загрузка...
 
БЕЛКОВЫЙ СПЕКТР ПЛАЗМЫ
Повернутись до змісту

БЕЛКОВЫЙ СПЕКТР ПЛАЗМЫ

У взрослого человека общее содержание белка в плазме крови составляет в норме от 60 до 80 г/л. Всего в ней выявлено более 100 индивидуальных белков (и это - если не принимать в расчет полиморфизма таких макромолекул, как, например, каждая из групп иммуноглобулинов). Большинство из них синтезируется преимущественно в печени и почках, хотя есть и исключения (главное из них - иммуноглобулины).

В практике клинико-биохимических лабораторий белковый спектр плазмы чаще всего анализируют посредством электрофоретического фракционирования сыворотки крови (см. раздел 1.12.2). Несмотря на стандартизацию общепринятых методов электрофореза, некоторые вариации все же имеются. Соответственно этому несколько колеблются и нормальные величины распределения белков по фракциям, приводимые в справочной литературе. В табл. 13-2 эти величины даны ориентировочно, т.е., как наиболее типичные диапазоны доли каждой фракции в общем количестве сывороточных белков.

Любое изменение в нормальном соотношении белковых фракций плазмы обозначают термином диспротеинемия. Такого рода сдвиги наблюдаются при разных заболеваниях, а потому их регистрация имеет определенное диагностическое значение.

Таблица 13-2 Белковые фракции сыворотки крови (в % к общему содержанию белка)

Впрочем, информативная ценность выявления диспротеинемии весьма относительна, а потому требует дальнейшего уточнения. В частности, из-за того, что каждая электрофоретическая фракция объединяет белки, сходные лишь по физико-химическим параметрам (размеры молекулы и ее заряд), но почти всегда различающиеся по функциональному предназначению (и по количественной доле в своей фракции).

Альбумины - наиболее гомогенная из всех электрофоретических фракций сыворотки. Она представлена практически единственным белком - альбумином. Его молекулярная масса составляет без малого 70 кДа, а содержание в сыворотке находится обычно в пределах 30-50 г/л (0.44-0.73 мМ). Состоит альбумин из трех гомологичных доменов, в каждом их которых имеется 5 или 6 дисульфидных связей. Он является простым белком, в отличие от других плазменных белков, которые относятся к числу гликопротеинов или липопротеинов (по разнообразию последних несравненно меньше).

В функциональном отношении наиболее важные свойства альбумина - это высокое сродство к воде и способность обратимо связывать катионы (такие как Са2+, №+ и К+), жирные кислоты, неконъюгированный («свободный») билирубин, липофильные гормоны, многие лекарственные вещества. Тем самым преобладающий белок плазмы вносит весомый вклад в перенос этих веществ с током крови. Главные места связывания для неполярных веществ локализованы в двух гидрофобных полостях, имеющихся в молекуле альбумина.

Среди минорных белков фракции альбуминов известны а-альбумин (афалин), функция которого пока неясна, и транстиретин (ТТР; синоним: преальбумин). Последнего в сыворотке содержится в сотни раз меньше, чем альбумина, а специализирован он на транспорте ти- роидных гормонов (хотя главный их переносчик

тироксин-связывающий белок из фракции агглобулинов). Есть основания полагать, что ТТР осуществляет перенос тироксина из кровотока в мозг. Врожденные дефекты этого белка являются причиной гипертироксинемии либо различных форм амилоидоза (амилоидная полинейропатия, лептоменингеальный амилоидоз, семейная амилоидная кардиомиопатия и другие).

Около 40% транстиретина циркулирует в виде комплекса с ретинол-связывающим белком (РСБ), свободная форма которого выявляется во фракции а2-глобул инов. Объединение ретинола с белком уменьшает клубочковую фильтрацию и почечный катаболизм довольно небольшой молекулы РСБ.

Известны и другие белки, эволюционно родственные альбумину и потому структурно подобные ему. Однако из-за некоторых особенностей физико-химических свойств они мигрируют в составе глобулинов. Наиболее известны агфетоглобулин, присутствующий в крови в период внутриутробного развития, и белок, связывающий витамин В (обычный компонент фракции а2-глобулинов).

Возвращаясь к собственно альбумину, следует отметить, что он не только выполняет транспортные функции, но и играет важную роль в регуляции распределения жидкости между плазмой и межклеточным пространством. Химический состав обеих сред выравнивается довольно быстро, - благодаря огромной площади поверхности капилляров и высокой скорости диффузии низкомолекулярных веществ через их стенки. К этому добавляется фильтрация жидкости под действием давления крови на стенки сосудов (гидростатическое давление), которое в начале капилляра составляет обычно 25-30 мм рт. ст., а к венозному его концу снижается до 10-15 мм рт. ст. Оно способствует переходу жидкой части плазмы в межклеточную среду. Противостоят этому белки, так как они не способны проникать через биомембраны, но, будучи тоже частицами, вносят свой вклад в суммарную величину осмотической активности. Его называют коллоидно-осмотическим или, короче, онкотическгш давлением. В плазме крови оно достигает всего лишь 0,5% от общего осмотического давления, т.е., примерно 20 мм рт.ст. (что, однако, в 15-20 выше, чем во внеклеточной жидкости, где концентрация белка не превышает 4%).

От соотношения гидростатического и он- котического давления зависит направление (и интенсивность) процесса фильтрации. В артериальной части капилляра давление крови на стенки сосуда превышает величину онкотиче- ского давления плазмы, а потому поток жидкости направлен через сосудистую стенку в окружающую среду. В обратном направлении этот поток устремляется в венозной стороне капилляра, где онкотическое давление плазмы выше гидростатического давления крови.

Примерно на 80% онкотическое давление крови обеспечивается именно альбумином, поскольку он составляет более половины всех белков плазмы и, кроме того, его молекулярная масса в несколько раз меньше, чем у большинства глобулинов (а, значит, молярная концентрация соответственно выше). Существенное снижение концентрации альбумина в плазме ведет к усилению фильтрации плазмы в меж- тканевые пространства и уменьшает обратный поток жидкости. Поэтому гипоальбуминемия является непосредственной причиной так называемых почечных отеков (потеря альбуминов с мочой) и голодных отеков (развивающихся при длительном белковом голодании).

«1-Глобулнны сыворотки представлены группой белков, очень различающихся по функциональному предназначению. Молекулярная масса большинства из них укладывается в диапазон 40-70 кДа. Исключение составляют ретинол-связывающий белок (всего лишь

кДа) и очень крупные молекулы липопротеинов высокой плотности (200-400 кДа), являющихся главными переносчиками холесте- рола в организме (см. раздел 7.72). Транспортную функцию выполняют также транскобала- мин, переносящий витамин В12; «кислый «1 -гликопротеин» (связывающий прогестерон); транскортин (переносчик кортикостерона, кортизола, прогестерона) и уже упомянутый ти- роксин-связывающий глобулин. С другой стороны, фракция содержит а,-антитрипсин и агантихимотрипсин, которые не имеют отношения к транспорту веществ, а играют совсем иную, не менее важную роль, будучи эффективными ингибиторами различных сериновых протеиназ.

а2-Глобулины гетерогенны не только по функциональной роли составляющих ее белков, но и по их величине. Наименьшими размерами обладает белок, связывающий витамин Б (52 кДа), который транспортирует как витамин Б, так и некоторые его метаболиты. Церуло- плазмин (135 кДа) переносит ионы меди и, помимо того, обладает оксидазной активностью. Еще один транспортный белок ~ гаптоглобин - предназначен для захвата гемоглобина, попадающего в плазму при внутрисосудистом лизисе эритроцитов (возникающий белок-белко- вый комплекс поглощают клетки ретикуло- эндотелиальной системы, подвергая его затем тотальному протеолизу; отсюда следует, что роль гаптоглобина заключается не столько в транспорте, сколько в предотвращении почечного выведения гемоглобина, но главное - входящего в его состав железа).

К числу антипротеиназ данной фракции относятся антитромбин III (58 кДа) и самый «всеядный» ингибитор протеиназ — а2-макро- глобулин (720 кДа), который исполняет еще и роль переносчика ионов цинка. Наконец, в этой фракции обнаруживается и холинэстераза, часто именуемая псевдохолинэстеразой, ибо она гидролизует не только ацетилхолин (который в плазму практически не попадает), но и другие эфиры холина, а также ряда иных веществ (поэтому данному ферменту приписывают функцию общей защиты от такого рода эндо- или экзогенных соединений в случае их появления в крови).

Р-Глобулины в значительной мере представлены транспортными белками. К ним относятся глобулин, связывающий половые гормоны (65 кДа), который осуществляет транспорт тестостерона и эстрадиола, и трансферрин (80 кДа), охарактеризованный в разделе 9.6.1. Наиболее крупными компонентами фракции являются липопротеины низкой плотности, молекулярная масса которых охватывает диапазон от 2000 до 4500 кДа (липопротеины очень низкой и промежуточной плотности в силу разнообразия их состава распределяются В ТОЙ или ИНОЙ степени между фракциями а2" и р-глобулинов).

Помимо этого во фракции р-глобулинов сосредоточено большинство компонентов комплемента. Исключение составляют лишь компонент С6 (сиглобулин), компоненты С7, Ск} и фактор И, мигрирующие в составе у-глобулинов.

Особое место занимает С-реактивный белок. Обнаружен он был по способности вступать в реакцию преципитации с С-полисаха- ридом пневмококков. Белок вызывает активацию комплемента по классическому пути, способствует фагоцитозу, влияет на функциональную активность лимфоцитов. В норме содержание С-реактивного белка в плазме (сыворотке) едва уловимо, но резко возрастает при острых воспалительных заболеваниях. Поэтому его относят к белкам острой фазы, наряду с такими компонентами, как а!-антитрипсин, -антихимотрипсин, а2-макроглобулин, кислый «1-гликопротеин, гаптоглобин и церуло- плазмин, синтез которых тоже резко возрастает при остром воспалении (хотя и в значительно меньшей степени). Обычно при этом замедляется биосинтез альбумина, транстиретина и трансферрина (отрицательные острофазные белки).

у-Глобулииы - это фракция, состоящая почти исключительно из иммуноглобулинов. В целом они представляют собой очеиь большой набор специфических антител, спектр которого отражает жизненный опыт индивидуума (точнее, историю его контактов с инфекциями и иным антигенным материалом). Вырабатываются антитела и секретируются в среду соответствующими клонами плазмоцитов (механизм генерации этих клеток, обеспечивающих гуморальный иммунитет, изложен в разделе

10.1.3).

Циркулирующие в плазме антитела, несмотря на все разнообразие, построены по единому плану. Каждое из них содержит субъединицы двух типов, обозначаемые как легкая цепь (Ь-цепь, —23 кДа) и тяжелая (Н-цепь, 50-70 кДа); в последней имеется как минимум одна олигосахаридная цепочка. Соединенные дисульфидным мостиком, обе цепи образуют гетеродимер, который связан с абсолютно таким же димером посредством двух дисульфид- ных мостиков между тяжелыми субъединицами. Схематически строение тетрамерного иммуноглобулина показано на рис. 13-3.

Легкие цепи иммуноглобулинов бывают двух типов, но в каждую тетрамерную молекулу может входить только один из них: либо к (каппа), либо X (лямбда). Они имеют различающиеся, но гомологичные аминокислотные последовательности. Вместе с тем, обе разновидности Ь-цепи содержат два глобулярных домена. Один их них имеет довольно постоянный состав (Сь - константный домен легкой цепи), а структура другого сильно варьирует (У^ - вариабельный домен легкой цепи), строго соответствуя только «своему» клону плазмоцитов.

С-конец

Рис. 13-3. Строение иммуноглобулинового тетрамера (схема).

Тяжелая цепь в своей N-концевой части комплементарна строению легкой цепи: здесь тоже имеются и вариабельный домен (Vh), и константный. Последний обозначают как Сн1, ибо в остальной части тяжелой цепи есть и другие глобулярные образования, отмечаемые как Сн2 и СнЗ. В зоне между участками Сн1 и Сн2 тяжелые цепи обладают определенной гибкостью («шарнирный участок»), которая придает антителам внутримолекулярную подвижность. В свое время было установлено, что в этом месте Н-цепи уязвимы для атаки папай- ном (цистеиновая протеиназа растительного происхождения), который расщепляет молекулу иммуноглобулина на два фрагмента Fab и фрагмент Fc (см. рис 13-3).

Фрагмент Fab (от англ. antigen-binding fragment - антиген-связывающий фрагмент) состоит из легкой цепн, соединенной дисуль- фидным мостиком с N-концевым отрезком тяжелой цепи. Даже в изолированном виде каждый Fab-фрагмент сохраняет способность к распознаванию и фиксации соответствующей антигенной детерминанты, осуществляя это своим антиген-связывающим участком, который сформирован сочетанием домена Vl и домена VH. Поскольку тетрамериая структура иммуноглобулина содержит 2 фрагмента Fab, она способна соединяться с двумя антигенами, т.е., является бивалентным антителом.

Фрагмент Fc (от англ. fragment crystalliz- able - способный к кристаллизации), состоящий из С-концевых половинок обеих Н-цепей, несет в себе центр взаимодействия с компонентами комплемента, участвует в связывании с клеточной поверхностью и в переносе антител клетками.

Полиморфизм антител в значительной степени обусловлен разнообразием тяжелых цепей. Они синтезируются в 5 главных вариан


тах, заметно различающихся по длине поли- пептидного стержня, а также по числу и расположению олигосахаридных цепочек, ковалентно присоединенных к нему. Обозначают эти варианты буквами греческого алфавита: а-, у-,

, ?- или рнцепь. Соответственно различают иммуноглобулины класса A (IgA), класса G (IgG), класса D (IgD), класса Е (IgE) и класса М (IgM). Из них лишь IgG, IgD и IgE существуют в тетрамерной (бивалентной) форме, показанной на рис. 13-3.

В кровеносном русле доминируют иммуноглобулины класса G: их концентрация в плазме составляет обычно 12-14 г/л (т.е., менее чем 0,1 мМ). Содержание IgA в 7 раз, a IgM - в 10 раз ниже (в расчете на число тетрамерных звеньев). Уровень IgD и IgE уступает иммуноглобулинам класса G в тысячу и в миллион раз соответственно.

Эти количественные различия отражают определенное своеобразие сферы «приложения сил». В частности, иммуноглобулины класса G, будучи доминирующими антителами плазмы и межклеточной среды, эффективны не только в отношении бактериальных токсинов, но и самих микроорганизмов, способствуя лучшему фагоцитозу их и удалению с участием системы комплемента. Кроме того, IgG — это единственные из антител, способные проникать через плаценту и тем самым осуществлять имунную защиту плода.

Иммуноглобулины класса А легко проникают в слюну, слезную и носовую жидкости, в пот и мочу, а также в секреты дыхательных путей и желудочно-кишечного тракта. Уже из этого ясно, что их прерогатива - защита «на дальних подступах», еще до попадания инфекции во внутреннюю среду организма. Кроме того, будучи естественным компонентом материнского молока, они обеспечивают иммунную защиту в младенческом возрасте. Иммуноглобулины этого класса легко объединяются, образуя удвоенную молекулу. Происходит это с участием особого посредника - J-пептида (от англ. joining - сращивание), способного создавать по дисульфидному мостику с С-концевой частью двух тетрамерных молекул IgA. В объединение может быть вовлечена и третья молекула иммуноглобулина. Тем самым укрупненная молекула IgA обретает способность связывать не 2, а 4 или даже 6 антигенных детерминант.

Сходным образом 4 молекулы 1-пептида образуют перемычки между С-концами пяти молекул бивалентного иммуноглобулина класса М. Так формируется центральное кольцо, из которого выступают в виде лучей 5 пар анти- ген-связывающих участков. Именно в форме таких пентамеров циркулирует в плазме основная масса антител класса ^М, которые, как отмечалось в разделе 10.1.3, являются ранней формой иммунного ответа плазмоцитов. Обладая поливалентностью, пентамерные агрегаты

являются наиболее эффективными активаторами системы комплемента (как это отмечено в разделе 8.6.3).

Функциональные особенности иммуноглобулинов IgD остаются пока неясными, а антитела класса IgE ответственны за развитие аллергических реакций (раздел 10.1.3), в патогенезе которых решающую роль играют не только наличие соответствующих иммуноглобулинов, но и их способность фиксироваться своим фрагментом Рс на рецепторах тучных клеток и базофильных гранулоцитов.



загрузка...