1、1,第四章 眼的生化,2,新課導(dǎo)入,眼是機(jī)體最重要的感覺器官之一,每一生理功能的發(fā)生與完成元不蘊(yùn)涵著復(fù)雜的生物化學(xué)變化。作為普通生物化學(xué)的一個(gè)分支,眼生物化學(xué)的內(nèi)容主要在于闡述眼部物質(zhì)組成及代謝異常與眼病發(fā)生發(fā)展之間的密切關(guān)系,如角膜蒙古多糖代謝異?？蓪?dǎo)致角膜營養(yǎng)不良,糖尿病患者醒糖還原酶活性增高可導(dǎo)致糖性白內(nèi)障等。,3,第二節(jié) 角 膜,角膜的化學(xué)成分 水：7282 蛋白質(zhì)：18%-20% 膠原 15 其他 5 粘多糖：4% 硫酸角質(zhì)素 軟骨素 硫酸軟骨素A 酶：磷酸脂酶、淀粉酶、三磷酸腺苷酶等 無機(jī)鹽 其他,4,二、角膜的營養(yǎng)和代謝,糖代謝 維生素A代謝,5,角膜的營養(yǎng),角膜的葡萄糖來自于房

2、水、角膜緣血管網(wǎng)和淚膜。角膜的葡萄糖可以糖原形式儲(chǔ)存。 角膜的氧氣來自于淚膜、房水、角膜緣血管網(wǎng)和結(jié)膜毛細(xì)血管。,6,1、角膜的糖代謝,無氧酵解：8588 生成乳酸和丙酮酸。 1mol 葡萄糖產(chǎn)生2mol ATP。 缺氧時(shí)，乳酸堆積，造成角膜水腫。 有氧氧化：1215 經(jīng)Krebe循環(huán)產(chǎn)生二氧化碳和水。 1mol 葡萄糖產(chǎn)生36mol ATP。 是角膜供能的主要途經(jīng)。 主要發(fā)生在角膜上皮和內(nèi)皮層。,7,1、角膜的糖代謝,磷酸己糖旁路： 主要在上皮層。 生成磷酸核糖（合成核酸）和NADPH（合成脂類）。 多元醇途經(jīng)： 生成山梨醇和果糖。,8,2、角膜的維生素A代謝,維生素A來源于食物。 與視黃醇

3、結(jié)合蛋白結(jié)合后再與血漿前白蛋白結(jié)合，轉(zhuǎn)運(yùn)至角膜組織。 作用（1）參與角膜糖蛋白的合成、基質(zhì)DNA的合成 （2）維持結(jié)角膜上皮細(xì)胞的分化和完整性 （3）促進(jìn)角膜內(nèi)皮EGF受體，創(chuàng)傷修復(fù),9,角膜軟化癥,10,3、維生素C和谷光苷肽代謝,維生素C的作用： 防止光氧化損傷 參與膠原合成 谷光苷肽的作用： 維持角膜內(nèi)皮正常功能,11,三、角膜基質(zhì)的構(gòu)成,型膠原纖維：纖維狀，為角膜基質(zhì)中的主要纖維 型膠原纖維：纖維狀，直徑可調(diào)節(jié) 型膠原纖維：非纖維狀膠原，可調(diào)節(jié)細(xì)胞基質(zhì)的相互作用 膠原纖維的合成和分解受內(nèi)源性生長因子的調(diào)節(jié)。,12,四、角膜的相對(duì)脫水性,角膜上皮的屏障功能 角膜基質(zhì)層的作用 基質(zhì)內(nèi)粘多糖

4、的相對(duì)脫水狀態(tài)是保持角膜透明的重要保證。 粘多糖與水結(jié)合后腫脹，使角膜增厚，并破壞膠原纖維的規(guī)則排列。,13,四、角膜的相對(duì)脫水性,角膜內(nèi)皮的功能 角膜內(nèi)皮的屏障作用：細(xì)胞間的連接 影響因素：Ca2+、谷胱甘肽的濃 度，灌注液成分及PH值等。 角膜內(nèi)皮的泵功能： 影響因素：ATP酶功能、HCO3- 濃度等。,14,第一節(jié) 角膜,作為眼屈光間質(zhì)的重要組成之一,角膜本身透明無血管,其營養(yǎng)供應(yīng)主要源自角鞏膜緣血管網(wǎng),而透明性維持依賴于其正常的生化代謝。,15,一、角膜的化學(xué)組成,水：7282 蛋白質(zhì)：18%-20% 膠原 15 其他 5 粘多糖：4% 硫酸角質(zhì)素 軟骨素 硫酸軟骨素A 酶：磷酸脂酶、

5、淀粉酶、三磷酸腺苷酶等 無機(jī)鹽 其他,16,一、角膜的化學(xué)組成,角膜上皮和內(nèi)皮細(xì)胞中酶含量較基質(zhì)高,表明上皮、內(nèi)皮代謝旺盛。膠原纖維間隙的粘多糖由硫酸角蛋白、軟骨素等組成,具有保持角膜水合狀態(tài)及蒙古合的功能,其代謝異常將導(dǎo)致角膜水腫。另外,角膜尚含有糖類、氨基酸、維生素、脂類、無機(jī)鹽等物質(zhì)。角膜營養(yǎng)不良患者,脂質(zhì)含量常增加。,17,二、角膜的營養(yǎng)和代謝,1.氧與糖代謝：葡萄糖與氧是參與角膜代謝的兩種主要物質(zhì)。角膜上皮所需氧分主要通過淚膜獲取,閉瞼時(shí),氧則來源于角膜緣血管網(wǎng)、結(jié)膜毛細(xì)血管和房水;深基質(zhì)層和內(nèi)皮細(xì)胞所需氧來自房水。葡萄糖由角膜緣毛細(xì)血管網(wǎng)、淚液和房水供應(yīng),其中房水為主要來源。,18

6、,二、角膜的營養(yǎng)和代謝,葡萄糖代謝為正常角膜的主要能量來源,到達(dá)角膜后,通過一系列復(fù)雜的代謝過程,產(chǎn)生能量以供角膜組織的正常需要,使角膜保持脫水狀態(tài)與透明。葡萄糖一般以糖原形式儲(chǔ)存于角膜中,在外傷或手術(shù)等應(yīng)激情況下,糖原分解以滿足組織修復(fù)的能量需要。葡萄糖代謝有無氧酵解、有氧氧化、磷酸戊糖旁路三種方式,其中以無氧酵解為主。,19,1、角膜的糖代謝,無氧酵解：8588 生成乳酸和丙酮酸。 1mol 葡萄糖產(chǎn)生2mol ATP。 缺氧時(shí)，乳酸堆積，造成角膜水腫。 有氧氧化：1215 經(jīng)Krebe循環(huán)產(chǎn)生二氧化碳和水。 1mol 葡萄糖產(chǎn)生36mol ATP。 是角膜供能的主要途經(jīng)。 主要發(fā)生在角膜

7、上皮和內(nèi)皮層。,20,1、角膜的糖代謝,磷酸己糖旁路： 主要在上皮層。 生成磷酸核糖（合成核酸）和NADPH（合成脂類）。 多元醇途經(jīng)： 生成山梨醇和果糖。,21,由于早期發(fā)現(xiàn)的糖類都是由C、H、O組成，并且其中H和O的比例恰好相當(dāng)于水分子中H、O的比例2：1，用通式可寫成Cn(H2O)m ，故糖類也被稱為碳水化合物（carbohydrate），如葡萄糖為C6(H2O)6,糖 的 組 成：,糖的分解代謝,22,（二）糖的分類及其結(jié)構(gòu),單糖 不能水解的多羥基醛或多羥基酮，如 葡萄糖、果糖，半乳糖。 寡糖 能水解生成210個(gè)單糖分子的糖， 又稱為低聚糖。寡糖中常見的是二 糖，如蔗糖、麥芽糖、乳糖。

8、 多糖 能水解成很多個(gè)單糖分子的糖，由 幾千上萬個(gè)單糖分子縮聚而成的物 質(zhì)，故又稱為多聚糖，如淀粉、糖 原、纖維素。,23,糖代謝特點(diǎn)：,深受供氧狀況影響。 供氧充足：葡萄糖進(jìn)行有氧氧化徹底氧化成CO2和H2O。 缺氧：進(jìn)行糖酵解。,24,一、糖酵解,第一階段,第二階段,* 糖酵解(glycolysis)的定義,* 糖酵解分為兩個(gè)階段,* 糖酵解的反應(yīng)部位：胞漿,在缺氧情況下，葡萄糖生成乳酸(lactate)的過程稱之為糖酵解。,由葡萄糖分解成丙酮酸(pyruvate)，稱之為糖酵解途徑(glycolytic pathway)。,由丙酮酸轉(zhuǎn)變成乳酸。,25,二、糖酵解的過程及產(chǎn)物:,26,三、

9、糖酵解的生理意義,1.在無氧條件下迅速提供能量,供機(jī)體需要。,如:劇烈運(yùn)動(dòng)、人到高原,2.是某些細(xì)胞在不缺氧條件下的能量來源。,3.是某些病理情況下機(jī)體獲得能量的方式。,4.是糖的有氧氧化的前過程，亦是糖異生作用 大部分逆過程。,6.若糖酵解過度，可因乳酸生成過多而導(dǎo)致乳酸 酸中毒。,5.糖酵解也是糖、脂肪和氨基酸代謝相聯(lián)系的途徑。,27,肌肉收縮與糖酵解供能：,28,初到高原與糖酵解供能：,人初到高原，高原大氣 壓低，易缺氧,機(jī)體加強(qiáng)糖酵解以適 應(yīng)高原缺氧環(huán)境,海拔 5000米,背景：,結(jié)論：,29,某些組織細(xì)胞與糖酵解供能：,代謝極為活躍，即使不缺氧,也常由糖酵解提供部分能 量。,成熟紅細(xì)

10、胞：,視網(wǎng)膜、神經(jīng)、白細(xì)胞、骨 髓、腫瘤細(xì)胞等:,無線粒體，無法通過氧化磷酸化獲得能量，只能通過糖酵解獲得能量。,30,某些病理狀態(tài) 與糖酵解供能：,某些病理情況下機(jī)體主要通過糖酵解獲得能量.,31,二、糖有氧氧化,糖的有氧氧化：是指體內(nèi)組織在有氧條件下， 葡萄糖徹底氧化分解生成CO2和 H2O的過程。,有氧氧化是糖氧化的主要方式，絕大多 數(shù)組織細(xì)胞都通過有氧氧化獲得能量。,糖的有氧氧化,32,糖有氧氧化的生理意義,TCA是機(jī)體獲取能量的主要方式。1分子G經(jīng)無氧酵解僅凈生成2ATP，而有氧氧化可凈生成32個(gè)ATP.其中TCA生成20個(gè)ATP，在一般生理?xiàng)l件下，許多組織細(xì)胞皆從糖的有氧氧化獲得能

11、量。糖的有氧氧化不但釋能效率高，而且逐步釋能，并逐步儲(chǔ)存于ATP分子中，因此能的利用率也很高。 TCA是糖，脂肪和蛋白質(zhì)三種主要有機(jī)物在體內(nèi)徹底氧化的共同代謝途徑， TCA的起始物乙酰輔酶A，不但是糖氧化分解產(chǎn)物，它也可來自脂肪的甘油、脂肪酸和來自蛋白質(zhì)的某些氨基酸代謝， TCA是三種主要有機(jī)物在體內(nèi)氧化供能的共同通路，估計(jì)人體內(nèi)2/3的有機(jī)物是通過三羧酸循環(huán)而被分解的。 TCA是體內(nèi)三種主要有機(jī)物互變的聯(lián)結(jié)機(jī)構(gòu)，糖和甘油在體內(nèi)代謝可生成-酮戊二酸及草酰乙酸等三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物，這些中間產(chǎn)物可以轉(zhuǎn)變成為某些氨基酸；而有些氨基酸又可通過不同途徑變成-酮戊二酸和草酰乙酸，再經(jīng)糖異生的途徑生成糖或

12、轉(zhuǎn)變成甘油，因此TCA不僅是三種主要的有機(jī)物分解代謝的最終共同途徑，而且也是它們互變的聯(lián)絡(luò)機(jī)構(gòu),33,1.概念：以6-磷酸葡萄糖開始，在6-磷酸葡萄糖脫氫酶催化下形成6-磷酸葡萄糖酸，進(jìn)而代謝生成以磷酸戊糖為中間代謝物的過程，稱為磷酸戊糖途徑，又稱磷酸已糖旁路。,三、磷酸戊糖途徑,2.反應(yīng)部位：胞漿,34,第一階段： 氧化反應(yīng)-生成NADPH和磷酸戊糖 第二階段： 非氧化反應(yīng)-一系列基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng) (生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖),磷酸戊糖途徑的過程,35,磷酸戊糖途徑的生理意義,（1）為核苷酸的生成提供核糖,（2）提供NADPH作為供氫體參與多種代謝反應(yīng),36,二、角膜的營養(yǎng)和代謝,即使有

13、氧條件下,約85%88%;的角膜葡萄糖亦通過糖酵解途徑代謝,其中1mol葡萄糖經(jīng)無氧酵解后可產(chǎn)生乳酸與2mol ATP。缺氧狀況下,因無氧酵解加速,乳酸堆積,可導(dǎo)致上皮與基質(zhì)水腫。長期配戴大而緊的角膜接觸鏡時(shí), 角膜基質(zhì)水腫混濁的原因即在于此,如長期缺氧將導(dǎo)致角膜新生血管增生。,37,二、角膜的營養(yǎng)和代謝,除元氧酵解外,約12%15%的葡萄糖通過有氧氧化方式進(jìn)行代謝。在有氧條件下,通過三竣酸循環(huán),lmol葡萄糖完全氧化生成二氧化碳和水,同時(shí)產(chǎn)生36mol 。另外,角膜上皮細(xì)!胞尚存在多元醇糖代謝途徑,葡萄糖循此途徑可生成山梨醇和果糖。如果角膜細(xì)胞內(nèi)山梨醇過度蓄積可導(dǎo)致細(xì)胞滲透性損害。,38,2

14、、角膜的維生素A代謝,維生素A來源于食物。 與視黃醇結(jié)合蛋白結(jié)合后再與血漿前白蛋白結(jié)合，轉(zhuǎn)運(yùn)至角膜組織。 作用（1）參與角膜糖蛋白的合成、基質(zhì)DNA的合成 （2）維持結(jié)角膜上皮細(xì)胞的分化和完整性 （3）促進(jìn)角膜內(nèi)皮EGF受體，創(chuàng)傷修復(fù),39,二、角膜的營養(yǎng)和代謝,淚液中的維生素A對(duì)角膜生理功能維持具有重要作用:可調(diào)控角膜上皮細(xì)胞角蛋白表達(dá),缺乏時(shí)將會(huì)引起角膜上皮細(xì)胞維生素A缺乏性角質(zhì)化;參與角膜糖蛋白合成,刺激葡萄糖、氨基葡萄糖進(jìn)入角膜上皮,誘導(dǎo)角膜基質(zhì)細(xì)胞DNA合成增加;誘導(dǎo)角膜內(nèi)皮細(xì)胞EGF受體表達(dá)增加,促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞創(chuàng)傷愈合;影響結(jié)膜的轉(zhuǎn)分化。維生素A缺乏可使結(jié)膜杯狀細(xì)胞減少,角結(jié)膜上皮角

15、化、增厚和鱗狀化生。,40,角膜軟化癥,41,3、維生素C和谷光苷肽代謝,維生素C的作用： 防止光氧化損傷 參與膠原合成 谷光苷肽的作用： 維持角膜內(nèi)皮正常功能,42,三、角膜基質(zhì)的構(gòu)成,型膠原纖維：纖維狀，為角膜基質(zhì)中的主要纖維 型膠原纖維：纖維狀，直徑可調(diào)節(jié) 型膠原纖維：非纖維狀膠原，可調(diào)節(jié)細(xì)胞基質(zhì)的相互作用 膠原纖維的合成和分解受內(nèi)源性生長因子的調(diào)節(jié)。,43,四、角膜的相對(duì)脫水性,角膜上皮的屏障功能 角膜基質(zhì)層的作用 基質(zhì)內(nèi)粘多糖的相對(duì)脫水狀態(tài)是保持角膜透明的重要保證。 粘多糖與水結(jié)合后腫脹，使角膜增厚，并破壞膠原纖維的規(guī)則排列。,44,四、角膜的相對(duì)脫水性,角膜內(nèi)皮的功能 角膜內(nèi)皮的屏

16、障作用：細(xì)胞間的連接 影響因素：Ca2+、谷胱甘肽的濃 度，灌注液成分及PH值等。 角膜內(nèi)皮的泵功能： 影響因素：ATP酶功能、HCO3- 濃度等。,45,第二節(jié) 淚液,淚液與淚膜 傳統(tǒng)淚膜觀點(diǎn)與新淚膜觀點(diǎn) 淚膜形成的生物化學(xué)機(jī)制,46,淚液,由主副淚腺分泌的水樣液體 淚液分泌部包括 淚腺：反射性分泌腺（受到刺激時(shí)大量分泌） 副淚腺：基礎(chǔ)分泌腺（少量）,47,淚液,物理特性：pH值 7.37.8 滲透壓 318mOsm/L 屈光指數(shù) 1.3361.337 溫度：32 淚液起屈光、保護(hù)、潤滑、營養(yǎng)角膜的作用。,48,淚液的化學(xué)組成,98%99% H2O 蛋白質(zhì)（為血漿的1/10） 球蛋白：、球蛋

17、白、免疫球蛋白（IgA) 溶菌酶：含量與多種因素有關(guān) 白蛋白：特殊淚液白蛋白、血清白蛋白 轉(zhuǎn)鐵蛋白：與細(xì)菌競(jìng)爭鐵而產(chǎn)生抑菌作用,49,淚液的化學(xué)組成,氨基酸：含量高于血液，17種以上 酶：乳酸脫氫酶、溶酶體酶等20余種 無機(jī)鹽 葡萄糖、尿素等有機(jī)物 脂質(zhì) 基礎(chǔ)淚液和反射性淚液中的淚液成分及含量有改變。,50,傳統(tǒng)淚膜概念,脂質(zhì)層 漿液層 粘液層,角膜表面覆蓋的一層淚液膜稱為淚膜。 厚710um,51,脂質(zhì)層,由 Meibomians 腺、Zeis腺、Moll腺分泌 由蠟質(zhì)、膽固醇等脂質(zhì)構(gòu)成 0.050.5um 減少淚液蒸發(fā)；防止淚液外溢,52,漿液層,由淚腺、副淚腺分泌 由水、無機(jī)鹽、可溶性有

18、機(jī)物組成 67um 濕潤角膜表面；營養(yǎng)結(jié)角膜上皮；屏障功能,53,粘液層,眼表上皮細(xì)胞分泌 粘液構(gòu)成，具有高度親水性 0.020.05um 構(gòu)成親水界面，穩(wěn)定淚膜附著； 粘著和清除異物；阻止外來抗原,54,淚膜新概念,淚膜是一塊膠體，其中粘蛋白是主體，被淚液所水化，含蛋白、電解質(zhì)、有機(jī)物等，外層覆蓋脂質(zhì)層。,55,淚膜,56,淚膜形成的生化機(jī)制 （1）,結(jié)膜杯狀細(xì)胞分泌的粘液和角膜上皮細(xì)胞分泌的糖蛋白在角膜上皮前表面形成一層多糖-蛋白復(fù)合物 粘液的主要成分為糖蛋白，以蛋白質(zhì)鏈為基礎(chǔ)，鏈上有大量絲、蘇氨酸殘基，可與疏水的脂類、親水的蛋白質(zhì)及帶電分子相互作用 使疏水的角膜上皮細(xì)胞膜磷脂層表面張力降

19、低 角膜前表面被淚液覆蓋，形成一穩(wěn)定、完整的淚膜 角膜上皮表面異常、粘液層或糖蛋白異?？捎绊憸I膜穩(wěn)定性,57,淚膜形成的生化機(jī)制（2）,淚膜有助于保持角膜基質(zhì)脫水狀態(tài) 淚膜脂質(zhì)層由極性和中性脂質(zhì)組成 極性脂質(zhì)和淚膜水層接觸，形成穩(wěn)定的淚膜 中性脂質(zhì)和空氣接觸，提供屏障保護(hù),58,干眼癥,59,第四節(jié) 房水,房水是睫狀體無色素上皮分泌的、從后房到前房持續(xù)循環(huán)著的無色透明液體。 作用：屈光、眼壓的形成與維持、角膜營養(yǎng)供應(yīng) 房水源自血液，基本成分與血漿相似，但并非血漿的過濾液?；瘜W(xué)成分復(fù)雜。 后房與前房的化學(xué)成分有所不同,60,一、房水的物理特性,滲透壓比血漿高 pH值 7.37.5 比重 1.00

20、21.021 屈光指數(shù)1.3331.337,61,二、房水的化學(xué)組成,蛋白質(zhì)：虹睫炎、青光眼時(shí)明顯升高。 免疫球蛋白含量少。,62,二、房水的化學(xué)組成,電解質(zhì)： Na+來自擴(kuò)散、超濾和主動(dòng)運(yùn)輸，維持滲透壓。 K+來自擴(kuò)散和超濾。 Cl在Na+主動(dòng)運(yùn)輸時(shí)被動(dòng)跟入。 HCO3在Na+主動(dòng)運(yùn)輸時(shí)被動(dòng)跟入，中和乳酸和丙酮酸。,63,二、房水的化學(xué)組成,維生素C： 含量為血漿濃度的1530倍。 以還原型為主。 由飽和的特定轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制主動(dòng)分泌到房水。 在白內(nèi)障或無晶體眼濃度低于正常。,64,二、房水的化學(xué)組成,葡萄糖：為血漿濃度的80，被晶體、角膜、玻璃體、和視網(wǎng)膜利用。 乳酸等：為周圍組織的代謝產(chǎn)物。 谷光苷肽：是細(xì)胞抗氧化作用的重要物質(zhì)，白內(nèi)障時(shí)增高，青光眼時(shí)降低。,65,二、房水的化學(xué)組成,氧：3040mmHg，角膜接觸鏡、腎上腺素可使房水氧分壓降低。 氨基酸 酶類：LDH1000u提示惡性病變 微量元素,66,房水和血漿成分比較,67,三、房水的形成過程,擴(kuò)散 透析或超濾 分泌