4.血紅素的生成：胞液中生成的糞卟啉原Ⅲ再進(jìn)入線粒體中，在糞卟啉原氧化脫羧酶作用下，使2、4位的丙酸基(P)脫羧脫氫生成乙烯基(V)，生成原卟啉原IX。再經(jīng)原卟啉原IX氧化酶催化脫氫，使連接4個吡咯環(huán)的甲烯基氧化成甲炔基，生成原卟啉IX。最后在亞鐵螯合酶(ferrochelatase)催化下和Fe2＋結(jié)合生成血紅素。(圖10-18)。
A.乙酸基 P.丙酸基 M.甲基 V.乙烯基
圖10-18 血紅素的生物合成及其調(diào)節(jié)
血紅素生成后從線粒體轉(zhuǎn)入胞液，與珠蛋白結(jié)合而成為血紅蛋白。正常成人每天合成6克Hb，相當(dāng)于合成210mg血紅素。
(二)血紅素合成的調(diào)節(jié)
血紅素的合成受多種因素的調(diào)節(jié)，其中主要是調(diào)節(jié)ALA的生成。
1.ALA合成酶 血紅素合成酶系中，ALA合成酶是限速酶，其量最少。血紅素對此酶有反饋抑制作用。目前認(rèn)為，血紅素在體內(nèi)可與阻遏蛋白結(jié)合，形成有活性的阻遏蛋白，從而抑制ALA合成酶的合成。此外，血紅素還具有直接的負(fù)反饋調(diào)節(jié)ALA合成酶活性的作用。實(shí)驗(yàn)表明，血紅素濃度為5×10－6M時便可抑制ALA合成酶的合成，濃度為10-5～10-4M時則可抑制酶的活性。正常情況下血紅素生成后很快與珠蛋白結(jié)合，但當(dāng)血紅素合成過多時，則過多的血紅素被氧化為高鐵血紅素(hematin)，后者是ALA合成酶的強(qiáng)烈抑制劑，而且還能阻遏ALA合成酶的合成。
雄性激素——睪丸酮在肝臟5β-還原酶作用下可生成5β-氫睪丸酮，后者可誘導(dǎo)ALA合成酶的產(chǎn)生，從而促進(jìn)血紅素的生成。某些化合物也可誘導(dǎo)ALA合成酶，如巴比妥、灰黃霉素等藥物，能誘導(dǎo)ALA合成酶的合成。
2.ALA脫水酶與亞鐵螯合酶：ALA脫水酶和亞鐵螯合酶對重金屬敏感，如鉛中毒可抑制這些酶而使血紅素合成減少。
3.造血生長因子：目前已發(fā)現(xiàn)多種造血生長因子，如多系(multi)一集落刺激因子，中性粒細(xì)胞－巨噬細(xì)胞集落刺激因子（GM-CSF)、白細(xì)胞介素3(IL－3)，及促紅細(xì)胞生成素等。其中促紅細(xì)胞生成素(erythropoiefin,EPO)在紅細(xì)胞生長，分化中發(fā)揮關(guān)鍵作用。人EPO基因位于7號染色體長臂21區(qū)，由4個內(nèi)含子和5個外顯子組成。所編碼的多肽由193個氨基酸殘基組成。在分泌過程中經(jīng)水解去除信號肽，成為166個氨基酸的成熟肽。分子量為18398。EPO為一種糖蛋白，由多肽和糖基兩部分組成，總分子量為34000。糖基在Epo合成后分泌及生物活性方面均有重要作用。成人血清Epo主要由腎臟合成，胎兒和新生兒主要由肝臟合成。當(dāng)循環(huán)血液中紅細(xì)胞容積減低或機(jī)體缺氧時，腎分泌Epo增加。Epo可促進(jìn)原始紅細(xì)胞的增殖和分化、加速有核紅細(xì)胞的成熟，并促進(jìn)ALA合成酶生成，從而促進(jìn)血紅素的生成。
此外鐵對血紅素的合成有促進(jìn)作用。而血紅素又對珠蛋白的合成有促進(jìn)作用。
血紅素合成代謝異常而引起卟啉化合物或其前身體的堆積，稱為卟啉癥(porphyria)。先天性紅細(xì)胞生成性卟啉癥(congenital erythropoietic porphyria)是由于先天性缺乏尿卟啉原Ⅲ同合酶，而使線狀四吡咯向尿卟啉原Ⅲ的轉(zhuǎn)變受阻，致使尿卟啉原Ⅰ生成增多。病人尿中有大量尿卟啉Ⅰ和糞卟啉Ⅰ出現(xiàn)。
二、成熟紅細(xì)胞的代謝特點(diǎn)
成熟紅細(xì)胞不僅無細(xì)胞核，而且也無線粒體、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)，對維持成熟紅細(xì)胞在循環(huán)中約120的生命過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)胞因吸入過多水分而膨大成球狀甚至破裂。同時由于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。
