第二節(jié)　紅細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能

紅細(xì)胞膜參與細(xì)胞運(yùn)輸、信息傳遞、血型抗原、免疫反應(yīng)、免疫調(diào)節(jié)及出凝血調(diào)節(jié)等反應(yīng)，對(duì)機(jī)體的生長(zhǎng)、發(fā)育、維持物質(zhì)代謝動(dòng)態(tài)平衡等方面起著重要的作用。

一、紅細(xì)胞膜的組成

將紅細(xì)胞置于適當(dāng)pH的低滲溶液內(nèi)，血紅蛋白溢出紅細(xì)胞外，可得到完整的紅細(xì)胞膜，通常稱血影（ghost）。人的紅細(xì)胞膜由蛋白質(zhì)、脂類、糖類及無(wú)機(jī)離子等組成。其中蛋白質(zhì)占49.3%、脂質(zhì)42%、糖類8%，紅細(xì)胞膜的特點(diǎn)是脂質(zhì)含量高，蛋白質(zhì)與脂質(zhì)的比例1 : 1。比值變化與膜的功能密切相關(guān)。

（一）膜糖類　紅細(xì)胞膜上的糖類很多，有葡萄糖、半乳糖、甘露糖、巖藻糖、唾液酸，含量較多的有乙酰半乳糖胺和N-乙酰神經(jīng)氨酸。膜上的糖都與蛋白質(zhì)或脂質(zhì)結(jié)合以糖蛋白或糖脂蛋白形勢(shì)存在，由于糖蛋白的糖鏈大多數(shù)存在于膜外，有受體反應(yīng)、抗原性、信息傳遞等多種功能。故有細(xì)胞“天線”之稱。

（二）膜脂質(zhì)

1.磷脂與膽固醇　膜脂質(zhì)主要由磷脂及膽固醇組成。其中磷脂占60%，膽固醇和中性脂肪酸占33%，其余是糖脂類化合物。磷脂主要是磷脂酰膽堿（PC），占28%；磷脂酰乙醇胺（PE），占27%；磷脂酰絲氨酸（PS），占14%；鞘磷脂（SM），占27%；磷脂酰肌醇（PI），磷脂酸和溶血磷脂酰膽堿約占2%～3%。各種磷酸所含的脂肪酸都不同，但脂肪酸含量依飲食及外界環(huán)境的改變而異。

紅細(xì)胞不能合成脂肪酸，主要與血漿中的脂肪酸進(jìn)行交換更新。磷脂中以PC交換最快1%/小時(shí)，SM最慢。紅細(xì)胞膜含游離膽固醇較多，膽固醇酯較少。膽固醇含量與磷脂比值約為0.8～1.0。膽固醇在膜中可能起調(diào)節(jié)脂質(zhì)物理狀態(tài)的作用。通過(guò)磁共振研究，發(fā)現(xiàn)膽固醇與磷脂的碳?xì)滏溣邢嗷プ饔谩?/p>

2.糖脂　糖脂有多種，紅細(xì)胞膜上的糖脂屬鞘糖脂。鞘糖脂是以鞘氨醇為骨架，通過(guò)酰胺鍵與一個(gè)脂肪酸相連，其極性頭部是單糖或多糖。紅細(xì)胞膜上的糖脂種類很多，其主要差異是糖的組分及結(jié)構(gòu)不同、糖與糖的連接的復(fù)雜性。鞘糖脂有很多功能，如紅細(xì)胞膜抗原性，細(xì)胞表面的黏附、細(xì)胞與細(xì)胞間的相互作用等均與糖脂有關(guān)。

（三）膜蛋白　紅細(xì)胞膜蛋白質(zhì)分為外周蛋白和內(nèi)在蛋白。采用十二烷基磺酸鈉聚丙烯酰胺電泳（SDS-PAGE）可將紅細(xì)胞膜的蛋白質(zhì)分成7（或8）條主帶，按Fairbank分別命SDS-PAGE帶命名，名為1，2，3，4，5，6，7，8。當(dāng)紅細(xì)胞膜用Triton-100處理約1小時(shí)，去除大部分膜磷脂及膽固醇，余下的膜在相差顯微鏡下觀察仍為雙凹圓盤(pán)形，這時(shí)的膜組成有區(qū)帶1、2、2.1、4.1、4.9及5，這些蛋白被稱為“膜骨架蛋白”（cytoskeleton protein）或Triton殼（Triton shell），它們?cè)诰S持紅細(xì)胞形態(tài)及功能上起著重要的作用。

1.帶1和帶2蛋白　區(qū)帶1和2蛋白總稱為收縮蛋白（spectrin），位于紅細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)，是紅細(xì)胞膜骨架蛋白中最主要的組成部分，收縮蛋白由α和β亞基組成，分子量分別為240KD和220KD。α亞基有22個(gè)片段，1～9及12～19片段有高度同源，稱重復(fù)單位，每個(gè)重復(fù)單位有106個(gè)氨基酸；第 11、12、22片段同源性比較差；第10及22片段有150個(gè)氨基酸。如用胰蛋白酶水解，可形成5個(gè)區(qū)，即aⅠ～aⅤ。許多遺傳性溶血病，變異多集中在aⅠ區(qū)。β亞基由19個(gè)

重復(fù)單位組成，如用胰蛋白酶水解，可分4個(gè)區(qū)，稱βI～βIV。二者按首尾相反方向扭合形成二聚體，二聚體再以首尾相聯(lián)形成四聚體，紅細(xì)胞膜上多以四聚體形式存在。

2.帶2-3間蛋白　在區(qū)帶2-3之間可見(jiàn)多條小帶，分別稱2.1…2.5等蛋白。2.1蛋白又稱“錨蛋白”（ankyrin），分子量為215KD，一分子2.1蛋白可與一個(gè)收縮蛋白四聚體結(jié)合。膜骨架通過(guò)錨蛋白固定于質(zhì)膜上。2.1蛋白可分三個(gè)部分：N末端為 90KD，有與區(qū)帶3蛋白結(jié)合部位；中間部分是62KD，有收縮蛋白及波形蛋白（vimetin）結(jié)合部位；C端為55KD，此區(qū)稱調(diào)節(jié)區(qū)或可變區(qū)。帶2.2可能即是它的變異體，其作用可能是維持2.1蛋白穩(wěn)定的立體構(gòu)形，2.1蛋白還有一個(gè)特點(diǎn)，即它在蛋白翻譯后再進(jìn)行脂肪酸（棕櫚酸）酰化。

3.帶3蛋白　區(qū)帶3蛋白是貫穿膜脂雙層的內(nèi)在蛋白，多以二聚體形式存在，分子量約為 93KD。它與水及陰離子（Cl，HCO3）運(yùn)轉(zhuǎn)有關(guān)，所以又稱為“陰離子通道”。它是糖蛋白，大約含5%～8%的糖（半乳糖、乙酰氨基葡萄糖、巖藻糖、甘露糖、乙酰氨基半乳糖）。用胰糜蛋白酶水解帶3蛋白，可將其分成三部分：膜外側(cè)近血漿面，含有大量糖；跨膜區(qū)，肽鏈多由疏水氨基酸組成，穿過(guò)膜14次，靠近膜內(nèi)側(cè)富含賴氨酸殘基，帶正電荷，可能即是轉(zhuǎn)運(yùn)陰離子的部位，HCO3與Cl交換，運(yùn)轉(zhuǎn)速度極快，每秒可運(yùn)轉(zhuǎn)10～10個(gè)分子；第三段伸入胞漿區(qū)，這一段多肽很活躍，有大量酸性氨基酸殘基，可與血紅蛋白、3-磷酸甘油醛脫氫酶、醛縮酶、區(qū)帶4.1、4.2及收縮蛋白等許多蛋白結(jié)合。帶3蛋白其運(yùn)轉(zhuǎn)特點(diǎn)是雙向的，依生理?xiàng)l件而異，以此來(lái)維持離子平衡。

4.帶4蛋白　區(qū)帶 4 蛋白位于紅細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)，在電泳圖譜中可分為幾條小帶，分別稱為4.1、4.2…4.5蛋白等。

（1）4.1蛋白：4.1蛋白形態(tài)呈球狀，有2個(gè)亞基，稱為4.1a和4.1b。4.1a/4.1b在正常紅細(xì)胞中有一定的比值。其比值隨紅細(xì)胞的老化而增加。用胰蛋白酶處理，可將蛋白分為四個(gè)區(qū)：一區(qū)為30KD的基本區(qū)，富含胱氨酸，糖基化及磷酸化部位均在此，是血型糖蛋白及帶3蛋白結(jié)合區(qū)；二區(qū)為16KD；三區(qū)為8KD，有收縮蛋白及肌動(dòng)蛋白結(jié)合位點(diǎn)；四區(qū)為C末端，是可變區(qū)，4.1a、4.1b即在此區(qū)有差異，4.1a是24KD，4.1b是22KD，二者只差幾十個(gè)氨基酸殘基。

（2）4.2蛋白：4.2蛋白的分子量約為72KD，在膜內(nèi)多以寡聚體形式存在，可與帶3蛋白、2.1及4.1蛋白結(jié)合，以穩(wěn)定2.1蛋白與帶3蛋白的結(jié)合。

（3）4.9蛋白（dematin）：有3個(gè)亞基：一個(gè)52KD，兩個(gè)48KD。在溶液中以二硫鍵交聯(lián)成四聚體，可結(jié)合在肌動(dòng)蛋白微絲表面。4.9蛋白能與帶3蛋白結(jié)合，極易被依賴cAMP激酶、Ca²⁺ 激活的激酶和蛋白激酶C磷酸化?？赡芤粤姿峄懊摿姿峄{(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)變化。

（4）P蛋白：分子量為55KD，與4.9蛋白接近，因而在 SDS-PAGE中在4.9的位置。P在紅細(xì)胞膜上不是單獨(dú)存在，它與4.1蛋白，血型糖蛋白C形成聚體，維持膜的穩(wěn)定性。4.1蛋白缺失，會(huì)導(dǎo)致P的丟失。

5.帶5蛋白　區(qū)帶5蛋白即肌動(dòng)蛋白（actin），分子量為45KD，結(jié)構(gòu)與肌肉中提取的肌動(dòng)蛋白極為相似。紅細(xì)胞肌動(dòng)蛋白有兩種形式：一種是纖維狀（faction），由12～14個(gè)肌動(dòng)蛋白聚合而成，長(zhǎng)約7nm；另一種為球狀（gactin）。肌動(dòng)蛋白與收縮蛋白結(jié)合時(shí)呈球狀，與質(zhì)膜相聯(lián)時(shí)為纖維狀。在此區(qū)內(nèi)還有一個(gè)蛋白稱原肌球調(diào)節(jié)蛋白（tropomodulin），分子量為43KD，它是原肌球蛋白與肌動(dòng)蛋白結(jié)合的產(chǎn)物，可穩(wěn)定原肌球蛋白與肌動(dòng)蛋白形成的微絲，可能與細(xì)胞分化及細(xì)胞形態(tài)發(fā)生有關(guān)，但還有待進(jìn)一步證實(shí)。

6.帶6蛋白　區(qū)帶6蛋白位于紅細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)，分子量為35KD，具有3-磷酸甘油醛脫氫酶活性。

7.帶7蛋白　區(qū)帶7蛋白分子量為29KD，有人認(rèn)為它似肌鈣蛋白，也有人認(rèn)為它有Ca²⁺-ATP酶活性。與此分子量相近的還有一個(gè)蛋白稱原肌球蛋白（tropomyosin），在SDS-PAGE中與帶7同區(qū)，但不是同一個(gè)蛋白。它有兩個(gè)亞基，分子量為29KD及27KD，每個(gè)分子原肌球蛋白可與6～7個(gè)肌動(dòng)蛋白單體結(jié)合。所以提出原肌球蛋白是束縛肌動(dòng)蛋白的，以保證它的生理功能。最近報(bào)道在紅細(xì)胞膜上有找到一個(gè)蛋白稱口蛋白（stomation），分子量為31KD，與區(qū)帶7相近，稱7.2b蛋白，可能與離子通透有關(guān)。7.2b它還有兩個(gè)同型物，SLP-1；SLP-2（stomation like protein-1，2），SLP-1存在于非紅系細(xì)胞，SLP-2存在成熟紅細(xì)胞膜上，可與膜內(nèi)在蛋白及骨架蛋白結(jié)合，以調(diào)節(jié)離子轉(zhuǎn)運(yùn)。

8.加合素（adducin）　由分子量為100和105KD 的兩個(gè)亞基組成，電鏡下呈不規(guī)則盤(pán)狀，每個(gè)紅細(xì)胞有3萬(wàn)個(gè)分子，加合蛋白與收縮蛋白及肌動(dòng)蛋白復(fù)合物結(jié)合，在其亞基上有與鈣調(diào)蛋白的結(jié)合點(diǎn)，在Ca²⁺　存在下，可與鈣調(diào)蛋白形成Ca²⁺　鈣調(diào)蛋白-加合素復(fù)合體，使收縮蛋白與肌動(dòng)蛋白結(jié)合減弱。因此，加合素通過(guò)Ca²⁺ 和鈣調(diào)蛋白影響骨架穩(wěn)定性，從而影響紅細(xì)胞的形態(tài)。

9.血型糖蛋白（glycophorin）　血型糖蛋白（GP）紅細(xì)胞膜中含量很多，但用一般蛋白染色方法無(wú)法將其顯示出來(lái)，需用過(guò)碘酸－雪夫試劑（PAS）染色才能顯示。紅細(xì)胞膜上有5種糖蛋白，分別稱為GPA（或稱PAS1）、GPB（PAS2）、GPC（PAS3）、GPD（PAS4）、GPE（PAS5）。最近從遺傳染色體部位分析，將5種GP 分成兩族：一族是GPA、GPB及GPE；另一族是GPC及GPD。

（四）膜酶　紅細(xì)胞膜的酶可分為兩大類：一類位于膜上，胞漿內(nèi)不存在，如核苷酸代謝酶類（腺苷酸環(huán)化酶等）、糖代謝酶類、ATP酶（Na⁺，K⁺-ATP酶、Ca²⁺，Mg²⁺ -ATP酶）、蛋白激酶及乙酰膽堿酯酶等；另一類在膜與胞漿中均存在，如某些磷酸酶類（酸性磷酸酶、2，3-二磷酸甘油酸磷酸酶等）、葡萄糖代謝酶類（3-磷酸甘油醛脫氫酶、乳酸脫氫酶等）、谷胱甘肽代謝酶類（谷胱甘肽還原酶、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶）。以上兩大類酶類不能截然分開(kāi)，由于處理紅細(xì)胞方法不同，可使酶失去本性，發(fā)生聚集或解聚，會(huì)得到不同的結(jié)果。

三、紅細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)

紅細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與其他細(xì)胞膜相似，根據(jù)流動(dòng)鑲嵌學(xué)說(shuō)的基本論點(diǎn)，紅細(xì)胞膜以脂質(zhì)雙層構(gòu)成膜的支架，內(nèi)外兩層脂類分子分布是不對(duì)稱的，蛋白質(zhì)鑲嵌在脂質(zhì)雙層。紅細(xì)胞膜的理化性質(zhì)亦遵循生物膜的一般規(guī)律，詳見(jiàn)生物膜結(jié)構(gòu)與功能。

（一）細(xì)胞膜的不對(duì)稱性　紅細(xì)胞膜的不對(duì)稱性（asymmetry）是指紅細(xì)胞膜脂雙層的內(nèi)外兩層脂類分子分布的不均一及物理性質(zhì)的不同，以及膜蛋白在膜內(nèi)外兩側(cè)分布也是不對(duì)稱性。

1.膜脂質(zhì)的不對(duì)稱性　紅細(xì)胞膜脂質(zhì)雙層中脂類分子呈不對(duì)稱性分布，其外層脂類富含PC和SM，內(nèi)層脂類以PS和PE為主，用生物生理方法測(cè)定紅細(xì)胞膜的流動(dòng)性密度，發(fā)現(xiàn)膜脂質(zhì)雙層的外層脂類分子密度大于內(nèi)層，流動(dòng)性也大于內(nèi)層。膜脂的不對(duì)稱分布與膜的結(jié)構(gòu)與功能密切相關(guān)，如果脂質(zhì)雙層的某一層發(fā)生變化，都會(huì)使紅細(xì)胞形態(tài)發(fā)生變化。在體外實(shí)驗(yàn)中將溶血磷脂酰膽堿插入到膜脂質(zhì)雙層的外層，結(jié)果發(fā)現(xiàn)紅細(xì)胞形態(tài)轉(zhuǎn)變成棘狀；若是插入到脂質(zhì)雙層和內(nèi)層，則變?yōu)榭谛渭t細(xì)胞，表明脂質(zhì)不對(duì)稱分布是維持紅細(xì)胞正常形態(tài)的基礎(chǔ)。PS 是凝血酶原的激活劑，一旦翻轉(zhuǎn)到膜的外層，就能促進(jìn)血液凝固。鐮刀形細(xì)胞貧血臨床常出現(xiàn)的腰痛或腹痛與小靜脈栓塞有關(guān)，據(jù)認(rèn)為這是由于PS外翻所致。對(duì)鐮刀形細(xì)胞貧血病人紅細(xì)胞膜磷脂分析，發(fā)現(xiàn)原來(lái)全部位于膜內(nèi)側(cè)的PS有20%外翻到膜的外層，因而促進(jìn)了血栓的發(fā)生。PS 外翻還能使膜抗原性發(fā)生變化，促進(jìn)單核細(xì)胞對(duì)紅細(xì)胞的吞噬；使補(bǔ)體被激活，導(dǎo)致紅細(xì)胞被破壞。近來(lái)又發(fā)現(xiàn)PS 外翻與細(xì)胞老化、凋亡、細(xì)胞識(shí)別及細(xì)胞吞飲有關(guān)，引起人們對(duì)它外翻原因的重視，現(xiàn)知有三個(gè)酶維持細(xì)胞膜脂質(zhì)雙層的正常不對(duì)稱性：①氨基磷脂轉(zhuǎn)移酶（aminophospholipid translocases）在紅細(xì)胞膜上已證實(shí)，它可使PS及PE從脂雙層外層轉(zhuǎn)入內(nèi)層，而對(duì)PC無(wú)此作用。PE、PS兩者同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)一個(gè)酶，PS外翻速度比PE快5～10倍之多。每翻轉(zhuǎn)一次需要一個(gè)ATP，是需能反應(yīng)，此酶對(duì)甘油骨架識(shí)別很嚴(yán)格，必須是L－型甘油。除紅細(xì)胞外，其他細(xì)胞也有，如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)及內(nèi)皮細(xì)胞等。②依賴ATP的翻轉(zhuǎn)酶（ATP－dependent floppae）此酶首先在紅細(xì)胞膜上發(fā)現(xiàn)，對(duì) PE、PS、PC都能作用。它可將脂雙層內(nèi)層的脂質(zhì)翻到外層，與氨基磷脂轉(zhuǎn)移酶作用正好相反，但速度慢 10 倍。通常依賴這兩個(gè)酶的作用，維持紅細(xì)胞膜正常的不對(duì)稱性。③脂質(zhì)移行酶（lipid scramblase）此酶首先是在血小板膜上發(fā)現(xiàn)，在紅細(xì)胞膜內(nèi)也有。依賴鈣離子活化，可于幾分鐘內(nèi)在脂雙層內(nèi)雙相翻轉(zhuǎn)（flip-flop）。生理情況下，膜不對(duì)稱性是正常的，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度高時(shí)，移行酶活化，脂質(zhì)翻轉(zhuǎn)快，但鈣離子對(duì)氨基磷脂酶的活性有抑制，因此翻向外層的PS不能翻回，被留在外層。

2.膜蛋白分布的不對(duì)稱性　膜蛋白在脂雙層兩側(cè)的分布不對(duì)稱性是絕對(duì)的，因?yàn)橛械哪さ鞍孜挥谥|(zhì)雙層的內(nèi)側(cè)，有的在雙層的外側(cè)；有的蛋白雖是跨膜的，但沒(méi)有一種蛋白位于脂質(zhì)雙層的內(nèi)側(cè)與外側(cè)是相等的。更重要的是糖蛋白，糖鏈都位于蛋白一側(cè)。膜蛋白結(jié)構(gòu)上兩側(cè)的不對(duì)稱性保證了膜的方向性功能。

（二）膜流動(dòng)性　膜的流動(dòng)性是紅細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的基本特征，適當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)性是膜正常功能必需的。

（三）紅細(xì)胞膜骨架的組裝　紅細(xì)胞膜骨架是由于收縮蛋白、錨蛋白、肌動(dòng)蛋白、4.1 和 4.9 蛋白、加合素、肌球蛋白和原肌球蛋白等膜骨架蛋白在膜胞漿側(cè)表面相互連接構(gòu)成一層具有五邊或六邊形網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，形成基本骨架。

1.收縮蛋白與4.1蛋白及肌動(dòng)蛋白的相互作用　電鏡下觀察紅細(xì)胞膜骨架為一個(gè)由多角形組成的網(wǎng)，中心有球狀結(jié)構(gòu).經(jīng)分析網(wǎng)架為收縮蛋白β亞基，球狀物為肌動(dòng)蛋白、4.1蛋白及收縮蛋白四聚體尾部相互結(jié)合形成的三元復(fù)合物。如沒(méi)有4.1蛋白的存在，收縮蛋白不能與肌動(dòng)蛋白結(jié)合。一般認(rèn)為12～17個(gè)肌動(dòng)蛋白寡聚體與4.9蛋白及原肌球蛋白組成一個(gè)基本結(jié)構(gòu)單位，然后再結(jié)合到收縮蛋白和4.1蛋白的復(fù)合體上。4.9蛋白及原肌球蛋白可能起穩(wěn)定肌動(dòng)蛋白寡聚體的作用。

2.血型糖蛋白與4.1蛋白的相互作用4.1蛋白結(jié)構(gòu)中的N端，在生理狀態(tài)下帶正電荷，可與血型糖蛋白A、C及肌醇磷脂（PI）或絲氨酸磷脂（PS）結(jié)合。有實(shí)驗(yàn)證實(shí)，如將血型糖蛋白 A 和 C 嵌入人工脂質(zhì)體，與放射性同位素標(biāo)記的4.1蛋白保溫，可在此人工脂質(zhì)體測(cè)出放射性核素，說(shuō)明4.1蛋白可與血型糖蛋白A和C結(jié)合。

3.收縮蛋白與2.1蛋白及帶3蛋白相互作用　2.1蛋白結(jié)構(gòu)中的 90KD 區(qū)可結(jié)合帶3蛋白，72KD區(qū)可與收縮蛋白結(jié)合。帶3蛋白是跨膜蛋白。所以2.1蛋白起著錨的作用，把收縮蛋白錨固在細(xì)胞的質(zhì)膜上。帶3蛋白伸向胞漿部分與2.1蛋白結(jié)合，親和力很強(qiáng)。如果帶3蛋白抗體處理紅細(xì)胞，同樣也可抑制與2.1蛋白的結(jié)合。

4.肌動(dòng)蛋白與凝溶膠蛋白（gelsolin）之間的相互作用　凝溶膠蛋白是存在于胞漿內(nèi)的一種蛋白，分子量為95KD。用胰糜蛋白酶處理可得到兩個(gè)片段，N端分子量為45KD，C端分子量是47KD，后者可與肌動(dòng)蛋白及Ca²⁺結(jié)合。凝溶膠蛋白與肌動(dòng)蛋白的作用是復(fù)雜的，可能有兩種作用：①凝溶膠蛋白促肌動(dòng)蛋白的纖維（F-肌動(dòng)蛋白）斷裂成肌動(dòng)蛋白單體（G-肌動(dòng)蛋白）；②凝溶膠蛋白結(jié)合到肌動(dòng)蛋白的生長(zhǎng)端，抑制肌動(dòng)蛋白形成纖維狀；綜合以上兩種作用，可看到凝溶蛋白的作用主要是抑制肌動(dòng)蛋白成為長(zhǎng)纖維狀，使它不能形成網(wǎng)，易從凝膠相轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z相。

5.肌醇磷脂對(duì)骨架蛋白的調(diào)節(jié)作用　肌醇磷脂有多種：4，1-磷酸磷脂酰肌醇（PIP）；4，5，2-磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）；磷脂酰肌醇（PI）。雖然它們的紅細(xì)胞膜上含有很少（占總磷脂的 2%～5%），但在信息傳遞中起著重要的作用。膜內(nèi)的肌醇磷脂分布在脂雙層的內(nèi)側(cè)，紅細(xì)胞膜上有各種肌醇磷脂的激酶，可使PIP、IP、PIP2 相互轉(zhuǎn)化，又有磷酸酶可脫磷酸化，形成一個(gè)循環(huán)。依生理情況進(jìn)行反應(yīng)。PIP2的主要作用是促進(jìn)血型糖蛋白與4.1蛋白的結(jié)合。

6.骨架蛋白的磷酸化　骨架蛋白的網(wǎng)根據(jù)生理情況有時(shí)松散，有時(shí)緊密?，F(xiàn)知主要由磷酸化與脫磷酸化調(diào)節(jié)。如將完整的紅細(xì)胞與 P 保溫，檢測(cè)骨架蛋白的磷酸化的情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)除肌動(dòng)蛋白之外，其他的蛋白都可磷酸化，磷酸化時(shí)，骨架趨于松散，脫磷酸化時(shí)網(wǎng)比較緊密，現(xiàn)將骨加蛋白磷酸化的情況列于下表（表

三、紅細(xì)胞膜的功能

紅細(xì)胞膜在紅細(xì)胞生活過(guò)程中起重要作用，除維持紅細(xì)胞的正常形態(tài)外，紅細(xì)胞與外界環(huán)境發(fā)生的一切聯(lián)系和反應(yīng)（如物質(zhì)運(yùn)輸、免疫、信息傳遞和藥物的作用等）都必須通過(guò)紅細(xì)胞膜。

（一）物質(zhì)運(yùn)輸　細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)交換須通過(guò)膜，紅細(xì)胞內(nèi)外無(wú)機(jī)離子、糖等濃度差別很大，許多物質(zhì)的運(yùn)輸都有各自的機(jī)制。1.陽(yáng)離子運(yùn)轉(zhuǎn)　紅細(xì)胞膜內(nèi)外陽(yáng)離子濃度差別很大，如胞外鈣離子濃度是胞內(nèi)的1000倍，它們的運(yùn)輸方式主要是依賴各種ATP酶：紅細(xì)胞膜上有Na⁺-K⁺ -ATP酶可把細(xì)胞內(nèi)的Na ⁺ 泵出細(xì)胞外，同時(shí)又把細(xì)胞外的 K⁺ 泵入細(xì)胞內(nèi)，所以又稱其為 Na⁺/K⁺ 泵，紅細(xì)胞內(nèi) K⁺含量相當(dāng)血漿K⁺的30倍。Ca²⁺ -Mg 2+ATP 酶是需 ATP轉(zhuǎn)運(yùn) Ca²⁺的酶，其作用是將 Ca²⁺ 運(yùn)出細(xì)胞外，使細(xì)胞內(nèi) Ca²⁺ 濃度維持恒定，所以也稱為Ca²⁺泵。紅細(xì)胞膜中Ca²⁺泵的活性是Na⁺+/K⁺泵3-8倍，紅細(xì)胞依賴這些ATP酶的作用以維持細(xì)胞內(nèi)外滲透壓的平衡，使紅細(xì)胞不致破溶。

2.陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)　紅細(xì)胞陰離子運(yùn)轉(zhuǎn)主要是帶3蛋白。其運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程不需能量，但與細(xì)胞代謝有關(guān)，它主要介導(dǎo)HCO₃與Cl 進(jìn)行1 : 1交換，以維持體內(nèi)酸堿平衡。

3.水的運(yùn)輸　膜脂是疏水的，水分子很難通過(guò)，所以它和離子一樣需要有水的通道。水通道已克隆成功，稱AQP（aqaproin）-CHIP。后來(lái)發(fā)現(xiàn)有7種AQP。紅細(xì)胞上的稱AQP1，從氨基酸的序列看屬于MIP（maior intrinsic protein）家族的氨基酸序列的特點(diǎn)是有多個(gè)Asp-Pro-Ala 序列。紅細(xì)胞依賴水通道維持細(xì)胞內(nèi)外的平衡，保護(hù)紅細(xì)胞不被破溶。

4.葡萄糖運(yùn)轉(zhuǎn)　紅細(xì)胞葡萄糖的運(yùn)轉(zhuǎn)也有葡萄糖運(yùn)轉(zhuǎn)體（glucose transporter）稱GLUT，這是一個(gè)家族，共有5種（GLUT1～5）。GLUT結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是它的C端及N端都伸向胞漿面，跨膜部分穿膜12次。紅細(xì)胞存在GLUT1，其運(yùn)轉(zhuǎn)方式與陰離子通道相似，通過(guò)變構(gòu)將葡萄糖從胞外運(yùn)到胞內(nèi)。

（二）免疫功能　1953年已有報(bào)道紅細(xì)胞能黏附抗原－抗體－補(bǔ)體免疫復(fù)合物（immunecomplex，IC），促進(jìn)吞噬細(xì)胞將其清除。1981年提出“紅細(xì)胞免疫系統(tǒng)”這一概念，認(rèn)為紅細(xì)胞對(duì)防止 IC 在組織沉積，并將其清除。從此，紅細(xì)胞免疫研究迅速發(fā)展，大量研究證明紅細(xì)胞不僅參與機(jī)體的免疫反應(yīng)，還參與免疫調(diào)控，紅細(xì)胞的一些免疫功能是其他免疫細(xì)胞無(wú)法代替的。

1.清除免疫復(fù)合物（IC）的作用　紅細(xì)胞膜上有補(bǔ)體C3b受體（I型補(bǔ)體受體，CR1），CR1 和補(bǔ)體的作用是紅細(xì)胞具有免疫作用的重要因素。CR1是一種單鏈糖蛋白，存在于多種細(xì)胞上，平均每個(gè)紅細(xì)胞表面CR1位點(diǎn)數(shù)為 950，中性粒細(xì)胞57000，淋巴細(xì)胞210000，單核細(xì)胞480000。由于紅細(xì)胞數(shù)量眾多，因此血循環(huán)中95%的CR1位于紅細(xì)胞膜上。紅細(xì)胞清除IC的機(jī)會(huì)比白細(xì)胞大500～1000倍。IC在周圍組織中的沉積是導(dǎo)致許多免疫性疾病的主要因素；紅細(xì)胞與IC的結(jié)合，減少IC對(duì)組織細(xì)胞的損傷；如果IC過(guò)多地黏附在吞噬細(xì)胞等免疫細(xì)胞上將削弱其免疫功能。紅細(xì)胞竟?fàn)幮缘酿じ絀C，可消除IC對(duì)吞噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞等免疫細(xì)胞的抑制作用，間接提高它們的免疫功能。

2.對(duì)淋巴細(xì)胞的調(diào)控作用　紅細(xì)胞能將IC 結(jié)合的補(bǔ)體降解為 C3dg，C3dg可與紅細(xì)胞膜上的 CR2（Ⅱ型補(bǔ)體受體）結(jié)合，誘導(dǎo)B 細(xì)胞由靜止期轉(zhuǎn)向有絲分裂期，促使其增值分化，并產(chǎn)生抗體。此外，紅細(xì)胞膜上的LEA-3（淋巴細(xì)胞功能抗原3）與T淋巴細(xì)胞CD2作用，從而激活T淋巴細(xì)胞免疫功能。另外，紅細(xì)胞還能直接增強(qiáng)NK細(xì)胞抗腫瘤作用。

3.對(duì)吞噬細(xì)胞的作用　許多實(shí)驗(yàn)證明，紅細(xì)胞有明顯促進(jìn)吞噬細(xì)胞吞噬功能，這可能是由于紅細(xì)胞膜是 CR1、CR3和吞噬細(xì)胞上的 CR1、FCR、CR3、CR4等共同作用造成的。此外，吞噬細(xì)胞在吞噬過(guò)程中釋放大量氧自由基，可對(duì)吞噬細(xì)胞造成損傷，紅細(xì)胞上的超氧化物歧化酶（SOD）能夠及時(shí)清除氧自由基，從而促進(jìn)吞噬細(xì)胞的吞噬功能。

4.對(duì)補(bǔ)體活性調(diào)節(jié)　補(bǔ)體包括二十多種蛋白組分，當(dāng)抗原抗體反應(yīng)激活補(bǔ)體之后，經(jīng)“瀑布式反應(yīng)”最終形成補(bǔ)體的復(fù)合物，使細(xì)胞破溶，如果在紅細(xì)胞膜上，即造成溶血。在補(bǔ)體一系列反應(yīng)中有激活劑參與，也有抑制補(bǔ)體活化的分子參與，以調(diào)節(jié)補(bǔ)體的作用。紅細(xì)胞膜上有三種抑制補(bǔ)體的分子：C3轉(zhuǎn)化酶衰變加速因子（decay accelerating factor，DAF，CD55）；反應(yīng)性溶血的膜抑制劑（membrane inhibitor reactive lysis， MIRL，CD59）；補(bǔ)體8結(jié)合蛋白（binging protein C8）。這些因子在結(jié)構(gòu)上都有一個(gè)共同點(diǎn)，雖然都是膜蛋白，但他們是含糖肌醇磷脂的蛋白，以磷脂的兩個(gè)脂肪酸插入膜，蛋白質(zhì)在膜外，由于它們以肌醇磷脂插入膜，所以又稱糖肌醇磷脂錨固蛋白（glycosyl-phosphatidylinositol anchored protein）之稱。

（三）抗原性

1.血型抗原　紅細(xì)胞膜上的抗原性物質(zhì)是由遺傳基因決定的，其化學(xué)組成為糖蛋白或糖脂。在紅細(xì)胞系統(tǒng)種，已發(fā)現(xiàn)400多種抗原物質(zhì)，分屬于20多個(gè)血型系統(tǒng)。近年對(duì)血型的研究很多，發(fā)現(xiàn)許多膜蛋白質(zhì)都帶有某種血型抗原。

2.老化抗原　已知衰老或有病變紅細(xì)胞的清除主要在其通過(guò)脾臟時(shí)被吞噬細(xì)胞吞噬，吞噬細(xì)胞是如何識(shí)別這些細(xì)胞，目前尚不完全清楚。近年的研究認(rèn)為這些異常紅細(xì)胞膜表面出現(xiàn)了稱之為“老化抗原”（senescent cell antigen，SCA）的新抗原，SCA可被血漿自身抗體（autoantibody）識(shí)別并結(jié)合，吞噬細(xì)胞有 IgG Fc段受體，可識(shí)別結(jié)合在異常紅細(xì)胞上的IgG，從而將這些異常紅細(xì)胞吞噬。新　抗原產(chǎn)生的機(jī)制，目前研究結(jié)果表明主要與膜兩種組分的變化有關(guān)，第一是唾液酸的減少，唾液酸位于糖蛋白糖鏈的末端基團(tuán)，暴露在紅細(xì)胞膜表面，老化等異常紅細(xì)胞唾液酸減少導(dǎo)致α－D-半乳糖殘基的暴露，人體血漿中存在α-半乳糖基抗體，能與半乳糖基結(jié)合而附在膜上，從而被吞噬細(xì)胞識(shí)別。如果兔的吞噬細(xì)胞與各種糖保溫，觀察糖對(duì)吞噬作用的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)只有乙酰半乳糖及半乳糖

對(duì)吞噬細(xì)胞的吞噬有抑制，其他糖都無(wú)影響。目前已發(fā)現(xiàn)α半乳糖基抗體能與老化紅細(xì)胞，鐮刀形紅細(xì)胞貧血和地中海貧血等異常紅細(xì)胞結(jié)合。第二是帶3蛋白的改變，通過(guò)免疫印漬研究發(fā)現(xiàn)自身抗體主要與紅細(xì)胞膜帶3蛋白結(jié)合，證明SCA是帶3蛋白。有人認(rèn)為SCA是帶3蛋白的降解產(chǎn)物，分子量為62KD。有人認(rèn)為SCA是帶3 蛋白的聚集體，變性Hb可誘導(dǎo)帶3蛋白發(fā)生聚集，構(gòu)型發(fā)生改變，使自身抗體IgG能與之結(jié)合。

（四）變形性　紅細(xì)胞的變形性與紅細(xì)胞的功能及壽命密切相關(guān)，紅細(xì)胞具有變形性有利于其自身通過(guò)微循環(huán)。紅細(xì)胞直徑約為 8μm，但某些微血管如脾竇的毛細(xì)血管直徑只有 2～3μm，正常的紅細(xì)胞通過(guò)時(shí)形態(tài)發(fā)生改變，從盤(pán)狀變?yōu)榧?xì)長(zhǎng)條狀，因而得以通過(guò)。如果膜變形性差，紅細(xì)胞無(wú)法通過(guò)微循環(huán)。因此從這一點(diǎn)出發(fā)，紅細(xì)胞的變形性有助于機(jī)體對(duì)異常紅細(xì)胞的清除。因?yàn)樗ダ匣蛴胁〉募t細(xì)胞變形能力均下降，在通過(guò)微血管時(shí)受擠壓而破溶，或是受阻于狹小脾竇裂隙，從而被脾竇吞噬細(xì)胞吞噬清除。紅細(xì)胞保存期愈長(zhǎng)，紅細(xì)胞變形性降低愈明顯。表明變形性下降是老化細(xì)胞破壞的一個(gè)重要因素。

膜變形性也有利于防止未成熟紅細(xì)胞進(jìn)入血液循環(huán)，紅細(xì)胞由骨髓進(jìn)入血液循環(huán)必須經(jīng)過(guò)骨髓血竇裂隙。成熟紅細(xì)胞無(wú)核，變形性好，易通過(guò)，未成熟有核紅細(xì)胞變性差，不易通過(guò)。此外，紅細(xì)胞變形性還可以影響血粘度，如果變形性好，可降低血黏度，從而血流通暢。

影響紅細(xì)胞變形性主要有以下幾個(gè)因素：①膜骨架蛋白組分和功能狀態(tài)，骨架過(guò)于僵硬則不易變形，骨架松散則易于碎裂；②膜脂質(zhì)流動(dòng)性大有利于變形；③細(xì)胞表面積與細(xì)胞體積比值：正常紅細(xì)胞呈雙凹盤(pán)狀，有較大比值；變形性良好。如果比值減小，細(xì)胞趨于口形或球形；變形性降低。④Hb 的質(zhì)和量：細(xì)胞內(nèi)的Hb濃度增高，或有變性Hb附著在膜上，均能使變形性降低。⑤膜的離子通透性：一般離子通過(guò)膜的速度很慢，相比之下極性弱的易透過(guò)，極性強(qiáng)的不易透過(guò)，例如，鉀離子半交換期超過(guò) 30 小時(shí)，氯離子只需 0.2 秒。在某些病理情況下紅細(xì)胞的通透性發(fā)生改變，使Na+、K+ 通透性增加。如果Na+進(jìn)入細(xì)胞量遠(yuǎn)大于K+的外漏，細(xì)胞內(nèi)則積水，細(xì)胞腫脹；相反，若 K+的漏出多于 Na+的內(nèi)流，細(xì)胞會(huì)脫水，體積減小，細(xì)胞內(nèi)黏度顯著增高，以上兩種情況都會(huì)導(dǎo)致紅細(xì)胞變形性降低。

四、血紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能

（一）血紅素是氧結(jié)合的鋪基　血紅蛋白（hemoglobin，Hb）是一種了解得最清楚的紅細(xì)胞中的運(yùn)輸?shù)鞍?，它的主要功能是吸收肺部大量的氧，并將其輸送到身體的各個(gè)組織。Hb 的珠蛋白肽鏈（或肌紅蛋白，Mb）的主要結(jié)構(gòu)特征之一，就是形成一容納血紅素的疏水性口袋。血紅素的存在賦予Hb或Mb結(jié)合氧的能力，并使兩者顯示特殊的顏色。很多蛋白質(zhì)分子的生物學(xué)功能，與其緊密結(jié)合的特異的非蛋白基團(tuán)密切相關(guān)，這種基團(tuán)叫做輔基，例如血紅素就是Hb和Mb的鋪基。血紅素是鐵原子的原卟啉 IX 的復(fù)合物。鐵原子位于血紅素的中心，它通過(guò)配位鍵和卟啉環(huán)的四個(gè)氮原子相結(jié)合。在卟啉環(huán)平面的兩側(cè)，這個(gè)鐵原子還可以形成第五個(gè)和第六個(gè)配位鍵，使其能夠結(jié)合氧分子。血紅素中的鐵原子有+2 和+3 兩種氧化態(tài)，與其相對(duì)應(yīng)的血紅蛋白分別稱作（亞鐵）血紅蛋白和高鐵血紅蛋白。Hb和Mb的血紅素口袋的疏水性產(chǎn)生于非極性氨基酸側(cè)鏈，這個(gè)口袋特別適合疏水性和卟啉環(huán)，并有利于+2價(jià)鐵離子可逆地結(jié)合氧分子，而不易氧化成+3價(jià)鐵離子。

（二）紅蛋白分子由四個(gè)亞基組成　脊椎動(dòng)物的Hb由四個(gè)亞基組成。每個(gè)Hb四聚體分子都有兩種類型的亞基，每種亞基有兩個(gè)，每個(gè)亞基含有一個(gè)血紅素，亞基之間通過(guò)非共鍵相結(jié)合。例如，HbA是成人血紅蛋白的基本成分，由兩條α鏈和兩條β鏈組成（α2β2）。成人次要血紅蛋白 HbA2（占總 Hb的 2%）由兩條α鏈和兩條δ鏈組成（α2δ2）。胎兒HbF的組成為α2γ2，而胚胎Hb為ξ2ε2。

（三）血紅素的可逆氧合作用　血紅素存在于Hb分子的每個(gè)亞基的裂縫中，它的極性側(cè)鏈處于Hb分子的表面，而其余部分均在Hb 分子內(nèi)部被非極性氨基酸殘基所包圍，只的兩個(gè) His 除外。血紅素的鐵原子和其中一個(gè)His即（F8）直接結(jié)合，這個(gè)His占據(jù)了鐵原子的第5個(gè)配位鍵的位置，稱作近側(cè)His。而氧結(jié)合位點(diǎn)則位于血紅素平面的另一側(cè)，占據(jù)鐵原子的第 6 個(gè)配位鍵的位置。第2 個(gè) His 殘基（E7）稱作遠(yuǎn)端 His，它靠近血紅素，但并不與之結(jié)合。在生理?xiàng)l件下，Hb 有三種構(gòu)象形式：脫氧 Hb、氧合 Hb 和鐵 Hb。這三種 Hb的主要區(qū)別，就在于血紅素的第 6 個(gè)配位鍵。在脫氧 Hb 中，這一位置空缺；在氧合Hb中，它被氧分子占據(jù)；而在高鐵Hb，這個(gè)配位鍵結(jié)合的是水分子。

（四）Hb對(duì)一氧化碳的親和作用　一氧化碳（CO）分子很容易和Hb結(jié)合，從而抑制體內(nèi)的氧輸送。游離的血紅素在水溶液中對(duì)CO的親和力是O₂的25000倍。然而，Hb（或 Mb）對(duì)CO的親和力僅僅比O₂高200倍。顯然，Hb的蛋白部分大大削弱了血紅素對(duì)CO的親和力。X射線晶體衍射和紅外線光譜研究顯示，在游離的鐵卟啉和CO結(jié)合形成的緊密的復(fù)合物中，F(xiàn)e、C和O三個(gè)原子排列成一直線。而在Hb和CO形成復(fù)合物中，CO的軸和 Fe-C鍵之間不是一條直線，而是彎曲成一定角度。這是遠(yuǎn)端His（E7）的空間障礙作用的結(jié)果。在氧合Hb中，O₂的軸也和Fe-O鍵成一定角度。這種彎曲的化學(xué)鍵，造成血紅素和CO之間的相互作用大為減弱。Hb（或Mb）對(duì)CO的親和力下降，在生理上具有重要意義。在細(xì)胞內(nèi)，血紅素降解可產(chǎn)生內(nèi)源性CO，這些CO將抑制大約1%的Hb（或Mb）的氧結(jié)合位點(diǎn)。不會(huì)危及細(xì)胞生存。但是，如果Hb（或Mb）對(duì)CO的親和力像游離的卟啉那樣高，這些內(nèi)源性CO將足以產(chǎn)生劇毒。因而，Hb（或Mb）分子的蛋白部分創(chuàng)造了特殊的微環(huán)境，使其輔基具有獨(dú)特的性質(zhì)。一般來(lái)說(shuō)，輔基的功能都會(huì)受到與之結(jié)合的多肽鏈環(huán)境的調(diào)節(jié)。例如，血紅素也是細(xì)胞色素c分子的輔基，但其功能與在Hb中完全不同。細(xì)胞色素c是所有嗜氧生物細(xì)胞線粒體呼吸鏈中的蛋白腩，它是可逆的電子載體，而不是氧載體。此外，血紅素在酶促反應(yīng)中還有另一種功能，即催化將過(guò)氧化氫轉(zhuǎn)變成水和氧。