Plazmatick proteiny Jana varcov Plazmatick proteiny zahrnuj 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 - α 1 -antitrypsin, α 1 -kyselý glykoprotein, haptoglobin, α 2 -makroglobulin • funkce enzymů a inhibitorů – tvorba komplexů s enzymy a jejich odstranění – inhibitory proteáz – bránící napadení poškozených a zanícených tkání proteolytickými enzymy (α 1 -antitrypsin, α 2 -makroglobulin, α 1 -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 – α 1 + α 2 – beta – β 1 + β 2 – gama • fibrinogen 1 2

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 α 1 -globulinů - hlavním proteinem - α 1 -antitrypsin - zřetelné zesílení - při akutních zánětech Zóna α 2 -globulinů Haptoglobin - 6 fenotypů - lišící se elfo pohyblivostí. !!ALE: elfo stanovení neumožňuje rozlišení fenotypů haptoglobinu Zóna β 1 -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 β 2 -globulinů - hlavním proteinem - C 3 složka komplementu albumin orozomukoid 1 -antitrypsin 1 -antichymotrypsin ceruloplazmin 2 -makroglobulin haptoglobin -lipoprotein transferin hemopexin plazminogen fibronektin -lipoprotein C 3 komplement -globuliny G – A – M – D – E

Elfo frakce plazmatických proteinů Frakce Zastoupení c (g/l) (%) Albuminy: albumin prealbumin (transthyretin) 52 – 58 34 – 50 1 -globuliny: globulin vázající thyroxin, transkortin, 1 -kyselý glykoprotein, 1 -antitrypsin, 1 -lipoprotein (HDL), 1 -fetoprotein 2, 4 – 4, 4 2 -4 2 -globuliny: haptoglobin, makroglobulin, ceruloplasmin 6, 1 – 10, 1 5– 9 -globuliny: transferin, hemopexin, lipoprotein LDL, fibrinogen, C-reaktivní protein, C 3 a C 4 složka komplementu 8, 5 – 14, 5 6 – 11 10 – 21 8 – 15 -globuliny: Ig. G, Ig. M, Ig. A, Ig. D, Ig. E

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 (C 3, C 4) • 1 -antitrypsin, 1 -antichymotrypsin, 2 -makroglobulin • haptoglobin, hemopexin, ferritin, ceruloplazmin • sérový amyloid A (SAA) • prokalcitonin • fibrinogen • TNF- , IL-1, IL-6 • • • albumin, prealbumin transferin antitrombin transkortin protein vázající retinol

Akutní zánětlivá 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, PLA 2 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 (C 3 a C 4), TNF- , 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 § 1 -antitrypsin, § 1 -antichymotrypsin, § 2 -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 – 1 -kyselý glykoprotein, 1 -antitrypsin, haptoglobin, fibrinogen • pozdní proteiny akutní fáze – změny konc. 48 -72 hod. od začátku onemocnění – složky komplementu C 3, C 4; ceruloplazmin

C-reaktivní protein (CRP) patří mezi b 2 -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 (116 AK) • 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, tuberkulózy, lepry • Předpokládá se, že přispívá k: – indukci syntézy kolagenázové aktivity – inhibici agregace trombocytů – podílí se na snížení transportu HDL cholesterolu do jater

1 -antitrypsin ( 1 -antiproteináza) • • • hlavní globulin 1 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) • 2 - globuliny (Mr 85 000 – 1 000 Da), tetramer α 2β 2 řetězců • 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 hemolytické anemie - (komplex je z plazmy rychle odstraňován hepatocyty) hladina Hp klesá za situací, kdy je Hb soustavně uvolňován z červených krvinek (hemolytická anemie)

2 -makroglobulin • 2 - 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 2 -makrogl. • 2 -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 revmatoidní artritida, parodontosa štěrbin), Crohnova choroba a Crohnova choroba ulcerosní kolitida - progrese rakoviny prostaty pozn. : v mozcích pacientů s Alzheimerovou chorobou - a 2 M lokalizován do amyloidních plak a váže také rozpustný b-amyloid

Ceruloplazmin • • 2 - 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 + Kayser-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 b 1 -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 Fe 3+ • 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 (Tf. R) – na povrchu mnoha buněk (prekurzory krevní řady v kostní dřeni) → vazba Tf – dochází k endocytóze komplex je internalizován do endosomu Kyselé p. H v lyzosomu → následná disociace železa a transferinu (redukce Fe 3+ Fe 2+) - Fe se dostává do cytoplasmy - železo je dopraveno do místa potřeby v buňce resp. navázáno na feritin (Fe 2+ Fe 3+ ) a uskladněno - apotransferin (apo. Tf) 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 Fe 2+ jsou pro organismus toxické – katalyzují Fentonovu reakci (vznik vysoce toxického OH radikálu): H 2 O 2 + Fe 2+ → OH- + ˙OH + Fe 3+ • 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 b 2 -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 hepatopatie spotřebě (diseminovaná intravaskulární koagulace - DIC) diseminovaná intravaskulární koagulace

Imunoglobuliny Ag NH 2 • 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 Ig. G 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) Ca 2+, Mg 2+ Cu 2+, Zn 2+

Albumin • syntetizován jako preproalbumin signální peptidázasignální 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 – aktivní zánět Hypogamaglobulinemie • revmatoidní artritida • 1° a 2° deficit tvorby Ab • ztráty imunoglobulinů – zvýší se syntéza reaktantů zvýší se syntéza akutní fáze imunoglobulinů B-buň-kami ( 1 a 2 frakce) (g-frakce polyklonálních Ab) • akutní fáze infekčních onem. • akutní poškození tkáně • větší popáleniny – snížená syntéza Ig (g oblast)

Elektroforéza sérových bílkovin za některých patologických stavů Jaterní cirhóza – 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 Ig. A) • chronická jaterní onemocnění Alfa-1 antitrypsin deficience – deficience genetický defekt působící chybění 1 -antitrypsinu Monoklonální gamapatie – gamapatie mnohočetný myelom, nádorové bujení plazmatických buněk • benigní monoklonální gamapatie • maligní monoklonální gamapatie (myelom)