生物化學與分子生物學/血漿蛋白質

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血液的生物化學 - 血漿蛋白質 - 血紅素的合成 - 血細胞物質代謝
入血漿中蛋白質總濃度為70~75g/L,它們是血漿主要的固體成分。血漿蛋白質種類很多,目前已知的血漿蛋白質有200多種,其中既有單純蛋白質又有結合蛋白質,如糖蛋白和脂蛋白,血漿中還有幾千種抗體。血漿內各種蛋白質的含量差異很大,多者每升達數十克,少的僅為毫克水平。

血漿蛋白質的分類與性質[編輯]

人血漿中蛋白質總濃度為70~75g/L, 它們是血漿主要的固體成分。血漿蛋白質種類很多,目前已知的血漿蛋白質有200多種,其中既有單純蛋白質又有結合蛋白質,如糖蛋白和脂蛋白,血漿中還有幾千種抗體。血漿內各種蛋白質的含量差異很大,多者每升達數十克,少的僅為毫克水平。

血漿蛋白質的分類[編輯]

目前尚有多種血漿中的蛋白質的結構和功能尚不明確,故難以對血漿的全部蛋白質作出十分恰當的分類。通常按來源、分離方法和生理功能將血漿蛋白質進行分類。
血漿蛋白質依據功能,可分為以下8類:
①凝血系統蛋白質,包括12種凝血因子(除Ca2+外); ②纖溶系統蛋白質,包括纖溶酶原、纖溶酶、激活劑及抑制劑等; ③補體系統蛋白質; ④免疫球蛋白; ⑤脂蛋白; ⑥血漿蛋白酶抑制劑,包括酶原激活抑制劑、血液凝固抑制劑、纖溶酶抑制劑、激肽釋放抑制劑、內源性蛋白酶及其他蛋白酶抑制劑; ⑦載體蛋白; ⑧未知功能的血漿蛋白質。
電泳是最常用的分離蛋白質的方法。以pH8.6的巴比妥溶液作緩衝液,可將血漿蛋白質分成5條區帶:清蛋白(albumin,又稱白蛋白)、α1球蛋白(globulin)、α2球蛋白、β球蛋白和γ球蛋白。清蛋白是人體血漿中最主要的蛋白質,濃度達38~48g/L, 約佔血漿總蛋白的50%。肝每天約合成12g清蛋白。清蛋白以前清蛋白的形式合成,成熟的清蛋白是含585個胺基酸殘基的單一多肽鏈,分子形狀呈橢圓形。球蛋白的濃度為15~30g/L。正常的清蛋白與球蛋白的比例(A/G)為1.5 ~2.5。血漿蛋白質電泳是臨床常用的輔助診斷方法。
聚丙烯醯胺凝膠電泳是解像度更高的電泳方法,可將血清中的蛋白質分成數十條區帶。
超速離心法則是根據蛋白質的密度將其分離,例如血漿脂蛋白的分離。

血漿蛋白質的性質[編輯]

儘管血漿蛋白質的種類繁多,但由於血漿蛋白質較易獲得,且許多編碼血漿蛋白質的基因序列已知,故對這些蛋白質的結構、功能、合成和更新等已有較深入的了解,現將血漿蛋白質的性質歸納如下:

  1. 絕大多數血漿蛋白質在肝合成 如清蛋白、纖維蛋白原和纖維粘連蛋白等血漿蛋白質都是在肝合成,還有少量的蛋白質是由其他組織細胞合成,如γ球蛋白是由漿細胞合成。
  2. 血漿蛋白質的合成場所一般位於膜結合的多核糖體上 血漿蛋白質在進入血漿前,在肝細胞內經歷了從粗面內質網到高爾基複合體再抵達質膜而分泌入血液的途徑。即合成的蛋白質轉移入內質網池,然後被酶切去信號肽,蛋白質前體成為成熟蛋白質。血漿蛋白質自肝細胞內合成部位到血漿的時間為30分鐘至數小時不等。
  3. 除清蛋白外,幾乎所有的血漿蛋白質均為糖蛋白 這些糖蛋白含有N-或O-連接的寡糖鏈。這些寡糖鏈包含了許多生物信息,發揮重要的作用。血漿蛋白質合成後需要定向輸送,此過程需要寡糖鏈。寡糖鏈中包含的生物信息具有識別作用。例如,紅細胞的血型物質含糖達80%~90%,ABO系統中血型物質A、B均是在血型物質O的糖鏈非還原端各加上N-乙醯氨基半乳糖(N-acetylgalactosamine, GalNAc)或半乳糖(galactose, Gal)。正是一個糖基的差別,使紅細胞能識別不同的抗體。再如用唾液酸酶(neuraminidase)切除霖糖鏈末端唾液酸殘基,常可使一些血漿蛋白質的半衰期縮短。
  4. 許多血漿蛋白質呈現多態性 多態性是孟德爾式或單基因遺傳的性狀。在人群中,如果某一蛋白質具有多態性說明它至少有兩種表型,每一種表型的發生率不少於1%~2%。ABO血型是廣為人知的多態性,另外α1抗胰蛋白酶、結合珠蛋白、運鐵蛋白(transferrin, TRF)、銅藍蛋白和免疫球蛋白等均具有多態性。研究血漿蛋白質的多態性對遺傳學、人類學和臨床醫學均有重要意義。
  5. 每種血漿蛋白質均有自己特異的半衰期 各種血漿蛋白質具有差異較大的半衰期,如正常成人的清蛋白和結合珠蛋白的半衰期分別為20天和5天左右。
  6. 血漿蛋白質水平的改變往往與疾病緊密相關 在急性炎症或某種類型組織損傷等情況下,某些血漿蛋白質的水平會增高,它們被稱為急性期蛋白(acutephase protein, APP)。增高的蛋白質包括C反應蛋白(C-reactive protein, CRP)、α1抗胰蛋白酶、結合珠蛋白、α1酸性蛋白和纖維蛋白原等。這些蛋白質水平的增高,少則增加50%,多則可增加上於倍。患慢性炎症或腫瘤時,也會出現這種升高,提示急性期蛋白在人體炎症反應中起一定作用。例如,α1抗胰蛋白酶能使急性炎症期釋放的某些蛋白酶失效;白細胞介素1 (IL-1)是單核巨噬細胞釋放的一種多肽,它能刺激肝細胞合成許多急性期反應物(acute phase reactant, APR)。急性期,亦有些蛋白質濃度出現降低,如清蛋白和運鐵蛋白等。

血漿蛋白質的功能[編輯]

血漿蛋白質種類繁多,雖然其中不少蛋白質的功能尚未完全闡明,但對血漿蛋白質的一些重要功能已有較深入的了解,現概述如下。

維持血漿膠體滲透壓[編輯]

雖然血漿膠體滲透壓僅占血漿總滲透壓的極小部分(1/230), 但它對水在血管內外的分佈具有決定性的作用。正常人血漿膠體滲透壓的大小,取決於血漿蛋白質的摩爾濃度。由於清蛋白的分子量小(69kD), 在血漿內的總含量大、摩爾濃度高,加之在生理pH條件下,其電負性高,能使水分子聚集其分子表面,故清蛋白能最有效地維持膠體滲透壓。清蛋白所產生的膠體滲透壓占血漿膠體總滲透壓的75%~80%。當血漿蛋白質濃度,尤其是清蛋白濃度過低時,血漿膠體滲透壓下降,導致水分在組織間隙瀦留,出現水腫。

維持血漿正常的pH[編輯]

正常血漿的pH為7.40±0.05。蛋白質是兩性電解質,血漿蛋白質的等電點大部分在pH4.0~7.3之間,血漿蛋白鹽與相應蛋白質形成緩衝對,參與維持血漿正常的pH,如蛋白質鈉鹽/蛋白質是血 漿中的主要緩衝對之一。

運輸作用[編輯]

血漿蛋白質分子的表面上分佈有眾多的親脂性結合位點,脂溶性物質可與其結合而被運輸。血 漿蛋白質還能與易被細胞攝取和易隨尿液排出的一些小分子物質結合,防止它們從腎丟失。例如,脂溶性維生素A以視黃醇形式存在於血漿中,它先與視黃醇結合蛋白形成複合物,再與前清蛋白以非共價鍵締合成視黃醇-視黃醇結合蛋白-前清蛋白複合物。這種複合物一方面可防止視黃醇的氧化,另一方面防止小分子量的視黃醇-視黃醇結合蛋白複合物從腎丟失。血漿中的清蛋白能與脂肪酸、Ca2+、膽紅素、磺胺等多種物質結合。此外血漿中還有皮質激素傳遞蛋白、運鐵蛋白、銅藍蛋白等。這些載體蛋白除結合運輸血漿中某種物質外,還具有調節被運輸物質代謝的作用。

免疫作用[編輯]

血漿中的免疫球蛋白,lgG、lgA、lgM、IgD和 lgE, 又稱為抗體,在體液免疫中起至關重要的作用。此外,血漿中還有一組協助抗體完成免疫功能的蛋白酶——補體。免疫球蛋白能識別特異性抗原並與之結合,形成的抗原抗體複合物能激活補體系統,產生溶菌和溶細胞現象。

催化作用[編輯]

血漿中的酶稱作血清酶。根據血清酶的來源和功能,可分為以下三類:

  1. 血漿功能酶 這類酶主要在血漿發揮催化功能,如凝血及纖溶系統的多種蛋白水解酶,它們都以酶原的形式存在於血漿內,在一定條件下被激活後發揮作用。此外血漿中還有生理性抗凝物質、假膽鹼酯酶、卵磷脂:膽固醇醯基轉移酶、脂蛋白脂肪酶和腎素等。血漿功能酶絕大多數由肝合成後分泌入血,並在血漿中發揮催化作用。
  2. 外分泌酶 外分泌腺分泌的酶類包括胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰澱粉酶、胰脂肪酶和唾液澱粉酶等。在生理條件下這些酶少量逸入血漿,它們的催化活性與血漿的正常生理功能無直接的關係。但當這些臟器受損時,逸入血漿的酶量增加,血漿內相關酶的活性增高,在臨床上有診斷價值。
  3. 細胞酶 細胞酶存在於細胞和組織內,參與物質代謝。隨着細胞的不斷更新,這些酶可釋放至血。正常時它們在血漿中含量甚微。這類酶大部分無器官特異性;小部分來源於特定的組織,表現為器官特異性。當特定的器官有病變時,血漿內相應的酶活性增高,可用於臨床酶學檢驗。如肝功能嚴重受損時,血漿中谷丙轉氨酶與穀草轉氨酶的活性會顯著升高。

營養作用[編輯]

每個成人3L左右的血漿中約有200g蛋白質。體內的某些細胞,如單核-吞噬細胞系統,吞噬血漿蛋白質,然後由細胞內的酶類將吞入細胞的蛋白質分解為胺基酸參入胺基酸池,用於組織蛋白質的合成,或轉變成其他含氮化合物。此外,蛋白質還能分解供能。

凝血、抗凝血和纖溶作用[編輯]

血漿中存在眾多的凝血因子、抗溶血及纖溶物質,它們在血液中相互作用、相互制約,保持循環血流通暢。但當血管損傷、血液流出血管時,即發生血液凝固,以防止血液的大量流失。

血漿蛋白質異常與臨床疾病[編輯]

血漿蛋白質在維持入體正常代謝中有重要功能,血漿蛋白質異常可見於多種臨床疾病,如風濕病、肝疾病和多發性骨髓瘤等。

  1. 風濕病 風濕病血漿蛋白質的異常改變主要包括急性炎症反應和由於抗原刺激引起的免疫系統增強的反應。其特徵為:①免疫球蛋白升高,特別是IgA, 並可有IgG及IgM的升高;②炎症活動期可有α1AG、Hp、C3成分升高。
  2. 肝疾病 急性肝炎時,出現非典型的急性時相反應,前清蛋白(prealbumin, PAB)是肝功能損害的敏感指標。肝硬化時,血漿蛋白質含量呈現特徵性改變,如清蛋白減少、球蛋白增加,清蛋白/球蛋白(A/G)倒置等。
  3. 多發性骨髓瘤 多發性骨髓瘤是由漿細胞惡性增生所致的一種腫瘤。總的蛋白質電泳圖譜表現為:①在原γ區帶外出現一特徵性的M蛋白峰;②清蛋白區帶下降。