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红细胞的无氧酵解

红细胞的无氧酵解活动受己糖磷酸(HK)和磷酸果糖激酶(PFK)的限制。PFK对pH敏感,pH稍高于生理范围,其活性即升高,并有F1、6P和丙糖磷酸(GP)堆积,此时甘油醛磷酸脱氢酶(GAPD)成了限制因素。无机磷只在GAPD处需要,并非无机磷有激活作用,而是由于它有去除PFK和PK的抑制作用。严重缺乏无机磷则可抑制GAPD的活性。

在1,3-DPG出现之后,就是红细胞酵解所特有的Luberring-Rapaport循环。1,3-DPG第一碳的磷酸键是高能键,与ADP耦联产生ATP是得能反应。在变位酶的作用下,1,3-DPG变为2,3-DPG,高能键消失,是失能反应。因此存在着PGK与二磷酸甘油酸变位酶(DPGM)对1,3-DPG的竞争。2,3-DPG的浓度直接与红细胞的放氧能力有关。它对pH敏感,低pH抑制DPGM,同时激活磷酸酶。使2,3-DPG的浓度下降。

在GAPD的作用下,NAD+与GA3P耦联并被还原为还原型辅酶Ⅰ(NADH)。而后NADH由与丙酮酸耦联重新变为NAD+和乳酸,使无氧酵解活动得以继续进行。NADH还可与高铁血红蛋白(MetHb)耦联,把Fe3+还原为Fe2+以维持红细胞的带氧功能。可以看出,在血流中如出现大量MetHb将丙酮酸变成乳酸,提高丙酮酸与乳酸的比例可以保证NAD+的浓度,有利于酵解活动。当酵解速度太快,NAD+不能及时供应时,GAPD有可能成为限制性因素。

PK是控制性酶,可能受FKP的变构激活。无机磷可消除ATP的抑制,从而激活PK。Brever (1969)曾观察到遗传性PK增加的患者的ATP水平高,DPG水平低;而PK减少时则相反,遂提出PK 对ATP和DPG有相反作用的论据。

影响红细胞酵解作用的因素很多,有的是激活性的,有的是抑制性的。金属离子如Mg2+、K+是许多激酶的激活剂,pH是控制酵解的强有力的因素,ATP是F6P的底物又是变构抑制剂,代谢产物也可成为催化该反应的酶抑制剂即所谓反馈抑制,如2,3-DPG对DPGM等。

MetHb在正常情况下与NADH系统耦联变成Hb,受心肌黄酶的催化,心肌黄酶分Ⅰ、Ⅱ两型,Ⅰ型属黄素酶,还原能力为90%,Ⅱ型不属黄素酶,还原能力占10%。

MetHb也与还原型辅酶Ⅱ(NADPH)系统耦联,但在外加电子载体才起作用。其他非酶系统如GSH和维生素C等虽也有作用,但作用很小。

在高铁血红蛋白中,铁原子处于高旋转三价铁状态。它有5个不成对的电子,其与氧的结合是不可逆的。铁原子的第6协调位置本用于结合氧,现被水或其他阴离子配体如氯等所占据。MetHb中铁原子的这些改变将反应在吸收光谱上,但它还不是Hb分子的激烈变化,在一定条件下则是可逆的。

成熟红细胞糖酵解与其他细胞不同之处是2,3-DPG的生成。红细胞中含有大量的2,3-DPG,浓度可达4~5mmol/L,比糖酵解中间物的其他有机磷酸酯高出数百倍甚至千倍以上,而一般细胞中2,3-DPG的含量则甚微。

红细胞中各种糖酵解中间产物的浓度(μmol/L红细胞)

红细胞中各种糖酵解中间产物的浓度(μmol/L红细胞)

因为红细胞中存在两种特殊的酶类,即二磷酸甘油酸变位酶和2,3-DPG磷酸酶,这两种酶所催化的反应是不可逆的,2,3-DPG生成支路为:在通常的糖酵解生成的中间产物1,3-二磷酸甘油酸,有15%~50%在DPG变位酶的催化下转变为2,3-DPG,后者再在2,3-DPG磷酸酶催化下水解为3-磷酸甘油酸而进一步酵解成乳酸。这种经2,3-DPG的侧支循环,称为2,3-DPG支路。

在正常情况下,2,3-DPG对DPG变位酶的负反馈作用大于3-磷酸甘油酸激酶的抑制作用,所以红细胞中葡萄糖实际上仍是主要经糖酵解生成乳酸。只是由于2,3-DPG磷酸酶活性较低,致使2,3-DPG生成大于分解,才使红细胞中2,3-DPG的含量较高。

红细胞中的2,3-DPG除与其他细胞一样可作为磷酸甘油酸变位酶的辅酶外,还是红细胞内的能量贮存库。红细胞在体外与葡萄糖保温时,随着介质中葡萄糖的不断消耗,2,3-DPG可逐渐取代葡萄糖而成为红细胞的能源。每分子2,3-DPG经3-磷酸甘油酸循酵解途径代谢,可在丙酮酸激酶阶段由1分子ADP合成1分子的ATP。但是,2,3-DPG更主要的生理功能是调节血红蛋白的带氧能力。红细胞中2,3-DPG与血红蛋白的结合,稳定了血红蛋白的空间构象,这样就降低了血红蛋白对氧的亲和力,使氧解离曲线右移。

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