Plazmatické proteiny

1. Plazmatické proteiny Jana Švarcová

2. 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

3. Plazmatické proteiny

4. Plazmatické proteiny • celková koncentrace bílkovin - více než 300 proteinů – sérum: 62 – 82g/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

5. 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

6. 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

7. 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

8. 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)

9. 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…)

10. Typy plazmatických bílkovin • klasifikace podle elektroforetické pohyblivosti – agarózový nebo acetátcelulózový gel 5-6 frakcí • albumin a pre-albumin • globuliny • alfa – α1 + α2 • beta – β1 + β2 • gama • fibrinogen Albumin hlavní proteiny jednotlivých frakcí b1 b2 a1 g a2

11. Typy plazmat. bílkovin – relativní rozměry a přibližné Mr měřítko 64 500 69 000 90 000 156 000 200 000 1300 000 340 000

12. Elektroforeogram – hlavní typy globulinů • Zóna α1-globulinů- hlavním proteinem - α1-antitrypsin - zřetelné zesílení - při akutních zánětech • Zóna α2-globulinůHaptoglobin - 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

13. Elfo frakce plazmatických proteinů

14. 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

15. Rozdělení reaktantů akutní fáze Pozitivní • C-reaktivní protein • složky komplementu (C3, C4) • a1-antitrypsin, a1-anti-chymotrypsin, a2-makroglobulin • haptoglobin, hemopexin, ferritin, ceruloplazmin • sérový amyloid A (SAA) • prokalcitonin • fibrinogen • TNF-a, IL-1, IL-6 Negativní • albumin, prealbumin • transferin • antitrombin • transkortin • protein vázající retinol

16. 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

17. 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 Imunitní systém Kostní dřeň Nadledviny Játra Krev Kortizol ACTH Proteiny akutní fáze Horečka Kortizol ACTH Leukocytóza

18. 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

19. 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 • vonWillebrandtům faktor • plazminogen

20. Význam negativních reaktantů akutní fáze • kritérium syntézy bílkovin v játrech a jako ukazatel malnutrice

21. 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

22. 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)

23. 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

24. 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 • markerrejekce 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

25. 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 • (elastázaneutrofilů 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

26. Haptoglobin (Hp) • 2- globuliny (Mr 85 000 – 1 000 000Da), tetramer α2β2řetězců • koncentrace v plazmě 0,4 – 1,8 g/l • existují 3 typy alfa řetězců, proto se vyskytuje ve 3 poly-morfníchformách • Funkce: • váže volnýhemoglobin a transportuje jej do retikulo-endoteliálních buněk • komplex Hb-Hp neprochází glomeruly (Mr 155 000)  zamezení ztráty volného Hb, a tudíž iFe • 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)

27. a2-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 a2-makrogl. • a2-makroglobulin váže mnoho proteáz (= důležitý panproteázový inhibitor)ALEtaké transportcytokinůa 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

28. 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)

29. 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-Fleischerůvprstenec = 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

30. 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-bindingcapacity – TIBC) nasycena železem asi z 1/3. • Zbytek nazýváme volná vazebná kapacita (latent iron-bindingcapacity – LIBC)

31. 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 endo- somu 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 degradován, ale vrací se do plazmat. membrány, uvolňuje se z receptoru a vstupuje zpět do plazmy cyklus- opakování 10-20 × denně → Tf může znovu vázat Fe a transportovat jej k buňkám

32. 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

33. 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 proteázoutrombinem • 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)

34. 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 COOH IgG

35. 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+

36. Albumin • syntetizován jako preproalbumin • 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 signální peptidáza furin signální peptid preproalbumin + proalbumin hexapeptid + albumin

37. 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

38. Elektroforéza sérových bílkovin za některých patologických stavů • Akutní zánět • – zvýší se syntéza reaktantů akutní fáze • (a1 a a2 frakce) • akutní fáze infekčních onem. • akutní poškození tkáně • větší popáleniny • Chronický aktivní zánět – zvýší se syntéza imunoglobulinů B-buň-kami(g-frakce polyklonálních Ab) • revmatoidní artritida • Hypogamaglobulinemie– snížená syntéza Ig • (g oblast) • 1° a 2° deficit tvorby Ab • ztráty imunoglobulinů

39. 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 defekt působící chybění a1-antitrypsinu • Monoklonální gamapatie– mnohočetný myelom, nádorové bujení plazmatických buněk • benigní monoklonální gamapatie • maligní monoklonální gamapatie (myelom)