第十四章血液的生物化学

Hemal Biochemistry

血液有形成分

无形的液体成分 -----血浆

红细胞白细胞血小板

加抗凝剂静置 (离心 )后的浅黄色上清

不加抗凝剂凝固后析出的淡黄色透明液体

血浆 (plasma)

血清 (serum)

有纤维蛋白原

无纤维蛋白原

血液的组成 正常血液占体重的 8%

血液

血液

血液的固体

成分

有机物

无机物

蛋白质糖类脂类

Na+ 、 K+、 Ca2+、Mg2+

Cl_、 HCO3

_、 HPO42

_ ……

……

尿素尿酸

肌酸肌酸酐

胆红素氨

水： 77%～ 81%

……

非蛋白含氮化合物氨基酸

血液的化学成分

非蛋白氮：非蛋白质类含氮化合物中的氮总称为非蛋白氮 (non-protein nitrogen, NPN)

正常人血中 NPN含量为 14.28～24.99mmol/L血尿素氮 (blood urea nitrogen,BUN) 约占 NPN的 50%。

测定 BUN和 NPN通常都能反映肾的排泄功能

第十七章 血液的生物化学

第一节 血浆蛋白

第二节 血液凝固

第三节 血细胞代谢

一、血浆蛋白的分类与性质（一）血浆蛋白的分类• 正常人血浆蛋白质含量为 60～ 80g/L• 通常按来源，分离方法和生理功能将其分类• 电泳是最常用的分离蛋白质的方法。• 临床常用 -----醋酸纤维素薄膜电泳。•科研 ---聚丙烯酰胺凝胶电泳或免疫电泳• ------可将血浆蛋白质分为 30多个组分

第一节 血浆蛋白

A 1 2

血清蛋白醋酸纤维薄膜电泳

A 1 2 点样端

(a)染色后的图谱

光密度计扫描后的电泳峰

A 62％～71％

1 3％～ 4 ％

2 6％～ 10 ％

7％～ 11 ％

9％～ 18％

(b)

正常 A/G： 1.5～ 2.5； A/G倒置：＜ 1

（二）血浆蛋白质的性质

1. 多数血浆蛋白质在肝脏合成(球蛋白例外 )

2. 血浆蛋白的合成场所一般位于与膜结合的多核蛋白体上。信号肽

3. 除清蛋白外，几乎所有血浆蛋白质均为糖蛋白，它们含有 N-或 O- 连接的寡糖链。

ABO 系统

血型物质 O的糖链非还原端

+GalNAc

血型物质 A

+Gal 血型物质 B

（二）血浆蛋白质的性质

4. 许多血浆蛋白呈现多态性 (polymorphism) ， 如 ABO血型、 α1-抗胰蛋白酶， Ig等。

研究血浆蛋白的多态性对遗传学、人类学和临床医学有重要意义。

5. 每种血浆蛋白有自己特异的半衰期。 A为 20天。

6. 急性时相蛋白 (acute phase protein， APP):

在急性炎症或一些类型的组织损伤时，某些血浆蛋白水平增高。

如 C反应蛋白 , α1-抗胰蛋白酶 , α1-酸性蛋白和纤维蛋白原。

二、血浆蛋白的功能

1. 维持血浆胶体渗透压 主要为清蛋白作用2.维持血浆正常的 pH(7.35～ 7.45)3.运输作用：与脂溶性物质结合增加水溶性4.免疫作用： Ig和补体5.催化作用（酶） 分类：血浆功能酶，外分泌酶，细胞酶

6. 营养作用：分解为 AA，合成 Pr或供能

7. 凝血、抗凝血和纤溶作用（第二节）

血浆特异酶（血浆功能酶）

根据来源和功能可将血浆酶分三类

非血浆特异酶

与凝血、纤溶有关的酶，以酶原形式存在，此外如CHE， LCAT、铜氧化酶， LPL、肾素等外分泌酶：

细胞酶(代谢酶 )：

血浆酶：存在于血浆中的酶，而非血浆特异

产生的酶

占绝大多数，大部分无器官特异酶

AMY， LPS， ALP

第二节 血液凝固• 定义：血管内皮损伤、血液流出血管时，血液内发生一系列酶促级联反应，使血液由液体状态转为凝胶状态，称为血液凝固 (blood coagulation)。

止血过程可分为四个阶段：• 血管收缩• 形成白色血栓• 形成红色血栓• 纤溶酶部分或完全水解血栓

凝血因子、抗凝血因子、纤溶系统

血管壁损伤

血管收缩

止血过程中各种因素的作用及相互间关系图解

白色血栓形成

内皮下胶原 组织因子暴露

内源性途径 外源性途径

凝血被激活

凝血酶

红色血栓形成

血小板粘附、聚集、释放ADP、 TXA

2

vWF

血小板与纤维蛋白原聚集

（一）凝血因子 (coagulation factor) 一、凝血因子与抗凝血成分

凝血因子：参与血液凝固的因子，有 14种

命名原则：发现先后顺序用罗马字表示

VI是活化的 V，不再视为独立的凝血因子，故无 VI,另外有两个尚未用罗马字命名。

因子 别名 化学 本质

生成部位(是否需Vitk)

主 要 功 能

Ⅲ 组织 因子

脂蛋白 组织、内皮、单核细胞（否）

Ⅶa的辅因子，加速Ⅹ a的生成

Ⅳ Ca2+ 许多因子的辅因子

凝血因子的某些特性

•除Ⅲ，Ⅳ外，均为糖蛋白。

•因子 III是唯一不存在于正常人血浆的凝血因子

因子

别 名 化学本质 生成部位(是否需Vitk)

主 要 功 能

Ⅱ 凝血酶原 糖蛋白 肝（需） 催化纤维蛋白原成纤维蛋白（蛋白酶原）

Ⅶ 稳定因子 糖蛋白 肝（需） 激活Ⅹ（蛋白酶原）

Ⅸ Chrismas因子、血浆凝血活酶成分

糖蛋白 肝（需） 激活Ⅹ（蛋白酶原）

Ⅹ Stuart-Prower因子

糖蛋白 肝（需） 激活凝血酶原（蛋白酶原）

需依赖 VitK的凝血因子

O O

OHOH

NH2

γ α

凝血因子中的

谷氨酸 (Glu)

γ

O O

OHOH

NH2OH O

凝血因子中的 γ-羧基谷氨酸 (Gla)

负离子

Vit K

(γ-羧化酶辅酶 )

Ⅱ

ⅩaⅤa

血小板磷脂表面

Ca2+ 、与凝血因子 (Gla)、血小板磷脂作用模型

Ca2+

Gla

（搭桥）

盐键

形成的多酶复合物是凝血反应的基础

因子 别名 化学本质

生成部位(是否需 Vitk)

主 要 功 能

Ⅻ Hageman 因子

糖蛋白 肝（否） 激活Ⅺ及前激肽释放酶（蛋白酶原）

Ⅺ 血浆凝血活酶前体

糖蛋白 肝（否） 激活Ⅸ （蛋白酶原）

前激肽释放酶 糖蛋白 肝（否） 激活Ⅻ （蛋白酶原）

高分子量激肽原（ HMWK）

糖蛋白 肝（否） 接触活化阶段的 辅因子

参与接触活化，启动血液凝固

因子 别名 化学 本质

生成部位(是否需Vitk)

主 要 功 能

Ⅰ 纤维蛋白原 糖蛋白 肝（否） 形成纤维蛋白凝 胶

（结构蛋白）Ⅴ 易变因子

(前加速因子）

糖蛋白 肝（否） Ⅹa的辅因子， 加速凝血酶的生成

Ⅷ 抗血友病 球蛋白

糖蛋白 肝、内皮细胞（否）

Ⅸa的辅因子， Ⅹ加速 a的生成

XⅢ 纤维蛋白 稳定因子

糖蛋白 骨髓（否） 催化纤维蛋白 交联稳定 （转谷氨酰胺酶原）

(二 ) 抗凝血成分1.抗凝血酶 - :Ⅲ 最主要的生理性抗凝物质。 能持久灭活凝血酶 , 抑制凝血因子

Ⅸ a Ⅹ、 a Ⅺ、 a Ⅻ、 a、纤溶酶、胰蛋白酶和激肽释放酶 ,引起抗凝。

抗凝机制： AT-Ⅲ是丝氨酸蛋白酶抑制剂，与凝血酶 1： 1 结合， AT-Ⅲ分子上的精氨酸残基，可与酶活性中心的丝氨酸残基结合，这样就“ ”封闭 了这些酶的活性中心使之失活。

2. 蛋白 C系统 :

PC(protein C)， PS(protein S)和 PC抑制物

PC 、 PS: 肝合成的依赖 VitK的糖蛋白。

PC抑制物是单链蛋白质。 APC(activated protein C) Ⅴ对 a Ⅷ和 a的

灭活是酶解性的，需磷脂和 Ca2+存在，实际是水解它们的重链，使其与磷脂结合力↓。

蛋白 C系统作用机制

PC APC

Ⅱa 胰蛋白酶 Ⅴ高浓度 a

Ⅴa Ⅷa

PC抑制物

PS

Ⅹa Ⅹa

激活灭活

灭活fibrin溶解

促进

3. 组织因子途经抑制物（ tissue factor pathway inhibitor, TFPI)

可能机制： TFPI Ⅹ与 a活性部位结合，形成 TFPI- aⅩ 复合物，而后在

Ca2+、Mg2+、 PL存在条件下， TFPI- aⅩⅦ与 a-Ⅲ Ⅶ形成复合物，从而抑制 a -

Ⅲ活性。

Ⅹ直接抑制凝血因子 a 。

二、两条凝血途径

（一）内源性途径 血液在血管内膜受损或在血管外与异物表面接触时触发的凝血过程。

分为三个阶段：1. Ⅻ Ⅺ接触活化阶段： 、 因子活化2. Ⅸ因子 激活3. Ⅹ因子 激活

凝血酶原激活的关键步骤：X Xa

内源性凝血系统 外源性凝血系统

内源性和外源性凝血系统的级联酶促过程

共同通路

凝血酶原激活的关键步骤

（二）外源性途径 组织因子暴露于血液而启动的凝血过程。 Ⅶ Ⅶ 组织因子与 形成 -组织因子

Ⅹ复合物，被血液中痕量的 a激活而成Ⅶ为 a -组织因子复合物，能快速激活

Ⅹ因子 。

内源性凝血系统

②

①

③

外源性凝血系统

HMWK

(高分子量激肽原 )

共同通路

纤维蛋白的生成及聚合

纤维蛋白的生成及聚合

暴露了粘合位点

Lys残基

Gln残基

NH3

HC-CH2CH2CH2CH2NH C-CH2CH2CH

CO

NH

CO

NH

因子 X aⅢ(转 Gln酶 )

Ca2+

因子 X aⅢ 催化纤维蛋白交联

O

HC CH2CH2CH2CH2NH2

NH

CO

+ CCH2CH2CH

NH

CONH2

O

1 血液凝固是多因素参加的复杂的酶促级联 反应，总的反应结果是生成交联纤维蛋白凝块。

凝血过程小结：

2 凝血过程具放大效应。

3 凝血过程可分为内源性途径和外源性途 径，二者之间存在交叉激活。

血液凝固须适度，凝血与抗凝处于动态平衡

三、血凝块的溶解

纤溶酶原纤溶激活物

纤维蛋白和

纤维蛋白原

片段 X

片段 A， B， C片段 D

纤溶酶片段 Y

纤溶酶

片段 E

片段 D

纤溶酶

第三节 血细胞代谢

一、红细胞的代谢特点红细胞成熟过程中的代谢变化

分裂增殖能力 + — —DNA 合成 +* — — RNA 合成 + — — RNA 存在 + + —

蛋白质合成 + + — 血红素合成 + + —

脂类合成 + + — 三羧酸循环 + + — 氧化磷酸化 + + —

糖酵解 + + + 磷酸戊糖途径 + + +

代谢能力 有核红细胞 网织红细胞 成熟红细胞

“ ” “ ”注： ＋ 、 － 分别表示该途径有、无，带 * “ ”号表示晚幼红细胞为 －

（一）糖代谢

糖酵解

磷酸戊糖途径 5%～ 10%

2,3-BPG旁路90%～ 95%

红细胞保留的代谢通路

1 糖酵解和 2， 3-二磷酸甘油酸旁路 （ bisphosphoglycerate BPG)

糖酵解是红细胞获得能量的唯一途径。1mol 葡萄糖经酵解生成 2 mol乳酸的过程中，产生 2mol ATP 和

2mol NADH + H+

2， 3-BPG旁路是糖酵解的侧支循环 分支点： 1， 3-BPG

此支路产生高浓度的中间产物 2， 3-BPG

（一）糖代谢

HCOHCHO

CH2OPO3H2

HCO— PO3H2

COOH

CH2OPO3H2

CHOHCOOH

CH2OPO3H2HCOH

CO~PO3H2

CH2OPO3H2

O

3-磷酸甘油酸1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油醛

2， 3-二磷酸甘油酸

二磷酸甘油酸变位酶

2,3-二磷酸甘油酸磷酸酶

H3PO4H2O

2,3-二磷酸甘油酸旁路

50%～ 85%

ADP ATP3-磷酸甘油酸激酶

15%～ 50%

增加 HbO2释放氧 ,适应组织细胞对氧的需求

（ 1）酵解途径大于支路

（ 2）放能反应，不可逆（ 3） 2， 3-BPG的生成大于分解

2, 3-BPG旁路的特点

2, 3-BPG旁路的意义

(1) 消耗糖酵解过程中部分能量使ATP、 1,3-BPG不致堆积， ADP、 Pi不致过少，从而调节糖酵解能不断进行。

(2) 更主要的意义是降低 Hb对 O2的亲和力，调节 Hb的运氧功能。

(3) 缺 O2，红细胞内 2， 3-BPG增加，有利于 机体获得较多的 O2 。

2 磷酸戊糖途径：产生 NADPH+H+

3 红细胞内糖代谢的生理意义（ 1） ATP的功能①维持红细胞膜上钠泵的正常运转。②维持红细胞膜上钙泵的正常运行。③维持红细胞膜上脂质与血浆脂蛋白中的脂质进行交换。

④少量 ATP用于谷胱甘肽、 NAD+的合成。⑤ATP用于葡萄糖活化，启动糖酵解过程。

2,3-BPG结合位点

（ 2） 2， 3-BPG的功能：

脱氧 Hb分子中， 2， 3-BPG与 β亚基正电荷形成盐键，使 Hb分子的 T构象更趋稳定，降低Hb与 O2的亲和力。

Hb氧合时， 2个 β亚基互相靠近，空隙变 小， 2， 3-BPG被排挤出来，氧亲和力则随之增

加。

血流经 PO2较高的肺部时， 2， 3-BPG影响不大，而当血流经过 PO2较低的组织时， 2， 3-BPG的存在则显著增加 O2释放，以供组织需要。

6-磷酸葡萄糖

6-磷酸葡萄糖酸

NADP+ 2GSH

GSSG

H2O2

2H2ONADPH+H+

6-磷酸葡萄糖脱氢酶

谷胱甘肽还原酶

谷胱甘肽过氧化物酶

（ 3 ） NADPH 和 NADH的功能：1) GSH与 NADPH

谷胱甘肽的氧化与还原及其有关代谢

2）高铁血红蛋白的还原红细胞内MHb的还原系统

还原方式 总还原能力的百分比(％ )

酶促还原系统

NADH+MHb Hb+NAD+ 67NADH-MHb还原酶

NADPH+MHb Hb+NADP+ 5NADPH-MHb还原酶

非酶促还原系统抗坏血酸 +MHb Hb+脱氢抗坏血酸 +2H+ 16

2GSH+2MHb 2Hb+GSSG+2H+ 12

1 血红素的生物合成• 主要部位 : 骨髓的幼红细胞和网织红细胞• 基本原料 : 琥珀酰 CoA, Gly, Fe2+

• 过程 : 起始、终末在线粒体；中间阶段在胞液• 关键酶： ALA合酶

（三）血红蛋白的生物合成与调节

血红蛋白 (Hb)珠蛋白 (globin, 22)

亚铁血红素 (heme)

（二）脂代谢

N

NN

NFe

CH2

CH2

COOH

CH2

CH2

COOH

CH3

CH3

CH=CH2

H3C

H3C

CH2

CH

Fe

卟啉环平面血红素结构

CH2

CH2

COOH

C~ SCoA

O

+CH2NH2

COOH

辅酶 A +CO2

ALA合酶（磷酸吡哆醛）

（ 1）血红素生物合成过程 (四步 )1) δ -氨基 -γ-酮戊酸 (ALA)的生成 (在线粒体内 )

CH2

CH2

COOH

C

CH2NH2

O

限速酶琥珀酰 CoA Gly

ALA

2H2O

ALA脱水酶

2) 胆色素原 (PBG)的生成 (在胞液内 )

2 ALA

C

CH2

CH2

COOH

CH2

O

H2N

CH2

CH2

COOH

CH

O

NH

C

H

H

C

CC

C

NCH2

H2N

CH2

CH2

CH2

COOH

COOH

H

胆色素原 (PBG)

3NH3

胆色素原4分子CH2

COOH CH2

CH2

COOH

NCH2

H2NH

NH

A P

NCH2 H

A P

NCH2

H2NH

A P

NH

A P

CH2 CH2 H

3) 尿卟啉原与粪卟啉原的生成

胆色素原脱氨酶(尿卟啉 I同合酶 )

P: -CH2CH2COOHA: -CH2COOH

线性四吡咯

1 2

34

6 5

87

NH

A P

NCH2 H

A P

NCH2

H2NH

A P

NH

A P

CH2 CH2 H

NH3

尿卟啉原Ⅲ同合酶

Ⅲ尿卟啉原

4) 血红素的生成

1 2

34

6 5

87

Ⅲ尿卟啉原 Ⅲ粪卟啉原

1 2

34

6 5

87

M

M

M

M

M: -CH3

Ⅲ尿卟啉原 脱羧酶

A: -CH2COOH

4 CO2

4) 血红素的生成

Ⅲ粪卟啉原 Ⅸ原卟啉原

1 2

34

6 5

87

M

M

M

M

Ⅲ粪卟啉原 氧化脱羧酶

V: -CH=CH2

4H ，2CO2

1 2

34

6 5

87

M

M

M

M

V

V

P: -CH2CH2COOH

进入线粒体

4) 血红素的生成

Ⅸ原卟啉原 Ⅸ原卟啉Ⅸ原卟啉原 氧化酶

6H

1 2

34

6 5

87

M

M

M

M

V

V

M: -CH3

V: -CH=CH2

P: -CH2CH2COOH

N

NH

N

HN

V

V

P

P

M

M

M

M

4) 血红素的生成

Ⅸ原卟啉 血红素亚铁螯合酶

+ Fe2+

M: -CH3V: -CH=CH2

P: -CH2CH2COOH

N

NH

N

HN

V

V

P

P

M

M

M

M N

N

N

N

V

V

P

P

M

M

M

M

Fe

（ 2）血红素合成的调节1) ALA合酶 (限速酶，最主要）A 、受血红素的反馈抑制调节。

血红素生成过多时，可自发氧化成高铁血红 素， 后者不仅阻遏 ALA合酶的合成，还能直接抑

制 ALA 合酶的活性，从而减少血红素的生成。

B 、 ALA合酶易受到其它化合物的诱导和阻遏作用。

5β-二氢睾丸酮诱导 ALA合酶的生成。许多在肝脏中进行生物转化的物质 ---致癌剂、药物、杀虫剂。

2) 促红细胞生成素 (EPO) EPO是红细胞生成的主要调节剂。 EPO可同原始红细胞的膜受体结合，刺激有丝分裂，促进 DNA和 RNA的合成，加速有核红细胞的成熟以及血红素和 Hb的合成 (EPO 可以诱导 ALA合酶的生成促进血红素的生成），促使原始红细胞的增殖和分化。 3）铅和重金属、还原剂的影响 ALA脱水酶、亚铁螯合酶对铅和重金属的抑制非常敏感。亚铁螯合酶还需要有还原剂存在时才有活性。

珠蛋白立体结构 (a)及血红蛋白的形成(b)

(a) (b)

2 血红蛋白 (Hb)的合成

22四聚体（血红蛋白）

稳定的二聚体

(a)

2C + cAMP-2RcAMP + R2C2

蛋白激酶 A

eIF-2激酶（无活性）

eIF-2 激酶 -P （有活性）

eIF-2 （有活性）

eIF-2-P(无活性）

高铁血红素

高铁血红素对起始因子 2的调节

ATP ADP

ATP ADP

二、白细胞的代谢 （一）糖代谢 成熟粒细胞糖代谢特点： 1. 利用外源性单糖或内源性糖原进行旺盛 的糖酵解。 2. 酵解为吞噬作用提供能量。 3. 磷酸戊糖途径受吞噬作用激活，产生大 量的 NADPH。

2O2 + NADPH + NADP+ + H+2O2

.

单核吞噬细胞

2O2 + NADPH + NADP+ + H+2O2

.

1. 有线粒体，能进行有氧氧化和糖酵解，但糖酵解仍占很大比重。

2. 酵解为吞噬作用提供能量。

3. 单核吞噬细胞被趋化因子激活后，细胞内磷酸戊糖途径被激活，产生大量的NADPH。

（二）脂代谢• 中性粒细胞不能从头合成脂肪酸，但却可进行脂肪酸链的延长。

• 单核吞噬细胞可将花生四烯酸转变成血栓素、前列腺素、白三烯。

• 粒细胞可将花生四烯酸转变成白三烯，它是速发型过敏反应中产生的慢反应物质。

（三） 氨基酸和蛋白质代谢

• 成熟粒细胞缺乏内质网，蛋白质合成量很少；细胞内含较高的组胺 , 组胺参与变态反应。

• 单核吞噬细胞蛋白质代谢活跃，能合成多种酶、补体和各种细胞因子。