钙磷代谢_生物化学与分子生物学优质PPT.ppt
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,钙磷代谢概貌,一、血钙和血磷,血钙血浆中所含的钙,正常成人血钙为2.45mmol/L。
分为:
可扩散钙(diffusiblecalcium)非扩散钙(nondiffusiblecalcium)。
非扩散钙:
指与血浆蛋白(主要为白蛋白)结合的钙。
不易透过毛细血管壁。
可扩散钙:
主要为游离ca2及少量与柠檬酸或其它酸结合的可溶性钙盐。
血浆中发挥生理作用的主要为游离ca2,而血浆中ca2一蛋白结合钙和小分子游离钙之间呈动态平衡关系。
此平衡受血浆ph影响:
血液偏酸时游离ca2浓度血液偏碱时蛋白结合钙游离ca2浓度,血磷血浆中的磷以无机磷盐的形式存在,正常人血磷的浓度为1.2mmol/L。
血磷不如血钙稳定,可受生理因素影响而变动,如糖代谢增强时,血中无机磷进入细胞,使无机磷下降。
血浆中钙、磷浓度关系(cap)=3040mg/dl,当cap40,则钙和磷以骨盐形式沉积于骨组织;
若(cap)35则妨碍骨的钙化,甚至可使骨盐溶解,影响成骨作用。
二、钙、磷的吸收与排泄,
(一)钙、磷的吸收体内钙和磷均由食物供给。
正常成人每日摄取钙约0.5-1克、磷约0.8克。
儿童及妊娠、哺乳期妇女1.0-1.5克.,钙的吸收游离ca2被肠道吸收ph值空肠回肠。
吸收机理:
跨膜转运、细胞内转运、主动吸收、被动扩散、易化转运。
钙结合蛋白(calniumbindingprotein):
与ca2,有较强亲和力,可促进钙的吸收。
磷的吸收肠道主要吸收无机磷,有机含磷物则经水解释放出无机磷而被吸收。
吸收部位:
遍及小肠,以空肠吸收率最高。
(二)钙和磷的排泄,钙主要有两条途径肾排出(约20%):
肾小球每日滤出钙约10g,95%以上被肾小管重吸收,0.5-5%随尿排出。
粪便排出(约20%)。
磷主要有两条途径,肾脏排泄:
以肾脏排泄为主。
尿磷排出量占总排出量的60%-80%。
尿磷排出量取决于肾小球滤过率和肾小管重吸收功能,并随肠道摄入量的变化而变化。
肠道排出:
占总排出量的20%-40%,三、钙、磷的生理作用,
(一)钙的生理作用1.第二信使的作用受体+激素(因子)磷脂酶CPIP2IP3+DAG内质网释放Ca2+(第二信使),2.成骨作用,骨是一种特殊的结缔组织,不仅作为人体的支架组织,而且是人体中钙、磷的最大储库。
(1)骨的组成,骨由无机盐又称骨盐(bonysalts)、有机基质和骨细胞等组成。
骨盐增加骨的硬度,基质决定骨的形状及韧性,骨细胞在代谢中起主导作用。
骨盐:
占骨干重的6570%主要成分为磷酸钙(占84%),其它还有碳酸钙、柠檬酸钙、磷酸镁、磷酸氢钠等骨盐约有60%以结晶的羟磷灰石形式存在,其余40%为无定形的磷酸氢钙。
羟磷灰石Ca10(PO4)6(OH)2是微细的结晶,亦称骨晶(bonecrystal)。
每克骨盐含有约1016个结晶,总的表面积可达100m2,体液中其他离子如Ca2、Mg2、Na、Cl、HCO3、柠檬酸根等可吸附在羟磷灰石的晶格之间。
骨基质:
胶原和非胶原化合物胶原约占90%以上。
非胶原蛋白中含量较多的是骨钙素(osteocalcin)和骨连接素(osteonectin)。
(2)成骨作用与钙化,骨的生长、修复或重建过程,称为成骨作用(osteogenesis)。
成骨细胞先合成胶原和糖白多糖等细胞间质成分,形成所谓“骨样质”(osteoid),继后骨盐沉积于骨样质中,此过程称为钙化(calcification)。
成骨过程,,骨的钙化:
是一个复杂的过程:
磷酸钙盐沉积于胶原纤维表面,然后随钙沉积增加转变为羟磷灰石的结晶。
骨基质中的骨连接素可促进羟磷灰石结晶的形成。
碱性磷酸酶水解磷酸酯类,包括能抑制骨钙化的焦磷酸盐,使局部磷酸盐浓度增加,有利于成骨作用。
(3)溶骨作用与脱钙,骨在不断的新旧更替之中,原有旧骨的溶解和消失称为骨的吸收(boneresorption)或溶骨作用(osteolysis)。
溶骨作用包括基质的水解和骨盐的溶解,后者又称为脱钙(decalcification)。
溶骨作用主要由破骨细胞引起。
破骨细胞的作用通过细胞内溶酶体释放出多种水解酶类:
如胶原酶可水解胶原纤维,糖苷酶水解氨基多糖。
通过糖元分解代谢产生大量乳酸,丙酮酸等酸性物质扩散到溶骨区,使局部酸性增加,促使羟磷灰石从解聚的胶原中释出。
分解产物经胞饮作用进入破骨细胞,经溶酶体酶类作用最终将肽水解为氨基酸、羟磷灰石转变为可溶性钙盐。
正常成人,成骨与溶骨作用维持动态平衡,每年骨的更新率约1%-4%。
骨骼发育生长时期,成骨作用大于溶骨作用。
而老年人则骨的吸收明显大于骨的生成,骨质减少而易发生骨质疏松症(osteoporosis)。
骨盐在骨中沉积或释放,直接影响血钙、血磷水平,在平时骨中约有1%的骨盐与血中的钙经常进行交换维持平衡,因此血钙浓度与骨代谢密切相关。
(二)磷的生理作用,与钙共同构成骨盐参与成骨作用是核酸、磷酸、高能磷酸化合物及辅酶的重要组成成分,四、钙磷代谢的调节,体内钙、磷代谢的平衡主要由甲状旁腺素、1,25-(OH)2D3和降钙素来调节。
(一)甲状旁腺素(parathormone,PTH)甲状旁腺素是由甲状旁腺主细胞合成和分泌的一种单链多肽激素,成熟PTH含84个氨基酸残基,分子量约为9500。
是维持血钙恒定的主要激素。
PTH作用的靶器官是肾脏,骨骼和小肠。
PTH作用于靶细胞膜上腺苷酸环化酶系统,增加胞浆内cAMP及焦磷酸盐(ppi)的水平。
1.对骨的作用:
具有促进成骨和溶骨的双重作用。
PTH可刺激骨细胞分泌胰岛素样生长因子I,从而促进骨胶原和基质的合成,利于成骨作用。
另一方面PTH能使骨组织中破骨细胞的数量和活性增加,破骨细胞分泌各种水解酶,并且产生大量乳酸和柠檬酸等酸性物质,使骨基质及骨盐溶解,释放钙和磷到细胞外液。
但PTH只引起血钙升高;
2.对肾脏的作用,主要是增加肾远曲小管对ca2的重吸收,降低肾磷排泄阈并抑制肾小管对磷的重吸收。
最终使血钙升高,血磷降低。
(二)1,25-(OH)2D3,1,25-(OH)2D3是一种激素,由维生素D3在体内代谢生成,是维生素D3在体内的主要生理活性形式。
维生素D3及其前体在皮肤、肝、肾等经过一系列的酶促反应生成1,25-(OH)2D3,再经血液运输到小肠、骨及肾等靶器官发挥生理作用。
1,25-(OH)2D3的生理作用,对小肠的作用:
1,25-(OH)2D3能促进小肠对钙、磷的吸收,这是其最主要的生理功能。
1,25-(OH)2D3与小肠粘膜细胞内的特异胞浆受体结合,进入细胞核内,促进DNA转录生成mRNA,从而使钙结合蛋白(calciumbindingprotein,cabp和Ca2Mg2ATP酶)合成增高。
从而促进ca2的吸收转运。
对骨的作用:
1,25-(OH)2D3对骨亦有溶骨和成骨的双重作用。
1,25-(OH)2D3能刺激破骨细胞活性和加速破骨细胞的生成,从而促进溶骨作用。
另一方面,它增加小肠对钙、磷的吸收,提高血钙、血磷,又促进钙化。
同时,它还刺激成骨细胞分泌胶原等,促进骨的生成。
对肾的作用:
1,25-(OH)2D3可促进肾小管对钙、磷的重吸收。
但此作用较弱,处于次要地位。
1,25-(OH)2D3总的调节效果是使血钙、血磷增高。
(三)降钙素(calcitoninCT),降钙素是由甲状腺滤泡旁细胞(又称c细胞)所分泌的一种单链多肽类激素,由32个氨基酸组成,分子量为3500。
CT作用的靶器官也主要为骨和肾,其作用与PTH相反,其作用是抑制破骨作用,抑制钙、磷的重吸收,降低血钙和血磷。
目前已发现在骨、肾、肠粘膜、精子等细胞上有CT受体,CT与受体结合激活腺苷酸环化酶,通过camp发挥生物效应。
CT直接抑制破骨细胞的生成,又可加速破骨细胞转化为成骨细胞,因而增强成骨作用,抑制骨盐溶解、降低血钙、血磷浓度。
CT直接抑制肾小管对钙、磷离子的重吸收,从而使尿磷,尿钙排出增多,同时还可通过抑制肾1羟化酶而减少1,25-(OH)2D3的生成而间接抑制肠道对钙、磷的吸收率,结果使血浆钙、磷水平下降。
三种激素对钙、磷代谢的调节,思考题:
1.什么是钙化、脱钙?
2.什么是成骨作用、溶骨作用?
3.简述钙磷代谢的调节机理?
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