第十四章 红细胞代谢紊乱

细胞膜表面特性改变，脂质体易于粘附，红
细胞能摄取更多的脂质体。
红 细 胞 代 谢 特 点
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成熟RBC内缺乏红细胞核、内质网、线粒 体以及高尔基体，不能进行核酸和蛋白质 的生物合成，也不能进行三羧酸循环，不 能利用脂肪酸
在成熟红细胞中保留有糖酵解途径、磷酸 戊糖旁路、Touster通路、2，3~DPG支路 和谷胱甘肽代谢等途径所必需的一套完整 的酶类，其代谢过程中释放能量，终产物 为乳酸，以维持其形态、结构和组成的稳 定，并发挥其独特的生理功能。
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红细胞膜磷脂的组成成分发生改变就会
导致一系列的病理改变：
①红细胞膜磷脂中磷脂酰丝氨酸含量增高时，
红细胞的促凝血活性可明显加强，镰刀状细
胞贫血和夜间阵发性血红蛋白尿症即为此类
疾患；
②膜磷脂成分异常时，单核细胞对其粘附能
力显著加强，容易发生血管内溶血，使红细
胞寿命缩短；
③红细胞膜内氨基磷脂含量增高时，可使之
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第一节 红细胞结构与功能概述
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造 血 干 细 胞 的 生 物 化 学
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原始红细胞
含有细胞核、内质网和线 粒体等，可以合成核酸和
红
蛋白质，并可通过有氧氧
早幼红细胞 化获得能量
细
胞
中幼红细胞
系 统
没有细胞核和DNA，不能
晚幼红细胞 合成核酸，仅有少量线粒
分
体和RNA 可以合成蛋白质
类卟啉症和原卟啉血症。
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（二）异常血红蛋白与血红蛋白病
1. 异常血红蛋白 (1)病因：珠蛋白基因突变或核酸、蛋白质的生物合 成缺陷而引起的血红蛋白分子结构改变 (2)主要表现为： ①血红蛋白多肽链分子的某一氨基酸被取代； ②肽链中一个或几个氨基酸的缺陷； ③肽链中有额外氨基酸插入等；
最常见的是单一氨基酸的取代。这些变异的结 果是使血红蛋白分子的功能和稳定性发生异常，从 而导致血红蛋白病的发生。
红 细 胞 代 谢 途 径
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糖酵解途径 磷酸戊糖旁路代谢
2,3~二磷酸甘油酸支路代谢途径
Touster通路代谢途径
糖酵解途径：
是红细胞糖分解 代谢的主要途径和能 量来源。
无氧酵解 RBC 1葡萄糖+2乳酸+2ATP NADH+H+
Hb
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ＮＡＤＰＨ具有保护膜蛋白、血红蛋白及酶蛋白 的巯基不被氧化，还原高铁血红蛋白等多种功能。 参与谷胱甘肽循环，保护细胞不受各种氧化物的侵 袭，保护血红蛋白，并破坏有害的氧化物。
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血 红
1.主要调节因素： ①ALA合成酶；
素 ②ALA脱水酶与亚铁螯合酶；
的 ③造血生长因子
合 成 调
2.铁对血红素的合成有促进作用。 而血红素又对珠蛋白的合成有促进
节 作用。
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胆 红 素 代 谢
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1.来源：
①80％－85％来自循环中衰老红细胞
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第三节 血红蛋白代谢紊乱
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血红蛋白（Hb）是人和动物体内含 量最多的蛋白质之一，集中存在于红细 胞中，是第一个被纯化和确定有特殊生 理功能的蛋白质。人类血红蛋白具有种 族特异性。成熟红细胞中，Hb占红细胞 内蛋白质总量的 95％，是血液运输Ｏ２ 和CO２的重要物质 。
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血 红 蛋 白 结 构 及 其 代 谢
Hb~DPG(T型)
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HbO2(R型)
三种形式：
①物理溶解； ②HCO3结合； ③与Hb结合成氨基甲酸血红蛋白(HbNHCOO3－)
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（一）血红素代谢障碍与卟啉病
由于血红素合成代谢的调控发生异常而 引起代谢途径中某些卟啉化合物或其前体的 堆积，称为卟啉症。 1.原发性：
可根据临床表现的不同分为四类：神经 型（急性发作型）、皮肤型（光敏型）、混 合型和无症群型。 2.继发性：
实验表明,一旦红细胞的糖酵解无法正常 进行，ATP含量减少，将会导致Na+~K+ 泵失 灵，红细胞内K+ 减少，Na+增加,则水将进入 细胞内，从而使红细胞肿胀成球形红细胞,最 终崩溃溶血。
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亨氏小体(Heinz body)是血红蛋白 以变性产物，在不稳定血红蛋白症及 G6-PD缺乏症患者的红细胞中容易产生。 此小体附着于红细胞膜上，使膜基质中 的卷曲球形蛋白分子中的SH被消耗，膜 被破坏，导致溶血。
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1.α珠蛋白基因簇:包含有α~珠蛋白和ζ~珠蛋白基
因。其基因结构为5’-ζ1-Ψζ1-Ψα2-Ψα1α2-α1-θ1-3’。
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2. β珠蛋白基因簇：其结构为5’-εGγ-Aγ-Ψβ-δ-β-3’
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1.可与氧可逆结合； 2.血红素一血红素相互作用； 3.血红蛋白与H+、CO2、DPG相互作 用。
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Touster通路又称为Uronate循环， 约占人体糖代谢的5%，在此通路中, 经 过葡萄糖生成五碳糖后，进入磷酸戊糖 途径，并消耗2克分子NADPH，产生 4 克分子的NADH ，以维持红细胞强大的 还原作用。
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红 细 胞 内 谷 胱 甘 肽 合 成 与 代 谢
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氧化还原机制
即为Na＋~K＋ ATP酶（Na＋~K＋ATPase），是 一个横贯红细胞膜的四聚体，由二对α亚基和β亚 基组成，独立的 ATPase可执行Ca２＋泵机能，可被 一种称为钙调素或钙调蛋白（calmodulin）的胞内 蛋白激活。
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主要为半乳糖、甘露醇、岩 藻糖、葡萄糖、唾液酸等。红细 胞的抗原性、受体反应、信息传 递等均与糖蛋白的糖链有关。
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正常血红蛋白的结构与类型 珠蛋白基因结构 血红蛋白的功能 血红蛋白的降解 血红蛋白的代谢
血红蛋白属于色蛋白中的血红素蛋白类, 是一种球状的结合蛋白,分子量 64456。 ①蛋白：珠蛋白(α、β、γ、δ、ε和ζ 六种亚基） ②辅基：亚铁血红素（由亚铁和原卟啉络IX 合而成）
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在人体发育的不同阶段，血红蛋白的 组成各不相同，呈现严格的消长过程。
合成，但在成熟红细胞中不再有血红素的合成。
2.基本原料 甘氨酸、琥珀酰辅酶A及Fe2+
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3.部位 起始和终末过程均在线粒体，而中 间阶段在胞液中进行。 4.过程 ①δ一氨基乙酰丙酸（ALA）的生成； ②卟胆原（卟吩胆色素原）的生成； ③尿卟啉原和粪卟啉原的生成； ④血红素的生成。 5.去向 从线粒体转到细胞液中，与珠蛋白 结合而成为血红蛋白。
和力的主要小分子物质 。其浓度高低直接导
致Hb的构象变化，从而影响Hb对O2亲和性。
肺泡毛细血管
外周组织毛细血管
血液pH高,DPGM受 抑制,而DPGP活性 强,红细胞内2,3~ DPG浓度下降,有 利于Hb与O2结合
调节氧的运 输和利用
血液pH下降 2,3~DPG浓度上 升，利于HbO2释 放氧
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红细胞膜结构
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红细胞膜结构符合“流动镶嵌 模型”理论其特点有： 1.红细胞膜的不对称性：脂质组成 和分布不均，物理性质不同，蛋白 质分布及功能也不同。 2.红细胞膜的特殊骨架：骨架蛋白 联结形成膜骨架，具有很强的柔韧 性、变形性和可塑性。
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第二节 成熟红细胞的代谢
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十二烷基磺酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳 (SDS~PAGE)可将红细胞膜蛋白质分成7条 主带，按Fairbanks命名为1、2、3、4、5、 6、7，另有一些小带称为2.1、2.2、4.1等
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分类：
①仅位于膜上，胞浆内不存在，如ATP酶，核苷酸代 谢酶类等； ②在膜和胞浆中同时存在，如葡萄糖代谢中的一些 酶和某些磷酸酶类。 Na＋~K＋转膜泵：
②又称旁路性胆红素来源于骨髓和肝脏
2.非结合胆红素：对中枢神经系统有特殊亲
和力， 能透过血脑屏障而引起黄疸，具有毒
性。
3.结合性胆红素：又称直接胆红素对神经系
统无毒性 ，无水溶性。黄疸是高胆红素血症
的临床表现，多见于肝脏、胆系和胰腺疾病。
如果红细胞死亡过多过快，胆红素的产量超
出了肝脏的处理能力，就沉积在血中，出现
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异常血红蛋白的理化特征和生物学 特性与正常血红蛋白相比均存在不同程 度的差异，异常血红蛋白的主要特点为： 溶解度下降；稳定性下降；氧携带能力 改变；合成减少等。
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2. 血红蛋白病 分类： ①异常血红蛋白病：珠蛋白链上氨基酸 顺序发生了改变 ②地中海贫血：珠蛋白链合成速率降低， 导致一部分珠蛋白链合成过多；一部分 珠蛋白链合成过少或者缺失。
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2,3~DPG
HHb
+O2
HbO2+CO2+2,3~DPG+h+
CO2
上式表明，H+、2，3－DPG或CO2 等物质浓 度的变化对Hb氧合作用有相同的影响, 其中任一
物质浓度的变化都将影响Hb的R型与T型之间的平
衡 从而改变Hb与O2的亲和力，反应式如下：
Hb(T型) +
2,3~DPG
Hb(+R型) O2
第十四章 红细胞代谢紊乱
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红细胞结构与功能概述 成熟红细胞的代谢 血红蛋白代谢紊乱 溶血机制 自由基与红细胞老化 红细胞代谢的异常检测
成熟红细胞是血液中的主要细胞， 约占全血的40％-45％,红细胞呈独特的 “双凹面圆盘” 形状, 不含有一般细胞 所具有的细胞器，如细胞质、内质网、 线粒体、高尔基体、核糖体等。红细胞 中的蛋白质约有95％是血红蛋白，由此 决定了红细胞具有独特的生物学功能和 代谢特征。
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1、血管外的红细胞降解：
吞噬老 化细胞
四吡
打开血红素环 咯链 除去铁和
形成胆绿蛋白
蛋白质
胆红素
Hb
AA
氨基 酸池
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2、血管内的红细胞降解：
触珠蛋
血浆游离Hb + 白/结合
珠蛋白
血红蛋白
触珠蛋白复合物 清除
血红素
尿（巧克力－棕色） +血红素结合蛋白 +清蛋白 清蛋白
肝细胞
血红素-结合蛋白 血红素复合物 （高铁清蛋白）
黄疸，称为溶血性黄疸。
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血 红 蛋 白 的 运 氧 机 制
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氧的运输 影响O2运输的因素
CO2的运输
肺PO2高
O2 Hb
CO2
组织 PCO2高
O2 CO2
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影响O2运输的主要因素有:pH值、PCO2、温 度、2,3~DPG 。其中，2,3~DPG可与去氧血
红蛋白特异结合 ，是调节血红蛋白与氧的亲
类
网织红细胞 和进行有氧氧化
成熟红细胞
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１．表面积与体积的比值较大. ２．细胞膜起着维持红细胞的特有形态的作用. ３．细胞质电子密度较高，含有大量的血红蛋白.
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人红细胞在成熟的过程中的代谢特点 返回
红 细 胞 膜 的 组 成
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膜脂质类 膜蛋白质 膜酶蛋白
膜糖
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磷脂酰胆碱（外层）
神经鞘磷脂（外层） １．磷脂
① NADPH GSSG GSH
② C3、C4、C5、C7磷酸糖
参与EMP代谢途径
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2,3~二磷酸甘油酸（2,3~DPG或BPG） 支路代谢途径又称(Leubering～Rappaport循 环,LRC),此过程没有ATP产生。 生理意义： ①作为能量的贮存库，在红细胞中虽然没有 糖原贮存，大量的2,3~DPG可以应急； ②参与血液氧的运输，可调节血红蛋白对氧 的运输，是血红蛋白氧亲和力的重要调节因 子。
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(三)铁和叶酸、维生素B12缺乏的血红蛋 白病
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第四节 溶血机制
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在正常状况下，Na+~K+泵将二个K+ 吸入 细胞内，同时排出三个Na+到细胞外液，由此 在红细胞的膜内外建立一个阳离子梯度,泵的 转运必须在膜上的Na+~K+~ATPase作用下, 依靠ATP的直接供能。
磷脂酰乙醇胺（内层） 磷脂酰丝氨酸（内层）
２．胆固醇 （外层） ３．游离脂肪酸 ４．糖脂 （外层）
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①主体蛋白(integral proteins)又称为内在 蛋白(intrinsic proteins),在脂质双层中， 占膜蛋白总量的70%~80%，当细胞膜经过水 抽提后，不会被溶解， ②外周蛋白(peripheral proteins)又称为非 主体蛋白或外源性蛋白,在细胞膜经过水抽提 后,就被溶解而从 RBC膜上分离出来。在细胞 膜脂质双层的胞浆面形成纤维状的网状支架, 以维持细胞膜和细胞形态的稳定，故外周蛋 白可称为骨架蛋白。
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血 红 蛋 白 的 生 物 合 成
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l. 血红素的生物合成 血红素也是其他一些蛋 白质，如肌红蛋白(myoglobln)、过氧化氢酶 (catalase，Cat)、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 从早幼红细胞开始，直到网织红细胞阶段仍可