Белки плазмы

Общие свойства и функции. Высокая относительная вязкость плазмы (1,9-2,8 при относительной вязкости воды, равной 1) почти целиком обусловлена белками, содержание которых составляет 65-80 г/л. В связи с высокой молекулярной массой белков их моляльная концентрация весьма невелика - всего лишь около 1 ммоль/кг (см. табл. 18.1). Белковая фракция плазмы представляет собой смесь многих белков.

 

Рис. 18.3.Молекулярные массы и схематические изображения формы некоторых белков плазмы и гемоглобина (по [19] с изменениями)

Молекулярные массы белков плазмы варьируют от 44 000 до 1 300000. Частицы таких размеров относятся к коллоидам (рис. 18.3). Белки плазмы крови выполняют ряд функций.

1. Питание. В организме взрослого человека содержится около 3 л плазмы, в которой растворено примерно 200 г белка. Это вполне достаточный запас питательных веществ. Обычно клетки поглощают не белки, а их компоненты-аминокислоты; однако некоторые клетки, в частности относящиеся к ретикулоэндотелиальной системе (РЭС), могут поглощать белки плазмы и расщеплять их при помощи собственных внутриклеточных ферментов. Высвобождающиеся при этом аминокислоты поступают в кровь, где сразу же могут использоваться другими клетками для синтеза новых белков.

2. Транспорт. Многие небольшие молекулы в процессе переноса их от кишечника или депо к месту потребления связываются со специфическими белками плазмы (с. 421). Благодаря большой площади поверхности и наличию многочисленных гидрофильных и липофильных участков эти белки особенно пригодны для роли переносчиков. За счет связывания их липофильных групп с жироподобными нерастворимыми в воде соединениями белки могут удерживать такие вещества в растворе. Белки плазмы участвуют также в поддержании постоянного осмотического давления, так как способны связывать большое количество циркулирующих в крови низкомолекулярных соединений.

3. Белки плазмы как неспецифические переносчики. Все белки плазмы связывают катионы крови, переводя их в недиффундирующую форму. Так, около 2/3 кальция плазмы неспецифически связано с белками. Этот связанный кальций находится в равновесии с физиологически активным кальцием, присутствующим в крови в виде свободных ионов. Связывание кальция белками зависит от pH: при повышении последнего (алкалоз; с. 621) связывание кальция усиливается.

4. Роль белков в создании коллоидно-осмотического давления. Вследствие низкой молекулярной концентрации белков вклад их в общее осмотическое давление плазмы крови весьма невелик, но тем не менее создаваемое ими коллоидно-осмотическое (онкотическое) давление играет важную роль в регуляции распределения воды между плазмой и межклеточной жидкостью. В связи с тем что стенки капилляров в общем свободно пропускают небольшие молекулы, концентрация этих молекул и создаваемое ими осмотическое давление в плазме и в межклеточной жидкости примерно одинаковы. Что же касается белков плазмы, то их крупные моле-

418 ЧАСТЬ V. КРОВЬ И СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ

кулы лишь с большим трудом проходят через стенки капилляров (так, период полувыведения меченого альбумина из кровотока равен приблизительно 14 ч). Благодаря этой особенности, а также тому, что белки поглощаются клетками и переносятся лимфой, между плазмой и межклеточной жидкостью создается градиент концентрации белков: онкотическое давление плазмы равно примерно 25 мм. рт. ст. (3,3 кПа), а межклеточной жидкостипримерно 5 мм рт. ст. (0,7 кПа); разница между ними соответственно составляет около 20 мм рт. ст. (2,7 кПа).

Любое изменение осмотически эффективной концентрации белков плазмы крови приводит к нарушению обмена веществами и распределения воды между кровью и межклеточной жидкостью. Поскольку альбумин составляет самую большую фракцию белков плазмы (с. 419) (молекула альбумина относительно невелика, и его моляльная концентрация примерно в 6 раз больше, чем всех других белков плазмы), сдвиги в содержании альбумина особенно сильно влияют на коллоидно-осмотическое давление. Снижение концентрации альбумина в плазме часто приводит к задержке воды в межклеточном пространстве (интерстщиальный отек). В связи с этим искусственные кровезаменители, как правило, должны обладать тем же онкотическим (и кристаллоидно-осмотическим) давлением, что и плазма. В качестве коллоидов в таких растворах часто используют полисахариды (гидроксиэтилкрахмал, декстран) и полипептиды (желатину), так как получение в чистом виде белков плазмы крови человека-очень дорогостоящая процедура.

5. Буферная функция. Поскольку белки - это амфотерные вещества (т.е. способные связывать в зависимости от pH среды и Н⁺, и ОН^—), белки плазмы играют роль буферов, поддерживающих постоянство pH крови (с. 617).

6. Предупреждение кровопотери. Свертывание крови, препятствующее кровотечению, частично обусловлено наличием в плазме фибриногена (с. 420). Процесс свертывания включает целую цепь реакций (в которых в качестве ферментов участвует ряд белков плазмы) и заканчивается превращением растворенного в плазме фибриногена в сеть из молекул фибрина, образующую сгусток (с. 432).

Разделение белков плазмы. Качественное и количественное определение белков плазмы крови широко вошло в повседневную практику (рис. 18.4). Электрофорез белков плазмы служит важным методом клинической диагностики, так как многие заболевания сопровождаются характерными изменениями в составе этих белков.

 

Рис. 18.4. Электрофореграмма сыворотки крови человека. Окрашенные полосы на бумажной ленте (Б) соответствуют зубцам на фотометрической кривой, отражающим указанное процентное содержание фракций разных белков. А. Схема прибора для электрофореза на бумаге

Электрофорезом называется движение электрически заряженных частиц, находящихся во взвешенном состоянии или растворенных в жидкой среде, по градиенту напряжения. Молекулы белков построены из аминокислотных остатков, соединенных пептидными связями. Электролитические свойства этих молекул частично обусловлены ионизацией аминогрупп (—NH₂) и карбоксильных (—СООН) групп, особенно тех, что расположены на концах боковых цепей. Такие группы электрически заряжены в соответствии с pH раствора (—NH₃ или —СОО^—). Для буферной функции белков еще важнее pH-зависимые имидазолъные группы остатка гистидина - одного из главных компонентов молекулы гемоглобина.

Электрофоретнческая подвижность белка зависит в основном от приложенного напряжения, размеров и формы молекулы и ее электрического заряда, который в свою очередь определяется разницей между значениями изоэлектрической точки (ИТ) для данного белка и pH раствора. Как видно из табл. 18.3, ИТ различных белков плазмы на ту или иную величину ниже 7. Следовательно, в нейтральной или щелочной среде все эти белки будут

ГЛАВА 18. ФУНКЦИЯ КРОВИ 4Ш

 

передвигаться в одном направлении (к аноду), но с различной скоростью (рис. 18.4).

Для того чтобы не только разделить белки, но также определить их молекулярные массы, применяют метод ультрацентрифугирования. На ультрацентрифуге Сведберга можно получить ускорение от 100000 до 750000 g. При данном ускорении скорость оседания молекул зависит от их удельной массы и формы (рис. 18.3) и плотности среды. Особенно хорошо белковые компоненты в какой-либо смеси можно разделить методом центрифугирования в градиенте плотности,так как при этом каждый из компонентов занимает в пробирке определенный уровень.

Еще более тонким способом разделения белков служит электрофорез в сочетании с иммунопреципитацией (иммуноэлектрофорез). При этом исследовании злектрофоретически разделенные белковые фракции диффундируют в геле по направлению к капле внесенной в него сыворотки. Когда белковый антиген достигает сыворотки, происходит осаждение антител-в геле появляется беловатая полоса мутности. При помощи этого метода было показано, что электрофоретически однородные белковые фракции могут состоять из нескольких белков, различающихся по иммунологическим свойствам (табл. 18.3).

Свойства и функции отдельных белковых фракций. Поскольку чаще всего для разделения белков используют электрофорез, в дальнейшем будут обсуждаться лишь белковые фракции, выделяемые этим методом. На рис. 18.3 схематично показаны относительные размеры и форма основных белков плазмы.

Альбумин плазмы. Около 60% общего белка плазмы приходится на долю альбумина, содержание которого составляет 35-45 г/л. Молекулярная масса альбумина-одного из самых низкомолекулярных белков плазмы-равна 69000. Поскольку концентрация альбумина высока, а размеры его молекулы невелики, этот белок на 80% определяет коллоидно-осмотическое давление плазмы. Общая площадь поверхности множества мелких молекул альбумина очень велика, поэтому они особенно хорошо подходят для выполнения функции переносчиков многих транспортируемых кровью веществ. К веществам, связываемым альбумином, относятся: били-

420 ЧАСТЬ V. КРОВЬ И СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ

рубин, уробилин, жирные кислоты, соли желчных кислот и некоторые экзогенные вещества - пенициллин, сульфамиды, ртуть и т. д. Одна молекула альбумина может одновременно связать 25-50 молекул билирубина (мол. масса 500). При многих патологических состояниях, в частности воспалительных заболеваниях и поражениях печени и почек, содержание альбумина снижается.

Глобулины плазмы. Глобулинами называют группу белков, которые могут быть разделены электрофоретически. В порядке убывания электрофоретической подвижности различают a₁-, a₂-, ßи γ-глобулины (рис. 18.4). Однако даже эти субфракции неоднородны по составу белков: каждую из них можно разделить при помощи других методов, например иммуноэлектрофореза (табл. 18.3).

Фракция а₁-глобулинов состоит из многих коньюгированных белков, простетической группой которых являются углеводы-преимущественно гексозы и гексозамины. Эти белки называют гликопротеинами. Около 2/3 всего количества глюкозы плазмы присутствует в связанной форме в составе гликопротеинов. Эту связанную глюкозу невозможно определить с помощью клинических проб на сахар в плазме, лишенной белков; она может быть измерена лишь после отделения от белков методом кислотного гидролиза (в этом случае ее концентрация составляет 0,8-1,65 г/л). К субфракции гликопротеинов относится еще одна группа углеводсодержащих белков -протеогликаны (мукопротеины), в состав которых входят мукополисахариды.

К другим белкам, выделяющимся вместе с α₁-глобулинами, относятся тироксин-связывающий белок, (витамин В₁₂)-связывающий глобулин (транскобаламин), билирубин-связывающий глобулин и кортизол-связывающий глобулин {транскортин).

Фракция α₂-глобулинов включает гаптоглобин, относящийся по химическому строению к протеогликанам, и медьсодержащий белок церулоплазмин. На каждую молекулу последнего приходится 8 атомов меди, обусловливающих оксидазную активность этого белка. Церулоплазмин связывает около 90% всей меди, содержащейся в плазме (однако с током крови к клеткам переносится медь, связанная не церулоплазмином, а альбумином).

К ß-глобулинам относятся основные белковые переносчики липидов и полисахаридов. Важное значение липопротеинов состоит в том, что они удерживают в растворе нерастворимые в воде жиры и липоиды и обеспечивают тем самым их перенос кровью. Около 75% всех жиров и липоидов плазмы входят в состав липопротеинов. Небольшие количества липопротеинов обнаруживаются и во фракции a₁-глобулинов, однако большинство относится к ß-глобулинам; главный из них - это ß-липопротеин, молекула которого на 77% состоит из липи-

дов. Исследование липопротеинов плазмы методом ультрацентрифугирования и электрофореза (электрофоретическая подвижность липопротеинов обусловлена их белковым компонентом) - это важное средство диагностики различных форм гиперлипопротеинемий (см. учебники биохимии). Кроме липопротеинов к ß-глобулинам относится группа металлсодержащих белков, один из которых - трансферрин- служит переносчиком меди и, что особенно важно, железа. Каждая молекула трансферрина содержит два атома трехвалентного железа; именно трансферрин обеспечивает транспорт этого элемента кровью. В норме трансферрин плазмы лишь на 30% насыщен железом, и содержание железа составляет 1 мг Fe³⁺ на 1 л плазмы.

К неоднородной группе γ-глобулинов относятся белки с самой низкой электрофоретической подвижностью: их изоэлектрические точки ближе к нейтральному значению pH, чем у других белков плазмы (табл. 18.3). Данная группа включает большинство защитных и обезвреживающих веществ крови (иммуноглобулинов). Поскольку потребности в белках, выполняющих такие специфические функции, бывают различны, размеры и состав фракции γ-глобулинов существенно варьируют. Почти при всех заболеваниях, особенно воспалительных, содержание γ-глобулинов в плазме повышается. При этом общее количество белков плазмы обычно остается приблизительно тем же, так как повышение содержания γ-глобулинов сопровождается примерно равным уменьшением фракции альбумина; в результате так называемый альбумин-глобулиновый коэффициент снижается. К γ-глобулинам относятся также агглютинины крови, называемые анти-А и анти-В.

Фибриноген выявляется в виде узкой отдельной полосы, расположенной между полосами β- и γ-глобулинов. Этот белок представляет собой растворимый предшественник фибрина; последний превращается в нерастворимую форму, обеспечивая образование сгустка крови (с. 432). Молекула фибриногена имеет удлиненную форму (соотношение длина/ширина равно 17:1). Высокая вязкость растворов фибриногена обусловлена тенденцией его молекул образовывать агрегаты в виде «ниток бус».

Характерные изменения фракции фибриногена обнаруживаются лишь при некоторых редких заболеваниях, поэтому электрофоретически выявляемые сдвиги в содержании этого белка не имеют большого диагностического значения. Кроме того, при электрофорезе на бумаге подвижность удлиненной молекулы фибриногена в большей степени зависит от свойств бумаги, чем подвижность других белков плазмы. Из этих соображений при электрофорезе белков крови на бумаге, применяемом в клиниках, обычно используют не плазму, а сыворотку, в результате чего на типичной электрофореграмме полоса фибриногена отсутствует (рис. 18.4).

ГЛАВА 18. ФУНКЦИЯ КРОВИ 421

Синтез и оборот белков плазмы. При нормальном питании в организме человека за сутки вырабатывается около 17 г альбумина и 5 г глобулина. Период полураспада альбумина у человека равен 10-15 сут, а глобулина-примерно 5 сут; это означает, что за такой срок 50% общего количества белка сменяется новосинтезированным.