红细胞生成

血液有形成分

血液中的有形成分，即为血细胞。分红细胞、白细胞、血小板三类。血细胞都来源于骨髓中同一祖先细胞--造血干细胞（ hematopoietic stem cell）。

成年人红细胞是在红骨髓内生成与成熟的。在红细胞生成过程中，骨髓造血功能必须正常，同时还需要供给一些必要的造血原料，其中以蛋白质和铁最重要，因为两者都是血红蛋白的基本组成成分。一般人日常膳食中所含的蛋白质，已足够供应造血的需要。蛋白质食物中含有多种氨基酸，吸收后可以合成珠蛋白，珠蛋白与血红素结合成红细胞的主要成分血红蛋白。每日由红细胞在体内破坏所释放的铁量约2l毫克，几乎可全部重新被机体利用。正常成年男子或绝经期后的妇女，每天只从食物中吸收约1毫克的铁，就足以补偿机体代谢的需要。有机食物中所含的铁为三价的高铁化合物，需要通过酸性胃液的作用，把高铁离子释放出来，并还原成二价的亚铁离子，才能被小肠上段吸收。因此，缺乏胃酸的人容易患缺铁性贫血。有月经的妇女以及妊娠和哺乳的妇女，对铁的需要量明显增加，必要时可口服硫酸亚铁等铁盐作为补充。促进红细胞成熟的因素有维生素B12、叶酸及内因子。前二者是B族维生素，它们都能促进细胞核中脱氧核糖核酸的合成。缺乏这两种维生素时，细胞核的成熟和分裂延缓、停滞，导致巨幼红细胞性贫血。内因子是胃粘膜上胃腺壁细胞分泌的糖蛋白，在胃内能与食入的维生素B12结合成复合物，移行至回肠，保护维生素B12不被消化破坏，并促进回肠粘膜上皮吸收维生素B12。一般食物中并不缺乏维生素B12，但如果因胃腺减少(如胃大部切除后)而缺乏内因子时，可引起维生素B12的缺乏，导致恶性贫血。红细胞生成的调节主要通过红细胞生成素的作用实现。当机体缺氧时，如在空气稀薄的高原，或处在失血、贫血或心脏疾病等情况下，便可刺激肾脏产生红细胞生成素，通过血液循环促进红骨髓生成红细胞，成年男子的红细胞数和血红蛋白含量均较成年女子为高，这种性别差异在青春期以前并不存在，提示雄激素与红细胞的生成有关。雄激素能直接刺激骨髓造血组织，加速红细胞的生成；也能作用于肾脏或肾外组织，增加红细胞生成素的产量，间接地促进红细胞的生成。红细胞生成素(EPO)是一种由肾脏产生的糖蛋白，为促进骨髓红系祖细胞生长、增生、分化和成熟的主要刺激因子。EPO可能是刺激造血多能干细胞使形成红细胞祖细胞，但也有认为它作用于红系祖细胞及其以后细胞。在干细胞培养中，加入EPO后可获得爆式红系集落形成单位(BFU-E)和对红系生成素有反应集落生成单位(CFU-E)两种集落。事实上，EPO对整个红细胞系统的细胞都有作用。

红细胞的形态

红细胞系统形态我们分为原始红细胞、早幼红细胞、中幼红细胞、晚幼红细胞、网织红细胞和成熟红细胞。

（1）原始红细胞：胞体直径15～20μm，圆形或椭圆形，边缘常有钝角状或瘤状突起。胞核圆形、居中或稍偏于一旁，约占细胞直径的4／5，核染色质呈颗粒状，比原始粒细胞粗而密，核仁1～2个，胞质量少，深蓝色，不透明，在核周围常形成淡染区。

（2）早幼红细胞：胞体直径10～18μm，圆形或椭圆形。胞核圆或椭圆形，占细胞2／3以上，核染色质可浓集成粗密的小块，核仁模糊或消失，胞质量多，染不透明蓝或深蓝色，仍可见瘤状突起及核周淡染区。

（3）中幼红细胞：胞体直径8～15μm，圆形。胞核圆形或椭圆形，约占细胞的1／2，核染色质凝聚成索条状或块状，其中有明显空隙，核仁消失。胞质内血红蛋白形成逐渐增多，可呈嗜多色性。

（4）晚幼红细胞：胞体直径7～10μm，圆形，胞核圆形，居中或偏位，占细胞1／2以下，核染色质聚集成数个大块或凝缩成紫黑色团块状，胞质量较多，浅灰或浅红色。

（5）网织红细胞：为晚幼红细胞刚脱核的分化阶段，直径8～9μm，胞质内仍含嗜碱物质，属未成熟红细胞。

（6）红细胞：正常红细胞平均直径7.2μm，形态呈双面微凹之圆盘状，中央较薄，边缘较厚，染色后呈淡红略带紫色，中央部分淡染，无核。

红细胞的数量

红细胞是血液中数量最多的细胞。人类正常红细胞呈双凹圆碟形，细胞平均直径约为8μm，周边稍厚。成熟红细胞是体内唯一的无核也无细胞器的细胞，它的功能主要靠细胞中的血红蛋白（hemoglobin）完成。

衡量红细胞量的几组数值任意一项数值若低于正常值时，则称为贫血（见下表）。

红细胞的功能

红细胞的主要功能是运输Ｏ2和ＣＯ2，其运输Ｏ2的功能是靠细胞内的血红蛋白来实现的；红细胞内有多种缓冲对和碳酸酐酶，也有一定的缓冲酸碱度的能力。

红细胞的特性

红细胞具有悬浮稳定性、可塑性变形和渗透脆性，它们都与红细胞的双凹碟形有关

1.悬浮稳定性（suspension stability）

（1） 概念：指血液中的红细胞能够彼此保持一定距离而悬浮于血浆中的特性。

（2） 衡量标准：红细胞沉降率（Erythrocyte Sedimentation Rate，简称 ESR） 测量红细胞沉降率的方法：将新采集的血液经抗凝混匀处理后，置于一支带刻度的细玻璃管内，红细胞将会因重力作用叠连在一起并下沉。通常以红细胞在第一小时末下降的距离来表示红细胞沉降率。正常值男性0～15mm/h，女性0～20mm/h。

（3）红细胞叠连（rouleaux formation of erythrocyle）：红细胞由于电荷、重力作用，细胞间以凹面互相接触，形成一叠红细胞的现象。叠连速度的快慢主要取决于血浆的性质，血浆白蛋白可使红细胞叠连速度减慢，血浆球蛋白、纤维蛋白原可使红细胞叠连速度加快。红细胞叠连后会使血液粘滞性增加。

2．可塑性变形（plastic deformation of erythrocyte）：红细胞在全身血管中循环运行时， 常要挤过口径比它小的毛细血管和血窦孔隙，这时红细胞将发生卷曲变形，通过后恢复原状的特性称为可塑性变形。

3．渗透脆性：红细胞膜对低渗溶液的抵抗能力。一般红细胞在0.45%NaCl低渗液中某些红细胞膜开始破裂出现溶血现象，在0.35% NaCl低渗液中红细胞膜全部破裂完全溶血。等渗溶液：溶液的渗透压与血浆渗透压相等的溶液。如0.9% NaCl液、5%葡萄糖溶液、1.9%尿素溶液。等张溶液：能使悬浮于其中的红细胞保持正常体积和形状，不至使其变形或溶血的溶液。如0.9%NaCl液、5%葡萄糖溶液为等张溶液，而1.9%尿素溶液因红细胞置于其中产生溶血则不是等张溶液。

红细胞的生成

红细胞正常数量的维持是它不断生成和不断破坏达到动态平衡的结果。

（1）生成部位：人出生后，红骨髓是制造红细胞的唯一场所，因此红骨髓造血功能的正常是红细胞生成的前提条件。若由于某些原因造成红骨髓的损伤而使之造血功能下降或丧失引起的贫血，称为再生障碍性贫血。

（2）生成原料：红细胞的主要成分是血红蛋白，合成血红蛋白的主要原料是铁和蛋白质。铁的来源有两部分：一部分是衰老的红细胞在体破坏，由血红蛋白分解释放出的“内源性铁”，每日约25mg，很少丢失，基本上供造血需要时重复应用；另一部分是食物供应的“外源性铁”，只有还原为亚铁离子（Fe2+）或其他亚铁化合物，在十二指肠和空肠上段吸收，造血时才能被应用。蛋白质的来源主要是食物被消化分解为氨基酸后，吸收入血并被运送到骨髓，在有核红细胞内合成血红蛋白。故机体缺乏铁和蛋白质时引起的贫血，称为营养性贫血。若以缺铁为主导致的贫血称为缺铁性贫血。

（3）成熟因子：红细胞在细胞分裂和生长成熟过程中，需要叶酸和维生素B12的参与。叶酸是合成胸腺嘧啶脱氧核苷酸所必需的辅酶，胸腺嘧啶脱氧核苷酸是构成DNA的前身物质。如叶酸缺乏，骨髓内有核红细胞核内DNA合成障碍，细胞的分裂增殖速度减慢，使红细胞的生长停止在初始状态而不能成熟，形成巨幼红细胞性贫血（大细胞性贫血）。维生素B12的作用是增加叶酸在体内的利用，从而间接地促使红细胞的合成。维生素B12均来自食物中，它均与蛋白质结合在一起，须经胃蛋白酶的消化，维生素B12被分离出来，再与胃粘膜壁细胞分泌的内因子形成复合物，维生素B12-内因子复合物可保护维生素B12不被消化液破坏，当运送到回肠时维生素B12被吸收入血，内因子则排出体外。先天性缺乏内因子，或由于胃切除而引起的内因子缺乏，都可导致维生素B12吸收障碍，从而影响骨髓内红细胞的发育，发生巨幼红细胞性贫血。

（4）生成调节：正常情况下，人体内红细胞数量能保持相对恒定。当人体所处环境或功能状态发生变化时，红细胞生成的数量和速度会发生适当的调整。红细胞的生成主要受促红细胞生成素和雄激素的调节。

促红细胞生成素（Erythroietin 简称EPO），是一种糖蛋白，由肾合成。主要作用是促使造血干细胞向原红细胞转化，同时促进红细胞发育和血红蛋白合成，并能促使成熟的红细胞释放入血。组织缺氧是刺激促红细胞生成素合成释放增多的主要原因。

雄激素：主要作用于肾，促进促红细胞生成素的合成，使骨髓造血功能增长率强，血液中红细胞数量增多；雄激素还可直接刺激红骨髓，使红细胞生成增多。

研究表明：缺氧环境能引起人体血液中红细胞增加，这是由于体内产生的促红细胞生成素对造血机能有促进作用所致，其调节过程如下图所示。

红细胞的破坏

红细胞的平均寿命约为120天。 衰老或破损的红细胞，在肝、脾被巨噬细胞吞噬，经消化后，铁可再利用，脱铁血红素转变为胆色素随粪或尿排出体外。

所需原料

红细胞生成原料：珠蛋白和铁。

蛋白质：红细胞中的血红蛋白，由珠蛋白结合血红素而成。合成珠蛋白时所需的氨基酸都来源于食物蛋白质。

铁：血红蛋白的组成成分血红素，其中吡咯核需要二价铁(Fe2+)。正常人体血液中的二价铁，只有小部分来自食物，而大部分约有95%则来自血红蛋白分解后二价铁的再利用。医学上，来自食物的二价铁，叫做“外源性铁”；来自体内血红蛋白分解后的二价铁，叫做“内源性铁”。

超过造血需要的铁，通常与运铁蛋白(一种β球蛋白)结合成为铁蛋白，铁蛋白储存于肝、脾、骨髓和小肠粘膜的上皮细胞中。由于血浆中运铁蛋白能迅速运走铁，故血浆中铁含量很低。

如果体内缺铁，就会发生贫血。常见的原因有两种：一种是由于慢性出血，铁元素丢失过多；另一种是食物缺铁或食物中不缺铁而是人体吸收铁的功能发生障碍。由于缺铁而造成的贫血，医学上叫做“缺铁性贫血”。缺铁性贫血主要表现为血红素少和血红蛋白缺乏较为明显，相应地红细胞体积变小，但红细胞生成数不一定有明显的减少，检验发现血色指数(正常值0.9～1.1)趋于降低，由于这种红细胞体积小而内含血红素低下，所以从医学形态学上又称之为“小细胞低色素性贫血”。成人每天从粪尿排出的铁不到1毫克，一般容易从食物中得到补偿。由于孕妇与产后哺乳的妇女以及儿童生理上需铁量是成人的2～3倍，所以应多吃一些含铁量较高的肝、蛋、黄豆、蔬菜等食物，以供身体的需要，必要时还得服用FeSO4治疗。

辅助物质

促成熟因子：维生素B12、叶酸、内因子。

维生素B12和叶酸：红细胞是人体众多细胞之一，象所有细胞一样，内有细胞核。而细胞核中的核蛋白是由脱氧核糖核酸(DNA)等组成的。在合成脱氧核糖核酸时，需要维生素B12和叶酸作为辅酶参与才能完成，医学上称它们为“红细胞成熟因子”。因此，维生素B12和叶酸缺乏会导致脱氧核糖核酸形成发生障碍，从而影响细胞(包括红细胞)的生成。

维生素B12(VB12)又叫“生血因子”，属于钴胺类。食物中的维生素B12到达胃时，与胃腺壁细胞分泌的内因子结合，形成“内因子维生素B12复合物”。当复合物到达回肠部位，维生素B12才能被吸收。进入血液的维生素B12大部分与血浆中的转钴蛋白结合，被运输至肝，并贮存在肝。饮食中缺乏维生素B12，肠道疾病(如sprue)或胃切除后影响维生素B12的吸收，可导致维生素B12缺乏症，表现为贫血。叶酸广泛存在于食物中，一般不易缺乏，只有妇女孕期、哺乳期、儿童发育期等由于需要量增加而可能产生相对不足。由于维生素B12和叶酸为红细胞成熟因子，研究发现，在缺乏成熟因子的病人体中，正常、已成熟的红细胞生存期缩短，而且血红蛋白量与红细胞数目都大为减少。这种因缺乏维生素B12、叶酸所致的贫血叫做“巨幼红细胞性贫血”或“恶性贫血”。

调节因子

调节因子：促红细胞生成素和雄激素加速红细胞生成。另外，红细胞生成还要造血微循环调节。

红细胞生成除要求骨髓造血功能正常之外，还要有足够的造血原料。

制造红细胞的主要原料为蛋白质和二价铁，也要有适量的维生素B12、叶酸等辅助物质，促进红细胞发育成熟。此外，红细胞生成还需要维生素B6、B2、C、E以及微量元素铜、锰、钴、锌等。

红细胞生成素

红细胞生成素Erythropoietin（EPO）是相对分子质量为（3.5~4.0）×104的糖蛋白，为促进骨髓红系祖细胞生长、增生、分化和成熟的主要刺激因子。1984年重组人红细胞生成素（r－HuEPO）研究成功并广泛应用于临床，大大加速了人们对EPO的基础及应用研究。

研究证明EPO主要作用于红系祖细胞阶段，其作用可能是通过对决定血红蛋白合成的遗传基因去阻遏因子的作用而实现的。EPO对红细胞生成的作用可归结为：1）刺激有丝分裂，促进红系祖细胞的增生；2）激活红系特异基因，诱导分化；3）能显著减缓CFU－EDNA的降解速率,阻抑CFU－E的程序性死亡（凋亡），以及加速网织红细胞的释放和提高红细胞膜的抗氧化功能。现有的研究表明EPO的作用要比以前所认识到的广泛：1）EPO和EPOR（红细胞生成素受体）表达在不同的非红细胞生成组织；2）EPO能促进内皮细胞和神经元的存活；3）EPOR可能在正常胚胎的脑发育中起作用，它的表达见于海马、皮质和中脑区域的神经元，可以在缺氧条件下促进生存。此外，EPO还有抗氧化稳定红细胞膜的作用，改善红细胞膜脂流动性和蛋白质构象，促进膜Na+－K+ATP酶的活力，维持膜内外正常渗透压以及对多向祖细胞(CFU－GEMM)、巨核系祖细胞（CFU－Meg）、粒单系祖细胞（CFU－GM）也有一定的刺激作用。

【剂型、规格】： 注射剂2000U/瓶

【适应症】： 本品用于慢性肾性贫血，也用于多发性骨髓瘤相关的贫血和骨髓增生异常及骨癌引起的贫血。对结缔组织疾病所致的贫血亦有效。

【用法用量】： 可静脉或皮下注射，剂量应个体化，一般开始剂量为50~100U/kg,每周3次。治疗过程中需视血细胞比容或血红蛋白水平调整剂量或调节维持量。

【用药须知】： ①主要不良反应是血压升高，偶可诱发脑血管意外或癫痫发作。其他不良反应较小，如瘙痒、发热、恶心等。②血液透析难以控制的高血压患者，某些白血病、铅中毒患者，孕妇用对本品过敏者禁用。③癫痫患者、脑血栓形成者慎用。④应用期间严格检测血压、血红蛋白及血清电解质变化，每周应至少检查一次血红蛋白，其增加速度宜<每20g l="L" 试用期间="试用期间" 因血红蛋白合成加速="因血红蛋白合成加速" 应注意补充铁剂="应注意补充铁剂" 叶酸或维生素b12="叶酸或维生素B12"

正常数值

血凝法： 25-75U/L

放射免疫法：5-20U/L

异常结果

(1)升高：贫血症、红细胞增多症、红细胞生成素瘤、急性白血病、嗜铬细胞瘤、肾移植排异反应、大出血后、低氧血症、妊娠。

(2)降低：慢性肾功能衰竭。

需检人群

需要检测的人群：贫血,肾功能障碍，大出血等者。

注意事项

检查前:严格检测血压、血红蛋白及血清电解质变化。

检查后：每周应至少检查一次血红蛋白，其增加速度宜<每20g/L。试用期间，因血红蛋白合成加速，应注意补充铁剂、叶酸或维生素B12。

不适宜人群：白血病、铅中毒患者，孕妇用对本品过敏者，癫痫患者、脑血栓形成者。

检查过程

可静脉或皮下注射，剂量应个体化，一般开始剂量为50-100U/kg,每周3次。治疗过程中需视血细胞比容或血红蛋白水平调整剂量或调节维持量。

相关疾病

早产儿贫血，附红细胞体病，小儿纯红细胞再生障碍性贫血，新生儿红细胞增多症-高黏滞度综合征，妊娠合并红细胞增多症，妊娠合并巨幼红细胞性贫血，先天性红细胞膜病，单纯红细胞再障性贫血，溃疡病大出血，恶性肿瘤所致贫血。

相关症状

缺铁性贫血，小儿生理性贫血，难治性贫血，红细胞寿命缩短，红细胞压积偏高，红细胞偏低，红细胞分布宽度偏高，红细胞分布宽度偏低，新生儿贫血，红细胞体积增大。

红细胞生成某些阶段的特点：

（1）髓系多潜能干细胞：有很强的自我复制和多向分化的潜能。

（2）定向祖细胞：定向分化且自我复制能力低。

（3）成熟红细胞：无细胞核和线粒体，医学`教育网搜集整理细胞能量来源于无氧酵解和磷酸戊糖途径。

早期祖细胞生长依赖于一种称为爆式促进因子的调节作用。晚期的红系祖细胞主要由促红细胞生成素（EPO）来调节。EPO主要由肾组织产生，它调节红细胞生成的反馈环，使血中红细胞数量保持相对稳定。

一个健康的成年人每天必须生成1千亿个新红血细胞，才能维持其血液循环中的红细胞数量。来自洛桑联邦理工学院（EPFL）的一个研究人员小组确定了红细胞生成过程中一个关键的步骤。这一研究发现可能不仅有助于阐明如贫血等血液疾病的病因，还使得医生们的梦想离现实更近了一步：在实验室能够制造出红血细胞，由此提供一个潜在的取之不竭的血液主要成分资源，用于输血。

红细胞，其本质就是一袋将氧气输送到全身的血红蛋白。其生命起始于骨髓中的造血干细胞，经历一个高度受控的增殖和分化过程后，获得其最终的身份。

在这一分化过程中的一个关键步骤就是线粒体自噬（mitophagy）。随着线粒体耗尽，细胞血红蛋白负载能力达到最大。然而直到现在，都还没有清楚了解控制线粒体自噬的机制。

在发表在本周《科学》（Science）杂志上的一篇论文中，洛桑联邦理工学院的IsabelleBarde及其同事通过试验证实，KRAB型锌指蛋白与KAP1辅因子协同作用，以精细且复杂的方式调节了线粒体自噬。

论文的资深作者、病毒学家DidierTrono多年来一直对KRAB/KAP1系统感兴趣。众所周知，其在“沉默”哺乳动物基因组反转录因子元件中发挥作用，已有3.5亿年历史。它们最初是可以整合到感染生物体遗传密码中的逆转录病毒。“它做着如此好的一份工作，以致在进化过程中它被指派完成了很多其他的事情，”Trono说。

KRAB/KAP1系统承担的职责之一就是调控线粒体自噬。研究人员发现，遗传改造缺失KAP1的小鼠迅速变得贫血，因为它们无法生成红血细胞。更特别的是，他们发现，干细胞分化过程在成红血细胞（erythroblast，红细胞前体）中线粒体降解的阶段停止。且在人类血细胞中敲除KAP1也会产生相似效应，表明其调控线粒体自噬的作用在从小鼠到人类的整个进化中是保守的。

研究人员进一步证明，KRAB/KAP1系统是通过抑制线粒体自噬阻遏物来发挥功能。换句话说，就像负负得正，它激活了这一靶过程。这表明，这一调控系统中的各种元件突变有可能导致了如贫血和某些类型白血病等血液疾病，从而反过来指出了这些疾病的未来治疗靶点。它还指出了有可能在实验室中模拟红血细胞合成的途径。

但这些研究发现还具有更广泛的意义。虽然线粒体对于许多细胞正常功能至关重要，但如果它们生成破坏性自由基（某些情况下细胞呼吸作用的副产物）对于细胞也会是致命的。这些自由基引起的氧化性应激与肝脏疾病、心脏病和肥胖有关联。因此，了解线粒体自噬受控机制，有可能促成更好地了解以及治疗这些疾病。

Trono认为这一多层次组合调控法则或许适应于广泛的生理系统。“它为自然完成生理活动赋予了极高水平的模块性。”他将之比喻为管风琴的运行方式。

每个风琴师都有一个键盘，以及受他掌控的脚踏板。他通过各种组合应用它们来调整乐器产生的声音。相似的，微调一个或几个控制元件可以在许多生物过程中产生显着的影响。尽管其中任何一个元件发生突变都可能导致故障，但由于每个的贡献很小，损害往往是有限的。反过来，这赋予了系统稳固性。Trono相信，这种稳固性是数亿年来进化一直在选择和改进的。

造血干细胞（hemopoietic stem cell）又称多能干细胞。造血干细胞定向分化、增殖为不同的血细胞系，并进一步生成血细胞。人类造血干细胞首先出现于胚龄第2～3周的卵黄囊，在胚胎早期（第2～3月）迁至肝、脾，第5个月又从肝、脾迁至骨髓。在胚胎末期一直到出生后，骨髓成为造血干细胞的主要来源。在胚胎和迅速再生的骨髓中，造血干细胞多处于增殖周期之中；而在正常骨髓中，则多数处于静止期（G0期），当机体需要时，其中一部分分化成熟，另一部分进行分化增殖，以维持造血干细胞的数量相对稳定。造血干细胞进一步分化发育成不同血细胞系的定向干细胞。定向干细胞多数处于增殖周期之中，并进一步分化为各系统的血细胞系，如红细胞系、粒细胞系、单核-吞噬细胞系、巨核细胞系以及淋巴细胞系。由造血干细胞分化出来的淋巴细胞有两个发育途径，一个受胸腺的作用，在胸腺素的催化下分化成熟为胸腺依赖性淋巴细胞，即T细胞；另一个不受胸腺，而受腔上囊（鸟类）或类囊器官（哺乳动物）的影响，分化成熟为囊依赖性淋巴细胞或骨髓依赖性淋巴细胞，即B细胞。并分别由T、B细胞引起细胞免疫及体液免疫。如机体内造血干细胞缺陷，则可引起严重的免疫缺陷病。

成熟红细胞中，血红蛋白(hemoglolin,Hb)占红细胞内蛋白质总量的95%，它是血液运输O2的最重要物质，和CO2的送输亦有一定关系血红蛋白是由4亚基组成的四聚体，每一亚基由一分子珠蛋白(globin)与一分子血红素(heme)缔合而成。

血红蛋白	血红蛋白的每个亚基由一条肽链和一个血红素分子构成，肽链在生理条件下会盘绕折叠成球形，把血红素分子抱在里面，这条肽链盘绕成的球形结构又被称为珠蛋白。血红素分子是一个具有卟啉结构的小分子，在卟啉分子中心，由卟啉中四个吡咯环上的氮原子与一个亚铁离子配位结合，

肽链在生理条件下会盘绕折叠成球形，把血红素分子抱在里面，这条肽链盘绕成的球形结构又被称为珠蛋白。

组成珠蛋白的肽链有4种，即α、β、γ、δ链

血红素分子是一个具有卟啉结构的小分子，在卟啉分子中心，由卟啉中四个吡咯环上的氮原子与一个亚铁离子配位结合

珠蛋白肽链中第8位的一个组氨酸残基中的吲哚侧链上的氮原子从卟啉分子平面的上方与亚铁离子配位结合，当血红蛋白不与氧结合的时候，有一个水分子从卟啉环下方与亚铁离子配位结合，而当血红蛋白载氧的时候，就由氧分子顶替水的位置。血红素中铁为二价，与氧结合时，其化学价不变，形成氧合血红蛋白。呈鲜红色，与氧解离后带有淡蓝色。

血红蛋白有多种类型：

血红蛋白A(HbA)，α2β2，占成人血红蛋白的98%；

血红蛋白A2(HbA2)，α2δ2，占成人血红蛋白的2%；

血红蛋白F(HbF)，α2γ2，仅存在于胎儿血中；

血红蛋白H(HbH)，β4，四个相同β链组成的四聚体血红蛋白；

血红蛋白C(HbC)，β链中Lys被Glu取代的血红蛋白；

血红蛋白S(HbS)，镰刀状细胞红蛋白；

血红蛋白O2(HbO2，HHbO2)，氧合血红蛋白；

血红蛋白CO(HbCO)，一氧化碳结合血红蛋白。在没有氧存在的情况下，四个亚基之间相互作用的力很强。

血红蛋白功能它能从氧分压较高的肺泡中摄取氧，并随着血液循环把氧气释放到氧分压较低的组织中去，从而起到输氧作用。一氧化碳与血红蛋白的结合较氧强，即使浓度很低也能优先和血红蛋白结合，致使通往组织的氧气流中断，造成一氧化碳中毒（使氧气与血红蛋白的结合能力下降，使人窒息而死亡）。

血红素的合成血红素也是其它一些蛋白质，如肌红蛋白(myoglobin)，过氧化氢酶(catalase)，过氧化物酶(peroxidase)等的辅基。因而，一般细胞均可合成血红素，且合成通路相同。

在人红细胞中，血红素的合成从早幼红细胞开始，直到网织红细胞阶段仍可合成。而成熟红细胞不再有血红素的合成。

血红素的合成通路(过程)

血红素合成代谢异常而引起卟啉化合物或其前身体的堆积，称为卟啉症(porphyria)。先天性红细胞生成性卟啉症(congenital erythropoietic porphyria)是由于先天性缺乏尿卟啉原Ⅲ同合酶，而使线状四吡咯向尿卟啉原Ⅲ的转变受阻，致使尿卟啉原Ⅰ生成增多。病人尿中有量尿卟啉Ⅰ和粪卟啉Ⅰ出现。

原卟啉与铁结合便形成血红素。除极少数卟胆原可自行转变为尿卟啉原外，多数卟胆原在卟胆原脱氨酶和尿卟啉原辅合成酶作用下合成尿卟啉原，再转化为粪卟啉原、原卟啉原Ⅸ，最后形成原卟啉Ⅸ，后者在血红素合成酶催化下与二价铁结合成血红素。在一系列酶促反应中，不同酶的缺陷可引起不同的卟啉病。

血红素生成后从线粒体转入胞液，与珠蛋白结合而成为血红蛋白。正常成人每天合成6克Hb，相当于合成210mg血红素。

(二)血红素合成的调节

血红素的合成受种因素的调节，其中主要是调节ALA的生成。

1.ALA合成酶　血红素合成酶系中，ALA合成酶是限速酶，其量最少。血红素对此酶有反馈抑制作用。实验表明，血红素浓度为5×10－6M时便可抑制ALA合成酶的合成，浓度为10-5～10-4M时则可抑制酶的活性。正常情况血红素生成后很快与珠蛋白结合，但当血红素合成过多时，则过多的血红素被氧化为高铁血红素(hematin)，后者是ALA合成酶的强烈抑制剂，而且还能阻遏ALA合成酶的合成。

雄性激素——睾丸酮在肝脏5β-还原酶作用下可生成5β-氢睾丸酮，后者可诱导ALA合成酶的产生，从而促进血红素的生成。某些化合物也可诱导ALA合成酶，如巴比妥、灰黄霉素等药物，能诱导ALA合成酶的合成。

2.ALA脱水酶与亚铁螯合酶：ALA脱水酶和亚铁螯合酶对重金属敏感，如铅中毒可抑制些酶而使血红素合成减少。

3.造血生长因子：目前已发现多种造血生长因子，如多系(multi)一集落刺激因子，中性粒细胞－巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF)、白细胞介素3(IL－3)，及促红细胞生成素等。成人血清Epo主要由肾脏合成，胎儿和新生儿主要由肝脏合成。当循环血液中红细胞容积减低或机体缺氧时，肾分泌Epo增加。Epo可促进原始红细胞的增殖和分化、加速有核红细胞的成熟，并促进ALA合成酶生成，从而促进血红素的生成。

此外铁对血红素的合成有促进作用。而血红素又对珠蛋白的合成有促进作用。