第十六章 血液的生物化学

第十六章 血液的生物化学

Biochemistry of blood

一、授课章节及主要内容：第十六章 血液的生物化学

二、授课对象:临床医学、预防、法医（五年制）、临床医学（七年制）本科五年制

三、授课学时：

本章共2节课时（每个课时为45分钟）。讲授安排如下：

第1个学时的讲课内容包括：概述、第一节以及第三节至红细胞的糖代谢（358页）。

第2个学时的内容包括：红细胞的脂代谢和血红蛋白的合成与调节，以及对全章的小结

四、教学目的与要求：

掌握以下知识点：1．血浆蛋白的功能；2．红细胞的糖代谢；3．血红素生物合成的组织和亚细胞定位、合成原料、限速反应、关键酶及血红素合成的调节。

熟悉以下内容：1．血液的概况；2．血浆蛋白的性质。

五、重点与难点

重点：血浆蛋白的功能。红细胞的代谢及血红素的生物合成。

难点：2, 3-BPG的功能及血红素生物合成的各步反应以及高铁血红素促进血红蛋白合成的机制。

六、教学方法及安排；

教学方法：配合多媒体教学，课堂中穿插复习、提问，突出重点，讲清楚难点，进行必要的板书，读写重要词汇的英文单词。以提问和回顾的方式进行小结，布置课后习题。 部分课程安排自学。白细胞的代谢安排学生自学。并布置课后习题。

七、主要外文专业词汇

血液（blood）

血浆（plasma）

血清（serum）

多态性（polymorphism）

急性时相蛋白质（acute phase protein APP）

红细胞（erythuocyte）

2,3-二磷酸甘油酸（2,3-biphosphoglycerate，2,3-B（D）PG）

血红素（heme）

珠蛋白（globin）

肌红蛋白（myoglobin）

过氧化氢酶（catalase）

过氧化物酶（peroxidase）

δ-氨基-γ-酮戊酸（δ-aminolevulinic acid，ALA）

原卟啉（protoporphyrin ）

尿卟啉原（uroporphyrinogen ）

粪卟啉原（coproporphyrinogen ）

促红细胞生成素（erythropoiefin，EPO）

卟啉症（porphyria）

八、思考题

1．简述血液的组成。

2．血浆蛋白的主要功能及共同特点有哪些？

3．红细胞中ATP的来源和主要生理功能有哪些？

4．简述2,3-BPG旁路，并说明2,3-BPG是如何调节血红蛋白的携氧功能的。

九、教材与教具：人民卫生出版社《生物化学》第六版

十、授课提纲(或基本内容)

概 述

Introduction

1．血液的组成：血液（blood）由液体成分血浆（plasma）与有形成分红细胞、白细胞和血小板组成。血液凝固后析出淡黄色透明液体，称为血清（serum）。（提问：血清与血浆的区别?血清中没有纤维蛋白原，但含有一些在凝血过程中生成的分解产物。）血浆的主要成分是水、无机盐、有机小分子和蛋白质等。

2．血液的理化特性

（1）血液的比重为1.050～1.060，血浆的比重约为1.025～1.030。血液中红细胞数愈多则血液比重愈大，血浆中蛋白质含量愈多则血浆比重愈大。血液比重大于血浆，说明红细胞比重大于血浆。

（2）血液的粘滞性通常是在体外测定血液或血浆与水相比的相对粘滞性，这时血液的相对粘滞性为4～5，血浆为1.6～2.4。全血的粘滞性主要取决于所含的红细胞数，血浆的粘滞性主要取决于血浆蛋白的含量。

（3）血浆渗透压 血浆渗透压约为310 mOsm/L，相当于7个大气压770kPa。

（4）血浆的pH值 正常人的血浆的pH值约为7.35～7.45。通常血浆pH值的波动范围极小。

3．血液的生理功能

生理情况下，血液在封闭的血管内循环流动，在全身组织之间转运各种物质。血浆，组织间液以及其它细胞外液共同构成机体的内环境。因此血液在沟通内外环境，维持内环境的相对稳定（如pH、渗透压、各种化学成分的浓度等），物质的运输（营养物、代谢产物、代谢调节物），免疫防御及凝血与抗凝血作用等方面都起着重要作用。

本章的讲课内容主要是血浆蛋白和血细胞代谢。

第一节 血浆蛋白

Plasma protein

一．血浆蛋白的分类与性质

（一）血浆蛋白的分类：血浆蛋白是血浆中最主要的固体成分，含量为60～80g/L，血浆蛋白质种类繁多，功能各异。用不同的分离方法可将血浆蛋白质分为不同的种类。最

初用盐析法只是将血浆蛋白分为白蛋白和球蛋白，后来用分段盐析法可细分为白蛋白、拟球蛋白、优球蛋白和纤维蛋白等组分。（此处可提及实验课内容：醋酸纤维薄膜电泳法可分为白蛋白、α1球蛋白、α2球蛋白、β－球蛋白和γ—球蛋白等5条区带，而用分辨力较高的聚丙烯酰胺凝脉电泳法则可分为30多条区带。）聚焦电泳与聚丙烯酰胺电泳组合的双向电泳，分辨力更高，可将血浆蛋白分成一百余种。

近年来已知的血浆蛋白质有二百多种，有些蛋白质的功能尚未阐明。血浆蛋白质多种多样，各种血浆蛋白有其独特的功能，除按分离方法分类外。目前亦采用功能分类法。可分为以下8类：①凝血系统蛋白质，包括12种凝血固子（除Ca2+外）。②纤溶系统蛋白质，包括纤溶酶原、纤溶酶、激活剂及抑制剂等。③补体系统蛋白质。④免疫球蛋白。⑤脂蛋白。⑥血浆蛋白酶抑制剂，包括酶原激活抑制剂、血液凝固抑制剂、纤溶酶抑制剂、激肽释放抑制剂、内源性蛋白酶及其他蛋白酶抑制剂。⑦载体蛋白。⑧未知功能的血浆蛋白质。按其生理功能可将血浆蛋白分类如表16-1。

表16-1 血浆蛋白按生理功能分类

（二）血浆蛋白的性质

根据对血浆蛋白的研究，总结出血浆蛋白质具有以下共同特征：

1．血浆蛋白质绝大部分由肝脏合成。除γ球蛋白由浆细胞合成，内皮细胞合成少量血浆蛋白质外。

2．血浆蛋白质为分泌型蛋白质。在与肉质网结合的多核糖体（polyribosome）上合成，分泌入血浆前经历了剪切信号肽、糖基化、磷酸化等翻译后修饰加工过程，成为成熟

蛋白质。

3．除清蛋白外，血浆蛋白质几乎都是糖蛋白，含有N-或O-连接的寡糖链。糖链可参与血浆蛋白分子的三级结构的形成，具有多种功能。

4．许多血浆蛋白质有多态性（polymorphism）。多态性指在同种属人群中，有两种以上，发生频率不低于1%的表现型。最典型的是ABO血型物质。此外，α1抗胰蛋白酶、结合珠蛋白、铁转运蛋白、血浆铜蓝蛋白等都显示多态性。研究血浆蛋白多态性对遗传学及临床医学均有重要意义。

5．各种血浆蛋白质都具有其特征性的循环半衰期。

6．当急性炎症或组织损伤时，某些血浆蛋白水平会增高。这些血浆蛋白被称为急性时相蛋白质（acute phase protein APP）。包括C反应蛋白（CRP）、α1抗胰蛋白酶、α2酸性糖蛋白及纤维蛋白原等。急性时相蛋白在人体炎症反应中发挥一定作用。

二．血浆蛋白的功能

各种血浆蛋白具有不同的生理功能，主要有以下七个方面：（强调该部分是要求掌握的重点内容）

1．维持血浆胶体渗透压：主要靠血浆白蛋白，因其含量多而分子小，血浆胶体渗透压的75～80%由它维持。

2．调节血浆pH值，维持酸碱平衡。血浆蛋白的等电点大部分在pH4～7.3，血浆中蛋白多以负离子形式存在，血浆白蛋白和它的钠盐组成缓冲对，和其它无机盐缓冲对（主

要是碳酸和碳酸氢钠）一起，缓冲血浆中可能发生的酸碱变化，保持血液pH的稳定。

3．运输作用：血浆蛋白中许多组分具有运输功能，输送营养物质、代谢物、激素、药物及金属离子等。

4．免疫作用：在实现免疫功能中有重要作用的免疫抗体、补体系统等，都是由血浆球蛋白构成的。

5．催化作用：血浆中含有很多酶，根据它们的来源和功能，分为血浆功能酶、外分泌酶和细胞酶。

6．营养作用：每个成人3L左右的血浆中约含有200g蛋白质，它们起着营养贮备的功能。

7． 凝血、抗凝血和纤溶作用：绝大多数的血浆凝血因子、生理性抗凝物质以及促进血纤维溶解的物质都是血浆蛋白。

第二节 血液凝固

Hemopexis

本节内容划归生理学，生化不讲。

第三节 血细胞代谢

Metabolism of blood cell

本节主要从生化角度介绍血液中红细胞和白细胞的代谢

一．红细胞的代谢

概述：红细胞（erythuocyte）是血液中数量最多的一种血细胞，红细胞含有血红蛋白，因而使血液呈红色。红细胞在血液的气体运输中有极重要的作用。

成熟红细胞的代谢特点：（先简单介绍红系细胞发育过程）

成熟红细胞不仅无细胞核，而且也无线粒体、核蛋白体等细胞器，不能进行核酸和蛋白质的生物合成，也不能进行有氧氧化，不能利用脂肪酸。血糖是成熟红细胞的主要能量物质。红细胞摄取葡萄糖属于易化扩散，不依赖胰岛素。成熟红细胞保留的代谢通路主要是糖酵解通路和磷酸戊糖通路以及2,3-二磷酸甘油酸（2,3-biphosphoglycerate，2,3-B（D）PG）旁路。通过这些代谢提供能量和还原当量（NADH，NADPH）以及一些重要的代谢物（2,3-BPG），对维持成熟红细胞在循环中约120天的生命过程及正常生理功能均有重要作用。

（一）糖代谢

1．糖酵解 循环血液中的红细胞每天消耗约30g葡萄糖，其中90～95%经糖酵解被利用。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mol葡萄糖经酵解生成2mol乳酸的过程中，可产生2molATP和2molNADH+H+。

2．2，3—二磷酸甘油酸（2,3-BPG）旁路 在糖无氧酵解通路中，1,3-二磷酸甘油酸（1,3-BPG）有15～50%在二磷酸甘油酸变位酶催化下生成2,3-BPG，后者再经2,3-BPG

磷酸酶催化生成3-磷酸甘油酸。经此2,3-BPG的侧支循环称2,3-BPG支路（图16-1 见六版教材图16-6）。红细胞中2,3-BPG磷酸酶活性远低于BPG变位酶，使2,3-BPG的生成大于分解，造成红细胞中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。

图16-1 2,3-BPG支路

3．磷酸戊糖通路红细胞内利用葡萄糖的5～10%通过磷酸戊糖通路代谢，代谢过程与其他细胞相同，主要功能是为红细胞提供另一种还原当量（NADPH+H+）。

4．红细胞内糖代谢的生理意义

（1） ATP的功能：红细胞中生成的ATP主要用于维持红细胞膜上的离子泵（钠泵、钙泵），以保持红细胞的离子平衡；维持细胞膜可塑性；谷胱甘肽合成及核苷酸的补救合成等。缺乏ATP则红细胞膜内外离子平衡失调，红细胞内Na+进入多于K+排出、Ca2+进入增多，红细胞因吸入过多水分而膨大成球状甚至破裂。同时由于ATP缺乏，可使红细胞膜可塑性下降，硬度增高，易被脾脏破坏，造成溶血。

（2） 2,3-BPG的功能：2,3-BPG能特异地与去氧血红蛋白（deoxy Hb）结合，

2,3-BPG进入血红蛋白α2β2四聚体中心空隙两个β亚基之间，借其分子中所带5个负电荷与两个β亚基的带正带氨基酸残基以盐键及氢键结合，使两个β亚基保持分开的状态，即促使血红蛋白由紧密态向松驰态转换，从而减低血红蛋白对氧的亲和力（图16-2 见六版教材图16-7）。当红细胞内2,3-BPG浓度升高时有利于HbO2放氧，而2,3-BPG浓度下降则有利于Hb与氧结合。BPG变位酶及2,3-BPG磷酸酶受pH值调节。在肺泡毛细血管血液pH高，BPG变位酶受抑制而2,3-BPG磷酸酶活性强。使红细胞内2,3-BPG的浓度降

低，有利于Hb与O2结合。反之，在外周组织毛细血管中，血液pH下降，2,3-BPG的浓度升高，则利于HbO2放氧，借此调节氧的运输和利用，具有重要生理意义。但2,3-BPG的生成是以减少一个ATP的生成为代价的。

图16-2 2,3-BPG与血红蛋白的结合

（3）NADH和NADPH的功能： 红细胞无氧酵解中生成的NADH+H+是高铁血红蛋白还原酶的辅助因子，此酶催化高铁血红蛋白还原为有载氧功能的血红蛋白。NADPH在红细胞氧化还原系统中发挥重要作用，具有保护膜蛋白、血红蛋白及酶蛋白的巯基不被氧化（在此复习GSH和GSSH之间的转变和意义，并解释NADPH能维持细胞内GSH的含量），还原高铁血红蛋白等多种功能。 （图16-3 见六版教材图16-8）（在此说明还原高铁血红蛋白功能的主要是NADH+H+，其次是NADPH。）

图16-3 谷光甘肽的氧化与还原及其有关代谢

（二）脂代谢

成熟红细胞的脂类几乎都存在与细胞膜。成熟红细胞以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

成熟红细胞中，血红蛋白（hemoglobin，Hb）占红细胞内蛋白质总量的95%，它是血液运输O2的最重要物质，和CO2的送输亦有一定关系。（复习：血红蛋白是由4个亚

基组成的四聚体，每一亚基由一分子珠蛋白（globin）与一分子血红素（heme）缔合而成。）由于珠蛋白的生物合成与一般蛋白质相同，因此本节重点介绍血红素的生物合成。

血红素也是其它一些蛋白质，如肌红蛋白（myoglobin），过氧化氢酶（catalase），过氧化物酶（peroxidase）等的辅基。因而，一般细胞均可合成血红素，且合成通路相同。在人红细胞中，血红素的合成从早动红细胞开始，直到网织红细胞阶段仍可合成。而成熟红细胞不再有血红素的合成。

1．血红素的生物合成

（1） 血红素的合成通路（过程）：血红素合成的基本原料是甘氨酸、琥珀酰辅酶A及Fe2+。合成的起始和终末过程均在线粒体，而中间阶段在胞液中进行。合成过程分为如下四个步骤：

1）δ-氨基-γ-酮戊酸（δ-aminolevulinic acid，ALA）的生成：在线粒体中，首先由甘氨酸和琥珀酰辅酶A在ALA合酶（ALA synthetase）的催化下缩合生成ALA（图16-4 见六版教材图16-9）。ALA合成酶由两个亚基组成，每个亚基分子量为60，000。其辅酶为磷酸吡哆醛。（此处提问磷酸吡哆醛还是哪些酶的辅酶?）此酶为血红素合成的限速酶，受血红素的反馈抑制。

图16-4 δ-氨基-γ-酮戊酸的合成

2）胆色素原的生成：线粒体生成的ALA进入胞液中，在ALA脱水酶（ALA dehydrase）的催化下，二分子ALA脱水缩合成一分子胆色素原（prophobilinogen，PBG）（ 图16-5 依照六版教材图16-10的反应式讲解）。ALA脱水酶由八个亚基组成，分子量为26万，为

含巯基酶。