生物化學(xué)與分子生物學(xué)/成熟紅細(xì)胞的代謝特點(diǎn)

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成熟[[紅細(xì)胞]]不僅無(wú)細(xì)[[胞核]]，而且也無(wú)線(xiàn)粒體、[[核蛋白體]]等[[細(xì)胞器]]，不能進(jìn)行[[核酸]]和[[蛋白質(zhì)]]的[[生物合成]]，也不能進(jìn)行有氧氧化，不能利用脂肪酸。[[血糖]]是其唯一的能源。紅細(xì)胞攝取[[葡萄糖]]屬于[[易化擴(kuò)散]]，不依賴(lài)[[胰島素]]。成熟紅細(xì)胞保留的[[代謝]]通路主要是葡萄糖的酵解和[[磷酸]][[戊糖]]通路以及2.3一二[[磷酸甘油酸]]支路(2，3-biphosphoglycerate，2.3桞[[PG]])。通過(guò)這些代謝提供能量和[[還原力]](NADH，NADPH)以及一些重要的[[代謝物]](2，3桞PG)，對(duì)維持成熟紅細(xì)胞在循環(huán)中約120的生命過(guò)程及正常[[生理]]功能均有重要作用。

===(一)[[糖酵解]]===

循環(huán)[[血液]]中的紅細(xì)胞每天消耗約30g葡萄糖，其中90～95%經(jīng)糖酵解被利用。一分子葡萄糖經(jīng)酵解可產(chǎn)生2分子[[ATP]]。紅細(xì)胞中生成的ATP主要用于維持[[紅細(xì)胞膜]]上的離子泵([[鈉泵]]、鈣泵)，以保持紅細(xì)胞的離子平衡；維持[[細(xì)胞膜]]可塑性；[[谷胱甘肽]]合成及[[核苷酸]]的補(bǔ)救合成等。缺乏ATP則紅細(xì)胞膜內(nèi)外離子平衡失調(diào)，紅細(xì)胞內(nèi)[[Na]]＋進(jìn)入多于K＋排出、[[Ca]]＋＋進(jìn)入增多，紅細(xì)胞因吸入過(guò)多水分而膨大成球狀甚至破裂。同時(shí)由于ATP缺乏，可使紅細(xì)胞膜可塑性下降，硬度增高，易被[[脾臟]]破壞，造成[[溶血]]。

紅細(xì)胞[[無(wú)氧酵解]]中生成的NADH＋H＋是[[高鐵血紅蛋白還原酶]]的輔助因子，此酶[[催化]][[高鐵血紅蛋白]]還原為有載氧功能的[[血紅蛋白]]。

===(二)2，3-[[二磷酸甘油酸]](2，3-BPG)支路===

在糖無(wú)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[[變位酶]]催化下生成2，3-BPG，后者再經(jīng)2，3-BPG[[磷酸酶]]催化生成3磷酸甘油酸。經(jīng)此2，3-BPG的側(cè)支循環(huán)稱(chēng)2，3-BPG支路(圖10-19)。

{{圖片|gra9bkve.jpg|2，3-BPG支路}}

圖10-19　2，3-BPG支路

紅細(xì)胞中2，3-BPG磷酸酶活性遠(yuǎn)低于BPG變位酶，使2，3-BPG的生成大于分解，因而紅細(xì)胞中2，3-BPG的濃度處于[[有機(jī)磷]]酸酯的巔峰，較糖酵解其它中間產(chǎn)物的有機(jī)磷酸酯高出數(shù)＋甚至數(shù)百倍(表10-4)。

表10-4　紅細(xì)胞中各種糖酵解中間產(chǎn)物的濃度(微克[[分子]]/升紅細(xì)胞)

{| class="wikitable"
| 糖酵解中間產(chǎn)物
| [[動(dòng)脈血]]
| [[靜脈血]]
|-
| 6-[[磷酸葡萄糖]]
| 30.0
| 24.8
|-
| 6-[[磷酸果糖]]
| 9.3
| 3.3
|-
| 1，[[6二磷酸果糖]]
| 0.8
| 1.3
|-
| 磷酸丙糖
| 4.5
| 5.0
|-
| 3-磷酸甘油酸
| 19.2
| 16.5
|-
| 2-磷酸甘油酸
| 5.0
| 1.9
|-
| 磷酸烯醇式[[丙酮]]酸
| 10.8
| 6.6
|-
| 丙酮酸
| 87.5
| 143.2
|-
| 2，3-DPG
| 3400
| 4940
|}

2，3-BPG能特異地與[[去氧]]血紅蛋白(deoxy [[Hb]])結(jié)合，2，3-BPG進(jìn)入血紅蛋白α2β2四聚體中心空隙兩個(gè)β[[亞基]]之間，借其分子中所帶5個(gè)負(fù)電荷與兩個(gè)β亞基的帶正帶[[氨基酸殘基]]以[[鹽鍵]]及氫鍵結(jié)合，使兩個(gè)β亞基保持分開(kāi)的狀態(tài)，即促使血紅蛋白由緊密態(tài)向松馳態(tài)轉(zhuǎn)換，從而減低血紅蛋白對(duì)氧的親和力(圖10-20)。

{{圖片|gra9bedo.jpg|BPG與Hb的作用示意圖}}

圖10-20　BPG與Hb的作用示意圖

當(dāng)紅細(xì)胞內(nèi)2，3-BPG濃度升高時(shí)有利于HbO2放氧，而2，3-BPG濃度下降則有利于Hb與氧結(jié)合。BPG變位酶及2，3-BPG磷酸酶受pH值調(diào)節(jié)。在[[肺泡]][[毛細(xì)血管]]血液pH高，BPG變位酶受抑制而2，3-BPG磷酸酶活性強(qiáng)。使紅細(xì)胞內(nèi)2，3-BPG的濃度降低，有利于Hb與O2結(jié)合。

反之，在外周組織毛細(xì)血管中，血液pH下降，2，3-BPG的濃度升高，則利于HbO2放氧，借此調(diào)節(jié)氧的運(yùn)輸和利用，具有重要生理意義。但2，3-BPG的生成是以減少一個(gè)ATP的生成為代價(jià)的。

===(三)磷酸戊糖通路===

紅細(xì)胞內(nèi)利用葡萄糖的5～10%通過(guò)磷酸戊糖通路代謝，為紅細(xì)胞提供另一種還原力(NADPH)，NADPH在紅細(xì)胞[[氧化還原系]]統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，具有保護(hù)膜蛋白、血紅蛋白及[[酶蛋白]]的[[巰基]]不被氧化，還原高鐵血紅蛋白等多種功能。

1.[[GSH]]的主要生理功能是對(duì)[[抗氧化劑]]對(duì)巰基的氧化。細(xì)胞內(nèi)可自發(fā)生成少量超氧陰離子(O－2)，同時(shí)[[感染]]時(shí)的[[白細(xì)胞]]吞噬作用亦可產(chǎn)生O－2，可被[[超氧化物歧化酶]](superoxidedismufase [[SOD]])，催化生成[[過(guò)氧化氫]](H2O2)。

{{圖片|gra9bi0n.jpg|}}

而GSH在谷胱甘肽過(guò)氧化酶作用下將H2O2還原為H2O，GSH自身被氧化為氧化型谷胱甘肽(GSSG)。后者在[[谷胱甘肽還原酶]]催化下，由NADPH＋H＋供氫重新還原為GSH。(圖10-21)。

{{圖片|gra9bo21.jpg|谷胱甘肽的氧化與還原}}

圖10-21　谷胱甘肽的氧化與還原

催化NADPH生成的關(guān)鍵酶為葡萄糖-6-[[磷酸脫氫酶]]。此酶缺陷的病人一般情況下無(wú)癥狀，但有外界因素(如進(jìn)食某種[[蠶豆]])影響，即引起溶血。因吃蠶豆可誘導(dǎo)發(fā)病，故這種病又稱(chēng)[[蠶豆病]]。

2.高鐵血紅蛋白(methemoglobin MHb)的還原：由于各種[[氧化作用]]，紅細(xì)胞[[內(nèi)經(jīng)]]常有少量MHb產(chǎn)生，而由于紅細(xì)胞內(nèi)有一系列酶促及非酶促的MHb還原系統(tǒng)(表10?)，故[[正常紅細(xì)胞]]中MHb只占1-2%。

表10-5　紅細(xì)胞中MHb還原系統(tǒng)

{| class="wikitable"
| 還原系統(tǒng)
| 占總還原能力的百分比（%）
|-
| 酶促還原系統(tǒng)
|
|-
| NADH[[脫氫酶]]Ⅰ
| 61
|-
| NADH脫氫酶Ⅱ
| 5
|-
| NADH脫氫酶
| 6
|-
| 非酶促還原系統(tǒng)
|
|-
| [[抗壞血酸]]
| 16
|-
| 谷胱甘肽
| 12
|}

由表10-5可知，催化MHb還原的主要是NADH-脫氫酶，[[輔酶]]為NADH＋H＋。NADPH脫氫酶，(以NADPH＋H＋為輔酶)也參與MHb還作，但作用較小。除此之外，抗壞血酸和GSH可直接還原MHb，而氧化型抗壞血酸和GSSG的還原作用最終需NADPH＋H＋供氫。
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