Transcript Plazmatické proteiny

Plazmatické proteiny
Jana Švarcová
Plazmatické proteiny
• zahrnují proteiny krevní plazmy a intersticiální
tekutiny
• většina syntetizována v játrech a secernována do
krve
• většinou jde o glykoproteiny – drsné EPR
(kromě Alb a CRP)
– N-glykoproteiny – asparagin – váže se celý oligosacharid
najednou
– O-glykoproteiny – OH skupina serinu a threoninu –
muciny a proteoglykany
Plazmatické proteiny
Plazmatické proteiny
• celková koncentrace bílkovin - více než 300 proteinů
– sérum: 62 – 82 g/l – výrazně se nemění
35 – 50 g/l albumin
20 – 35 g/l sérové globuliny (transportní
proteiny, reaktanty akutní fáze, globuliny)
– v plazmě konc. vyšší o koagulační faktory
– hypoproteinemie – hromadění tekutin v
extravaskulárním tkáňovém prostoru → edém;
malnutrice
– hyperproteinemie - dehydratace
Plazmatické proteiny – funkce I.
• udržování koloidně osmotického tlaku – distribuce
tekutin mezi krví a tkáněmi
– koloidně osmotický tlak brání pronikání nadbytečné
intravaskulární kapaliny do extravaskulárního tkáňového
prostoru → zabránění vzniku otoků
• transport látek
- albumin – mastné kyseliny, bilirubin, vápník, léky
- transferin – železo
- ceruloplazmin – měď
- transkortin – kortisol, kortikosteron
- lipoproteiny – lipidy
- haptoglobin – volný hemoglobin
- thyroxin vázající globulin – thyroxin
- retinol vázající protein – retinol
Plazmatické proteiny – funkce II.
• hemokoagulace, fibrinolýza
- faktory účastnící se procesu krevního srážení - IX, VIII,
trombin, fibrinogen
- zvýšená koncentrace těchto faktorů či jejich
nedostatek vede ke vzniku chorob – hemofilie, tvorba
krevní sraženiny
• antikoagulační aktivita
– plazmin - odbourání trombinu, rozpouštění krevní
sraženiny
Plazmatické proteiny – funkce III.
Obranné reakce organismu
• specifická a nespecifická imunita
– imunoglobuliny – odstranění antigenů
– komplementový systém – odstranění buněčných antigenů
• akutní fáze zánětu - α1-antitrypsin, α1-kyselý glykoprotein,
haptoglobin, α2-makroglobulin
• funkce enzymů a inhibitorů
– tvorba komplexů s enzymy a jejich odstranění
– inhibitory proteáz – bránící napadení poškozených a
zanícených tkání proteolytickými enzymy (α1-antitrypsin,
α2-makroglobulin, α1-antichymotrypsin)
• speciální funkce – např. ochrana před volnými radikály
Plazmatické proteiny –
základní charakteristika
• biosyntéza - většina je syntetizována v játrech;
lymfocyty (imunoglobuliny), enterocyty
(apoprotein B-48)
• odbourávání – hepatocyty, mononukleární
fagocytární systém (degradace komplexů např.
antigen-protilátka, hemoglobin-haptoglobin)
Plazmatické proteiny –
základní charakteristika
• většina je syntetizována v játrech
• syntetizovány ve formě pre-proteinů na membránově
vázaných polyribosomech → posttranslační modifikace v
ER a Golgiho komplexu
( „sekreční cesta“ = zrnitá endoplazmatická membrána → hladká
endoplazmatická membrána → Golgiho aparát → plazmatická
membrána → plazma)
- pre-proteiny → proteiny
- posttranslační modifikace – proteolýza, glykosylace, fosforylace
• charakteristický poločas trvání v oběhu (albumin: 20 dnů)
• vykazují polymorfizmus (imunoglobuliny, transferin,
ceruloplazmin…)
Typy plazmatických bílkovin
• klasifikace podle elektroforetické pohyblivosti
– agarózový nebo acetátcelulózový gel
5-6 frakcí
• albumin a pre-albumin
Albumin
• globuliny
hlavní proteiny jednotlivých frakcí
– alfa – α1 + α2
– beta – β1 + β2
– gama
• fibrinogen
a1
a2
b1 b2
g
Typy plazmat. bílkovin – relativní rozměry
měřítko
a přibližné Mr
64 500
69 000
90 000
156 000
200 000
1300 000
340 000
•
•
•
•
Elektroforeogram – hlavní typy
globulinů
Zóna α1-globulinů
- hlavním proteinem - α1-antitrypsin
- zřetelné zesílení - při akutních zánětech
Zóna α2-globulinů
Haptoglobin - 6 fenotypů - lišící se elfo
pohyblivostí. !!ALE: elfo stanovení
neumožňuje rozlišení fenotypů haptoglobinu
Zóna β1-globulinů
- hlavním proteinem – transferin
- intenzita zóny dobře koreluje s celkovou
vazebnou kapacitou plazmy pro železo. Při
anemii z nedostatku železa a v těhotenství se
zvyšuje syntéza transferinu a intenzita zóny se
zesílí.
Zóna β2-globulinů
- hlavním proteinem - C3 složka komplementu
albumin
albumin
orozomukoid
a1-antitrypsin
a1-antichymotrypsin
ceruloplazmin
a2-makroglobulin
haptoglobin
a-lipoprotein
transferin
hemopexin
plazminogen
fibronektin
b-lipoprotein
C3 komplement
g-globuliny
G–A–M–D–E
Elfo frakce plazmatických proteinů
Frakce
Zastoupení c (g/l)
(%)
55,8 – 66,1
35 – 53
a1-globuliny: globulin vázající thyroxin, transkortin,
a1-kyselý glykoprotein, a1-antitrypsin, a1-lipoprotein
(HDL), a1-fetoprotein
2,9 – 4,9
0,5 – 2
a2-globuliny: haptoglobin, makroglobulin,
ceruloplasmin
7,1 – 11,8
0,2 – 3
b-globuliny: transferin, hemopexin, lipoprotein
LDL, fibrinogen, C-reaktivní protein, C3 a C4
složka komplementu
7,9 – 13,7
0,5 –
4,5
g-globuliny: IgG, IgM, IgA, IgD, IgE
11,1 – 18,8
0,6 –
18
Albuminy: albumin
prealbumin (transthyretin)
Proteiny akutní fáze (APRs)
• zánětlivé a stresové markery
• stimuly vedoucí ke změnám koncentrace APRs:
– lokální n. systémový zánět
– traumatická poškození tkání (vč. stavů po chirurg. výkonech)
– nádorová bujení
• reakce akutní fáze vyvolávají stavy, kdy dochází:
– k destrukci buněk,
– k reverzibilnímu poškození buněk a jejich následné reparaci
– k metabolické aktivaci některých buněk (imunitní odpověď)
• hladina se mění během akutního zánětu nebo nekrózy
tkáně
Rozdělení reaktantů akutní fáze
Pozitivní
Negativní
• C-reaktivní protein
• složky komplementu
(C3, C4)
• a1-antitrypsin, a1-antichymotrypsin,
a2-makroglobulin
• haptoglobin,
hemopexin, ferritin,
ceruloplazmin
• sérový amyloid A (SAA)
• prokalcitonin
• fibrinogen
• TNF-a, IL-1, IL-6
•
•
•
•
•
albumin, prealbumin
transferin
antitrombin
transkortin
protein vázající retinol
Akutní zánětlivá odpověď
•
odpověď organizmu na poškození
tkáně
• cílem obranných rcí:
• ohraničení ložiska
• eliminace šíření patogenního
agens
• stimulace přirozené a
specifické imun. odpovědi
• reparace poškozené tkáně
⇒ zničení cizorodých substancí nebo
mikroorganizmů
Spouštěcí mechanizmy akutní zánětlivé
odpovědi
• fyzická aktivita
• bakteriální a virové infekce
• trauma
• tkáňový stres
• tepelný stres
• autoimunitní onemocnění
Akutní zánětlivá odpověď
Poškození tkáně
Infekce,
autoimunitní reakce
LOKÁLNÍ ZÁNĚTLIVÁ REAKCE
Aktivace monocytů (makrofágů), destiček
Uvolnění TNFα, IL-1, IL-6, IL-8, TGFβ, PLA2
SYSTÉMOVÁ REAKCE
Hypotalamus
Horečka
Nadledviny
Kortizol
ACTH
Játra
Proteiny
akutní fáze
Imunitní systém
Kortizol
ACTH
Kostní dřeň
Krev
Leukocytóza
Význam pozitivních reaktantů akutní
fáze - I.
• Složky imunitní reakce - likvidace noxy, která způsobila zánět, úloha při
odstraňování poškozených buněk, nebo modulují imunitní reakci – CRP,
složky komplementu (C3 a C4), TNF-a, Il-1, Il-6
• Ochrana před kolaterálním poškozením tkáně:
- především z fagocytů a rozpadajících se buněk se uvolňují látky, které
mají zničit noxu, jež vyvolala zánět. Jde hlavně o proteolytické enzymy a
reaktivní formy kyslíku ⇒ je nutno omezit účinek těchto látek (aby působily
jen tam, kde mají a aby poškození tkáně bylo co nejmenší)
- inhibitory proteáz - likvidace proteolytických enzymů
 a1-antitrypsin,
 a1-antichymotrypsin,
 a2-makroglobulin
- bílkoviny, které snižují tvorbu a dostupnost ROS a bílkoviny stabilizující přechodné
kovy a jejich komplexy




haptoglobin
hemopexin
feritin
ceruloplazmin
Význam pozitivních reaktantů akutní
fáze - II.
• Transport odpadních látek vznikajících během zánětu
 hemoglobin
 hemopexin
 sérový amyloid A (SAA)
• Koagulační faktory a bílkoviny podílející se na regeneraci
tkáně:





fibrinogen
prokalcitonin
prothrombin
von Willebrandtům faktor
plazminogen
Význam negativních reaktantů akutní
fáze
• kritérium syntézy bílkovin v játrech a jako
ukazatel malnutrice
Reaktanty akutní fáze – rychlost změn
koncentrace
podle doby od začátku onemocnění – 3 skupiny:
• časné proteiny akutní fáze – velmi krátký biolog.
poločas
– změny plazmat. konc. – 6-10 hod. od začátku onemocnění
– CRP, SAA, prokalcitonin
• APRs se střední dobou odpovědi – změny konc. –
12-36 hod. od začátku onemocnění
– a1-kyselý glykoprotein, a1-antitrypsin, haptoglobin,
fibrinogen
• pozdní proteiny akutní fáze – změny konc. 48-72 hod.
od začátku onemocnění
– složky komplementu C3, C4; ceruloplazmin
C-reaktivní protein (CRP)
patří mezi b2-globuliny (Mr 111 000 Da)
koncentrace v plazmě 1,5 – 5 mg/l
precipituje C-polysacharid pneumokoků
fyziologická role - aktivace komplementového systému, hraje úlohu
opsoninu  vazba na fosfocholin na povrchu odumřelých buněk (a
některých bakterií)
• plazmatická koncentrace  již za 4 hod po navození reakce akutní
fáze (během prvních dnů – konc.  více než 100×
•
•
•
•
– diferenciace mezi bakteriálním a virovým horečnatým onemocněním
– monitorování léčby antibiotiky – úspěšná terapie → rychlý pokles CRP
obecně : akutní onemocnění (např. infarkt myokardu, hluboká žilní
trombóza, infekce bakteriemi, viry, mykotická infekce)
chronický stav (např. malignita, revmatické choroby, malignita,
nekróza tkáně, zánětlivé střevní onemocnění)
Prokalcitonin (PCT)
• 116 AMK (Mr 13 000 Da)
• fyziologicky tvořen C-buňkami štítné žlázy jako prekurzor
kalcitoninu : preprokalcitonin (141 AMK) → odštěpení
signálního peptidu (25 AMK) → prokalcitonin (116AK)
• zvýšení v plazmě po 2 hodinách, maximum 6-8 hodin,
zvýšené hladiny až 72 hodin
• sekrece je stimulována bakteriálními endotoxiny
• přesný fyziologický význam není objasněn – předpoklad –
podílí se na regulaci zánětu a má analgetické účinky
– indikátor časné sepse – PCT uvolněný při sepsi není konvertován
na kalcitonin
– šokové stavy, orgánová selhání bakteriálního původu, sepse
Sérový amyloid A (SAA)
• protein akutní fáze vázaný na HDL = souhrnný název pro skupinu
plazmatických lipoproteinů, součást HDL
• prekurzor amyloidu A
• syntéza – hepatocyty, aktivované makrofágy a fibroblasty. Stimulem pro
syntézu jsou TNF, IL 1 a 6
• časný marker zánětu – zvýšení do 8 hod. V porovnání s CRP - SAA častěji
zvýšen i u méně závažných infekcí a je výrazně zvýšen i při virových
infektech
• Význam: vlastní biologická funkce není spolehlivě známá
–
–
–
–
zánětlivý marker u infekčních onemocnění
marker rejekce štěpu
prognostický marker u kardiovaskulárních onemocnění
chronicky zvýšené hladiny SAA byly zjištěny u revmatoidní artritidy,
truberkulózy, lepry
• Předpokládá se, že přispívá k:
– indukci syntézy kolagenázové aktivity
– inhibici agregace trombocytů
– podílí se na snížení transportu HDL cholesterolu do jater
a1-antitrypsin (a1-antiproteináza)
•
•
•
•
•
hlavní globulin a1 frakce (90 %) (Mr 52 000 Da)
koncentrace v plazmě 0,9 – 2 g/l
syntetizován v hepatocytech a makrofágách
glykoprotein, vysoce polymorfní
Funkce:
– hlavní plazmatický inhibitor serinových proteáz (trypsinu, elastázy...)
– během akutní fáze se zvyšuje  zamezení odbourání pojivové tkáně
elastázou
• (elastáza neutrofilů v plicní tkáni – za fyziolog. podm. - součástí ochrany organismu
při poranění a zánětu, ale zároveň je svou proteolytickou aktivitou nebezpečná pro
plicní tkáň)
– deficience  proteolytické poškození plic (emfyzém)
– vazby s proteázami se účastní methionin; při kouření – Met oxidován
 inaktivace AT; AT přestává inhibovat  ↑ proteolytické poškození
plic, zvláště u pacientů s deficiencí AT.
– akutní záněty, nádory, akutní i chronická hepatopatie, cirhózy
– glomerulonefritidy, revmatoidní artritidy, genetické příčiny
Haptoglobin (Hp)
• a2- globuliny (Mr 85 000 – 1 000 000 Da), tetramer α2β2
řětezců;
• koncentrace v plazmě 0,4 – 1,8 g/l;
• existují 3 typy alfa řetězců, proto se vyskytuje ve 3 polymorfních formách.
• Funkce:
– váže volný hemoglobin a transportuje jej do retikuloendoteliálních buněk
– komplex Hb-Hp neprochází glomeruly (Mr 155 000) 
zamezení ztráty volného Hb, a tudíž i Fe
• volný Hb prochází glomeruly a precipituje v tubulech 
poškození ledvin
– záněty, infekce, poranění, maligní nádory
– hemolytické anemie - biolog. poločas Hp ≈ 5 dnů x komplex Hp-Hb - 90 min
(komplex je z plazmy rychle odstraňován hepatocyty)  hladina Hp klesá za situací,
kdy je Hb soustavně uvolňován z červených krvinek (hemolytická anemie)
a2-makroglobulin
• a2- globuliny (Mr 720 000 Da); tetramer – 4 stejné podj.
• koncentrace v plazmě -1,3 – 3 g/l
• rodina thiolesterových plazmatických bílkovin – velmi
reaktivní vnitřní cyklická vazba ⇒ biolog. fce a2-makrogl.
• a2-makroglobulin váže mnoho proteáz (= důležitý
panproteázový inhibitor) ALE také transport cytokinů a
růstových faktorů
• díky velmi vysoké molekulové hmotnosti neprojde ani
nepoškodí glomerulární membránu
- akutní zánět, nefrotický sy., revmatoidní artritida, parodontosa (v tekutině gingiválních
štěrbin), Crohnova choroba a ulcerosní kolitida
- progrese rakoviny prostaty
pozn.: v mozcích pacientů s Alzheimerovou chorobou - a2M lokalizován do amyloidních plak a váže také
rozpustný b-amyloid
Ceruloplazmin
•
•
•
•
a2- globuliny (Mr 160 000)
koncentrace v plazmě 0,3 gl
1 molekula ceruloplazminu váže 6 atomů mědi
Funkce:
– přenáší 90 % plazmatické mědi (měď – kofaktor různých
enzymů) ⇒ modré zbarvení
• Alb – vazba mědi mnohem slaběji; pro transport mědi důležitější!
(10 %; snadněji uvolňuje měď tkáním)
Ceruloplazmin
• nízké koncentrace:
– onemocnění jater
– Wilsonova choroba - (převážně geneticky zapříčiněný defekt Cp. –
mutace genu pro měď vázající ATPázu (P-typ) ⇒ porucha exkrece mědi
do žluče a inkorporaci mědi do apoceruloplasminu v hepatocytech ⇒
hromadění mědi, především v játrech a mozku + Kayserův-Fleischerův
prstenec = zelený či zlatý prstenec kolem rohovky )
– Menkesova choroba – (dědičnost vázána na chromozom X ⇒
postiženi pouze kojenci - chlapci; věk 2−3 měsíců, postižení umírají většinou do
tří let po narození. Neurodegenerativní onemocnění - křeče a hypotonie.
Mutace genu ⇒ neschopnost buněk střevní sliznice přenášet Cu přes
membránu do krevní cirkulace)
– nízká hladina mědi v důsledku malnutrice
Transferin (Tf)
•
•
•
•
patří mezi b1-globuliny (Mr 76 000 Da)
koncentrace v plazmě 3 gl
syntetizován v játrech; až 20 polymorfních forem
Funkce: centrální úloha v metabolizmu železa
– transport železa – z odbouraného hemu a z potravy (střeva) do místa
potřeby, tj. do kostní dřeně a dalších tkání
• 1 molekula transferinu váže max. 2 molekuly Fe3+
• každý den – degradace cca 1 miliarda RBC (≈20 ml) → uvolněno 25 mg
železa (naprostá většina transportována Tf)
• Za fyziologických podmínek je celková vazebná kapacita
transferinu (total iron-binding capacity – TIBC) nasycena
železem asi z 1/3.
– Zbytek nazýváme volná vazebná kapacita (latent iron-binding capacity
– LIBC)
Transferin (Tf)
Receptory pro transferin (TfR) – na
povrchu mnoha buněk (prekurzory
krevní řady v kostní dřeni)
→ vazba Tf – dochází k endocytóze
komplex je internalizován do endosomu
Kyselé pH v lyzosomu → následná
disociace železa a transferinu
(redukce Fe3+  Fe2+) - Fe se dostává
do cytoplasmy
- železo je dopraveno do místa
potřeby v buňce resp. navázáno
na feritin (Fe2+  Fe3+ ) a
uskladněno
- apotransferin (apoTf) není
cyklus- opakování 10-20 × denně
degradován, ale vrací se do
plazmat. membrány, uvolňuje se
z receptoru a vstupuje zpět do
plazmy → Tf může znovu vázat Fe a transportovat jej k buňkám
Transferin (Tf)
• Volné ionty Fe2+ jsou pro organismus toxické – katalyzují
Fentonovu reakci (vznik vysoce toxického OH radikálu):
H2O2 + Fe2+ → OH- + ˙OH + Fe3+
• Transferin spolu s dalšími bílkovinami plasmy, které váží
železo nebo hem, působí jako antioxidant (zabraňuje vzniku
ROS).
• Příčiny poklesu Tf:
– popáleniny, infekce, maligní procesy, onemocnění jater a ledvin
• Příčiny relativního nadbytku Tf:
– anémie z nedostatku železa
Fibrinogen
• Glykoprotein, patří mezi b2-globuliny (Mr 340 000 Da)
• koncentrace v plazmě 1,5 – 4,5 g/l
• součást koagulační kaskády = koagulační faktor I, prekurzor
fibrinu
• symetrický dimer složený ze tří párů řetězců
• Při elektroforéze plazmy se pohybuje mezi β- a g-globuliny
• Funkce: během hemokoagulace – aktivace (přeměna) na
nerozpustný a polymerující fibrin, je způsobena proteázou
trombinem
• je také mediátorem agregace krev. destiček
- akutní zánět, poškození tkán; rizikový faktor aterosklerózy
- nedostatečná tvorba fibrinogenu (těžké hepatopatie) nebo při jeho neúměrně zvýšené
spotřebě (diseminovaná intravaskulární koagulace - DIC)
Imunoglobuliny
Ag
NH2
NH2
• Protilátky produkované
B-buňkami jako odpověď
organizmu na stimulaci
antigenem
• Reagují specificky s antigenními
determinanty (epitop)
• Struktura: tetramer
– 2 těžké (H) a 2 lehké (L) řetězce
spojené disulfidickými můstky
• lehké řetězce obsahují konstantní
oblast (C) a variabilní oblast (V)
COOH
IgG
COOH
Albumin
• hlavní bílkovina plazmy - 55-65 % celk. plazmat. bílkovin
(Mr 69 000 Da)
• koncentrace v plazmě 34-47 gl
• syntéza v játrech závisí na přijmu aminokyselin
• biologický poločas – 20 dní. Odbourávání – endotel kapilár
• Funkce:
• udržování onkotického tlaku plazmy (75-80 %) (hodnoty ↓ než
20 g/l – edémy)
• proteinová rezerva organizmu a slouží jako zdroj AMK
(esenciálních) pro různé tkáně
• transport
•
•
•
•
•
•
steroidních hormonů
žlučových kys. a volných mastných kyselin (stearová palmitová, olejová)
bilirubinu
léků (sulfonamidů, salicylátů)
Ca2+, Mg2+
Cu2+, Zn2+
Albumin
• syntetizován jako preproalbumin
preproalbumin
signální
peptidáza signální
peptid
+ proalbumin
furin
hexapeptid + albumin
• Alb – řetězec 585 AMK, 17 disulfid. vazeb
– působením proteáz se štěpí na 3 domény s rozdílnými
funkcemi
• elipsoidní tvar molekuly – nezvyšuje
viskozitu plazmy X fibrinogen
Snížená koncentrace Alb - příčiny
• pokles syntézy v játrech
– proteinová podvýživa
– onemocněních jater (jaterní cirhóza) + alkoholizmus
– nízký poměr Alb/globuliny
• zvýšená ztráta proteinů
– ledviny – onemocnění ledvin a nefritidy
– trávicí trakt - záněty střev nebo celiakie
– masivní popáleniny – velká ztráta Alb kůží
• negativní reaktant akutní fáze ⇒ pokles koncentrace Alb
(= zvýšený katabolizmus) - příznak akutních zánětů,
akutních stavů nebo nádorů
• analbuminémie - defekt syntézy albuminu
– koncentrace Alb < 2,0 g/l
Elektroforéza sérových bílkovin za
některých patologických stavů
Akutní zánět
Chronický aktivní zánět –
Hypogamaglobulinemie
– zvýší se syntéza reaktantů
akutní fáze
(a1 a a2 frakce)
zvýší se syntéza
imunoglobulinů B-buňkami
(g-frakce polyklonálních Ab)
– snížená syntéza Ig
(g oblast)
•akutní fáze infekčních onem.
•akutní poškození tkáně
•větší popáleniny
•revmatoidní artritida
•1° a 2° deficit tvorby Ab
•ztráty imunoglobulinů
Elektroforéza sérových bílkovin za
některých patologických stavů
Jaterní cirhóza –snižuje
se syntéza albuminu a
bílkovin v hepatocytech
-nadměrná tvorba Ig někdy se neoddělí b a g
frakce (b-g můstek díky
zvýšenému IgA)
•chronická jaterní
onemocnění
Alfa-1 antitrypsin
deficience – genetický
Monoklonální
gamapatie –
defekt působící chybění
a1-antitrypsinu
mnohočetný myelom,
nádorové bujení
plazmatických buněk
•benigní monoklonální
gamapatie
•maligní monoklonální
gamapatie (myelom)