钙磷代谢-生物化学与分子生物学

钙磷代谢生物化学与分子生物学教研室人体所需的营养素中包括部分无机盐。许多离子，主要是金属离子，在酶促反应过程中发挥作用；维护渗透压，主要为钠、钾、氯等；钙磷是骨骼的重要组成成分；此外，无机离子还参与信息传递，凝血过程等多种生理功能。第一节◆钙和磷含量钙约占体重1.5-2.2%，总量约为700-1400g。磷占体重0.8-1.2%，总量约400-800g。◆形式存在99%的钙和86%的磷以羟磷灰石的形式存在于骨和牙齿当中。其余分布于体液和软组织中，以溶解状态存在。人体内钙的存在状态见下图所示。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（［ca］×［p］)=30～40mg/dl◆当［ca］×［p］40，则钙和磷以骨盐形式沉积于骨组织；◆若(［ca］×［p］)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6时，有利于ca2＋的释放◆吸收部位：小肠十二指肠空肠回肠。◆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C→PIP2→IP3+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65～70%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)2D31，25-(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Ca2＋－Mg2＋ATP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。对骨的作用：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。对肾的作用：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1α—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。PTH1，25-(OH)2D3CT血钙↑↑↓血磷↓↑↓小肠钙吸收↑↑↑↓小肠磷吸收↑↑↓肾钙重吸收↓↑↓溶骨作用↑↑↑↓成骨作用↑↑↑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？