(一)能量代謝
成熟紅細(xì)胞的主要能源是血漿葡萄糖。紅細(xì)胞內(nèi)不含糖原,所以必須不斷地自血漿中攝取葡萄糖。葡萄糖為親水性物質(zhì),不能透過疏水的脂質(zhì)雙層,需通過協(xié)助擴(kuò)散方式被吸收到紅細(xì)胞內(nèi)。葡萄糖進(jìn)入紅細(xì)胞后變成6-磷酸葡萄糖,其中約有90%~95%經(jīng)糖酵解途徑被利用,約5%~10%通過磷酸戊糖旁路。
成熟紅細(xì)胞沒有線粒體,糖酵解是其獲得能量的基本過程。1摩爾葡萄糖通過酵解可獲得2摩爾的ATP。紅細(xì)胞攜帶O2,自身不消耗O2,其內(nèi)電解質(zhì)以鉀最多、鈉含量較少,與血漿的鉀鈉含量相反。所以,紅細(xì)胞產(chǎn)生的ATP主要用于維持紅細(xì)胞膜“鈉泵”的正常功能,以保證紅細(xì)胞的離子平衡。如果紅細(xì)胞糖酵解過程中的某些酶活性下降或任何一個(gè)發(fā)生缺陷,都可引起糖酵解紊亂,ATP產(chǎn)量減少,從而使紅細(xì)胞膜內(nèi)外離子平衡失調(diào),Na+進(jìn)入紅細(xì)胞內(nèi)多于K+排出,紅細(xì)胞膨大成球形甚至破裂。ATP還被用于維持紅細(xì)胞膜的正常結(jié)構(gòu)和功能。實(shí)驗(yàn)證明,缺乏ATP的紅細(xì)胞膜的可塑性下降,硬度增加、易被脾臟破壞。少量ATP還用于合成脫氫輔酶。
(二)2,3-二磷酸甘油酸支路
紅細(xì)胞中,2,3-二磷酸甘油酸(2,3-DPG)的重要作用是調(diào)節(jié)血紅蛋白的帶O2功能。
成熟紅細(xì)胞糖酵解與其他細(xì)胞不同之處是2,3-DPG的生成。糖酵解中間產(chǎn)物中以2,3-DPG的含量最多(動(dòng)靜脈血中:2,3-DPG的含量是3-磷酸甘油酸的177倍和239倍)。這是因?yàn)榧t細(xì)胞中存在二磷酸甘油酸(DPG)變位酶和2,3-DPG磷酸酶。這兩種酶催化的反應(yīng)是不可逆的。2,3-DPG生產(chǎn)支路如圖。
在正常情況下,2,3-二磷酸甘油酸對DPG變位酶的負(fù)反饋?zhàn)饔么笥趯?/font>3-磷酸甘油酸激酶的抑制作用,所以紅細(xì)胞中葡萄糖實(shí)際上仍是主要經(jīng)糖酵解生成乳酸。由于2,3-DPG磷酸酶活性較低,致使2,3-DPG生成大于分解,使紅細(xì)胞中2,3-DPG的含量較高。
紅細(xì)胞中的2,3-DPG與血紅蛋白結(jié)合,使血紅蛋白的空間構(gòu)象穩(wěn)定,降低血紅蛋白對O2的親合力,促使O2和血紅蛋白解離。尤其當(dāng)血液通過組織時(shí),紅細(xì)胞中2,3-DPG的存在就能顯著增加O2的釋放以供組織需要。另外,有肺部換氣障礙的嚴(yán)重阻寒性氣腫的病人和正常人在短時(shí)間內(nèi)由海平面上升至高海拔處或高空時(shí),可通過紅細(xì)胞中2,3-DPG濃度的改變來調(diào)節(jié)組織獲O2量。
?。ㄈ┭趸€原系統(tǒng)
紅細(xì)胞中存在著一系列還原系統(tǒng),以保持紅細(xì)胞的正常功能。
1.谷胱甘肽代謝 人的紅細(xì)胞中含谷胱甘肽量甚多(70mg/100ml紅細(xì)胞),幾乎全部是還原型(GSH)。谷胱甘肽可以在紅細(xì)胞內(nèi)合成。其合成過程為:谷氨酸與半胱氨酸在ATP和r-谷氨酰半胱氨酸合成酶的參與下縮合成二肽r-谷氨酰半胱氨酸,后者與甘氨酸在ATP和谷胱甘肽合成酶的參與下縮合成谷胱甘肽。
谷胱甘肽的生理作用主要是防止氧化劑(如H2O2)對巰基的破壞作用,保護(hù)細(xì)胞膜中含巰基(-SH)的蛋白質(zhì)和酶不被氧化,維持其生物活性。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)生成少量的H2O2時(shí),GSH在谷胱甘肽過氧化酶的作用下將其還原成水,而自身氧化為氧化型谷胱甘肽(GSSG)。后者又在谷胱甘肽還原酶的作用下,從NADPH接受氫而重新被還原為GSH。反應(yīng)中的NADPH來源于葡萄糖的磷酸戊糖途徑。
2.高鐵血紅蛋白的還原 由于各種氧化作用,紅細(xì)胞內(nèi)經(jīng)常有少量的高鐵血紅蛋白(MHb)產(chǎn)生。但因正常紅細(xì)胞內(nèi)有NADH-高鐵血紅蛋白還原酶系統(tǒng),所以正常紅細(xì)胞內(nèi)MHb只占Hb總量的1%左右。紅細(xì)胞內(nèi)催化MHb還原的酶,主要是NADH脫氫酶。
正常紅細(xì)胞中糖酵解產(chǎn)生的NADH,主要用于還原丙酮為乳酸。NADH主要來自于紅細(xì)胞中的糖醛酸循環(huán)途徑,該途徑如圖。
紅細(xì)胞通過上述幾種代謝途徑而保持了自身結(jié)構(gòu)的完整性和功能。
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