5. Proteini II. 5.A. Hemoproteini

Transcript

1 5. Proteini II. 5.A. Hemoproteini Hemoproteini: složeni (konjugirani) proteini, čija je prostetska skupina hem = željezo + porfirin (porfirinski prsten s pobočnim skupinama). Kemijski gledano, hem je kompleksan spoj, u kojemu je porfirin s 4 atoma dušika vezan na ţeljezo. Peti ligand vezan na Fe je jedna aminokiselina (npr. histidin, preko atoma N), dok je šesti ligand privremen u slučaju hemoglobina i mioblobina to je molekula kisika O 2. Hemoproteini se razlikuju i po hemu tj. po pobočnim skupinama na porfirinskom prstenu. Do sada je poznato više od 60 humanih hemoproteina. Porfirini: derivati porfina, cikličkog spoja koji je baza porfirina tj. čini porfirinski prsten. porfin hem B [protoporfirin IX + Fe] (proteini: hemoglobin, mioglobin, neuroglobin, citoglobin, ) hem A [citoporfirin IX + Fe] (proteini: citokrom c oksidaza, ) hem C (proteini: citokromski bc 1 kompleks, )

2 Metabolizam hema i hemoglobina: -biosinteza hema: niz je kemijskih reakcija, koje kataliziraju 8 enzima; počinje jednostavnim spojevima (glicinom i sukcinil-koenzimom A), a završava konačnim produktom protoporfirinom IX, koji sa ţeljezom (iz feritina ili transferina) daje hem; niz međuprodukata nalazi se u malim koncentracijama u mokraći i fecesu (uroporfirini i koporfirini); biosinteza se odvija u citosolu i u mitohondrijima određenih tipova stanica (koštana srţ, jetra i dr. stanice s aerobnim metabolizmom); porfirije - rijetki naslijeđeni ili stečeni poremećaji u radu svih enzima u biosintezi hema osim prvoga -biosinteza hemoglobina: hemoglobin nastaje iz globina i hema u eritroblastima (prekursorima eritrocita, koji još imaju jezgre) -razgradnja hemoglobina: u jetri, koštanoj srţi i slezeni razgrađuju se stari (120 dana) i oštećeni eritrociti; hemoglobin se raspada na globin i hem, a hem na ţeljezo, porfirin i CO -razgradnja hema: u jetri, koštanoj srţi i slezeni; porfirin se raspada na tzv. ţučne boje, biliverdin i bilirubin, i zatim sterkobilin, koji ulaze u crijevo, gdje nastaju urobilinogen te urobilin; mokraćom se izlučuju urobilinogen i bilirubin; fecesom se izlučuju sterkobilin i urobilin urobilinogen bilirubin

3

4

5

6 Tipovi humanih hemoglobina: -razlikuju se sastavu tj. polipeptidnim globinskim lancima -polipeptidni globinski lanci se razlikuju po duljini tj. broju aminokiselina i po sekvenciji aminokiselina Tipovi polipeptidnih lanaca u hemoglobinima -mogući polipeptidni lanci: a) normalni lanci: α, β, γ, δ, ɛ, δ, µ, θ; b) mutantni lanci (abnormalni genetske pogreške): β C, β D, β E, β S Tipovi hemoglobina (ima ih > 900, samo manji broj je klinički značajan) -normalni hemoglobini: a) embrionalni hemoglobini; b) fetalni (hemoglobin F), c) kod novorođenčeta, djece i odraslih (hemoglobini A ili A 1, A 2 i F) -abnormalni hemoglobini: mogu sadrţavati mutantne globinske lance (npr. hemoglobin C ili α 2 β C 2, hemoglobin E ili α 2 β E 2 u hemolitičkim anemijama, te hemoglobin S ili α 2 β S 2 u bolesti srpastih stanica); mogu imati abnormalnu kvaternu strukturu tj. imati neodgovarajuće normalne lance (npr. hemoglobin H ili β 4, te Bartsov hemoglobin ili γ 4 u talasemijama tj. varijantama talasemije ili tzv. mediteranske anemije) Prosječan sastav hemoglobina -prosječan sastav hemoglobina: a) embrionalni; b) fetalni, b) novorođenački, d) kod djece i odraslih -normalan hemoglobinski sastav u odraslim osobama i djeci: 95-97% hemoglobina A 1 (HbA1: α 2 β 2 ), 1,5-3,5% hemoglobina A 2 (HbA2: α 2 δ 2 ), 0,5-1,7% fetalnog hemoglobina F (HbF: α 2 γ 2 )

7 -odstupanje od normalnog prosječnog sastava uzrokuje bolest, bilo da se radi o samo o normalnim tipovima hemoglobina, bilo da su uključene i određene količine abnormalnih tipova hemoglobina Alosteričko i kooperativno djelovanje hemoglobina Strukturna formula 2,3-bisfosfoglicerata (2,3-BPG), alosteričkog efektora hemoglobina, koji potječe iz metabolizma glukoze Strukturne promjene hema prilikom vezanja O 2 [ Štrausova medicinska biokemija, 2009., str. 232]

8 [ Štrausova medicinska biokemija, 2009., str. 234] Arterijska krv sadrži bitno više O 2 nego venska (95-98% naspram 60-80%), dok za CO 2 je obratno. [ Štrausova medicinska biokemija, 2009., str. 234] Krivulja saturacije (zasićenja) mioglobina kisikom jest hiperbolička mioglobin je jednostavan protein koji brzo i jače veže kisik nego hemoglobin. Krivulja zasićenja hemoglobina kisikom jest sigmoidna (ima oblik slova S) hemoglobin je složeni protein s 4 jedinice (svaka veže jednu molekulu O 2, a ovo vezanje je postepeno i ovisno o više čimbenika).

9 Vezanje 4 molekule kisika na molekulu hemoglobina jest postepeno i složeno, a isto vrijedi i za otpuštanje kisika. Ovi procesi su alosterički tj. funkcioniranje molekule hemoglobina je alosteričko tzv. alosterički efektori pojačavaju afinitet hemoglobina prema kisiku. Jedan takav efektor, 2,3- bisfosfoglicerat (2,3-BPG), smještava se u središnju šupljinu proteina (gdje se sastaju 4 jedinice, α 1, α 2, β 1, β 2 ), a ovo vezivanje uzrokuje konformacijske (trodimenzionalne) promjene enzima koje lakšavaju pristup molekula O 2 prema hemu. Same molekule O 2 također su alosterički efektori: prva molekula O 2 uzrokuje konformacijske promjene proteina, čime se pojačava afinitet hemoglobina prema kisiku. Druga molekula O 2 čini isto, kao i treća molekula O 2. Vezanje kisika za hemoglobin jest i kooperativno, jer 4 jedinice utječu jedna na drugu, čime se pojačava afinitet hemoglobina prema kisiku. Svaka jedinica koja je vezala O 2 utječe na ostale jedinice u smislu jačeg afiniteta prema kisiku. Sigmoidna krivulja zasićenja hemoglobina kisikom je posljedica ove kooperacije jedinica. Vezanje kisika na hemoglobin ovisi o više vanjskih čimbenika: 1- prisutnost 2,3-BPG pojačava vezanje O 2 2- viši parcijalni tlak kisika (po 2 ) pojačava vezanje O 2 3- viša temperatura smanjuje vezanje O 2 i pojačava disocijaciju 4- sniţenje ph (povećanje kiselosti) smanjuje vezanje O 2 i pojačava disocijaciju 5- povećanje koncentracije soli smanjuje vezanje O 2 i pojačava disocijaciju 6- viši parcijalni tlak CO 2 (pco 2 ) smanjuje vezanje O 2 i pojačava disocijaciju

10 5. Proteini II: 5.B. Proteini u krvnoj plazmi Krvna plazma sadrţi aminokiseline (nastale razgradnjom proteina i peptida u probavnom sustavu) i proteine koji su nastali biosintezom iz aminokiselina u raznim organima (jetra, endokrini sustav, mišići itd.). [Štrausova medicinska biokemija, 2009., str. 179]

11 Krvna plazma: -žućkasta tekućina, izvanstanična tekućina, koja se dobiva nakon uklanjanja krvnih tjelešaca centrifugiranjem tj. kada se iz nezgrušane krvi izdvoje krvne stanice, uz prethodni dodatak nekog antikoagulansa -čini oko 55% volumena krvi (oko 45% otpada na krvna tjelešca) -ph: 7,5-7,6 slabo alkalna -sastav: 90-95% voda, 6-8% otopljeni proteini, otopljene anorganske soli tj. elektroliti (najviše NaCl), glukoza, vitamini, lipidi, CO 2 i dr. -krvni serum: krvna plazma bez fibrinogena i dr. koagulacijskih proteina, tj. sukrvica, tekući dio krvi koji nastaje nakon njezinog zgrušavanja i uklanjanja ugruška; vodena faza krvi, koja nastaje nakon slobodnog procesa zgrušavanja krvi u trajanju od najmanje 30 minuta Sastav krvi

12 Uloga proteina u krvnoj plazmi: 1) zaštitna: zaštita od infekcija antitijela ili od trovanja metabolitima 2) regulacijska: a) regulacija osmotskog tlaka; b) regulacija raspodjele vode između vaskularnog i međustaničnog prostora; c) regulacija ph (kiselo-bazne ravnoteţe) proteinski puferi 3) transportna: transport lijekova, nekih hormona, vitamina, kemijskih elemenata u tragovima, elektrolita veţu se na određene proteine npr. na albumin, transferin 4) specifične funkcije pojedinih proteina: enzimi, hormoni, inhibitori enzima, komplement, faktor koagulacije, hemoglobin itd. Glavni proteini krvne plazme: albumin, α-globulini, β-globulini, γ-globulini i fibrinogen. [Štrausova medicinska kemija, 2009., Prilog 3] [Štrausova medicinska biokemija, 2009., str. 179]

13 Albumin: najzastupljeniji protein krvne plazme (50-65% ukupnih proteina) -66 kda, molekula sadrţi više veznih mjesta za različite supstrate (tvari koje prenosi): elemente u tragovima (npr. Cu), kalcij i dr. metalne katione te anione, hemin (klorirani hem B nastao raspadom hemoglobina), razne lijekove, slobodne masne kiseline, bilirubin, hormone (npr. kortizol, tiroksin, aldosteron), i dr., spojeve za vrijeme oksidacijskog stresa (reaktivne kisikove vrste, dušikov monoksid, razne sumporne spojeve) albumin se ponaša kao antioksidans Molekula albumina: poddomene, domene i glavna vezna mjesta: -lijekova (L1, L2) -masnih kiselina (MK1-MK7) -hemina (Hm) -bilirubina (BR) -metala (M) -reaktivnih kisikovih vrsta (O) -dušikovog monoksida (N) -sumpornih spojeva (S)

14 Albumin: najzastupljeniji protein krvne plazme (50-60% ukupnih proteina) -ima i vaţnu fiziološku ulogu, osim što je glavni transportni protein: odrţanje onkotskog tlaka tj. koloidnog osmotskog tlaka = tlaka kojim se voda uvlači iz međustaničnog u vaskularni prostor ovaj tlak je vaţan za zadrţavanje vode u kapilarama; albumin je globulin (globularni protein), koji s nekoliko drugih sličnih proteina plazme (npr. prealbumin) čini skupinu albumina Drugi globulini krvne plazme: drugi po zastupljenosti proteina krvne plazme (ima ih 1,5-2,5 puta manje od albumina) -globularni proteini različitih masa ( kda) i funkcija (uglavnom zaštitna i transportna, te zgrušavanje krvi), po sastavu su jednostavni proteini ili sloţeni proteini (uglavnom glikoproteini i mukoproteini) -čine drugu vaţnu frakciju krvne plazme (20-33% ukupnih proteina, bez fibrinogena; fibrinogen, po građi β-globulin, čini 4-7% ukupnih proteina) -glavne skupine: α 1 -globulini, α 2 -globulini, β-globulini (ovdje spada i fibrinogen), γ-globulini -globinski glikoproteini i mukoproteini: čine 1-2% ukupnih proteina; imaju specifične funkcije, npr. transferin (po sastavu β-globulin) veţe Fe, ceruplazmin veţe Cu, protrombin je vaţan u koagulaciji krvi, haptoglobin i hemopektin veţu hemoglobin iz raspadnutog ili oštećenog eritrocita Ostali proteini: čine oko 1% mase ukupnih proteina plazme, imaju razne specifične funkcije. Danas je poznato više od proteina u krvnoj plazmi.

15 Imunoglobulini (antitijela): -uglavnom su po sastavu γ-globulini -nosioci su humoralne imunosti tj. imunosti posredovane makromolekulama a ne stanicama (stanična imunost) veţu se na strana tijela (antigene: dijelove bakterija, virusa i dr. mikroorganizama, te na toksine) Građa imunoglobulinske molekule - monomera: -oblik slova Y: krakovi jesu tzv. Fab regije (veţu antigene), a stup je Fc regija (nevezna) -sastoji se od 4 polipeptidna lanca: dva laka istog tipa (tipa κ ili λ) i dva teška lanca istog tipa (tipa α, γ, δ, ɛ ili µ) -polipeptidni lanci su međusobno povezani S S vezama -razredi imunoglobulina imaju nazive prema tipu teškog lanca: IgA, IgG, IgD, IgE i IgM prema respektivno α, γ, δ, ɛ ili µ -proizvode ih plazma-stanice Štrausova medicinska biokemija, 2009., str. 182] (vrsta leukocita)

16 [Štrausova medicinska biokemija, 2009., str. 182] -najveća frakcija imunoglobulina: IgG (75%), glavni nosioc imunog odgovora, prelazi u placentu -prvi reagira na infekciju: IgM, intravaskularan -IgD: 1% imunoglobulina, ima vaţne posredničke uloge u imunom odgovoru -povećavaju svoje koncentracije kao odgovor na infekciju: IgA, IgG i IgM -sekretorni imunoglobulin: IgA -u međustaničnom prostoru: IgG -veţe alergene: IgE

17 Primjer trodimenzionalne strukture molekule imunoglobulina: molekula IgG - lanci, regije i vezna mjesta antigena Primjer vezanja antigena na imunoglobulin: hemaglutinin (proteinski vršak na površini virusa) virusa gripe veţe se na vezno mjesto Fab regije imunoglobulina, pri čemu i vezno mjesto (posebno petlja H3) i kontaktni dio hemaglutinina prolaze strukturne promjene prilikom nastanka kompleksa antigen-antitijelo

18 Zgrušavanje (koagulacija) krvi: stvaranje krvnog ugruška (koaguluma) -korisna koagulacija: sprečavanje gubitka krvi iz krvne ţile -štetna koagulacija: stvaranje ugruška u krvnoj ţili, čime se smanjuje ili prekida cirkulacija u toj ţili (tromboza) -načini hemostaze (zaustavljanja krvarenja): 1- suţavanje (konstrikcija) krvne ţile 2- stvaranje trombocitnog čepa 3- koagulacija krvi: u slučaju većih povreda krvnih ţila, ravnoteţa između dvije grupa spojeva prokoagulansa (izazivaju koagulaciju) i antikoagulansa (sprečavaju koagulaciju) odredit će hoće li se krv zgrušati ili ne; aktivacijom koagulansa, u sloţenoj kaskadi reakcija, u kojoj sudjeluju razni spojevi i ioni Ca 2+, fribinogen se cijepa na monomere fibrina, koje se polimeriziraju u trodimenzionalnu mreţu vlakana, koja na kraju umreţuju krvne stanice; dakle, fiziološka uloga fibrinogena jest koagulacija krvi (fibrinogen fibrin) Krvni ugrušak zatvara oštećenu krvnu ţilu Tromboza

19 Fibrinogen Fragment fibrin polimera Shema stvaranja fibrin polimera Krvni ugrušak: fibrinska mreţa zarobljava krvne stanice

20 5. Proteini II: 5.C. Proteini mišićnih vlakana Mišićna stanica ili mišićno vlakno: -tip stanice: multinuklearna, tj. s velikim brojem jezgara, koji ovisi o duljini samog vlakna i tipu mišića (skeletni, srčani, glatki) -oblik: cilindar sa zaobljenim krajevima, koji završavaju u vezivnom tkivu tetive -veličina: µm u kruţnom presjeku, duljine 1-30 cm pa i više -dijelovi: jezgre, sarkoplazma (citoplazma), sarkolema (dvoslojna stanična ovojnica), miofibrili (kontraktilna vlakna), sarkoplazmatski retikulum, sarkosomi (mitohondriji), i dr. Miofibril se sastoji od odsječaka (sarkomera). Prilikom kontrakcije miofibrila, svaki sarkomer se kontrahira. Glavni proteini koji su odgovorni za kontrakciju mišića: -titin: gigantski protein, od oko 244 proteinskim domena, oko aminokiselina najveći je poznati protein; ljudski organizam sadrţi 0,5 kg titina; sluţi kao opruga pri kontrakciji miofibrila -miozin: tzv. motorni protein čiji je pogon visokoenergetski spoj ATP; monomer se sastoji od glave, vrata i repa, s oko 4000 aminokiselina; monomeri se polimeriziraju u polimer; pokretač je kontrakcije miofibrila, jer se povezuje s aktinom kojega gura u smjeru kontrakcije -aktin: globularni protein; monomeri su veličine 42 kda; polimerizira u vlakna aktina, koja translacijom prema centru miofibrila uzrokuju kontrakciju

21

22 Shematski prikaz rada mišića (kontrakcija): glave miozina guraju vlakna aktina kretanje gusjenice Glavni proteini: -titin ( opruga ) -miozin ( gusjenica ) -aktin ( translacija ) Kontrakcija mišića: 1- signal iz neurona (neurotransmiter) dolazi preko neuromišićne spojnice do mišića, pri čemu se receptor neurotransmitera otvara i daje prolaz ionima Ca 2+, 2- struja ovih iona uzrokuje oslobađanje ATP-ova (molekula visoke energije) od inhibitora njihovog raspada u glavi miozina; 3- ATP-i se raspadaju, oslobađa se energija; 4- glave miozina se pomiču, stvara kontakt s aktinom i guraju ga u smjeru središta sarkomera kontrakcija

23 Aktin izgrađuje citoskelet, npr. u citosolu fibroblasta (stanice koja izlučuje kolagen i izvanstanični matriks)

24 5. Proteini II: 5.D. Neproteinski dušikovi spojevi Dušik u ljudskom organizmu: -proteinski tj. dušik u proteinima -neproteinski tj. dušik u tzv. neproteinskim dušikovim spojevima: aminokiseline, peptidi, ureja, mokraćna kiselina, kreatin i kreatinin i dr. Naziv neproteinski dušikovi spojevi rabi se za spojeve niske molekulske mase, koji zaostaju u krvi nakon deproteinizacije tj. razgradnje proteina, te se izlučuju mokraćom. Najvaţniji spojevi te skupine jesu: ureja (45-60%), slobodne aminokiseline (15-17%), mokraćna kiselina (3-5%), kreatinin i kreatin (>2%), i amonijak. [Štrausova medicinska biokemija, 2009., str. 203]

25 Ureja: H 2 N CO NH 2 -glavni je metabolički produkt dušikovih tvari u ljudskom organizmu -nastaje u jetri, u ciklusu ureje (Krebs-Henseleitov ciklus ureje) koji se odvija većinom citosolu, a manjim dijelom u mitohondrijima jetrenih stanica: 1) glutaminska kiselina (Glu) se deaminira (gubi amino skupinu) za vrijeme oksidacijske deaminacije, čime nastaje amonijak NH 3 koji prelazi u NH 4+ ; istovremeno, iz CO 2 i H 2 O nastaje bikarbonat HCO 3- ; 2) enzimatskom reakcijom nastaje spoj karbamoil fosfat H 2 N CO PO 3- ; 3) u nizu sloţenih biokemijskih reakcija, nastaje ureja, iz njega nastaje urea. -ureja nastaje iz otpadnih stvari, CO 2 i NH 3. Stvaranje ureje služi prvenstveno uklanjanju amonijaka, koji je toksičan za organizam. Sumarna reakcija: 2NH 3 + CO 2 H 2 NCONH 2 + H 2 O -postoji niz metaboličkih poremećaja ciklusa ureje, koji su rijetki ali opasni: radi se o poremećaju određenog enzima na molekulskoj razini (mutirani enzim ima krive aminokiseline u primarnoj strukturi), kao posljedica oštećenja DNK sekvencije gena koji kodira mutirani enzim u ciklusu ureje nakupljaju se amonijak i glutamin; poremećaji: hiperamonijemija (višak amonijaka), encefalopatija, respiracijska alkaloza (višak amonijaka kao baze), hiperornitinemija (ornitin se ne prenosi iz citosola u mitohondrij), homocitrulijemija, hiperargininemija i dr. -ureja se većinom izlučuje mokraćom (>90%), a ponešto stolicom i znojenjem

26 Ciklus ureje [Harperova ilustrirana biokemija, 2011., str. 244]

27 Kreatin i kreatinin: -kreatin (metilgvanidoctena kiselina) nastaje u bubrezima, jetri, gušterači i mišićima iz arginina i glicina u sloţenom nizu kemijskih reakcija [Štrausova medicinska biokemija, 2009., str. 206]

28 -uloga kreatina: pohrana energije u obliku fosforiliranog spoja (kreatin fosfata) -nakon biosinteze, kreatin se prenosi krvlju po cijelom organizmom, manjim dijelom izlučuje mokraćom, a većim dijelom se apsorbira u organima kojima je potrebna izrazita količina energije (mišići i ţivčani sustav, testisi; malo ga ima u jetri, bubrezima i krvi); u ovim organima se pretvara u kreatin fosfat, koji se kasnije koristi za njihov rad -kreatin fosfat raspada se u kreatinin i fosfat; kreatinin se izlučuje mokraćom Medicinsko-biokemijske pretrage kreatina i kreatinina: -kreatinurija (pojačano izlučivanje kreatina mokraćom): degeneracija mišića (atrofija i distrofija mišića, amputacije, miopatija), rast djeteta, ponekad u trudnoći i endokrinopatiji -smanjeno izlučivanje kreatinina: smanjena bubreţna funkcija, smanjena mišićna masa -koeficijent kreatinina: 24-satna količina izlučenog kreatinina po kilogramu tjelesne mase konstantan je za zdravu osobu, pokazatelj je mišićne mase; oko 2% kreatinina u tijelu izluči se mokraćom u 24 sata -odnos koncentracije kreatinina i koncentracije ureje: mol ureje / mol kreatinina za zdravu osobu; bolesti koje se mogu dijagnosticirati: a) smanjeni odnos neka prerenalna i postrenalna patološka stanja, gladovanje, smanjen unos proteina, teške jetrene bolesti i dr.; b) povećani odnos neka prerenalna i postrenalna patološka stanja, zastoj srca i dr.

29 Mokraćna kiselina: -konačan je metabolički produkt purina u ljudskom organizmu; purini se unose hranom (najviše mesom) ili se sintetiziraju u organizmu -purini jesu sastavni dijelovi nukleinskih kiselina, tzv. purinske baze; purini sluţe za izgradnju nekih koenzima, nukleotida i dr. organskih molekula purini nisu esencijalni spojevi za ljudski organizam jer se mogu u njemu sintetizirati -biosinteza purina u jetri: 1) prva faza uključuje stvaranje inozinske kiseline, početnog purinskog nukleotida, čija je biosinteza vrlo sloţena i uključuje razne molekule: fosforilirani šećer (fosforiboza), CO 2, aminokiseline (Gln, Gly, Asp), derivate folne kiseline; 2) druga faza uključuje stvaranje drugih purinskih nukleotida iz inozinske kiseline -razgradnja purina: suvišni purinski nukleotidi razgrađuju se u fosforibozu i purine, a potonji dalje u mokraćnu kiselinu -izlučivanje mokraćne kiseline: 75% mokraćom, ostatak se razgrađuje u crijevima Poremećaji i bolesti: a) hiperuricemija (povećano izlučivanje): giht ili ulozi (taloţenje mokraćne kiseline u zglobovima), bubreţna insuficijencija, psorijaza, leukemija, dr. zloćudne bolesti, neke terapije i dr.; ponekad u postu, alkoholizmu respiracijskoj acidozi i dr.; b) hipouricemija (smanjeno izlučivanje): javlja se rjeđe, kao posljedica nasljednih bolesti i nekih terapija.

30 Amonijak: -sadrţi samo 0,4-0,5% ukupnog neproteinskog dušika u krvi -nastanak: u probavnom traktu, raspadom spojeva koji ga sadrţe (proteini, peptidi, aminokiseline, ureja itd.) -uklanjanje djelovanjem jetre je vrlo brzo i učinkovito, jer je amonijak otrovan za organizam: a) vezanjem za glutaminsku kiselinu (nastaje glutamin); b) biosintezom ureje (Krebs-Henseleitov ciklus ureje) Toksični učinci hiperamonijemije (povećane koncentracija NH 3 u plazmi): -remete acido-bazno ravnoteţu (alkaloza) -oštećenja mozga, koma, pa čak i smrt Bolesti koje uzrokuju hiperamonijemiju: -teška oštećenja jetre -teška krvarenja crijeva -ponekad teške dermatoze -neki nasljedni poremećaji sinteze ureje i dr. metaboličkih puteva povezanih s ciklusom ureje [Štrausova medicinska biokemija, 2009., str. 212]

31 5. Proteini II: 5.E. Citokini Citokini: -mali (<30 kda), u vodi topljivi glikoproteini -kratkog ţivotnog vijeka (poluţivot od 1 minute) -postoje u vrlo malih koncentracijama (reda veličine pmol/l) u izvanstaničnim tekućinama (krv, limfa i dr.); obično djeluju na malim udaljenostima -stvaraju ih stanice s jezgrom (eritrociti nemaju jezgru): određene vrste stanica imunološkog sustava (npr. makrofagi, monociti, stanice B, endotelne i dr.) -osnovna uloga: prijenos signala tj. stanična komunikacija u svrhu reguliranja hematopoeze (stvaranje krvnih stanica) i stečene imunosti -3 najvažnije skupine signalnih molekula: hormoni (proteinski i neproteinski), citokini i neurotransmitori (proteini, peptidi i dr. molekule) -biološko djelovanje citokina: ciljna stanica tj. koja primi citokin na staničnoj površini (citokinski receptor veliki transmembranski protein), reagira transkripcijom biosintezom određenih proteina (uključujući i druge citokine i citokinske receptore), koji će izvršiti određenu funkciju tj. biološki odgovor smanjenu ili povećanu proizvodnju određenih proteina (enzima i dr.) i drugih efektornih molekula koje će ciljna stanica lučiti -procesi u kojima je vaţno djelovanje citokina kao inicijatora obrane organizma: imunosni odgovor; upale, infekcije, sepsa, rak; hematopoeza; zacjeljivanje; odgovor na oštećenje; reprodukcija određenih vrsta stanica

32 Funkcija citokina Načini djelovanja citokina s obzirom na udaljenost do ciljne stanice (autokrino, parakrino i endokrino)

33 Primjer djelovanja citokina na ciljnu stanicu (za citokinske receptore I i II klase): 1- citokin se veţe na odgovarajuće dijelove receptora, na vanjskoj strani stanične membrane, 2- ovo vezanje uzrokuje otpuštanje fosfata s enzima JAK na receptor; 3- protein STAT veţe se na fosforilizirani dio receptora; 4- zatim se fosforilizirani STAT dimerizira i ulazi u jezgru, izazivajući transkripciju (biosintezu proteina prema genetskom zapisu). Fosforilizacija molekule znači energetsko obogaćivanje primitkom fosfatne skupine.

34 Vezanje citokina IFNγ (interferona γ) na jedinice receptora (Štrausova medicinska kemija, 2009., str. 218) (Štrausova medicinska kemija, 2009., str. 218)

35 Kliničko značenje određivanja koncentracije citokina: -povećana proizvodnja citokina je povezana s raznim patološkim stanjima organizma: prvenstveno infektivne bolesti (npr. bakterijska sepsa, parazitarne infekcije), imunosne bolesti (npr. reumatoidni artritis, sistematski eritemski lupus), te alergijske bolesti (npr. astma, koţna preosjetljivost) -abnormalna proizvodnja citokina i citokinskih receptora moţe pogoršati umjesto poboljšati stanje: u slučaju niza bolesti (npr. bakterijske infekcije bakterijski toksični šok; neki oblici limfoidnog i mijeloidnog karcinoma; Chagasova bolest; upala središnjeg ţivčanog sustava neurodegeneracija itd) -abnormalna proizvodnja citokina i citokinski receptora moţe uzrokovati razne bolesti i poremećaje: prečesta tj. kronična aktivacija imunog sustava rezultira u stvaranju mnogih patogenih citokina, a što se moţe odraziti u obliku psihičkih oboljenja (depresija, šizofrenija) te autoimunih bolesti i poremećaja (upala, autoimuna tiroidna bolest) i dr. -povećana koncentracija citokina javlja se u nizu tjelesnih tekućina (serum, zglobna i amnijska tekućina, likvor, bronhoalveolarni ispirak) -koncentracija citokina mijenja se za vrijeme terapije Stoga je korisno odrediti koncentracije citokina, u svrhu dijagnoze i određivanja stupnja bolesti, prognoze i praćenja učinkovitosti terapije Najčešće određivani citokini jesu: IL-6 i IL-8 (interleukini 6 i 8) te TNFα (faktor nekroze tumora α). Analize se moraju brzo napraviti (do 5 sati od uzorkovanja), zbog mogućih staničnih interakcija, nove proizvodnje i razgradnje citokina.

36 5. Proteini II: 5.F. Medicinsko-biokemijske pretrage: krvne stanice, proteini i aminokiseline (krv, mokraća, stolica) Krvna slika (KS): osnovna medicinsko-biokemijska pretraga krvi, koja uključuje broj eritrocita, trombocita i leukocita, hematokrit, te eritrocitne i hemoglobinske konstante. Primjer krvne slike [Sertić i sur., Katalog dijagnostičkih laboratorijskih pretraga, 2011., str , uz popravljene tiskarske greške] Hematokrit: volumni udio eritrocita u jedinici pune krvi. Za određivanje hematokrita potreban je antikoagulans (npr. EDTA) koji ne mijenja volumen eritrocita.

37 Kompletna krvna slika (KKS): krvna slika (KS) + diferencijalna krvna slika (DKS) Primjer kompletne krvne slike [Sertić i sur., Katalog dijagnostičkih laboratorijskih pretraga, 2011., str ] Krvna slika (KS u KKS): za razliku od jednostavne KS, moţe uključivati i dodatne parametre za eritrocite (raspodjela eritrocita po volumenu, RDW) i trombocite (prosječni volumen trombocita, MPV). Diferencijalna krvna slika (DKS) - leukocitna formula ili leukogram (udio pojedinih vrsta leukocita): iz razmaza periferne krvi određuju se neutrofilni granulociti, eozinofilni granulociti, bazofilni granulociti, monociti i limfociti.

38 Neki primjeri za smanjenje i povećanje broja krvnih stanica Eritrociti: -smanjeni broj, kao i niske vrijednosti dr. parametara anemija (malokrvnost) -povećani broj: dehidratacija Leukociti: -povećani ili smanjeni broj upalni proces -monocita ili limfocita virusna upala -neutrofila bakterijska upala -eozinofila alergija ili zaraza nekim parazitima -povećani ukupni broj: leukocitoza -smanjeni ukupni broj: leukopenija Trombociti: -povećani broj mogućnost stvaranja ugruška: tromboza, infarkt, moţdani udar -smanjeni broj moguće krvarenje (hemoragija) Retikulociti (Rtc): broj retikulocita može biti dodatna pretraga kao krvna slika s retikulocitima (KS+Rtc) ili kompletna krvna slika s retikulocitima (KKS+Rtc). Retikulociti su mladi, nezreli eritrociti. Rtc pretraga je vaţna za dijagnostiku određenih vrsta anemije. Referentni interval: /L. Uzorak: Puna krv s EDTA (epruveta s ljubičastim čepom). Sedimentacija eritrocita (SE): brzina sedimentacije eritrocita. Ubrzana sedimentacija znak je neke bolesti (npr. upale, anemije). Pretraga je dodatak za KK ili KKS. Referentne vrijednosti: M 3-13 mm/h, Ţ 4-24 mm/h za g; 3-28 mm/h za >50 g

39 Antikoagulans EDTA, etilendiamintetraoctena kiselina, u nedisociranom obliku Vrlo stabilan kompleksni anion CaEDTA 2-, nastao vezanjem liganda EDTA na ion kalcija Ca 2+ (koji ima nekoliko uloga u koagulaciji krvi), čime je spriječeno grušanje krvi. Crveno su označene koordinacijske veze između metalnog kationa i anionskih skupina bogatih elektronskim parovima Hemoglobin u stolici okultno krvarenje (HB): pozitivan nalaz čir (ulkus), karcinom (rak) debelog crijeva i dr. bolesti gastrointestinalnog trakta s krvarenjem Mokraća: zdrava mokraća smije sadrţavati eritrocite i hemoglobin samo u tragovima, i ponešto leukocita, te manju količinu porfirina. Porfirini su spojevi koji sudjeluju u sintezi hema. Djelomičan ili potpuni manjak nekog enzima u sintezi hema uzrokuje povišene vrijednosti porfirina u mokraći.

40 Referentne vrijednosti za različite proteinogene i neproteinogene aminokiseline u krvi (serumu) i mokraći. [Štrausova medicinska kemija, 2009., str. 174]

41 Ukupni proteini: u malim (krv) ili neznatnim (mokraća) koncentracijama a) u krvi: -uzorak: serum, heparinizirana plazma -referentne vrijednosti: male koncentracije, g/l (1-30 dana), (<6 mj), (6 mj-7g), (8-70 g), (>70 g), leţeći bolesnici 60-78, ambulantni bolesnici g/l b) u mokraći: -uzorak: 24-satna ili 12-satna mokraća bez konzervansa, ne kontaminirana s hemoglobinom -referentne vrijednosti: ukupni proteini u tragovima, <0,3 g/l (novorođenčad), <0,2 g/l (djeca i odrasli) Svrha pretraga: dijagnoza i liječenje raznih bolesti npr. bolesti jetre, bubrega, koštane srţi, metaboličkih poremećaja i poremećaja prehrane. Promjena koncentracija proteina plazme u raznim bolestima: 1-promjena koncentracije ukupnih proteina: hiperproteinemija, hipoproteinemija 2-promjena koncentracije proteinskih frakcija (albumin, α-, β- i γ-globulini, te ostali proteini): npr. za albumin hipoalbuminemija, analbuminemija (bez albumina), za globuline hiperglobulinemija, hipergamaglobulinemija, hipogamaglobulinemija 3-promjena odnosa koncentracije proteinskih frakcija

42 Potrebno je strogo se pridrţavati utvrđenih pravila predanalitičke faze pretraga za određivanje ukupnih proteina, proteinskih frakcija i pojedinačnih proteina: razlog tome jest denaturacija proteina, tj. gubitak prirodne kvaterne, tercijarne i sekundarne strukture proteina uslijed djelovanja raznih kemijskih spojeva, topline i određenih mehaničkih postupaka, kao i duţim stajanjem uzorka. Proteini mogu povratiti strukturu procesom renaturacije. Na sličan način se ponašaju i nukleinske kiseline, tj. denaturiraju se i renaturiraju se pod određenim uvjetima. Tako npr., prilikom određivanja ukupnih proteina u plazmi, krv se heparinizira (obrađuje heparinom koji je po sastavu sulfatinizirani mukopolisaharid), a ne obrađuje se s EDTA, oksalatom, citratom i fluoridom jer ovi reagensi stvaraju vrlo stabilne kompleksne spojeve s metalima, čime se narušava struktura hemoproteina i dr. metaloproteina. Pretrage hemoproteina i dr. proteina u metabolizmu željeza: 1) ukupni hemoglobin (Hb): u redovne KS i KKS pretrage, Hb u stolici, Hb u mokraći 2) frakcije hemoglobina: određivanje HbA2, HBA1c, HbS itd. u krvi, gdje se iz udjela hemoglobina i posebno prisutnosti abnormalnih hemoglobina dijagnosticiraju razne hemoglobinopatije 3) methemoglobina (MetHB): određivanje MetHb u krvi; MetHb je Hb u kojem je Fe(II) oksidirano u Fe(III), kao posljedica nasljednog poremećaja ili izlaganja

43 toksinima i lijekovima koji uzrokuju methemoglobinemiju; pretragama se određuje toksična ili stečena methemoglobinemija; referentne vrijednosti: <0,8% (nepušači), <2,7% (pušači) d) karboksihemoglobin (COHb): određivanje COHb u krvi, uslijed trovanja ugljičnim monoksidom (CO) ili određenim kemikalijama (udisanjem i oralno); CO se veţe na hemoglobin jače nego O 2 ; referentne vrijednosti: <5% Hb (nepušači), <10% (pušači) e) mioglobin (Mb): određivanje Mb u krvi ili mokraći; znatna količina Mb dolazi u krv iz mišića, uslijed teţih oštećenja mišićnog tkiva i krvnih ţila (npr. mišićni napor, operacije, infarkt, intramuskularne infekcije, crush sindrom prignječenje mekih tkiva) i disfunkcija bubrega; referentne vrijednosti: M µg/l, Ţ µg/l, M i Ţ <30 µg/l (urin) f) transferin (Tf): određivanje Tf u krvi; anemija (povišeni Tf), atransferinemija (niski Tf), akutna upala (niski Tf); referentne vrijednosti: 2,0-3.6 g/l (odrasli) g) feritin: određivanje feritina u krvi; infekcije, insuficijencija bubrega, hematokroza, određeni tipovi leukemije, neoplazma (novotvorina, tumor), karcinom dojke i dr. vrijednosti feritina su izvan referentnog intervala (M µg/l, Ţ µg/l) h) hemosiderin: određivanje hemosiderina u mokraći nalaz je pozitivan za hemosiderozu (nakupljanje hemosiderina) najčešća je u jetri i plućima zbog dugotrajnog zastoja krvi ili lokalnoga krvarenja unutar organa i) željezo (Fe): određivanje Fe u krvi; ref. int. M µmol/l, Ţ 8-30 µmol/l

44 Zadnja promjena: