酸吡哆醛。维生素B6缺乏时，血红素合成发生障碍，造成维生素B6反应性贫血。,琥珀酰CoA,甘氨酸,ALA由线粒体转运到胞液。ALA脱水酶催化两分子ALA缩合成胆色素原（PBG）。,PBG,在尿卟啉原同合酶（UPGcoynthase）及UPG同合酶协同作用下，4分子PBG脱氨缩合生成尿卟啉原。,尿卟啉原,尿卟啉原通过脱羧、氧化等形成粪卟啉原(CPG)。,粪卟啉原,CPG 由胞液再进入线粒体，经氧化脱羧生成原卟啉原。后者进一步氧化为原卟啉。,原卟啉原,原卟啉,由亚铁螯合酶（血红素合成酶）催化，原卟啉和Fe2+螯合生成血红素。血红素生成后，迅速进入胞液与珠蛋白结合生成Hb。,血红素,血红素合成的全过程,(二)血红素合成的调节,1.ALA合酶 血红素合成的限速酶，受血红素反馈抑制调节。如果血红素合成速度大于珠蛋白合成速度，过多的血红素可氧化为高铁血红素，强烈抑制ALA合酶。血红素还作为辅阻遏剂，阻遏ALA合酶的合成。,2.促红细胞生成素（erythropoietin，EPO）肾脏产生的EPO，经血液运送至造血组织促进原始红细胞繁殖和分化，加速幼红细胞增殖，促进网织红细胞成熟与释放，促进血红素及血红蛋白合成。机体缺氧或红细胞比容降低时可诱导EPO基因表达。,3.类固醇激素 雄激素及雌二醇等是血红素合成的促进剂。临床上应用丙酸睾丸酮及衍生物如甲基睾酮、甲基去氢睾酮、苯丙酸诺龙等治疗再生障碍性贫血就是根据这一原理。4.其他调节因素 铁是血红素合成的原料，机体缺铁或铁动员利用发生障碍，会引起血红素合成减少。杀虫剂、致癌剂和某些药物诱导肝ALA合酶的合成。,二、成熟红细胞代谢特点,成熟红细胞利用葡萄糖：90%95%经酵解途径，5%10%经磷酸戊糖通路。红细胞糖酵解过程存在2，3-二磷酸甘油酸代谢支路（2，3-BPG支路）：,二磷酸甘油酸变位酶,2，3-BPG磷酸酶,2，3-BPG(2，3-bisphosphoglycerate）相对分子质量不大，但分子中的羧基和磷酸根解离，带有高密度负电荷。带负电的2，3-BPG可与Hb肽链带正电荷的基团结合，稳定Hb的空间构象，从而降低Hb对O2的亲和力，促使氧合血红蛋白放氧，故2，3-BPG具有调节Hb带氧的能力。,(二)磷酸戊糖途径与谷胱甘肽代谢,红细胞中磷酸戊糖途径的主要意义是生成NADPH。NADPH是谷胱甘肽还原酶的辅酶。NADPH主要用于谷胱甘肽（GSH）和高铁血红蛋白(MHb)的还原。GSH维持巯基蛋白或巯基酶于还原状态，对于红细胞的正常功能和寿命极为重要。,当细胞内产生少量H2O2等活性氧时，GSH使H2O2还原成水，而GSH则被氧化成GSSG，GSSG便在谷胱甘肽还原酶作用下，由磷酸戊糖途径产生NADPH提供氢再还原为GSH。,6-磷酸葡萄糖脱氢酶(G6PD)缺乏的患者，磷酸戊糖途径不能正常进行，以致NADPH缺乏，GSH含量不足。当患者接触某些药物，如服用一定剂量的伯氨喹啉、磺胺、阿司匹林等，或者进食新鲜蚕豆后（蚕豆病），增加了GSH的消耗，红细胞膜受活性氧类攻击，膜结构的完整性受损，红细胞易被破坏而导致溶血。,(三)高铁血红蛋白(MHb)的还原,MHb不具有携带氧的功能。红细胞内有少量MHb生成。然而，正常红细胞中存在NADH-MHb还原酶、NADPH-MHb还原酶、抗坏血酸和谷胱甘肽使MHb还原，故正常红细胞中MHb含量很少，仅占Hb总量的1%。,如果摄入或经皮肤吸收过多的氧化剂，使MHb生成的速度大于MHb还原的速度则可导致红细胞中MHb增高，因而患者发生发绀。肠源性发绀是因食入过多的硝酸盐或亚硝酸盐类化合物引起的中毒症状。美兰(MB)可用于某些MHb过多症的治疗。,第三节 血液气体的运输,一、氧的运输（一）氧（O2）的运输形式 物理溶解氧 物理溶解氧很少。化学结合氧 96%98%的O2在血液中与Hb结合成氧合血红蛋白（HbO2）。,Hb O2 HbO2,血液将O2从肺部运输到组织，主要依赖Hb结合O2和释放O2的可逆过程。血液流经肺泡时，O2从肺泡进入血液与Hb结合为HbO2；当血液流经组织细胞时，O2从血液扩散到组织细胞。血液氧分压降低，HbO2释放O2供组织细胞利用。,氧含量与氧容量,隔绝空气从血管抽取血液，测定其中的含氧量称为氧含量。氧含量为物理溶氧与化学结合氧之和。正常人：动脉血氧含量为 8.48 mmol/L(19mL/100mL)静脉血氧含量为 6.25 mmol/L(14mL/100mL)每升血液循环一次约释放O2：2.23 mmol/L(5mL/100mL),将血管抽出的血液与大气接触，使其血液中Hb全部与O2结合，再测定其中的含氧量称为氧容量。其中Hb结合的O2量称为氧结合量。由于血液中物理溶解氧量很少，故氧容量近似于氧结合量。,（二）血氧饱和度及影响因素,血液中氧合血红蛋白的量与血红蛋白总量之比称为血氧饱和度。正常人：动脉血血氧饱和度约为：0.930.98静脉血血氧饱和度约为：0.6 0.7,影响血氧饱和度的因素,1.氧分压（PO2）以PO2为横坐标，血氧饱和度为纵坐标，得到血氧解离曲线。血氧解离曲线呈现“S”形。,曲线上部平坦 PO2由13.33kPa(100mmHg)降至10.66kPa(80mmHg)时，血氧饱和度仅下降0.02(0.95至0.93)，因而血液流经肺时，即使PO2有较大变化，但对血氧饱和度影响不大。曲线中部陡直 PO2由5.332kPa(40mmHg)降至2.667kPa(20mmHg)时，血氧饱和度下降0.3(0.6至0.3)，所以当血液流经组织细胞时，有大量O2从HbO2中释放，进入组织细胞。,氧离曲线的意义,影响血氧饱和度的因素（2）,2.二氧化碳分压（PCO2）和pH高PCO2或低pH使Hb对O2的亲和力降低，氧饱和度也低。PCO2和pH对于氧解离曲线的影响称为Bohr效应。Bohr效应的生理意义：血液流经组织细胞时，在高PCO2与低pH的环境中，HbO2能释放更多的O2满足组织细胞的需要。,影响血氧饱和度的因素（3）,3.2，3-BPG 在肺部，Hb对O2的亲和力受2，3-BPG影响不大。在组织，红细胞内的2，3-BPG显著增加HbO2释放O2供组织需要。缺O2时，红细胞内产生的2，3-BPG增加，有利于释放更多的O2供组织需要。由平原登高山、或贫血、肺气肿等，红细胞内2，3-BPG增加，有利于组织获得较多的O2。,二、二氧化碳的运输,血液运输CO2的形式：（1）物理溶解（2）氨基甲酸血红蛋白（HbNHCOOH）（3）碳酸氢盐（HCO3-）,（一）CO2从组织进入血液,CO2从细胞不断扩散到血浆，少量CO2形成H2CO3，大量CO2从血浆进入红细胞。红细胞内CO2，小部分结合成HbNHCOOH，大部分生成H2CO3，H2CO3离解成H+和HCO3-。H+由血红蛋白缓冲体系与磷酸氢盐缓冲体系缓冲。,红细胞生成的HCO3-弥散入血浆，而Na+、K+、H+等阳离子不能自由透过细胞膜，于是，血浆中氯离子进入红细胞内，此种现象称为氯离子转移。HCO3-进入血浆后与血浆中Na+结合成NaHCO3。,（二）CO2从肺呼出体外,当静脉血流经肺泡时，血浆及红细胞中的CO2向肺泡扩散。血浆中的H2CO3也分解成CO2向肺泡扩散。血液流经肺时，HHb迅速与O2结合成HHbO2。HHbO2酸性较H2CO3强，可释放出H+与红细胞内的HCO3-结合成H2CO3，然后在碳酸酐酶催化下分解成CO2和H2O。CO2扩散到血浆后向肺泡扩散呼出。,随着红细胞内HCO3-结合成H2CO3以CO2呼出，红细胞内HCO3-不断减少，于是血浆中的HCO3-向红细胞内扩散，而红细胞内的氯离子则向血浆中转移（氯离子转移），使细胞内正负电荷保持平衡。,