红细胞RBC

一．基本结构与特点

哺乳动物的红细胞呈两面凹的圆饼状，较薄。周缘较厚，故在血涂片标本上染色较浅、周围较深。新鲜单个红细胞为黄绿色，大量红细胞使血液呈深红色。成熟的红细胞（哺乳动物）没有细胞核和线粒体，富含血红蛋白。依靠葡萄糖合成能量，直径为6-8微米，厚度1.5-2.5微米。正常体积约为90μm3，表面积140μm2，而相同体积的球形细胞表面积仅为100μm2.

圆饼状的意义：体积较小，表面积相对于体积的比值较大，氧气以及二氧化碳易于快速的扩散到细胞内外。并且赋予红细胞较高的变形性。

红细胞具有：1.渗透脆性，将机体红细胞置于等渗（等张，由不能通过细胞膜的溶质浓度决定）溶液（哺乳动物：0.9%NaCl）中，它能保持正常的大小和形态。但如把红细胞置于高渗NaCl溶液中，水分将逸出胞外，红细胞将因失水而皱缩。相反，若将红细胞置于低渗NaCl溶液中，水分进入细胞，红细胞膨胀变成球形，可至膨胀而破裂，血红蛋白释放入溶液中，称为溶血（hemolysis）。

2.悬浮稳定性： 指红细胞在血浆中保持悬浮状态而不易下沉的特性。将与抗凝剂混匀的血液置于血沉管中，垂直静置，经一定时间后，红细胞由于比重大，将逐渐下沉，在单位时间内红细胞沉降的距离，称为红细胞沉降率（简称血沉）。以血沉的快慢作为红细胞悬浮稳定性的大小。可能的原因是红细胞表面带有负电荷之故，因为同性电荷相斥，红细胞不易聚集，从而呈现出较好的悬浮稳定性。如果血浆中带正电荷的蛋白质增加，其被红细胞吸附后，使之表面电荷量减少，这样就会促进红细胞的聚集和叠连。以及红细胞与血浆的摩擦力·（书）

3.易变形性：细胞质中的血红蛋白是晶体，且为液晶，因此红细胞的变形主要取决于细胞膜的力学性质。红细胞的尺寸约5-8um，毛细血管的直径只有2-3um，但红细胞能够通过毛细血管，就是因为红细胞易变形。 二．红细胞的发生

红细胞生成所需要的的重要物质：

1. 铁 进入血液的铁通过转铁蛋白（transferrin）结合被运进幼红细胞。衰老的红细胞

血红蛋白分解释放的铁可再次利用。

2. 叶酸和维生素B12是合成DNA重要的辅酶。叶酸在体内转化成四氢叶酸才可参与

DNA合成，该过程有维生素B12参与。维生素B12缺乏可引起叶酸的不足。二者缺乏时可导致dTMP和dTTP生成障碍，DNA合成减少，幼红细胞增殖减慢。

红血细胞是由大骨中的红骨髓中的造血干细胞持续制造，产率为每秒两百万个（在胚胎中，肝脏是主要的红血细胞生产地）。促红细胞生成素（一种荷尔蒙，主要由肾脏产生，在肝脏中亦可生成小量）可以促进红血细胞生成；其经常在体育比赛中被用作兴奋剂。在离开骨髓前后，初生的红血细胞被称为网织红细胞（reticulocyte），约占循环红血细胞数量的1％。红血细胞由干细胞到网织红细胞，再到成熟的红血细胞，需要约7天；此后，还能够存活约120天。衰老的红血细胞被脾脏、肝脏等处的巨噬细胞吞噬并破坏，残余物质被释放到血液中。组成血红蛋白的血红素则最终被分解为胆红素（bilirubin）。

三．主要功能

运输氧气和二氧化碳。

二氧化碳的运输：血液中二氧化碳主要以碳酸氢盐和氨基甲酰血红蛋白的形式存在，分别占全身血液二氧化碳的88%和7%（其余为物理溶解）。红细胞内有丰富的碳酸酐酶（其抑制剂为乙酰唑胺，acetazolamide），在其催化下迅速二氧化碳与水反应生成碳酸，然后解离为碳酸氢根离子和氢离子。在红细胞参与下，血液运送二氧化碳能力提高十八倍（溶解度增加）。

碳酸酐酶（1）CO2H2OH2CO3€HCO3H在红细胞中一小部分的CO2与水结

合生成H2CO3，H2CO3又解离成碳酸氢根和氢离子，碳酸氢根主要与钾离子结合生成碳酸氢钾，氢离子主要与Hb结合被缓冲。

在组织HHbNHCOOHO2 （2）HbNH2O2HCO2在肺这一反应无需酶催化，迅速可逆，方向取决于PCO2，调节这一反应的主要因素是氧合作用，即Hb与O2的结合。去氧Hb与CO2结合形成HHbNHCOOH的能力比HbO2强。在组织，部分HbO2解离释放出O2，变成去氧Hb，与CO2结合形成HHbNHCOOH，而且去氧Hb的酸性比HbO2弱，更易于与H结合，促进反应向右进行，缓冲pH变化。

氧气运输：

O2与Hb的结合是可逆的，反应迅速不需酶催化，其反应方向取决于氧分压Po2。血液流经Po2高的肺部，Hb与氧气结合生成氧合Hb；血液流经Po2低的组织时，氧合Hb迅速解离，

释放O2。

Hb有两种构型，去氧Hb为紧密型（T），氧合Hb为疏松性（R）。R型对氧气亲和力高，大约为T型的500倍。在氧气与Hb结合或解离的过程中，构型会因为变构效应而改变。当氧气与Hb中的Fe2+结合后，Hb分子中的盐键逐步断裂，其分子构性逐步由T型转变为R型，与氧气的亲和力逐渐增加。在释放过程中相反，这一特点决定了Hb氧解离曲线为S型。

o2HbO2HbO2 Po低2P高

三．红细胞的代谢

成熟红细胞无线粒体，而且红血细胞表面也没有胰岛素受体，因此其糖摄入不能被胰岛素所，红细胞从血浆摄取葡萄糖，通过糖酵解产生ATP，，维持细胞膜上钠钾泵，维持红细胞内外钠钾离子分布（低钠），细胞容积和双凹圆碟状的形态。由于缺少细胞核和细胞器，因此红血细胞不能生产结构蛋白、修复蛋白或酶，使得其只有有限的寿命。 （1）糖直接酵解途径（EMP）：

红细胞从葡萄糖获得能量主要依靠这一代谢途径。约90%～95％的葡萄糖在十余种酶的作用下完成其酵解过程。葡萄糖通过一系列的磷酸化过程，直接进行酵解，最后变成乳酸或丙酮酸，弥散出红细胞，运送至其他组织氧化。葡萄糖在糖直接酵解过程中主要生成三磷

酸腺苷(ATP)、还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADPH）、2，3二磷酸甘油酸（2，3DPG）(可以调节血红蛋白与氧气的亲和力，成反比)。红细胞的糖酵解对pH很敏感。当pH适当较高时，酵解加速；在pH7.0以下时，酵解几乎完全停止。

（2）磷酸己糖旁路（HMP），磷酸戊糖途径：

磷酸己糖旁路是葡萄糖直接氧化的代谢过程。葡糖六磷酸脱氢酶(G6PD)是这一过程中关键性的酶。进入这一代谢途径的葡萄糖与烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+）量的多少有关。在正常情况下，红细胞内葡萄糖只有5%～10％通过此途径而代谢。在此过程中，六磷酸葡萄糖被氧化，最终产物

为CO2，NA-DP+被还原成还原型NADP（NADPH）。中间产物磷酸戍糖经过一系列的变化，最后形成三磷酸甘油醛（一种丙糖）和六磷酸果糖（一种己糖），此两物在EMP中也是正常的中间产物，所以在代谢过程中可以联合。在HMP的代谢过程中并不产生高能的物质，红细胞只从此代谢中获得小部分能量。它的主要功效是使NADP+还原成NADPH。人类红细胞内的NADPH主要来自HMP代谢。每 1个分子量葡萄糖能产生2个分子量NADPH。当NADPH氧化加速时，通过此旁路代谢的葡萄糖也增多。 NADPH最重要的功能是使氧化型谷胱甘肽(GSSG)还原成还原型谷胱甘肽(GSH)。NADPH+H+用于保持谷胱甘肽的还原状态。作为谷胱甘肽还原酶的辅酶， 2分子GSH可以脱氢氧化成为GSSG，而后者可在谷胱甘肽还原酶的作用下，被NADPH+H+重新还原为GSH。还原型谷胱甘肽是体内重要的抗氧化剂，可保护一些含-SH的蛋白质或酶免受氧化剂的损害。红细胞中的还原型谷胱甘肽的作用尤为重要，它可以保护红细胞膜蛋白的完整性，能防止与此有关的溶血性贫血，并且维持血红素中的Fe2+。在正常情况下99.8％为GSH，仅0.2％为GSSG。

细胞色素b5还原酶Cytochrome b5 reductase，或称为高铁血红蛋白还原酶是一种将高铁血红蛋白转变为血红蛋白的NADH依赖性酶，其中包含有黄素腺嘌呤二核苷酸并催化如下反应：

NADH + H+ + 2 高铁细胞色素b5 = NAD+ + 2 亚铁细胞色素b5

四．红细胞中的离子平衡 （1）Na+、K+离子浓度

红细胞通过细胞内Na+、K+的浓度而维持其容积及水的含量。血浆中的Na+浓度比红细胞内的Na+浓度高约12倍，血浆中Na+可通过被动过程透入红细胞。在正常情况下，小量阳离子的透入可因主动的阳离子泵排出Na+（每小时3mEq/L红细胞）和输入K+（每小时2 mEq/L红细胞）而维持正常的平衡。这些阳离子泵的活动需要三磷酸腺苷（ATP）供给能量，而此能量的供应有赖于膜的Na-K-ATP酶。细胞内Na+的增多或K+的减少都能激活Na-K-ATP酶。只要少量的泵（估计每个红细胞约200个）即足以维持细胞内高K+（100mEq/L红细胞）和低Na+（10mEq/L红细胞）的浓度。如果阳离子无地透入红细胞，则阳离子泵的代偿能力是有限的；如果超过了它的代偿限度，红细胞的容积便发生改变。Na+的透入多于K+的排出，使红细胞肿胀；如果Na+的透入少于K+的排出，则红细胞缩小。

（2）Ca+、Mg+离子浓度

红细胞内Ca2+过多对细胞有损害作用。红细胞膜内的Ca2+-Mg2+-ATP 酶是一有效的钙泵，能将过多的Ca2+排出，维持细胞内Ca2+的正常浓度。在正常值情况下，红细胞内的Ca2+含量极微（48μM），细胞外的浓度（10～15mM）要高得多。如果Ca2+的透入超过钙泵的排出能力，细胞内的Ca2+将积聚过多，使膜变得僵硬，并使红细胞从两面凹圆盘形变成有刺的红细胞。缺乏ATP的红细胞，细胞内Ca2+能使细胞丧失K+和H2O（称Gardos效应）。结果，红细胞变成失水的皱缩细胞。这种细胞也丧失了变形性能，在脾窦内很容易被阻留而被吞噬、破坏。

五．红细胞表面蛋白质 （1）物质运输

离子运输：带3蛋白，碳酸氢根/氯离子 Na+-K+-ATP酶、Ca2+-Mg2+-ATP 酶

水的运输：水通道AQP-CHIP 葡萄糖转运：葡萄糖转运体GLUT （2）膜抗原

血型抗原：糖蛋白或糖脂，4种（ABCD），有负电荷（悬浮稳定性的作用） 老化抗原：SCA （3）膜骨架

血影蛋白（收缩蛋白），膜骨架主要成分，长可伸缩 肌动蛋白（带5），结合血影蛋白

锚定蛋白：又称带2.1蛋白，是一种比较大的细胞内连接蛋白，锚蛋白一方面与血影蛋白相连，另一方面与跨膜的带3蛋白的细胞质结构域部分相连，因此，锚蛋白借助带3蛋白将血影蛋白连接到细胞质膜上，也就将骨架固定到质膜上.

带4.1蛋白：是由两个亚基组成的球形蛋白，它在膜骨架中的作用是通过与血影蛋白结合，促使血影蛋白与肌动蛋白结合。

内收蛋白：是由两个亚基组成的二聚体，每个红细胞有30000个分子。其形态为不规则的盘状物，高5.4nm，直径12.4nm。内收蛋白可与肌动蛋白及血影蛋白的复合体结合，并且通过Ca2+和钙调蛋白的作用影响股价蛋白的稳定性，从而影响红细胞的形态。

六．红细胞中重要物质及其性质 1.血红蛋白：血红素和珠蛋白

血红素：四个吡咯环构成原卟啉IX，一个二价铁离子。亚铁离子可形成6个配位键，其中四个与原卟啉环的4个N原子相连，剩下两个配位键垂直于卟啉环，可在卟啉环两侧继续结合。一个与近位的His93残基侧链氮原子相连，第六个位置能与氧可逆结合。配位键结合的氮原子具有电子供体的性质，可以防止二价铁被氧化为三价铁。临近氧的结合处有一个组氨酸残基His，它能与结合于血红素的氧相互作用形成氢键。

3.

谷胱甘肽（glutathione，GSH）

由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸结合，含有巯基的的三肽，具有抗氧化作用和整合解毒作用。半胱氨酸上的巯基为谷胱甘肽活性基团（故谷胱甘肽常简写为G-SH）

谷胱甘肽有还原型（G-SH）和氧化型（G-S-S-G）两种形式，在生理条件下以还原型谷胱甘肽占绝大多数。谷胱甘肽还原酶催化两型间的互变。该酶的辅酶为磷酸戊糖旁路代谢提供的NADPH。当细胞内生成少量H2O2时，GSH在谷胱甘肽过氧化物酶的作用下，把H2O2还原成H2O，其自身被氧化为GSSG，GSSG由存在于肝脏和红细胞中的谷胱甘肽还原

酶作用下，接受H还原成GSH，使体内自由基的清除反应能够持续进行。

4. 谷胱甘肽过氧化物酶

机体内广泛存在的一种重要的过氧化物分解酶。硒是GSH-Px酶系的组成成分，它能催化GSH变为GSSG，使有毒的过氧化物还原成无毒的羟基化合物，同时促进H2O2的分解，从而保护细胞膜的结构及功能不受过氧化物的干扰及损害。GSH-Px的活性中心是硒半胱氨酸，其活力大小可以反映机体硒水平。

5. 乙酰胆碱酯酶

乙酰胆碱酯酶简称AchE，具有羧肽酶和氨肽酶的活性。乙酰胆碱酯酶参与细胞的发育和成熟，能促进神经元发育和神经再生。活性高,选择性水解Ach的必需酶，能使乙酰胆碱（ACh）水解成胆碱和乙酸。

6. NADPH

NADPH 是一种辅酶，叫还原型辅酶Ⅱ，学名还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸。

NADPH通常作为生物合成的还原剂，并不能直接进入呼吸链接受氧化。只是在特殊的酶的作用下，NADPH上的H被转移到NAD+上，然后以NADH的形式进入呼吸链。磷酸戊糖途径产生60%的NADPH。

7. G6PD

G6PD是一种存在于人体红血球内，协助葡萄糖进行新陈代谢之酵素，在这代谢过程中会产生NADPH的物质能以保护红血球免受氧化物质的威胁。G6PD缺乏使机体中不能通过磷酸戊糖途径得到充足的NADPH，则难使谷胱甘肽保持还原状态，此时红细胞尤其是老的红细胞容易破裂，引起溶血性贫血。

8. 胆红素bilirubin

胆红素是由两个次甲基桥和一个亚甲基桥连接的链状四吡咯化合物，含有四个吡咯环，是血红素代谢的主要产物，有毒性。为红褐色的色素体，不溶于水，难溶于醇、醚、易溶于碱。最大吸收为432纳米（碱中），540纳米（氯仿中）。

由血红素代谢直接生成的是胆红素的(4Z,15Z)-异构体。这个异构体在受波长为420－440nm的光照射下会异构化为一系列产物，包括 (4E,15E)-异构体、以及胆红素的(4Z,15E)-异构体、(4E,15Z)-异构体、光红素（Lumirubin）和一些光氧化产物等。这些产物不再具有由胆红素的分子内氢键而造成的刚性折叠型结构，因此比胆红素的脂溶性低，水溶性更强，很容易通过胆汁和尿液排泄。