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1、Biochemistry of blood张晓伟张晓伟北京大学医学部生物化学与分子生物学系北京大学医学部生物化学与分子生物学系第一节第一节 血液的基本成分与功能血液的基本成分与功能 血液成分血液成分血液的化学组成血液的化学组成血液非蛋白氮血液非蛋白氮血液的生理功能血液的生理功能血液组成血液组成50-60%血浆plasma(血清serum)白细胞，血小板4050红细胞 2、血细胞：红细胞、白细胞、血小板、血细胞：红细胞、白细胞、血小板 1、血浆、血浆一、血液成分一、血液成分 全血全血全血全血 血浆血浆血浆血浆 血清血清血清血清（blood)blood)blood)blood)（plasma)pl
2、asma)plasma)plasma)（serum)serum)serum)serum)血浆血浆=全血全血-有形成分有形成分(加抗凝剂加抗凝剂,离心离心,取上清取上清)血清血清=全血全血-有形成分有形成分-纤维蛋白原纤维蛋白原二、化学组成二、化学组成l水水水水l气体气体气体气体l可溶性固体可溶性固体可溶性固体可溶性固体l全血含水全血含水全血含水全血含水81%-86%81%-86%81%-86%81%-86%l血浆含水血浆含水血浆含水血浆含水93%-95%93%-95%93%-95%93%-95%lO O O O2 2 2 2、COCOCOCO2 2 2 2、N N N N2 2 2 2蛋白质蛋
3、白质蛋白质蛋白质非蛋白氮非蛋白氮非蛋白氮非蛋白氮糖糖糖糖维生素维生素维生素维生素脂类脂类脂类脂类无机离子无机离子无机离子无机离子三、血浆中非蛋白质含氮化合物三、血浆中非蛋白质含氮化合物三、血浆中非蛋白质含氮化合物三、血浆中非蛋白质含氮化合物非蛋白氮（非蛋白氮（非蛋白氮（非蛋白氮（non-protein nitrogen,NPNnon-protein nitrogen,NPN）：）：）：）：血血液非蛋白质含氮化合物中的含氮量。液非蛋白质含氮化合物中的含氮量。NPN肾功能严重损伤时排泄受阻肾功能严重损伤时排泄受阻高热、糖尿病等引起蛋白质分解增强高热、糖尿病等引起蛋白质分解增强尿素氮尿素氮尿素氮尿素
4、氮(BUN)(BUN)：NPN中含量最多的物质，约占中含量最多的物质，约占1/31/2，正，正常时含量为常时含量为3.214.28mmol/L(5.0 19.7 mg/dl)。异常升高。异常升高至至33.4mmol/L（200mg/dl）以上是生命垂危的象征。）以上是生命垂危的象征。非蛋白含氮化合物：非蛋白含氮化合物：非蛋白含氮化合物：非蛋白含氮化合物：血液中除蛋白质血液中除蛋白质血液中除蛋白质血液中除蛋白质以外的含氮物以外的含氮物以外的含氮物以外的含氮物质质质质，包括，包括，包括，包括尿素、肌酸、肌酐、尿酸、胆红素、氨等尿素、肌酸、肌酐、尿酸、胆红素、氨等它们多数为蛋白质和核酸的分解代谢终产
5、物。它们多数为蛋白质和核酸的分解代谢终产物。血液的生理功能血液的生理功能四、功能四、功能沟通内外环境及机体各部分沟通内外环境及机体各部分维持机体内环境的恒定：渗透压、维持机体内环境的恒定：渗透压、pH等等 物质运输：氧气、营养物质等物质运输：氧气、营养物质等防御：免疫、凝血与抗凝等防御：免疫、凝血与抗凝等血液中某些代谢浓度的变化，反映体内血液中某些代谢浓度的变化，反映体内代谢或功能状况代谢或功能状况第二节第二节 血浆蛋白质血浆蛋白质 血浆蛋白质的分类血浆蛋白质的分类 血浆蛋白质的性质血浆蛋白质的性质血浆蛋白质的功能血浆蛋白质的功能血浆蛋白质血浆蛋白质 1、盐析法、盐析法清蛋白：饱和硫酸铵清蛋白
6、：饱和硫酸铵球蛋白：半饱和硫酸铵球蛋白：半饱和硫酸铵纤维蛋白原：半饱和硫酸铵纤维蛋白原：半饱和硫酸铵 or 半饱和半饱和NaCl清清:球球 =1.5 2.5:1清蛋白（清蛋白（albumin，A）：）：3848g/L球蛋白（球蛋白（globulin，G）：1530g/LA/G：正常值：正常值1.52.5：1一、血浆蛋白质的分类一、血浆蛋白质的分类血浆蛋白质血浆蛋白质二二、电电泳泳法法典型异常血清蛋白电泳图谱典型异常血清蛋白电泳图谱典型异常血清蛋白电泳图谱典型异常血清蛋白电泳图谱血浆蛋白质血浆蛋白质人类血浆蛋白质的功能分类人类血浆蛋白质的功能分类 种种 类类 血血 浆浆 蛋蛋 白白1.载体蛋白载
7、体蛋白2.免疫防御系统蛋白免疫防御系统蛋白3.凝血和纤溶蛋白凝血和纤溶蛋白4.酶酶5.蛋白酶抑制剂蛋白酶抑制剂6.激素激素7.参与炎症应答的蛋白参与炎症应答的蛋白清蛋白、脂蛋白、运铁蛋白、铜蓝蛋白等清蛋白、脂蛋白、运铁蛋白、铜蓝蛋白等IgG,IgM,IgA,IgD,IgE 和补体和补体C1-9 等等凝血因子凝血因子、凝血酶原、纤溶酶原、凝血酶原、纤溶酶原等等卵磷脂：胆固醇酰基转移酶等卵磷脂：胆固醇酰基转移酶等 1抗胰蛋白酶、抗胰蛋白酶、2巨球蛋白等巨球蛋白等促红细胞生成素、胰岛素等促红细胞生成素、胰岛素等C-反应蛋白、反应蛋白、2酸性糖蛋白等酸性糖蛋白等二、主要的血浆蛋白质二、主要的血浆蛋白质
8、（一）清蛋白（一）清蛋白（一）清蛋白（一）清蛋白 2、理化性质：、理化性质：M68.5kD；pI=4.7 3、合成部位：肝，、合成部位：肝，12 g/天天 1、含量：、含量：3.8 4.8 g/dL 4、结构：、结构：清清蛋蛋白白的的结结构构 5、功能：、功能：(1)物质运输：游离脂酸、甲状腺素、皮质醇、物质运输：游离脂酸、甲状腺素、皮质醇、血红素、胆红素、钙离子、铜离子、磺胺、青霉素、血红素、胆红素、钙离子、铜离子、磺胺、青霉素、阿司匹林等阿司匹林等 (2)维持胶体渗透压维持胶体渗透压 (3)营养功能营养功能 (4)维持维持pH（二）球蛋白（二）球蛋白铜蓝蛋白（铜蓝蛋白（ceruloplas
9、min,CER)运铁蛋白运铁蛋白(transferin,TRF)1抗胰蛋白酶抗胰蛋白酶IgG 1、运输功能：、运输功能：，球蛋白球蛋白 2、抗体：、抗体：球蛋白球蛋白 3、维持渗透压、维持渗透压、pH 4、血浆酶：、血浆酶：血浆功能酶：凝血酶，脂肪酶血浆功能酶：凝血酶，脂肪酶 细胞外渗酶：细胞外渗酶：GPT，GOT外分泌酶：胃蛋白酶、胰蛋白酶外分泌酶：胃蛋白酶、胰蛋白酶5、凝血、抗凝与纤溶作用、凝血、抗凝与纤溶作用第三节第三节 红细胞代谢红细胞代谢 红细胞的分化红细胞的分化血红蛋白的结构和功能血红蛋白的结构和功能血红蛋白的合成血红蛋白的合成 成熟红细胞的代谢特点成熟红细胞的代谢特点红红细细胞胞
10、是是血血液液中中最最主主要要的的细细胞胞，它它是是在在骨骨髓髓中中由造血干细胞定向分化而成的红系细胞。由造血干细胞定向分化而成的红系细胞。在在成成熟熟过过程程中中，红红细细胞胞发发生生一一系系列列形形态态和和代代谢谢的改变。的改变。红细胞红细胞骨髓造血骨髓造血骨髓造血骨髓造血干细胞干细胞干细胞干细胞原始红原始红原始红原始红细胞细胞细胞细胞早幼红早幼红早幼红早幼红细胞细胞细胞细胞晚幼红晚幼红晚幼红晚幼红细胞细胞细胞细胞网织红细胞网织红细胞网织红细胞网织红细胞成熟红细胞成熟红细胞成熟红细胞成熟红细胞促红促红促红促红细胞细胞细胞细胞生成生成生成生成素素素素血红蛋白血红蛋白血血红红蛋蛋白白的的结结构构
11、血红素的合成血红素的合成氨基氨基酮戊酸（酮戊酸（ALA）的合成的合成血红素的合成血红素的合成卟胆原（胆色素原）的合成卟胆原（胆色素原）的合成血红素的合成血红素的合成24线状四吡咯线状四吡咯1 1、ALAALA合酶（辅基：磷酸吡哆醛）合酶（辅基：磷酸吡哆醛）血红素合成的限速酶血红素合成的限速酶结构调节：结构调节：u受血红素反馈抑制受血红素反馈抑制u高铁血红素强烈抑制高铁血红素强烈抑制u维生素维生素B B6 6缺乏可减少血红素的合成缺乏可减少血红素的合成数量调节：数量调节：u诱导剂：诱导剂：雄激素雄激素及及雌二醇雌二醇等等固醇类激素；某些固醇类激素；某些药物（巴比妥）、杀虫剂等；药物（巴比妥）、杀
12、虫剂等；u阻遏剂：血红素阻遏剂：血红素血红素合成的调节血红素合成的调节肝肝5-还原酶还原酶诱导诱导促进促进睾丸酮睾丸酮 5-二氢睾酮二氢睾酮ALA合成合成酶的合成酶的合成血红素和血血红素和血红蛋白合成红蛋白合成3 3、促红细胞生成素、促红细胞生成素(erythropoietin,EPO)2 2、ALAALA脱水酶与亚铁螯合酶脱水酶与亚铁螯合酶可被血红素可被血红素 、重金属等抑制、重金属等抑制亚铁螯合酶还需要还原剂亚铁螯合酶还需要还原剂(如谷胱甘肽如谷胱甘肽)主要在肾脏产生，主要在肾脏产生，与膜受体结合。与膜受体结合。可诱导可诱导ALA合酶合成，合酶合成，加速有核红细胞的成熟及加速有核红细胞的成
13、熟及血红素和血红蛋白的合成，促使原始红细胞的繁殖血红素和血红蛋白的合成，促使原始红细胞的繁殖和分化。和分化。1）机体缺）机体缺O2时，促红细胞生成素分泌时，促红细胞生成素分泌血红素血红素和血红蛋白的合成和血红蛋白的合成。2）慢性肾炎、肾功能不良患者常见的贫血现象与）慢性肾炎、肾功能不良患者常见的贫血现象与促红细胞生成素合成量的减少有关。促红细胞生成素合成量的减少有关。珠蛋白的合成珠蛋白的合成链链链链 2 2血红素血红素 二聚体二聚体 链链链链 2 2血红素血红素 二聚体二聚体 血红蛋白血红蛋白血红蛋白合成血红蛋白合成Polymerization of HbSScanning electron
14、micrographs of(a)normal and(b)sickled human erythrocytes.The sickled cells are fragile,and their breakdown causes anemia镰刀形红细胞贫血症镰刀形红细胞贫血症一、血红蛋白的合成一、血红蛋白的合成 1、血红蛋白的组成：珠蛋白（、血红蛋白的组成：珠蛋白（22）血红素（每）血红素（每个亚基含个亚基含1个血红素辅基）个血红素辅基）v 血红蛋白的合成主要在网织红细胞阶段血红蛋白的合成主要在网织红细胞阶段 2、血红素的生物合成、血红素的生物合成（1）原料：琥珀酰）原料：琥珀酰CoA、甘氨酸
15、、甘氨酸、Fe2+（2）关键酶：）关键酶：ALA合成酶合成酶（3）亚细胞定位：线粒体、细胞液）亚细胞定位：线粒体、细胞液 小结 （4）调节）调节血红素对血红素对ALA合酶有反馈抑制作用合酶有反馈抑制作用促红细胞生成素可诱导促红细胞生成素可诱导ALA合酶的合成合酶的合成雄激素及雌二醇等都是血红素合成的诱导剂雄激素及雌二醇等都是血红素合成的诱导剂 3、珠蛋白的合成及调节：血红素促进合成、珠蛋白的合成及调节：血红素促进合成 4、血红蛋白的合成、血红蛋白的合成【典型病例】镰刀形红细胞贫血症【典型病例】镰刀形红细胞贫血症二、红细胞成熟过程中的代谢变化二、红细胞成熟过程中的代谢变化 代谢能力代谢能力 有核
16、有核红细胞红细胞 网织网织红细胞红细胞 成熟成熟红细胞红细胞分裂增殖能力分裂增殖能力DNA 合合 成成RNA 合合 成成RNA 存存 在在蛋白质合成蛋白质合成血红素合成血红素合成脂类合成脂类合成三羧缩酸循环三羧缩酸循环氧化磷酸化氧化磷酸化糖酵解糖酵解磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径 *注：注：“+”“+”，“-”“-”分别表示该途分别表示该途径有或无径有或无*晚幼红细胞晚幼红细胞为为“-”“-”（一）糖代谢（一）糖代谢1.糖酵解和糖酵解和2,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸(2,3-BPG)旁路旁路v维持红细胞膜钠泵维持红细胞膜钠泵(Na+-K+-ATPase)的运转的运转v维持红细胞膜钙泵维持红细胞膜钙
17、泵(Ca2+-ATPase)的正常运转的正常运转v维持红细胞膜脂质与血浆脂蛋白脂质的交换维持红细胞膜脂质与血浆脂蛋白脂质的交换v少量少量ATP用于谷胱甘肽、用于谷胱甘肽、NAD+的生物合成的生物合成（1）糖酵解的功能：唯一供能途径）糖酵解的功能：唯一供能途径（2）酵解支路：生成）酵解支路：生成2,3-BPG成熟红细胞代谢特点成熟红细胞代谢特点2,3-二磷酸甘油酸促进氧的释放二磷酸甘油酸促进氧的释放2.磷酸戊糖途径的重要性：产生磷酸戊糖途径的重要性：产生NADPH+H+成熟红细胞代谢特点成熟红细胞代谢特点成熟红细胞代谢特点成熟红细胞代谢特点u对抗氧化剂，保护细胞膜蛋白、血红蛋白和酶蛋白对抗氧化剂
18、，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。的巯基等不被氧化，从而维持红细胞的正常功能。葡萄糖葡萄糖6-磷酸磷酸6-磷酸磷酸葡萄糖酸葡萄糖酸NADP+NADP+H+2GSHGSSGH2O22H2O6磷酸葡萄磷酸葡萄糖脱氢酶糖脱氢酶谷胱甘肽谷胱甘肽还原酶还原酶谷胱甘肽过谷胱甘肽过氧化物酶氧化物酶 成成熟熟红红细细胞胞不不能能从从头头合合成成脂脂肪肪酸酸，通通过过主主动动和和被被动动交交换换，不不断断与与血血浆浆进进行行脂脂质质交交换换，维维持持其其正正常的脂类组成、结构和功能。常的脂类组成、结构和功能。（二）脂（二）脂 代代 谢谢二、成熟红细胞的代谢特点二、成熟
19、红细胞的代谢特点 1、成熟的红细胞没有细胞核，也没有线粒体和核、成熟的红细胞没有细胞核，也没有线粒体和核蛋白体等亚细胞结构，因此，不能进行蛋白体等亚细胞结构，因此，不能进行DNA、RNA、蛋白质合成，不能进行有氧氧化。蛋白质合成，不能进行有氧氧化。2、糖酵解是成熟红细胞获得能量的唯一途径、糖酵解是成熟红细胞获得能量的唯一途径 （1）酵解供能：钙泵、钠泵、谷胱甘肽及）酵解供能：钙泵、钠泵、谷胱甘肽及NAD的的生物合成、膜脂与血浆脂蛋白的脂质交换生物合成、膜脂与血浆脂蛋白的脂质交换 （2）酵解支路生成）酵解支路生成2,3-二磷酸甘油酸：在低氧压的二磷酸甘油酸：在低氧压的组织中促进氧的释放；贮存能量
20、组织中促进氧的释放；贮存能量 小结 3、磷酸戊糖途径提供、磷酸戊糖途径提供NADPH，用于维持谷胱甘肽，用于维持谷胱甘肽还原系统和高铁血红蛋白的还原还原系统和高铁血红蛋白的还原 4、膜脂与血浆脂蛋白的脂质交换、膜脂与血浆脂蛋白的脂质交换 第四节第四节 白细胞代谢白细胞代谢 白细胞的类型与功能白细胞的类型与功能白细胞的代谢特点白细胞的代谢特点组成组成组成组成功能功能功能功能粒细胞粒细胞粒细胞粒细胞淋巴细胞淋巴细胞淋巴细胞淋巴细胞单核吞噬细胞单核吞噬细胞单核吞噬细胞单核吞噬细胞抵抗外来病原体的入侵抵抗外来病原体的入侵抵抗外来病原体的入侵抵抗外来病原体的入侵一、白细胞的类型与功能一、白细胞的类型与功
21、能糖代谢：糖代谢：以糖酵解为主，提供能量；磷酸戊糖途以糖酵解为主，提供能量；磷酸戊糖途径产生的径产生的NADPH经氧化酶的电子体系使经氧化酶的电子体系使O2 还原还原产生超氧阴离子、产生超氧阴离子、H2O2、OH等自由基，起杀菌等自由基，起杀菌作用。作用。脂代谢：脂代谢：不能从头合成脂肪酸；可将花生四烯酸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、白三烯等活性物质。转变成血栓素、前列腺素、白三烯等活性物质。氨基酸和蛋白质代谢：氨基酸和蛋白质代谢：组胺组胺二、白细胞的代谢特点二、白细胞的代谢特点第五节第五节 铁的代谢铁的代谢 铁的主要生理功能、含量和分布铁的主要生理功能、含量和分布
22、 铁的来源与需求铁的来源与需求 铁的吸收铁的吸收 铁的运输、贮存和利用铁的运输、贮存和利用 铁的排泄铁的排泄 生理功能生理功能生理功能生理功能:含铁蛋白质含铁蛋白质含铁蛋白质含铁蛋白质(Hb)(Hb)的原料的原料的原料的原料 总铁总铁 3 4 g 1、Hb-Fe 65%（20 24 mg重新被利用）重新被利用）2、Mb-Fe 10%3、Cyt-Fe 1%4、铁蛋白、铁蛋白 10%5、血铁黄素、血铁黄素 9%6、运铁蛋白、运铁蛋白 7、过氧化物酶、过氧化物酶 少量少量 8、铁硫蛋白、铁硫蛋白 一、一、铁的功能、含量和分布铁的功能、含量和分布 铁铁铁铁的的的的分分分分布布布布1 1、来源、来源、来
23、源、来源:（1 1）食物）食物）食物）食物 （2 2）衰老的红细胞）衰老的红细胞）衰老的红细胞）衰老的红细胞二、铁的来源与需求二、铁的来源与需求2 2、需求、需求、需求、需求最低限度需要量最低限度需要量(成年男子和绝经期女子成年男子和绝经期女子)0.51.0 mg/d额外需要量额外需要量 生长期生长期01岁岁 0.70.8 111岁岁 0.3 青春期男性青春期男性 0.5 青春期女性青春期女性1.02.1生育年龄妇女（月经量生育年龄妇女（月经量3080ml/次）次）0.51.6哺乳期妇女哺乳期妇女0.51、铁的排泄与吸收、铁的排泄与吸收（1）排泄）排泄胃肠粘膜脱落胃肠粘膜脱落 0.6 mg/天
24、天 皮肤脱屑皮肤脱屑 0.2 mg/天天 1 mg/天天泌尿道泌尿道 0.1 mg/天天 （2）吸收）吸收吸收率吸收率 10%需要量需要量 10 15 mg/天天三、铁的代谢三、铁的代谢2、铁的运输与存储、铁的运输与存储运铁蛋白：运铁蛋白：Fe3+铁蛋白：铁蛋白：肠粘膜细胞，骨髓，肝肠粘膜细胞，骨髓，肝v 主要存在形式：血红蛋白主要存在形式：血红蛋白 v 运输形式：铁转运蛋白运输形式：铁转运蛋白 v 储存形式：铁蛋白、血铁黄蛋白（含铁血黄素）储存形式：铁蛋白、血铁黄蛋白（含铁血黄素）小结重要内容：重要内容：1、重要名词：、重要名词：non-protein nitrogen(NPN)2、血浆蛋白质的功能血浆蛋白质的功能。3、血红素生物合成的特点血红素生物合成的特点。4、成熟红细胞的代谢特点成熟红细胞的代谢特点。