眼的生物化学.ppt

眼的生物化学,生物化学：用化学的原理及方法研究生物。眼的生物化学：物质组织结构异常及代谢异常与眼病的关系。,泪膜角膜、房水晶状体玻璃体视网膜脉络膜巩膜,第一节 泪液,泪液与泪膜传统泪膜观点与新泪膜观点泪膜形成的生物化学机制,泪液,由主副泪腺分泌的水样液体泪液分泌部包括泪腺：反射性分泌腺（受到刺激时大量分泌）副泪腺：基础分泌腺（少量）,泪液,物理特性：pH值 7.37.8 渗透压 318mOsm/L 屈光指数 1.3361.337 温度：32,泪液的化学组成,98%99%H2O蛋白质（为血浆的1/10）球蛋白：、球蛋白、免疫球蛋白（IgA)溶菌酶：含量与多种因素有关 白蛋白：特殊泪液白蛋白、血清白蛋白 转铁蛋白：与细菌竞争铁而产生抑菌作用,泪液的化学组成,氨基酸：含量高于血液，17种以上酶：乳酸脱氢酶、溶酶体酶等20余种无机盐葡萄糖、尿素等有机物脂质 基础泪液和反射性泪液中的泪液成分及含量有改变。,传统泪膜概念,脂质层浆液层粘液层,角膜表面覆盖的一层泪液膜称为泪膜。厚710um,脂质层,由 Meibomians 腺、Zeis腺、Moll腺分泌由蜡质、胆固醇等脂质构成0.050.5um减少泪液蒸发；防止泪液外溢,浆液层,由泪腺、副泪腺分泌由水、无机盐、可溶性有机物组成67um湿润角膜表面；营养结角膜上皮；屏障功能,粘液层,眼表上皮细胞分泌粘液构成，具有高度亲水性0.020.05um构成亲水界面，稳定泪膜附着；粘着和清除异物；阻止外来抗原,泪膜新概念,泪膜是一块胶体，其中粘蛋白是主体，被泪液所水化，含蛋白、电解质、有机物等，外层覆盖脂质层。,泪膜,泪膜形成的生化机制（1）,结膜杯状细胞分泌的粘液和角膜上皮细胞分泌的糖蛋白在角膜上皮前表面形成一层多糖-蛋白复合物粘液的主要成分为糖蛋白，以蛋白质链为基础，链上有大量丝、苏氨酸残基，可与疏水的脂类、亲水的蛋白质及带电分子相互作用使疏水的角膜上皮细胞膜磷脂层表面张力降低角膜前表面被泪液覆盖，形成一稳定、完整的泪膜角膜上皮表面异常、粘液层或糖蛋白异常可影响泪膜稳定性,泪膜形成的生化机制（2）,泪膜有助于保持角膜基质脱水状态泪膜脂质层由极性和中性脂质组成极性脂质和泪膜水层接触，形成稳定的泪膜中性脂质和空气接触，提供屏障保护,干眼症,第二节 角 膜,角膜的化学成分 水：7282 蛋白质：18%-20%胶原 15 其他 5 粘多糖：4%硫酸角质素 软骨素 硫酸软骨素A 酶：磷酸脂酶、淀粉酶、三磷酸腺苷酶等 无机盐 其他,二、角膜的营养和代谢,糖代谢维生素A代谢,角膜的营养,角膜的葡萄糖来自于房水、角膜缘血管网和泪膜。角膜的葡萄糖可以糖原形式储存。角膜的氧气来自于泪膜、房水、角膜缘血管网和结膜毛细血管。,1、角膜的糖代谢,无氧酵解：8588 生成乳酸和丙酮酸。1mol 葡萄糖产生2mol ATP。缺氧时，乳酸堆积，造成角膜水肿。有氧氧化：1215 经Krebe循环产生二氧化碳和水。1mol 葡萄糖产生36mol ATP。是角膜供能的主要途经。主要发生在角膜上皮和内皮层。,1、角膜的糖代谢,磷酸戊糖旁路：主要在上皮层。生成磷酸核糖（合成核酸）和NADPH（合成脂类）。多元醇途经：生成山梨醇和果糖。,2、角膜的维生素A代谢,维生素A来源于食物。与视黄醇结合蛋白结合后再与血浆前白蛋白结合，转运至角膜组织。作用（1）参与角膜糖蛋白的合成、基质DNA的合成（2）维持结角膜上皮细胞的分化和完整性（3）促进角膜内皮EGF受体，创伤修复,角膜软化症,3、维生素C和谷光苷肽代谢,维生素C的作用：防止光氧化损伤 参与胶原合成谷光苷肽的作用：维持角膜内皮正常功能,三、角膜基质的构成,型胶原纤维：纤维状，为角膜基质中的主要纤维型胶原纤维：纤维状，直径可调节型胶原纤维：非纤维状胶原，可调节细胞基质的相互作用胶原纤维的合成和分解受内源性生长因子的调节。,四、角膜的相对脱水性,角膜上皮的屏障功能角膜基质层的作用 基质内粘多糖的相对脱水状态是保持角膜透明的重要保证。粘多糖与水结合后肿胀，使角膜增厚，并破坏胶原纤维的规则排列。,四、角膜的相对脱水性,角膜内皮的功能 角膜内皮的屏障作用：细胞间的连接 影响因素：Ca2+、谷胱甘肽的浓 度，灌注液成分及PH值等。角膜内皮的泵功能：影响因素：ATP酶功能、HCO3-浓度等。,第三节 巩膜,一、巩膜的化学成分 水：65.575.5 蛋白质：胶原蛋白（干重的 75）弹性蛋白 粘多糖：1%硫酸软骨素 硫酸肤质素 透明质酸 脂类 其他：无机盐等,二、巩膜的代谢及不透明性,巩膜代谢与角膜相似，但相对缓慢。巩膜不透明的主要原因：含水量 粘多糖含量 胶原纤维的不规则排列,第四节 房水,房水是睫状体无色素上皮分泌的、从后房到前房持续循环着的无色透明液体。作用：屈光、眼压的形成与维持、角膜营养供应房水源自血液，基本成分与血浆相似，但并非血浆的过滤液。化学成分复杂。后房与前房的化学成分有所不同,一、房水的物理特性,渗透压比血浆高 pH值 7.37.5 比重 1.0021.021 屈光指数1.3331.337,二、房水的化学组成,蛋白质：虹睫炎、青光眼时明显升高。免疫球蛋白含量少。,二、房水的化学组成,电解质：Na+来自扩散、超滤和主动运输，维持渗透压。K+来自扩散和超滤。Cl在Na+主动运输时被动跟入。HCO3在Na+主动运输时被动跟入，中和乳酸和丙酮酸。,二、房水的化学组成,维生素C：含量为血浆浓度的1530倍。以还原型为主。由饱和的特定转运机制主动分泌到房水。在白内障或无晶体眼浓度低于正常。,二、房水的化学组成,葡萄糖：为血浆浓度的80，被晶体、角膜、玻璃体、和视网膜利用。乳酸等：为周围组织的代谢产物。谷光苷肽：是细胞抗氧化作用的重要物质，白内障时增高，青光眼时降低。,二、房水的化学组成,氧：3040mmHg，角膜接触镜、肾上腺素可使房水氧分压降低。氨基酸酶类：LDH1000u提示恶性病变微量元素,房水和血浆成分比较,三、房水的形成过程,扩散透析或超滤分泌水、电解质通过睫状体上皮细胞膜和虹膜毛细血管壁自由扩散与超滤过形成维生素C、乳酸、蛋白质和部分氨基酸由睫状上皮主动分泌 房水的形成主要是细胞主动分泌过程,三、影响房水成分的因素,血液成分：以扩散和超滤方式出入房水的物质，浓度随血浓度的增高而增高；血浆中大分子物质浓度增高，房水量减少。睫状体功能：睫状体血流量影响房水生成量；物质的主动运输依赖睫状体的正常代谢。血-房水屏障：损伤后大分子物质增加，高浓度物质减少。药物作用,第五节 晶状体,是一个双凸透镜状的透明体。位于虹膜、瞳孔之后，玻璃体之前，借晶体悬韧带与睫状体联系。是重要的屈光间质之一。晶状体组织结构：晶体囊膜 前囊膜下有上皮细胞 晶体纤维 晶体皮质 晶状体核 晶体悬韧带,一、晶状体的化学组成,晶状体的蛋白质,晶体的蛋白质包括：晶状体蛋白：晶体特有的蛋白质。晶体蛋白 晶体蛋白 晶体蛋白 膜蛋白：与细胞功能密切相关。内在膜蛋白 外部膜蛋白 细胞骨架蛋白：提供细胞支持、参与细胞运动、决定晶体细胞纤维形状、分化和细胞内成分。肌动蛋白 波纹蛋白 微管蛋白,晶状体的蛋白质,晶体的蛋白质：可溶性蛋白质：晶状体蛋白 不容性蛋白质：膜蛋白 细胞骨架蛋白 聚合的晶状体蛋白,晶体蛋白的年龄变化,晶体蛋白 不溶性蛋白从皮质到核，不溶性蛋白渐增多随年龄增大，不溶性蛋白增多白内障时，不溶性蛋白增多,晶状体蛋白的免疫特性,晶状体蛋白被包绕在晶状体囊袋内，不为机体所认识。晶状体囊袋破损时，机体被自身晶状体蛋白致敏，产生抗体。,二、晶状体的代谢,晶状体的糖代谢,无氧酵解：葡萄糖 己糖激酶 6磷酸葡萄糖 1，6 二磷酸果糖 丙酮酸 乳酸有氧氧化(3%)葡萄糖丙酮酸 Krebs循环 二氧化碳水磷酸戊糖旁路（1020）葡萄糖6磷酸葡萄糖戊糖 产生NADPH山梨醇途经（5）葡萄糖 醛糖还原酶 山梨醇果糖,晶状体的蛋白质和氨基酸代谢,晶状体疾病的生化机制,糖代谢与白内障,血浆中还原糖增多房水中还原糖增多醛糖还原酶激活产生山梨醇山梨醇在细胞内积聚细胞内渗透压增高 水份进入细胞内晶体细胞肿胀、变性白内障水合作用增加 膜通透性改变 蛋白合成停止，酶失活 晶状体混浊,晶状体蛋白质变性与ARC,肽链降解 晶状体水溶性蛋白质降解成短肽链，不溶性晶状体蛋白增多。二硫键交联聚合 晶状体蛋白中的巯基被氧化，巯基减少，二硫键增多，蛋白质交联聚合形成高分子聚合物。,晶状体蛋白质变性与ARC,自由基引起的氧化损伤 超氧阴离子自由基、羟基自由基等氧化破坏蛋白质。药物的作用 某些药物如氰酸盐、糖皮质激素能与晶状体蛋白质反应，导致蛋白质大分子聚合。,晶状体的抗氧化防护系统,酶防护系统 过氧化物歧化酶 过氧化氢酶 谷胱甘肽还原酶 谷胱甘肽过氧化物酶,谷光苷肽,谷光苷肽能在晶体中合成，上皮细胞中含量最高。谷光苷肽的作用：保护含巯基的蛋白质和酶 协助晶体利用氧 参与晶体囊膜运输 辅酶谷光苷肽必须保持还原型才能发挥作用。,晶体内谷光苷肽的循环,维生素C及维生素E,维生素C 晶体中含量高。有较强的还原作用，可清除自由基。可能参与葡萄糖的磷酸戊糖旁路代谢。维生素E 脂溶性VitE清除单线氧，终止脂类过氧化。,第六节 玻璃体,为透明、无血管、无神经具有一定弹性的胶体。充满在晶状体后的空腔内，其它部分与视网膜和睫状体相贴，是眼屈光间质之一。玻璃体的生理特点：（1）玻璃体无血管、无神经、透明，具有屈光作用。其营养来自脉络膜和房水，本身代谢极低，无再生能力，脱失后留下的空隙由房水填充。（2）玻璃体充满眼球后4/5的玻璃体腔内，起着支撑视网膜和维持眼内压的作用。,一、玻璃体的物理特性,体积约4.5ml，重4g，占眼球总体积的80，99由水组成。渗透压31621mOsm/L比重1.00891.0093屈光指数1.3349,二、玻璃体的化学组成,胶原：是玻璃体中的主要结构蛋白。胶原的浓度保持稳定。透明质酸：有规律的粘附在胶原纤维网内。由玻璃体细胞合成。合成随年龄增加，成年后稳定。更新率0.45ug/d。胶原透明质酸复合物：玻璃体是胶原纤维与透明质酸间形成交叉耦合的一个聚合系统，去除胶原，留下透明质酸粘性液体，破坏透明质酸，胶原收缩。,二、玻璃体的化学组成,非胶原蛋白：人类玻璃体含6种特殊蛋白，糖蛋白占玻璃体非胶原蛋白的20,蛋白浓度随年龄增大而增加。维生素C：含量高，可防止晶体和视网膜的光氧化损伤。氨基酸：含量为血浆的1/5，前段浓度高于后段。乳酸：后部玻璃体内含量较高。酶：淀粉酶、过氧化氢酶等糖和脂类电解质及微量元素,四、玻璃体内各成分的分布,胶原纤维的密度由低到高：玻璃体基底部、玻璃体后皮质、玻璃体前皮质、中央玻璃体透明质酸在玻璃体后皮质最高,五、玻璃体的物质代谢,玻璃体本身代谢较低。玻璃体是周围组织代谢原料的储存地和代谢产物排放地。,第七节 视网膜,一、视网膜生化与代谢,光感受器细胞外节膜盘上含有能起光化学反应的色素，称为视觉色素。视杆细胞含视紫红质，司暗视觉。视锥细胞含视紫蓝质、视蓝质和视紫质司明视觉和色觉。,一、视网膜生化与代谢,1 视网膜的糖代谢,糖酵解 是视网膜糖代谢的主要途径，乳酸含量高有氧氧化磷酸戊糖途径 10%，损伤后的再生的组织，此途径较为活跃,2 视网膜的脂代谢,视网膜内无脂肪细胞 脂肪酸 视网膜 胞饮 血循环 视网膜 胆固醇 脉络膜脂肪（甘油三酯）氧化分解，提供能量类脂（磷脂、糖脂、胆固醇等）是构成生物膜的主要成分。,3 视网膜的蛋白质代谢,可溶性蛋白：具有抗原性，又称视网膜S抗原光感受器维生素A类结合蛋白视蛋白、钙结合蛋白等视网膜蛋白质合成在神经节细胞中最活跃,二、色素上皮的生化与代谢,色素上皮与维生素A代谢 来源：血循环、消化光感受器外段物质和光感受器漂白视色素 过量维生素A对色素上皮有轻微的毒性作用。黑色素颗粒吸收弥散光线，由酪氨酸合成葡萄糖是主要的碳原，但不能在RPE转化为糖原。棕榈酸 硬脂酸,能量来源,VIT E,防氧化,三、光感受器的生化与代谢,1 光感受器膜蛋白,视杆细胞外段含有大量视紫红质视紫红质的生色团是11-顺-视黄醛(维生素A醛),2 光感受器细胞膜的脂类,视杆细胞和视锥细胞膜的基本结构都是磷脂双脂层,3 光感受器外端的更新,不能进行有丝分裂脱膜的形式，由RPE吞噬。,4 视色素动力学与VitA,视色素是感受光基本的物质视紫红质、视紫质、视紫蓝质、视蓝质,视色素,生色团,视蛋白,视黄醛1,视黄醛2,维生素A1的醛型,维生素A2的醛型,维生素A的来源,来源：视紫红质循环色素上皮吞噬的视杆细胞外节碎片食物中的VitA，储存在肝脏，经血液 运输而来转运时需VitA结合蛋白(RBP)VitA缺乏，视紫红质减少，导致夜盲。,VITA是视色素生色团的前体动物的维生素A和植物的胡萝卜素维生素A的缺乏导致夜盲11-顺黄醛才可以参与视色素的合成,视紫红质循环,在光的作用下，视紫红质退色、分解为全反视黄醛和视蛋白。在视黄醛还原酶和辅酶I的作用下，全反视黄醛又还原为无活性的全反维生素A，并经血流入肝脏，再转变为顺维生素A。顺维生素A再经血入眼内，经视黄醛异构酶作用，成为有活性的顺视黄醛，在暗处再与视蛋白合成视紫红质。,四、视觉信号产生、调控与传递,视觉信号的产生 视紫红质通过环鸟苷酸(cGMP),控制质膜通透性,使细胞产生兴奋。黑暗时，cGMP使外段膜保持开放,使Na+和Ca2+在暗时进入细胞。光照时cGMP水平降低;从而引起外段膜上的cGMP激活通道关闭,细胞超极化,产生视觉信号。,视网膜化学突触终末释放两种神经生物活性物质神经递质使之发生去极化或超极化神经调质通过激活细胞内酶系统和通过生化机制影响突触后细胞功能,视觉信号的调控,视觉信号的传递视网膜神经元具有中枢和周围神经元的双重 特性光光感受器细胞发生超极化视路投射 大脑皮层形成视觉信息视网膜神经元内或其间的电化学传递过程 实质上是对视网膜内视信息进行加工处理 的过程,八、视网膜活性物质,维生素C：视网膜代谢中的酶依靠维生素C发挥作用。与清除自由基有关。微量元素：参与视网膜代谢。,