39. Plasmaproteine

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1. Trennverfahren für Proteine

Blut besteht aus Plasma (bzw. Serum und Fibrinogen) Blutzellen und Thrombocyten. Das Blut setzt sich aus rd. 900 g Wasser, 65 – 80 g Proteine und etwa. 20 g niedermolekulare Substanzen pro Liter zusammen. Das spezifische Gewicht von Plasma ist » 1.027 und der pH-Wert liegt zw. 7,37 und 7,43.

Auf die niedermolekularen Substanzen und die Blutzellen wird an anderer Stelle eingegangen; hier soll nur der Proteinanteil besprochen werden.

In den biochemischen Übungen werden folgende Trennverfahren für Proteine durchgeführt, bzw. genauer erkärt:
­) Gesamtproteinbestimmung: Biuret-Reaktion (Peptidbindungen geben mit Ca++-Ionen in alkalischer Lösung violette Komplexe).
­) Fällung mit Trichlorsäure: Die Fällungen sind von der Struktur des Proteins, und dem pH des Mediums (somit der Ladung des Proteins) abhängig.

Am IP (Isoelektrischer Punkt) ist die Löslichkeit am geringsten.

­) Abschätzen des IP eines Proteins (Löslichkeit bei versch. pH-Werten).
­) Aussalzung der Globuline mit halbgesättigter Ammoniumsulfatlösung und der Albumine mit gesättigter Ammoniumsulfatlösung.
­) Fällung mit Alkohol bei Kälte (Cohn’sche Fraktionierung).

Nach Ausfällung der Gesamtplasmaproteine kann z.b. der N-Rest bestimmt werden (bedeutsam bei Nierenfunktionsstörungen).

u) Ionenaustauschchromatographie: Cellulose mit eingebrachten positiv geladenen Diethylaminoethylgruppen, oder mit negativ geladenen Carboxymethylgruppen können als Ionenaustauscher fungieren. Die Proteinkonzentration im Eluat kann durch UV-Absorptionsmellung bestimmt werden. Durch Pufferlösungen mit steigendem pH-Wert können AS nacheinander in die Zwitterform übergeführt werden, in der sie nicht mehr als Gegenion zum Austauscher wirken können (Proteine können daher aufgrund ihrer verschiedenen Ladungen bei bestimmten pH-Wert getrennt werden).

u) Gelfiltration: Dextrane u.a. Substanzen können sozusagen als Sieb benutzt Werden (Trennung nach Größe; Glasfilter).

u) Elektrophorese: Durch anlegen eines elektrischen Feldes werden die geladenen Proteine je nach Größe, Gestalt und pH-abhängiger Ladung verschieden.

Elektrophorese-Diagramm der Serumproteine:

schnell in einem Trägermedium in Richtung Elektroden bewegt. Der pH-Wert des Puffers, mit dem das Trägermaterial beschickt wird (Papier, Celluloseacetatfolie) bestimmt v.a. die Richtung und Geschwindigkeit der Proteinwanderung.

Weitere Möglichkeiten bietet die
u) Disk-Elektrophorese (zwei verschieden hoch vernetzte Acrylamidgele – scharfe Banden),
die u) Immunelektrophorese (Elektrophorese mit Präzipitation kombiniert) und die
u) SDA-Gelelektrophorese (Natriumdodecalsulfat-Elektrophorese; an die Peptidketten lagert sich Dodecylsulfat an, wodurch der Komplex negativ geladen wird; die Zahl der angelagerten Moleküle und damit die Ladung ist der Länge der Peptidkette ungefähr proportional; Färbung zur quantitativen Bestimmung).

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2. Proteinanteile; Fraktionen

Die Elektrophorese ergibt normal ungefähr folgende Anteile:

Eine weiter Trennungsmöglichkeit für die Plasmaproteine bietet die Ultrazentrifugation bei etwa 57 000 Umdrehungen min-1; Die Sedimentationskonstanten werden in Svedberg (S) angegeben; Berechnung der Molekülmasse ist bei Kenntnis der Diffusionskonstanten und der Dichten der Proteine möglich.

Die Lipoproteine der α- und β-Globulinfraktionen lassen sich z.b. durch Flottation in der Ultrazentrifuge weiter auftrennen. Man kann daher weitere Fraktionen unterscheiden:

1.) Chylomikronen: bis zu 95% Fettanteil:

2.) VLDL (very low density proteins) bis zu 65% Fett und 22% Cholesterinester;

3.) LDL: bis zu 24% Phospholipide, 50% Cholesterinester und 8% freies Cholesterin; 4.) HDL (high density lipoproteins): bis zu 32% Phospholipide und 20% Cholesterinester.

Bevor ich die einzelnen Proteinfraktionen näher beschreibe, möchte ich noch die allgemeinen Funktionen der Plasmaproteine erwähnen.

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3. Funktionen der Plasmaproteine

1.) Die vielleicht wichtigste Funktion v.a. der Albumine ist die Aufrechterhaltung des Plasmavolumens über den kolloidosmotischen Druck = onkotischer Druck (Ponk). Zum osmotischen Gesamtdruck tragen die Plasmaproteine aber wegen ihrer geringen molaren Konzentration wenig bei. Der osmotische Druck, also der Druck, der h.s. durch die nierdermolekularen Substanzen verursacht wird, ist wegen der freien Permeabilität dieser Substanzen im Plasma Interstitium annähernd gleich; der Ponk hingegen nicht. Er ist wesentlich für die Wasserverteilung zwischen Plasma und Interstitium. Da die Proteine aufgrund ihrer Größe aber nur sehr erschwert passieren können (solvent-drag), und Proteine aus der ECF durch Zellen aufgenommen und durch Lymphe abtransportiert werden, entsteht daher ein Gradient für den Ponk . Im Plasma beträgt der Ponk ca. 25 mm Hg (rd. 3,2 kPa ) und im Interstitium ca. 5 mm Hg (rd. 0,7k Pa). was einen kolloidosmotischen Druckunterschied von ca. 20 mm Hg ergibt. In Wechselwirkung mit dem Capillardruck findet daher am Arteriolen-Ende bei rd. 32 mm Hg (32 Torr) eine Flüssigkeitsabgabe, und am venösen Ende (bzw. -Beginn, der Strömungsrichtung nach) bei rd. 15 Torr eine Flüssigkeits-Aufnahme statt (siehe Frage 43). Änderungen der Plasmakonzentration können daher zu einem interstitiellen Ödem (z.B. Hungerödem) führen. Plasmaexpander bzw. Plasma-Ersatzlösungen werden daher mit Polysacchariden (Dextrane) und Polypeptiden versetzt. um den Ponk dem Plasma anzugleichen.

2.) Transportfunktion: (Vehikel-, Trägerfunktion): Lipide, Medikamente, Bilirubin, Metalle (Eisen), Hormone, Vitamine (B12) und kleinmolekulare Stoffe (z.B. ca. 2/3 des im Plasma vorkommenden Ca++ ist pH-abhängig, unspezifisch an Proteine gefunden) werden von Plasmaproteinen im Blut transportiert. V.a. müssen nicht wasserlösliche Stoffe zum Transport vom Darm zu den Zielzellen usw. an Transportproteine angelagert werden.

3.) Pufferfunktion: siehe „Säure-Basen-Haushalt“.

4.) Abwehrfunktion: γ-Globuline, Fibrinogen, Gerinnungsfaktoren.

5.) Nährfunktion: Zellen des RES (reticuloendotheliales System) können Proteine aus dem Plasma aufnehmen, in AS zerlegen, und wieder ans Plasma abgeben, wodurch ein rascher Bausteinnachschub für die Körperzellen zur Proteinsynthese gewährleistete wird.

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4. Die einzelnen Plasmaproteinfraktionen

Plasmafraktionen, die elektrophoretisch, immunelektrophoretisch oder mittels Ultrazentrifugation herstellbar sind:

Ì) Albumine:

v) Präalbumin: Präalbumin kann Thyrosin binden.

v) Albumin: Es handelt sich im relativ kleine Moleküle (relativ zu den übrigen Plasmaproteinen), die in relativ hoher Konzentration (mehr als die Hälfte des Gesamtplasmaproteins) vorkommen. Es ist hauptächlich für den Ponk und somit für das Plasmavolumen verantwortlich. Durch die große Gesamtoberfläche, die sich aus der Vielzahl kleiner Moleküle ergibt, kann Albumin viele Stoffe in großem Umfang binden, z.B. Bilirubin, Sulfonamide, Penicillin, Gallensalze, Fettsäuren u.a. Die Albuminmenge ist besonders bei Entzündungen,aber auch bei anderen Krankheiten, speziell bei Leber- und Nierenerkrankungen, verringert.

Ì) Globuline:

v) α1-Globuline: α1-Glykoproteine: Ca. 2/3 der Glucose des Plasmas sind an Proteine gebunden und werden beider Blutglucosebestimmung nicht erfaßt. Diese Fraktion enthält auch Proteoglykane. Weiters sind in der α1-Globulinfraktion das Thytoxin-bindende-Globulin, das Transcobalmin (für das Vitamin B12), das Bilirubin- und das Cortison-bindende-Globulin zu finden.

HDL: Lipoproteine hoher Dichte sind ebenfalls in der a1-Fraktion vorhanden. Sie enthalten relativ viel Apoprotein, das auf Chylomikronen oder VLDL übertragen werden kann. (Apoprotein C II wirkt als Aktivator für die Lipoprotein-Lipase (Hydrolysierung der Fette der Chylomikronen).

v) α2-Globuline:

Coeruloplasmin: Ca. 90% des Plasmakupfers liegt im Plasma an Coeruloplasmin gebunden vor. Der Transport erfolgt aber durch Albumin. Die Kupferatome des Coeruloplasmins sind für seine Oxidaseeigenschaften verantwortlich. Coeruloplasmin kann Fe2+ zu Fe3+ oxydieren.

α2-Makroglobulin: Es ist physiologisch bedeutsam für die Plasmin- und Proteinaseinhibition.

α2-Haptoglobulin: Dabei handelt es sich um ein Glykoprotein, welches die Fähigkeit hat, freies Hämoglobin, das aus zerstörten Erythrocyten stammt, zu binden.

Chylomikronen: Darunter versteht man Fetttröpfchen mit netzartiger Proteinhülle. Sie transportieren das in der Darmmucosa resorbierte Fett großteils über die Lymphe – Ductus thoracicus ® Blutbahn -ab. Nach fettreichen Mahlzeiten erscheint das Blutplasma daher milchig und trüb (Lipämie). Chylomikronen werden aber in der Blutbahn schnell hydrolysiert (Lipoprotein-Lipase). Die freigesetzten Fettsäuren werden von Fettzellen aufgenommen (Umbau zu Triglyceriden) oder aber von Albumin weitertransportiert. Der Fettanteil der Chylomikronen liegt bei bis zu 95%, der Proteinanteil bis ca. 2%.

VLDL (prä-β-Globulin):Diese Lipoproteine werden von der Leber aufgebaut und ans Blut abgegeben. Ihre Funktion besteht in der Verteilung der von der Leber synthetisierten Lipide im Körper.

v) β-Globuline:

Transferrin (Siderophilin): Es kann Fe3+ binden und es ist für dessen Transport zuständig (wichtig für die Erythropoese). Normalerweise ist Transferrin ca. zu 30% mit Eisen gesättigt (1 mg Fe3+/ l Serum); siehe „Eisenstoffwechsel“.

LDL: Diese, den Hauptanteil der β-Globuline darstellende Lipoproteinfraktion enthält besonders viel Cholesterin und Cholesterinester. LDL wird über Wechselwirkung mit LDL-Receptoren, die an Zelloberflächen zu finden sind, ins Zellinnere eingeschleust. Dort werden sie durch Lysosomen abgebaut. Eine Erhöhung der LDL-Konzentration führt zu einer stärkeren Aufnahme von Cholesterinestern in die Zellen der Blutgefäßwände (Risikofaktor für Arteriosklerose, Herzinfarkt).

Bei der allgemeinen Cholesterinhysterie (die vielleicht von Gemüsebauern ihren Ausgang nimmt), sollte man aber nicht übersehen, daß Cholesterin eine zum Leben unbedingt erforderliche Substanz ist, und als Zellmembranbaustein und Ausgangsdsubstanz zahlreichereminent wichtiger Steroide (Gallensäuren, zahlreiche wichtige Steroidhormone, Vitamin D usw.) sehr wichtige Funktionen zu erfüllen hat.

Fibrinogen: siehe „Blutgerinnung“

v) γ-Globulin:

(Die leichten „L“-ketten sind bei allen Immunglobulinen entweder k- oder l-Ketten; näheres siehe „Abwehr“).

IgG: Heavy-Ketten tragen die Bezeichnung „g“). IgG-Monomere aktivieren das Komplementsystem und sind für die Opsonisierung verantwortlich.

IgM: („µ“-H-ketten); Pentamere (5 Untereinheiten). IgM können Fremndkörper neutralisieren und Zellen agglutinieren (AK des ABO-Systems).

IgA: („a“-H-Ketten); im Plassma Monomere; in Sekreten Dimere; Vorkommen außer im Plasma auch im Speichel, Magen- und Darmsekreten, u.a. Körperflüssigkeiten.

IgG und IgA bilden AK (Antikörper) gegen bakterielle AG (Antigene) und körperfremdes Protein aus.

IgD („d“-H-Ketten) und IgE („e“-h-Ketten): Beide kommen im Plasma nur in geringen Konzentrationen vor.

Aufgrund der Funktion der g-Globuline, die als Schutz- und Abwehrstoffe fungieren, kommt es bei Erkrankungen, insbes. bei Entzündungen zu ihrer Vermehrung (Plasmazellen entstehen aus B-Lymphocyten und setzen AK frei).

Die Gesamtmenge der Plasmaproteine bleibt dabei aber annähernd gleich, da mit der Zunahme der Globuline die Albumine abnehmen.

Der Albumin-Globulin Quotient wird kleiner.

Normalerweise werden tägl. ca. 17 g Albumin und 5 g Globulin neu gebildet. Die Halbwertszeiten sind über die Gesamtmenge ableitbar (ca. 13 bzw. 5 d).

Unter pathologischen Umständen sind auch sog. Isoenzyme im Blutplasma zu finden, die aufgrund ihres organspezifischen Vorkommens Aufschluß über die Lokalisation eventueller Zellschädigungen geben können. In der Leber und im Myokard ist z.B. eine andere Lactat-Dehydrogenase vorhanden als im Skeletmuskel. Das Isoenzym des Myokards kann im Gegensatz zur Lactat-Dehydrogenase der Leber außer Lactat auch 2-Hydrocybutyrat verwerten. So wird eine Entscheidung,ob eine Leberschädigung oder ein Herzinfarkt vorliegt auch biochemisch möglich. Abgesehen von den Isoenzymen gibt es aber eine ganze Reihe von Enzymen, die ebenfalls in bestimmten Organen vorkommen. Glucose-6-Posphatase z.B. kommt nur in Leber, Niere und Dünndarm vor usw.

Merke:

Im Plasma befinden sich normalerweise ca. 65 bis 80 g Proteine.

Mittels Ultrazentrifugation erhält man Fraktionen mit verschiedenen Dichten, nämlich Chylomikronen, VLDL, LDL und HDL. Bei elektrophoretischer Trennung ergeben sichAlbumine, a1-Globuline, a2-Globuline, b-Globuline und g-Globuline. insbes. die Albumine sind für den onikotischen Druck verantwortlich. Weitere Aufgaben der Plasmaproteine sind: Transport und Pufferung. Auch eine Nährfunktion haben sie zu erfüllen. Bei bestimmten Erkrankungen, bes. bei Entzündungen Vermehrt sich der Globulinanteil auf Kosten des Albuminanteils. D.h. Der Albumin-Gglobulin-Quotient wird kleiner.

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Zwischenfragen

  • Welche Funktionen haben die Plasmaproteine zu erfüllen?
  • Welche Trennverfahren für Proteine kennen Sie?
  • Welche Fraktionen erhält man bei elektrophoretischer Trennung der Plasmaproteine (prozentuale Anteile)?
  • Was sagt der Albumin-Globulin-Quotient aus?

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