Шендрик А.Н. Химия белка. Структура, свойства, методы исследования

Подождите немного. Документ загружается.

151

¾ Ряд белков плазмы, в том числе фибриноген, основные компоненты сис-

темы свертывания крови.

¾ Белки плазмы определяют вязкость крови. Она, как отмечено выше, в 4-5

раз больше вязкости воды.

¾ Белки плазмы участвуют в поддержании рН крови, (буферная функция).

¾ Транспортная функция.

¾ Поддержание электролитного состава крови. Например, до 50% кальция в

сыворотке крови связано с белками. Большая часть железа, магния меди и др.

элементов также связана с белками плазмы.

¾ Белки плазмы являются резервом аминокислот.

На данный момент исследованы и описаны около 100 различных белко-

вых компонентов плазмы крови.

В сыворотке человека электрофорезом на бумаге отчетливо обнаружива-

ется пять фракций белков: альбумины, α

-, α

-, β-, и γ-глобулины. Электрофо-

резом в агаровом геле белки сыворотки разделяются на 7-8 фракций, а при

электрофорезе в крахмальном или полиакриламидном геле - на 16-17 фракций.

Еще большее число белковых фракций (свыше 30) получают методом иммуно-

электрофореза.

3.1.2 Характеристика основных белковых фракций плазмы

Альбумины. Альбумины состоят из одной пептидной цепи (≅580 амино-

кислотных остатков, молекулярная масса около 70000 Да). В цепи содержится

17 дисульфидных связей. Из распределения дисульфидных связей и локализа-

ции специфических остатков в пептидной цепи можно предположить, что мо-

лекула альбумина образует три сходных домена.

Пептидная цепь альбуминов свернута в глобулу (элипсоид 30 х 150 Å).

Обладая высокой гидрофильностью, альбумины играют важную роль в под-

держании осмотического давления крови. Транспортируют многие биологиче-

ски активные вещества, в частности, гормоны, свободные жирные кислоты.

152

Связываются с холестерином, желчными пигментами. Значительная часть

кальция в сыворотке также связана с альбуминами. Альбумины сравнительно

быстро обновляются. Период полураспада составляет около 7 суток.

При электрофорезе в крахмальном геле в некоторых случаях наблюдается

разделение альбуминов на две фракции (альбумин "А" и альбумин "В"). Пред-

полагается, что у доноров двойников альбуминов имеется два независимых ге-

нетических локуса, которые контролируют их синтез. Фракция "В" отличается

от обычной "А" наличием в молекуле двух или более остатков дикарбоновых

аминокислот, которыми замещены в альбумине "А" остатки тирозина или цис-

теина. Известны и некоторые другие редкие варианты альбуминов (альбумин

Ридинг, альбумин Джент, альбумин Маки). Наследование полиморфизма аль-

буминов наблюдается, как правило, в нескольких поколениях.

Глобулины. При высаливании нейтральными солями глобулины можно

разделить на две фракции: эуглобулины и псевдоглобулины. Эуглобулины - это,

в основном, γ-глобулины, а фракция псевдоглобулинов включает α-, β-, и час-

тично γ-глобулины.

Фракции α- и β-глобулинов содержат липопротеины и связанные с ме-

таллами белки. В состав γ-глобулинов входит большая часть находящихся в сы-

воротке антител.

Некоторые α-глобулины являются ингибиторами протеиназ. К ним отно-

сятся: антитрипсин, макроглобулин и интер-α

-трипсиновый ингибитор. Рети-

нолсвязывающий белок (ММ=21000) переносит ретинол.

Фракция γ-глобулинов содержит 5 основных классов иммуноглобулинов:

A, D, E, G, M. Все иммуноглобулины являются олигомерными белками, для ко-

торых характерно следующее строение: две тяжелые цепи - Н (ММ = 50000-

75000) и две легкие - L (ММ ≅ 23000) соединены между собой тремя дисуль-

фидными мостиками. Известно два типа легких и пять типов тяжелых цепей,

153

которые различаются по своему аминокислотному составу. Каждый тип имму-

ноглобулинов специфичен к своему антигену.

3.1.2.1 Отдельные белки плазмы

Гаптоглобин входит в состав α

-глобулиновой фракции. Этот белок спо-

собен соединяться с гемоглобином, образуя комплексы состава 1:1. Образовав-

шийся комплекс может поглощаться системой макрофагов. Это позволяет

уменьшить потери железа при освобождении гемоглобина из эритроцитов.

Электрофорезом выявлены три группы гаптоглобинов, которые обозна-

чают как: Нр 1-1; Нр 2-1 и Нр 2-2. Установлено наличие связи между наследо-

ванием типов гаптоглобина и резус антителами.

Ингибиторы трипсина - обнаруживаются при электрофорезе в составе

и α

-глобулинов. Являются ингибиторами трипсина и других протеаз.

Трансферрин относится к β-глобулинам. ММ≅76000. Способен образо-

вывать окрашенный в оранжевый цвет комплекс с железом. Железо в этом (же-

лезотрансферриновом) комплексе находится в трехвалентном состоянии. В

норме только треть трансферрина насыщена железом. Выявлено 19 типов

трансферрина, которые различаются по величине заряда молекулы, аминокис-

лотному составу и количеству молекул сиаловых кислот, связанных с белком.

Предполагают, что наблюдаемые различия обусловлены наследственным фак-

тором.

Церулоплазмин - медьсодержащий (0.34% меди) белок небесно-голубого

цвета с ММ=150000. Окисляет аскорбиновую кислоту, адреналин, диоксифени-

лаланин и некоторые другие вещества. Обладает слабой каталитической актив-

ностью. Выявлены 4-е изофермента церулоплазмина, два из которых обнару-

живаются в норме.

С-Реактивный белок - назван так из-за способности вступать в реакцию

преципитации с С-полисахаридами пневмококков. В норме отсутствует и обна

154

руживается при наличии в организме воспалительных процессов или некроза

тканей. При электрофорезе этот белок перемещается вместе с α

-глобулинами.

Криоглобулин. В норме отсутствует. Появляется при различных патоло-

гиях. Отличительное свойство - выпадает в осадок или желатинизируется при

Т<37

С. При электрофорезе чаще всего перемещается вместе с γ-глобулинами.

Обнаруживается при миеломе, нефрозе, циррозе печени, ревматизме, лимфо-

саркоме, лейкозах и некоторых других заболеваний.

Интерферон - специфичный белок. Синтезируется при воздействии на

клетки вирусов. Обладает способностью угнетать размножение вирусов, но не

разрушает уже имеющиеся вирусы. Образовавшись в клетках, интерферон лег-

ко выходит в кровяное русло и разносится по организму. Специфичность ин-

терферона не абсолютна. Интерферон обезьян, например, активен и в клетках

человека.

3.1.3 Транспорт кислорода кровью

В покое ткани человека потребляют около 200 мл. кислорода в минуту.

При физических и умственных нагрузках потребление О

увеличивается в 10 и

более раз (2-3 л/мин.). Доставить такое количество кислорода к тканям просто

за счет физического растворения в плазме, невозможно. Растворимость О

плазме крайне мала (0.023 мл/мл при 40

С, Р

О2

= 1 атм.), и позволяет обеспе-

чить только 0.3% от потребности организма в кислороде. Поэтому, практически

весь кислород доставляется к тканям в связанном с гемоглобином виде.

Гемоглобин (Hb) - олигомерный белок. Состоит из 4-х пептидных цепей,

каждая из которых содержит одну гемгруппу. Процентное содержание железа в

гемоглобине составляет 0.335%. Один грамм-атом Fe (55.84г) в Hb связывает 1

моль О

(22,4 л). Следовательно, 100г гемоглобина способны связать:

(0.335•22400мл)/55.84 = 134 мл. О

155

Содержание гемоглобина в крови составляет (13-16г)/100мл крови. С уче-

том скорости оборота гемоглобина в кровяном русле его количества вполне

достаточно для полного обеспечения тканей кислородом.

Помимо транспорта кислорода к клеткам, гемоглобин выполняет еще од-

ну весьма важную функцию - переносит углекислый газ в легкие. Механизм

этого переноса следующий. Восстановленная форма гемоглобина (HHb) при-

соединяет СО

в форме угольной кислоты с образованием карбгемоглобина:

RNH

NHCOO

гл

об

ин

Ка

бгемоглобин

Карбгемоглобин - нестойкое соединение и диссоциирует в легочных ка-

пиллярах с выделением СО

. В виде карбгемоглобина из тканей к легким пере-

носится от 3 до 10% СО

3.1.4 Синтез белков плазмы

Альбумин, фибриноген и около 80% всех глобулинов, включая липопро-

теины, синтезируются в печени. Другие основные белки, в том числе и белки

фракции γ-глобулинов синтезируются, в основном, лимфоидальной тканью и

селезенкой.

Скорость синтеза альбумина изолированной печенью крысы составляет

10-20 мг/час. Такая скорость позволяет обновлять в течении суток до 25% на-

ходящихся в плазме белков. У человека альбумины синтезируются с несколько

меньшей скоростью.

3.1.5 Система свертывания крови

Способность крови свертываться с образованием сгустка - один из при-

меров высочайшего уровня биохимической саморегуляции. Впервые теорию

свертывания крови предложил в 1872 г. А. Шмидт - профессор Юрьевского

(ныне Тарту) университета. Суть ее в следующем.

156

Свертывание крови - есть ферментативный процесс. Для его протекания

необходимы три компонента: фибриноген, фибринопластическое вещество и

тромбин. Процесс свертывания крови - реакция образования фибрина из фиб-

риногена и фибринопластического вещества, которую катализирует тромбин.

Дальнейшими исследованиями школы Шмидта, а также Моравица, Гаммар-

стена, Спиро и др. было установлено, что фибрин образуется из одного пред-

шественника - фибриногена. Проферментом тромбина является протромбин, а

для свертывания крови необходимы тромбокиназа тромбоцитов и ионы каль-

ция. Эта теория свертывания крови известна как теория Шмидта-Моравица.

На данный момент установлено, что процесс свертывания крови много

сложнее и в нем участвуют значительно большее число компонентов плазмы и

тромбоцитов, так называемые факторы свертывания крови. Факторы свертыва-

ния, связанные с тромбоцитами, обозначают арабскими цифрами, а факторы

плазмы - римскими.

3.1.5.1 Факторы плазмы

Фактор I - фибриноген. Важнейший компонент системы свертывания.

Фибриноген состоит из трех пар неидентичных пептидных цепей, связанных

дисульфидными мостиками. Каждая цепь имеет олигосахаридную группу. Бел-

ковая и углеводная компоненты соединены через мостик аспарагин-N-

ацетилглюкозамин. Длина молекулы фибриногена 450Å, ММ=330000-340000

Да. При электрофорезе на бумаге фибриноген движется между β- и γ-

глобулинами. Синтезируется в печени.

Фактор II - протромбин. Один из основных белков плазмы, определяю-

щих свертывание крови. При протеолизе протромбина образуется активный

фермент свертывания - тромбин. Содержание протромбина в плазме составляет

1.4-2.1 мкмоль/л. Он является гликопротеидом, содержащим 11-14% углеводов,

включая гексозы, гексозамины и нейраминовую кислоту. По электрофоретиче-

ской подвижности относится к α-глобулинам, иммеет ММ = 68000-70000 Да.

157

Молекула имеет форму элипсоида (119 и 34 Å). Изоэлектрическая точка очи-

щенного протромбина расположена в области рН = 4.2-4.4. Синтезируется в пе-

чени при участии витамина К. Специфическая особенность - одна молекула

протромбина связывает 10-12 ионов кальция, изменяя свою конформацию.

Превращение протромбина в тромбин сопровождается резким уменьшением

ММ с 70000 до ≅35000Да. предполагают, что тромбин - это большой фрагмент

молекулы протромбина.

Фактор III - тканевый фактор или тканевый тромбопластин. Образуется

при повреждении тканей. Является комплексным соединением липопротеино-

вой природы. Имеет очень большую ММ = 167 000 000 Да.

Фактор IV - ионы кальция. Удаление ионов кальция (осаждение оксала-

том или фторидом натрия) останавливает процесс свертывания крови. Опти-

мальная для протекания процесса свертывания концентрация ионов кальция со-

ставляет 1.0-1.2 ммоль/л. Отклонения в большую или меньшую стороны замед-

ляют процесс свертывания. Ионы кальция необходимы почти на всех стадиях

свертывания крови.

Фактор V - проакцелерин. Белок глобулиновой фракции плазмы. Пред-

шественник активного фактора - акцелерина. Синтезируется в печени.

Фактор VII - антифибринолизин или проконвертин. Предшественник

конвертина. Механизм превращения проконвертина в конвертин малоизучен.

Синтезируется проконвертин в печени при участии витамина К.

Фактор VIII - антигемофильный глобулин А. Необходимый компонент

крови для образования фактора X. Очень лабилен. При хранении стабилизиро-

ванной цитратом плазмы активность фактора VIII снижается на 50% за 12 ча-

сов. Врожденный недостаток фактора VIII - причина гемофилии А.

Фактор IX - антигемофильный глобулин В или кристмасфактор. Участ-

вует в образовании активного фактора Х.

Фактор Х - фактор Прауэра-Стюарта. Назван по фамилиям больных, у

которых впервые был обнаружен его недостаток. Относится к α-глобулинам.

158

ММ=87000Да. Участвует в образовании тромбина из протромбина. При недос-

таточности фактора Х увеличивается время свертывания крови. Синтезируется

в печени. Процесс синтеза чувствителен к содержанию витамина К в организ-

ме.

Фактор XI - фактор Розенталя. Антигемофильный фактор белковой при-

роды. Недостаточность этого фактора при гемофилии С впервые открыл Розен-

таль в 1953г. Является плазменным предшественником тромбопластина.

Фактор XII - Фактор Хагемана. Участник пускового механизма сверты-

вания крови. Стимулирует фибринолитическую активность. Активируется фак-

тор XII при контакте с чужеродными внутренней среде организма поверхно-

стями: кожей, стеклом, металлом и т.д. Назван по фамилии больного, у которо-

го впервые были выявлены нарушения свертывания крови, связанные с недос-

татком фактора XII.

Фактор XIII - фибринстабилизирующий фактор. Является белком плаз-

мы, который стабилизирует фибрин, участвуя в образовании прочных межмо-

лекулярных связей в фибрине-полимере. ММ=330000-350000Да. Состоит из

трех пептидных цепей.

3.1.5.2 Факторы тромбоцитов

Наряду с факторами плазмы в свертывании крови участвуют факторы,

связанные с тромбоцитами. Известно около 10 таких факторов. Роль всех их до

конца не ясна. Наиболее важные из них.

Фактор 1 - адсорбированный на поверхности тромбоцитов проакцеле-

рин. С тромбоцитами связано около 5% всего проакцелерина крови.

Фактор 3 - один из важнейших компонентов системы свертывания кро-

ви. Необходим для образования тромбина из протромбина.

Фактор 4 - антигепариновый фактор. Тормозит антитромбопластиновое

и антитромбиновое действие гепарина. Активно участвует в агрегации тромбо-

цитов.

159

Фактор 8 - тромбостенин. Участвует в процессе ретракции тромбина.

Очень лабилен. Обладает АТФ-азной активностью.

3.1.5.3 Схема процесса свертывания крови

Полной, окончательной и общепринятой теории процесса свертывания

крови пока нет, но многие его стадии неплохо изучены.

В самых общих чертах процесс свертывания крови аналогичен цепной ре-

акции, которая завершается образованием сгустка или тромба. Последний явля-

ется основным биохимическим средством предупреждения потери крови орга-

низмом при нарушении целостности кровеносной системы.

В образовании тромба участвует большое число белков, а завершающая

стадия есть превращение растворимого белка плазмы фибриногена в нераство-

римый белок фибрин. Это превращение катализирует тромбин. В нормальных

условиях его в крови нет. В «аварийной» ситуации он образуется из своего не-

активного предшественника протромбина, который содержится в плазме. Весь

этот процесс выглядит примерно так.

При повреждении сосудов, в результате контакта с кожей (или чужерод-

ным телом), активируется фактор XII. Активная форма фактора XII (фактор

XIIa) запускает цепочку последовательных реакций активации других белковых

факторов плазмы крови (VIII, IX, X и др.). Параллельно, активный Ф.XIIa воз-

действует на мембраны тромбоцитов (безъядерные клетки), которые начинают

объединяться в агрегаты и выбрасывают (освобождают) фактор 3 тромбоцитов.

Предполагается, что фактор III, и фактор 3 тромбоцитов, попадая при по-

вреждении тканей в плазму крови, создают предпосылки для образования не-

больших (затравочных) количеств тромбина из протромбина. Образовавшийся

тромбин катализирует превращение проакцелерина и проконвертина в акцеле-

рин (Ф.Va) и конвертин (Ф.VIIа) соответственно. Взаимодействие перечислен-

ных выше факторов с участием ионов кальция приводит к образованию актив

160

ного фактора Х (Ф.Ха). И наконец, под влиянием комплекса факторов: Xa, Va,

3 и ионов кальция образуется тромбин из протромбина.

Контакт крови с

поверхностью поврежденных сосудов

Агрегация, нарушение целостности

мембран тромбоцитов, освобождение

фактора Ф.3

Схема процесса свертывания крови

Ф.XII Ф.XIIa

Ф.XI Ф.XIa

Ф.IX Ф.IXa

Ф.VIII

Ф.VIIIa

[Ф.IXa, Ф.3, Ф.VIIIa, Ca(2+)]

Ф.X Ф.Xa

Ф.VФ.Va

[Ф.Xa, Ca(2+), Ф.3, Ф.Va]

Протромбин Тромбин

Фибриноген Фибрин-мономер

Фибрин-полимер

Ретрагированнный

фибрин

Ф.XIII

Ф.XIIIaCa(2+)

Ca(2+) ATP

Последовательность всех стадий процесса свертывания крови приведена

на схеме.