Le proteine ematiche nell’uomo: dalla struttura chimica al ruolo biologico

di Sergio Barocci

frazioni del sangue centrifugato

Frazioni del sangue centrifugato. Dall’alto in basso: plasma (55%), globuli bianchi e piastrine, globuli rossi (45%)

Articoli propedeutici:
L’elettroforesi delle proteine in ambito clinico
I criteri interpretativi degli esami di laboratorio chimico-clinico

Articoli correlati:
– L’interpretazione delle analisi di laboratorio e degli esami strumentali delle malattie epatiche

La concentrazione normale delle proteine totali nel plasma sanguigno umano è 6-8 g/dl.

 

 

 


 Albumine

Prealbumina

(valori di riferimento: 10-40 mg/dl)
Non rappresenta il precursore dell’ albumina ma è chiamata in questo modo in quanto migra davanti all’ albumina ( è la banda più anodica). Ha un pm di 54–61 KDa e a struttura tetramerica.  Viene sintetizzata dal fegato ed è presente nel siero e nel liquido cefalo-rachidiano o liquor , dove costituisce una delle componenti proteiche maggiori. Trasporta tiroxina e la RBP (Retinol Binding Protein).
Svolge principalmente una funzione di trasporto per aminoacidi, enzimi, farmaci, ormoni e vitamine. Ha una emivita di due giorni e, per questo motivo, rappresenta un indice di funzionalità epatica e/o dello stato nutrizionale più precoce rispetto all’albumina. Come l’albumina, i suoi livelli plasmatici si riducono durante la “risposta della fase acuta”.

 

Albumina

( v.n. 3,2 – 5,6 g/dl)
Di questa frazione l’albumina è la proteina più abbondante ed importante. Essa, oltre a trasportare alcune molecole come NEFA (acidi grassi non esterificati che rappresentano la quota di lipidi liberi circolanti, non uniti con legame estere al glicerolo), bilirubina, ormoni, vitamine trasporta anche farmaci come salicilati, warfarin, clofibrato, fenilbutazone e ioni (40% del calcio plasmatico), rappresenta il principale regolatore della pressione oncotica, regolando gli scambi idrici a livello capillare tra il plasma e i tessuti e un sistema tampone del pH del sangue.

albumina umana: flacone per impiego medico ospedaliero e struttura della molecola

albumina umana: flacone per impiego medico ospedaliero e struttura della molecola

Ha emivita di 14-20 giorni . La sua degradazione avviene a livello renale, epatico e intestinale. Insieme alla prealbumina (10-40 mg/dl) i suoi livelli ematici scendono in corso di epatiti virali, sindromi nefrosiche, enteriti ed ustioni e per questo motivo che la sua concentrazione plasmatica viene spesso utilizzata principalmente come indice di funzionalità epatica e dello stato nutrizionale . La riduzione dei suoi livelli plasmatici costituisce un elemento che caratterizza la “risposta della fase acuta” (ipoalbuminemia : < 3,2 g/dl).  L’iperalbuminemia è invece un fenomeno molto raro dovuto principalmente a disidratazione.
Sebbene l’elettroforesi ben evidenzi l’albumina, è preferibile la sua misurazione diretta perché associata a minore variabilità analitica.

 

Bisalbumina

Varianti genetiche dell’ albumina visibili per la presenza di due bande, una con la stessa mobilità dell ‟albumina normale”, l’altra con mobilità anodica (variante fast) o più catodica (variante slow) negli stati eterozigoti.   Al densitogramma la bisalbuminemia appare come un picco bicuspidato.

 

tracciati elettroforetici per ipoalbuminemia e bisalbuminemia

tracciati elettroforetici per ipoalbuminemia e bisalbuminemia

 


Globuline

Le globuline vengono classificate a seconda delle bande relative riscontrabili nel tracciato della separazione elettroforetica delle proteine plasmatiche.

 

Alfa-1 Globuline

L’intera frazione aumenta nei processi infiammatori acuti in maniera opposta a quella albuminica. In questa frazione le proteine presenti in maggiore concentrazione sono rappresentate dall ‘alfa–1 antitripsina e dalla glicoproteina acida (mucoproteine).

a) α–1 antitripsina

Circa il 90% del picco delle α–1 globuline è costituito dalla α-1 antitripsina (AAT) una anti-proteasi che si lega alla tripsina e ad altri enzimi proteolitici (quali elastasi, collagenasi, chimotripsina, plasmina e trombina), inattivandoli e dalla glicoproteina acida (mucoproteine).    L’ α-1 antitripsina è una proteina della fase acuta il cui ruolo fisiologico consiste nel controllare l’azione isto lesiva degli enzimi liberati dai leucociti (polimorfonucleati neutrofili) nel corso dei processi infiammatori.  Il deficit di AAT può causare enfisema polmonare e epatopatia.  La patologia polmonare si manifesta nella 3°-4° decade di vita ed è provocata dalla mancata inibizione della elastasi rilasciata dai leucociti in risposta alla presenza di agenti irritanti (quali il fumo) nelle vie respiratorie con conseguente azione distruttiva dell’enzima sul parenchima polmonare. La malattia epatica si manifesta invece in età pediatrica con una epatite cronica che può evolvere in cirrosi e in epatocarcinoma, conseguente all’accumulo nel reticolo endoplasmatico degli epatociti di una forma di proteina mutata che non riesce ad essere trasferita all’apparato del Golgi e quindi eliminata dalla cellula. Il deficit di α1-antitripsina si trasmette come carattere autosomico recessivo. Ha una incidenza di 1/2000-4000 nati vivi, che la pone tra le piu comuni malattie genetiche gravi.

Sono note più di 75 varianti del gene (localizzato in 14q32.1), classificate con un codice a lettera dalla A alla Z, delle quali più di 20 determinano variazioni rilevanti nella funzionalità dell’enzima:

  1. la variante M, presente in omozigosi in piu del 90% della popolazione europea, e associata a normali valori dell’enzima,
  2. la variante Z determina in omozigosi una riduzione dei livelli di enzima circolante dell’85- 90%: questi pazienti hanno un elevato rischio di sviluppare la patologia polmonare e nel 20% dei casi sviluppano una epatopatia; in eterozigosi (MZ) la riduzione dell’enzima e solo del 50% e mancano le manifestazioni cliniche,
  3. la variante S determina in omozigosi una riduzione dell’enzima del 40% senza manifestazioni cliniche, mentre causa enfisema polmonare solo quando in eterozigosi con Z in soggetti fumatori,
  4. la variante Null, molto rara, e associata in omozigosi alla totale assenza dell’enzima e, quindi, ad un elevatissimo rischio di sviluppare la patologia polmonare.
  5. elettroforesi proteica è in grado di escludere il deficit di α-1-antitripsina ma la sua conferma necessita della misura immunochimica della proteina. La tecnica elettroforetica non è indicata qualora si affronti lo specifico problema diagnostico.

b) α-1 glicoproteina acida (o orosomucoide)

La sua funzione di questa glicoproteina non è stata ancora perfettamente compresa: le omologie nella sequenza aminoacidica con le immunoglobuline suggeriscono unsuo ruolo ancestrale nel sistema immunitario. E’ una proteina della fase acuta che aumenta in particolare in corso di malattie autoimmuni quali LES o lupus eritematoso e AR o artrite reumatoide . Inoltre è anche un inibitore del progesterone.

embrione umano con sacco vitellino

embrione umano con sacco vitellino

c) α-1 fetoproteina

L’alfa-1 fetoproteina o AFP può essere prodotta, in condizioni anomale, anche da alcuni tessuti tumorali (in particolare tumori epatici, l’epatocarcinoma in particolare, e alcuni del testicolo). Elevazioni dell’AFP sono riscontrabili anche in molte malattie benigne del fegato, come l’epatite cronica e la cirrosi. E’ una albumina fetale sintetizzata nel sacco vitellino e, a partire dal 4°mese di gravidanza, dal fegato fetale. Dall’8° mese la sua concentrazione sierica decresce rapidamente, consensualmente ad una aumenta produzione di albumina. Durante la gravidanza un suo aumento indica difetti del tubo neurale, spina bifida o gravidanza gemellare mentre una sua riduzione è associata alla sindrome di Down. In età adulta il suo aumento è associato alla presenza di carcinoma epatocellulare . Elevati valori di AFP sono riscontrabili anche in molte malattie benigne del fegato, come l’epatite cronica e la cirrosi.

d) α-lipoproteine o HDL (High Density Lipoprotein).

Si tratta di lipoproteine caratterizzate dalla massima densità, compresa tra 1,063 e 1,210 g/ml e da un diametro di circa 8-11 nm.  Hanno la funzione di partecipare all’evoluzione di chilomicroni e VLDL (very low density lipoprotein) e di rimuovere il colesterolo in eccesso dai tessuti periferici per portarlo al fegato o ai tessuti steroidogenici come le ghiandole surrenali o le gonadi.

 

Alfa-2 globuline

Come per la frazione alfa-1 anche per la frazione l’alfa-2 si ha un aumento nei processi infiammatori.   L ‘aptoglobina (v.n.: 50-300 mg/dl) e la macroglobulina (v.n.: 200-350 mg/dl) sono i suoi maggiori rappresentanti.

struttura alfa-macroglobulina

struttura alfa-macroglobulina

a) α-2-macroglobulina

E’ una glicoproteina ad attività anti-proteasica che interviene nella regolazione del processo fibrinolitico (agisce sulla plasmina solo quando tutta la α -2 antiplasmina è saturata ) e della risposta immunitaria, oltre a veicolare ormoni quali il somatotropo e l’insulina. Il suo ruolo fisiologico è cosi importante che non sono mai stati descritti deficit congeniti, probabilmente incompatibili con la vita.
Ha un pm molto alto di 725 KDa e anche nei casi di grave proteinuria (sindrome nefrosica) non si perde con le urine, ma rimane nel siero, determinando un tracciato elettroforetico caratteristico. Non è una proteina della fase acuta.

Struttura dell’α-2 macroglobulina

b) Aptoglobina

L’ Aptoglobina (Hpt) è una α–2 glicoproteina sintetizzata dal fegato sotto lo stimolo di vari fattori tra cui le citochine IL-1, IL-6 e TNF . Strutturalmente è una proteina oligomerica, con ciascun monomero costituito da una subunità pesante (detta β) ed una subunità leggera ((detta α1 o α2). La funzione principale che essa svolge è quella di legare l’emoglobina (Hb), rilasciata durante l’emolisi, per trasportarla al fegato, così da ridurre i potenziali danni ossidativi del ferro libero e riciclarlo per l’emopoiesi. Come è noto, l’ Hb è una proteina tetramerica (α2β2) contenente un anello protoporfirinico complessato con Fe2+ (eme), che lega l’ossigeno a livello polmonare e lo porta in circolo ai vari distretti del corpo. Se rilasciata in circolo, in caso di emolisi ( che si eleva in seguito ad una forte infiammazione), l’ Hb ha un’intensa attività ossidante e d è in grado di produrre, grazie allo ione ferroso, radicali ossidilici a partire da H2O2. Il legame Hb-Hpt sembra coinvolgere solo legami non covalenti, vista l’inibizione per mezzo di polielettroliti . Esso coinvolge la sola catena β di Hpt, che si lega stechiometricamente ad un dimero αβ di Hb.  Tale legame sembra intensificare l’attività perossidasica di Hb, ma ne evita la deposizione a livello dei glomeruli renali: il complesso Hb-Hpt è troppo grande, infatti, per passare o restare imprigionata attraverso le maglie del setaccio glomerulare. Dunque, Hpt, dovrebbe contribuire a prevenire danni ossidativi in circolo. Il complesso Hb-Hpt, inoltre, permette la rapida rimozione del gruppo eme ad opera del fegato e, in parte, anche del midollo spinale e della milza. L’aptoglobina è pertanto fisiologicamente preposta a prevenire le perdite urinarie di emoglobina (e quindi di ferro) che si determinerebbero nei casi di emolisi intravascolare. Nelle emolisi intravascolari i livelli ematici di aptoglobina risultano ridotti. Tale proteina aumenta, invece, in corso di neoplasie, traumi e processi infiammatori. Un’altra funzione di Hpt è quella di legare l’apolipoproteina A1 (Apo A-I), proteina maggioritaria delle HDL

 

struttura della ceruloplasmina

struttura della ceruloplasmina

c) Ceruloplasmina

(v.n. : 10 – 140 mg/dl)
Strutturalmente è una metallo proteina nella cui molecola sono contenuti contenente carboidrati e otto atomi di rame. Viene prodotta dalle cellule epatiche e la sua funzione biologica è quella di trasportare il rame ai vari tessuti dell’organismo, impedendone l’accumulo eccessivo.
Una diminuzione dei tassi ematici di ceruloplasmina si riscontra in una grave malattia ereditaria dell’infanzia, la degenerazione epato – lenticolare o morbo di Wilson. In tale malattia il rame si deposita in elevate concentrazioni nel fegato e nei nuclei basali del cervello, provocando insufficienza epatica, disturbi psichici e incoordinazione motoria.
La misurazione del tasso di ceruloplasmina nel sangue si basa sulla sua capacità di ossidazione dei polifenoli nel sangue proporzionale alla quantità di cerulo plasmina. Una bassa concentrazione di cerulo plasmina può essere trovata anche nei casi di malnutrizione e di epatite cronica mentre una sua alta concentrazione può essere riscontrata in quei pazienti che fanno uso di estro progestinici o in pazienti affetti da reumatismo agli arti, nella malattia di Hodgkin, linfogranuloma maligno
Struttura della ceruloplasmina

d) α-2 antiplasmina

E’ un inibitore della fibrinolisi ed esplica la sua attività contro la plasmina.  Elettroforeticamente è una α-2 globulina, con peso molecolare tra 60 e 70 KDa, a catena singola. L’ α- 2 antiplasmina lega e inibisce la plasmina molto rapidamente ed irreversibilmente: per questa ragione la presenza di plasmina libera in circolo è raramente dimostrabile con test funzionali.

il processo della fibrinolisi

il processo della fibrinolisi

e) Pre β-2 lipoproteine (VLDL o Very Low Density Lipoprotein)

Sono le lipoproteine caratterizzate da una densità compresa tra 0,95 e 1,006 g/ml e da un diametro di circa 30-80 nm. Raccolgono i trigliceridi, principalmente, ed il colesterolo esterificato a livello del fegato, dove sono prodotte.  Successive e ripetute incorporazioni e rilasci di lipidi e apolipoproteine portano le VLDL a diventare prima lipoproteine a densità intermedia (IDL) e poi lipoproteine a bassa densità (LDL). Il loro circolo termina a livello dei tessuti periferici.

 


BETA-GLOBULINE

Appartengono a questa frazione il fibrinogeno (v.n. : 200-400 mg/dl) che possiede un ruolo particolare nella coagulazione del sangue, la proteina C reattiva e la transferrina (v.n.: 200-320 mg/dl) che trasporta il ferro dall’intestino ai tessuti e da questi al midollo osseo.  Inoltre, appartengono a questa frazione anche l’emopessina e il fattore C3 del sistema complementare. Le beta -globuline aumentano nel corso di anemie sideropeniche tale alterazione è dovuta al fatto che tra le beta-globuline è presente la transferrina, che aumenta quando il ferro nell’ organismo è basso. L’aumento si può verificare anche in alcuni casi di abnorme presenza di grassi (colesterolo, trigliceridi, fosfolipidi), oltre che in altre affezioni, quali diabete, ipotiroidismo, compromissioni epatobiliari (alterazioni in cui si verifica un aumento della parte grassa della bile) mentre una diminuzione della loro percentuale o della loro quantità non rappresenta alcun significato clinico.

struttura delle transferrina

struttura delle transferrina

a) Transferrina (β1)

La Transferrina è una glicoproteina costituita da una singola catena polipeptidica di 679 aminoacidi, e pm di circa 80 KDa.  Possiede due siti di legame per lo ione ferrico (Fe3+), mentre non presenta affinità per lo ione ferroso (Fe2+).  Di norma nel sangue 1/9 di tutta la transferrina viene saturata in entrambi i siti di legame, i 4/9 in uno dei due siti e i restanti 4/9 presentano siti insaturi. Quest’ultima porzione di transferrina insatura è fondamentale per il contrasto delle infezioni e la cattura del ferro libero.  L’affinità della proteina per lo ione ferrico è molto alta , tanto che la transferrina è la proteina conosciuta per avere maggiore affinità per il suo ligando ( costante di associazione Ka =1019- 1031 M-1 . Così, in caso di eccesso di transferrina si può assumere che non vi siano ioni ferrici liberi.  La transferrina ha un’emivita di circa 7 giorni, e i suoi livelli ematici sono regolati dalla disponibilità di ferro, cioè in condizioni di carenza di ferro si ha un aumento delle concentrazioni plasmatiche di questa glicoproteina mentre ritorna a livelli normali dopo somministrazione di ferro. La sua saturazione in condizioni normali è del 50%. Una saturazione superiore al 50% a digiuno è fortemente indicativa di emocromatosi (malattia dovuta ad un eccessivo deposito di ferro nel corpo che si accumula progressivamente; si tratta di un disordine genetico che se non trattato, può provocare gravi danni ad organi vitali come fegato, cuore, pancreas, articolazioni ed, in casi estremi e può essere anche fatale. E’ una malattia ereditaria, in quanto genitori, fratelli e figli di una persona diagnosticata con questo tipo di disordine genetico , sono molto probabilmente portatori di una mutazione C282Y del gene HFE o ne possono essere affetti. Essendo una molecola eterogenea, si possono avere variazioni genetiche dovute alla sostituzione di un o più aminoacidi oppure alla presenza e alla composizione delle due catene oligosaccaridiche N-glicate ( in questo caso la transferrina è presente in diverse forme con gradi diversi di sializzazione; sembra che le isoforme siano almeno 6: penta, tetra, tri, di, mono e transferrina desialata. La transferrina desialata o Carboydrate-deficient Transferrin o CDT) è un marker diagnostico estremamente sensibile e specifico per dimostrare la cronica assunzione di alcool) o a differenze sul contenuto di ferro, apotransferrina, transferrina monoferrica, transferrina diferrica. La forma diferrica interagisce con il recettore della transferrina TfR1 ed entra nel ciclo endosomico del TfR1. La transferrina diferrica incrementa la saturazione della transferrina e la cessione di ferro ai tessuti. La saturazione si valuta come rapporto della sideremia sulla total iron binding capacity (TIBC) nel caso in cui quest’ultimo parametro sia fornito direttamente dal laboratorio. Nel caso in cui venga dosata la transferrina come proteina, quest’ultima deve essere trasformata in TIBC moltiplicando il valore in mg/100 ml per un fattore di correzione (1,42). La saturazione normale si aggira intorno a 30-33%. Una saturazione <16 % è indicativa di sideropenia e >45 % di sovraccarico di ferro.

coordinazione dell'atomo di ferro nella transferrina

coordinazione dell’atomo di ferro nella transferrina

Il legame di uno ione Fe3+ nel sito di legame è dipendente dalla sua associazione con uno ione carbonato (CO32-). La transferrina viene internalizzata da recettori per la transferrina che sono delle proteine di pm di 90 KDa sulla membrana plasmatica di alcune cellule che legano transferrina semi-satura oppure, preferibilmente, satura in entrambi i siti di legame del ferro. Affinché la transferrina sia internalizzata, un complesso calmodulina – proteina chinasi C-Ca2+ deve fosforilare il recettore. Dopo la fosforilazione il complesso transferrina-recettore per la transferrina è internalizzato in lisosomi, dove il ferro è liberato sotto forma di Fe2+ a causa dell’ambiente acido. Il complesso transferrina-recettore per la transferrina è poi riportato nella membrana plasmatica, quindi la transferrina, ora insatura, è rilasciata nel plasma. La transferrina è sintetizzata prevalentemente a livello epatico e i suoi valori di riferimento nel sangue sono 200-320 mg/dl. I livelli di transferrina sono alti (ipertransferrinemia) in gravidanza, nelle anemie sideropeniche ( i livelli plasmatici di transferrina aumentano per meccanismo compensatorio dando origine ad un modesto picco nella regione β) , in presenza di emorragie e nella siderocromatosi. La transferrina può aumentare anche in seguito all’uso di contraccettivi ormonali (pillola anticoncezionale). I livelli possono essere bassi (ipotransferrinemia) nell’eta’ neonatale, nell’eta’ senile, nelle condizioni di ipoprotidemia, nelle carenze proteiche, nelle malattie epatiche (cirrosi, epatite, insufficienza epatica) o renali (perdita di proteine con le urine), negli stati infiammatori acuti e cronici .
Il dosaggio della transferrina viene generalmente prescritto insieme a quello della sideremia (ferro circolante) e della ferritina (ferro di deposito) in tutti i soggetti con anemia da carenza di ferro o in cui si sospettano problemi a carico del metabolismo del ferro.
Struttura della transferrina

b) Fibrinogeno

Il Fibrinogeno (o Fattore I della coagulazione) è una glicoproteina (3-5% di carboidrati, acido sialico, esosi ed esosamine) con pm di 340 KDa a forma elissoide allungata, sintetizzata a livello epatico. Appartiene alla classe delle proteine fibrose. E’ poco solubile in acqua e forma soluzioni acquose viscose. Strutturalmente forma un dimero simmetrico costituito da tre paia di catene peptidiche (Aα, Bβ e γ) unite tra loro da ponti disolfuro. Il Fibrinogeno è una molecola che svolge un ruolo chiave nei processi di emostasi e coagulazione.

eritrociti imbrigliati in maglie  di fibrina

eritrociti imbrigliati in maglie di fibrina

Dal fibrinogeno origina la fibrina per azione della trombina che scinde i peptidi, A e B, dalle rispettive catene Aα e Bβ. Le molecole di fibrina neoformate successivamente polimerizzano legandosi secondo lo schema testa-coda o fianco-fianco, originando un reticolo inizialmente poco resistente, ma che successivamente si stabilizza per opera del Fattore XIIIa. Insieme al Fattore VIII, l’ alfa 1-glicoproteina acida, e la Proteina C reattiva, il fibrinogeno fa parte delle proteine dette della “fase acuta”, il cui incremento si evidenzia in numerosi stati infiammatori. Il Fibrinogeno è presente, oltre che a livello ematico, anche a livello extravascolare, per una quota pari al 10-25% del fibrinogeno totale. Il catabolismo del fibrinogeno avviene principalmente attraverso la via fibrinolitica, l’azione di svariate proteasi cellulari e, ovviamente, la via coagulativa.
I prodotti del catabolismo del fibrinogeno/fibrina (PDF o in inglese FDP – Fibrinogen Degradation Products) vengono fagocitati dalle cellule del SRE ed utilizzati per la resintesi del fibrinogeno che avviene a livello epatico. Alcuni di questi PDF (frammento X e frammento Y) svolgono una potente azione anticoagulante e costituiscono quelli che, nella vecchia classificazione degli inibitori fisiologici della coagulazione, erano indicati con il nome di Antitrombina VI. Gli animali sani normalmente non hanno PDF in circolo, ma nella coagulazione intravasale disseminata(patologia caratterizzata dalla presenza disseminata di numerosi trombi che rappresentano il prodotto finale della coagulazione del sangue) questi possono essere presenti, derivando dalla frammentazione della fibrina che si genera negli stati di ipercoagulabilità. Il tempo di emivita del Fibrinogeno è di 3,5-4,5 giorni
Il fibrinogeno ha una elevata concentrazione plasmatica (200-400 mg/dl) e all’elettroforesi si riscontra a cavallo con le beta-globuline dopo separazione delle proteine plasmatiche, mentre risulta assente quando l’elettroforesi viene condotta sulle proteine sieriche.
Un aumento della sua concentrazione plasmatica si ha nei processi infiammatori e in quelli suppurativi, neoplastici traumatici mentre una sua diminuzione nelle epatopatie (per ridotta sintesi), nella malattia genetica auto simica recessiva ipo –afibrinogenemia e nella coagulazione intravasale disseminata o CID ( per aumentato consumo).
Struttura del fibrinogeno: il fibrinogeno viene convertito dalla trombina in un coagulo di fibrina.

struttura della fibrina

struttura della fibrina

La fibrina è una proteina utilizzata nella coagulazione del sangue; si tratta di una proteina fibrillare che viene polimerizzata per formare una “maglia” o “un reticolo “ insieme con le piastrine sopra il luogo di una ferita. La fibrina deriva dal fibrinogeno. Nel processo della coagulazione si attiva la trombina responsabile della conversione del fibrinogeno in fibrina. L’azione della trombina che rimuove i peptidi A e B dal fibrinogeno , produce una diversa distribuzione delle cariche sulla superficie della molecola dei monomeri di fibrina i quali possono ora aggregarsi. Il coagulo appena formato è stabilizzato dalla formazione di legami amidici tra le catene laterali di residui di lisina e glutamina presenti su monomeri diversi. La reazione di formazione dei legami trasversali viene catalizzata dal fattore XIII o transglutaminasi). Una eccessiva generazione di fibrina per via dell’attivazione della coagulazione porta alla trombosi, mentre una sua eventuale scarsa presenza porterebbe alla formazione di emorragia.

Joseph Lister (1827–1912) medico britannico inventore e propugnatore del metodo dell'antisepsi rivoluzionando l'atteggiamento e l'approccio della chirurgia. Fu uno dei primi ricercatori a compiere una serie di esperimenti sulla infiammazione e sulla coagulazione del sangue che potevano essere visualizzati al microscopio.

Joseph Lister (1827–1912) medico britannico inventore e propugnatore del metodo dell’antisepsi rivoluzionando l’atteggiamento e l’approccio della chirurgia. Fu uno dei primi ricercatori a compiere una serie di esperimenti sulla infiammazione e sulla coagulazione del sangue che potevano essere visualizzati al microscopio.

 

La trombina è una enzima che appartiene alla famiglia delle serin proteasi che sono delle idrolasi che catalizzano il taglio selettivo dei legami Arginina – Glicina del fibrinogeno per formare la fibrina e rilasciare i fibrinopeptidi A e B. La trombina, è’ necessaria per l’attivazione del fibrinogeno nel processo della coagulazione del sangue. Come le serin proteasi pancreatiche la trombina viene sintetizzata sotto forma di zimogeno o protrombina dalla quale per taglio proteolitico di due legami peptidici si viene a formare la trombina attiva.

 

 

c) Fattore C3

Jules Bordet

Jules J. B. V. Bordet (1870-1961) immunologo e microbiologo belga. Premio Nobel per la medicina1919 per le sue fondamentali scoperte nel campo dell’immunologia ( il sistema del complemento , una sostanza non specifica e instabile al calore ). Questa osservazione di grande importanza ha condotto alla conoscenza di molte reazioni immunologiche di impiego pratico. Le tecniche che ideò contribuirono successivamente allo sviluppo dell’immunologia e quindi anche alla preparazione dei sieri e dei vaccini

(70 – 170 mg/dl)
Il fattore C3 è una proteina del sistema del complemento.
I fattori del complemento sono un insieme di circa venti proteine che vengono attivate come meccanismo di risposta nei confronti di eventuali infezioni costituendo uno degli elementi più importanti del fenomeno dell’infiammazione. Essi sono presenti nel siero indipendentemente dai fenomeni immunitari ed agiscono insieme agli anticorpi in modo complementare, da ciò deriva il loro nome. Naturalmente , il sistema del complemento può attivarsi anche in molte altre patologie non infettive come quelle autoimmuni ed infiammatorie in genere. La sua attivazione consiste in un meccanismo a cascata concettualmente simile a quello della coagulazione in cui pochi elementi iniziali determinano un effetto esponenziale che si amplifica ad ogni passaggio della cascata. Esistono più modalità di attivazione del complemento: tramite la cosiddetta via classica, la via alternativa e la via della lectina. Mentre la via classica viene attivata a causa della formazione del complesso antigene – anticorpo, la via alternativa e quella della lectina ne sono indipendenti. In ogni caso al termine di queste vie c’è l’attivazione di una proteina detta C3 da cui inizia la via comune di attivazione del complemento.
La riduzione dei valori del complemento si osserva o per fenomeni di consumo o per ridotta produzione epatica, principalmente queste condizioni si osservano in caso di artrite reumatoide, lupus, glomerulonefriti, malattie autoimmuni, epatopatie croniche, cirrosi epatica, anemia emolitica. E’ possibile anche osservare una riduzione di una sola frazione del complemento. Per esempio poiché il C3 viene attivato sia per la via classica che per quella alternativa, mentre il C4 è attivato solo per la via classica, una condizione di solo C3 basso indica l’attivazione della via alternativa mentre la riduzione di entrambe le frazioni indica l’attivazione della via classica. Il dosaggio delle frazioni del complemento è utilizzato in particolare per monitorare l’andamento di alcune patologie come nel caso delle glomerulonefriti.
Minore è l’interesse clinico per gli aumenti del complemento che può essere presente, anche in modo transitorio, in tutte le condizioni che comportino un quadro flogistico con evidenza relativamente frequente di un C3 alto. Oltre al C3 e al C4, di notevole importanza è il C1-inibitore che ha compiti di blocco dell’attivazione del C3. La sua carenza costituzionale determina una condizione edematosa per aumento della permeabilità dei capillari. Utile il suo dosaggio nel quadro di angioedema ereditario. Dal C3 derivano altre molecole tra cui i C3a che è in grado di liberare istamina dalle cellule ed è coinvolto nei fenomeni di tipo anafilattico, aumenta inoltre la permeabilità vasale ed ha anche un ruolo nelle situazioni di Lupus, artrite reumatoide, glomerulonefrite ma anche nelle sepsi batteriche e negli eventi ischemici.

 

d) β-lipoproteine o LDL

Le LDL hanno una densità compresa tra 1,006 e 1,063 g/ml . Entro queste densità si distinguono due classi di lipoproteine : a) le IDL ( d = 1,006 – 1,019 g/ml ), b) LDL2 ( d = 1,019 – 1,063 g/ml). Le LDL2 sono lipoproteine formate per 5%-8% da trigliceridi , 6%-10% da colesterolo libero, circa il 40% da colesterolo esterificato , 20%-25% da fosfolipidi e 20%-24% da proteine; questa quota proteica è costituita da quasi tuuta Apo-B100. Rispetto alle LDL2 , le IDL sono più ricche di trigliceridi e contengono una minore quota di colesterolo. Tra le apoproteine delle IDL è presente oltre che Apo-B anche una quota di peptidi C. Le LDL2 migrano all’elettroforesi in posizione β mentre le IDL vanno ad occupare una posizione intermedia tra β e pre –β. Il diametro delle IDL (25-35 nm) è leggermente superiore a quello delle LDL2 (17 – 26 nm). Questa classe di lipoproteine è particolarmente ricca di colesterolo ( sia esso libero che esterificato), infatti circa i 2/3 del colesterolo presente nel plasma si trova nelle LDL2.

 

struttura proteina C reattiva

Struttura tridimensionale della Proteina C reattiva o PCR formata da 224 residui aminoacidici e P.M. del monomero di 25,1 KDa. La PCR ha una forma di disco pentamerico anulare. Le proteine con questo tipo di configurazione sono conosciute con il nome di pentraxine. Però, la PCR è un po’ diversa dato che è costituita da 10 subunità che formano due dischi pentamerici con un P.M. complessivo di 251.KDa.

e) Proteina C reattiva

La Proteina C-reattiva, (PCR o CRP, dalla dizione anglosassone C-reactive Protein), scoperta da Tillett e Francis nel 1930 , è una proteina rilevabile nel sangue prodotta dal fegato e facente parte delle cosiddette proteine di fase acuta, un gruppo di proteine sintetizzate durante uno stato infiammatorio , cosi denominata perché capace di legare il polisaccaride C della parete cellulare dello Streptococcus Pneumoniae . In realtà è in grado di legare molti altri polisaccaridi appartenenti a batteri, protozoi e parassiti, oltre che fosfolipidi e sfingolipidi di membrana, cromatina ed istoni. Una volta complessata, la PCR attiva la via classica del complemento attraverso il fattore C1q e promuove inoltre la clearance di detriti tessutali e viene anche ritenuta essere una opsonina. Appartiene alla famiglia delle Pentrassine, proteine pentameriche che rivestono un ruolo fondamentale nella risposta infiammatoria e nel sistema immunitario innato (prima linea di difesa nei confronti degli organismi patogeni). Le pentrassine che si contraddistinguono per il loro caratteristico piegamento sono costituite ognuna da 5 subunità monometriche identiche associate a ione Ca2+, che si legano tra di loro per formare una struttura pentagonale. Il fegato sintetizza la Proteina C reattiva in risposta a diversi fattori rilasciati dalle cellule del tessuto adiposo i cui valori nel sangue sono, in genere, piuttosto bassi.. La sua misurazione, insieme quella della VES (velocità di sedimentazione degli eritrociti) , può rivelarsi molto utile in caso di sospetto di stati infiammatori di origine infettiva e di alcune malattie infiammatorie come l’artrite reumatoide, il lupus eritematoso sistemico o LES . Nello specifico, alti livelli di proteina C reattiva (superiori a 3 mg/l) sono spesso collegati con la presenza di cardiopatie(anche nascoste), e disturbi a livello vascolare. Sono però le malattie infiammatorie autoimmuni come l‘artrite reumatoide e il LES che possono essere rivelate da alti valori ematici di questa proteina. Altre patologie associate a valori alti di di Proteina C reattiva sono il diabete di tipo II ( il diabete degli adulti”, legato a obesità e ad uno stile di vita sedentario), le vasculiti , le malattie del tessuto connettivo, della pelle e dei vasi sanguigni, alcune forme tumorali e il morbo di Crohn. Si tratta di un corollario di malattie tra le più varie, per la cui diagnosi non ci sipuò basare solo su un tipo analisi del sangue, per quanto accurata . Quindi, alti valori di PCR non possono essere indicativi di nessuna malattia specifica, Per conoscere i livelli della proteina C reattiva esistono vari tipi di analisi, come l’ELISA, l’immunodiffusione rapida, l’immunoturbidimetro e l’agglutinazione visuale.

 

fgruppo eme) Emopessina

(v.n. 50-115 mg/dl)
L’emopessina è una proteina plasmatica prodotta dal fegato che possiede una grande affinità per il gruppo eme dell’emoglobina derivato dalla distruzione dei globuli rossi. Quando i globuli rossi o eritrociti muoiono (eritrocateresi), dopo 120 giorni o per altre ragioni (anemie emolitiche, traumi ecc) l’emopessina, legandosi al gruppo eme , garantisce il riciclaggio del ferro e di altri suoi componenti ma soprattutto un efficace contrasto al danno ossidativo legato alla libera circolazione
azione emopessinaA livello del fegato , i recettori specifici per l’emopessina consentono di internalizzare il gruppo eme , riciclando il ferro in esso contenuto e neutralizzandone l’attività pro-ossidante in quanto l’eme libero nel sangue interagisce con i lipidi di membrana generando radicali idrossilici. Tanto maggiore sarà la distruzione dei globuli rossi (anemie emolitiche) e tanto minori saranno le concentrazioni di emopessina libera nel circolo sanguigno.
Aumentata lisi degli eritrociti
Rilascio aumentato del gruppo eme
Legame del gruppo eme all’emopessina
Riduzione emopessina libera nel sangue.

struttura dell'emopressina

struttura dell’emopressina

L’utilizzo clinico dei valori di emopessina è generalmente limitato allo studio dell’anemia emolitica (stato morboso in cui si ha una bassa concentrazione di emoglobina nel sangue sia per un eccessivo grado di emolisi sia per una insufficiente risposta del midollo osseo ad un’emolisi mentre nei casi di anemia emolitica autoimmune la distruzione dei globuli rossi viene determinata dalla formazione di autoanticorpi diretti contro la parete del globulo rosso).
L’esame di laboratorio più comune consiste nel calcolare la concentrazione dell’ aptoglobina, che fornisce le stesse informazioni in quanto questa proteina svolge una funzione simile a quella dell’emopessina, legando però l’emoglobina.
I valori di emopessina diminuiscono anche nella sindrome nefrosica (perdita dell’emopessina nelle urine ), nelle gravi epatopatie (in questo casi si ha una diminuita sintesi dell’emopessina a livello epatico), nei casi di malassorbimento (alterato assorbimento delle sostanze nutritive da parte dell’intestino tenue) e di alcune porfirie (malattie caratterizzate da un’alterazione del meccanismo con cui l’organismo produce l’eme) mentre valori aumentati di questa proteina si verificano in stati infiammatori , in casi di infezioni e nell’ emocromatosi (malattia genetica caratterizzata da un eccesso di ferro)
Struttura dell’emopessina

struttura della beta-2-microglobulina

struttura della beta-2-microglobulina

g) β2- microglobulina

(v. n. nel siero 0.00 – 01.90 mg/l)
La β2-microglobulina è una proteina a basso P.M. 11,6 KDa . E’ presente sulla superficie delle cellule del sistema immunitario ( linfociti e macrofagi) e costituisce la catena leggera degli antigeni del sistema maggiore di istocompatibilità ( MHC ) o HLA di classe I nell’uomo. Essendo filtrata dal glomerulo renale e riassorbita dai tubuli renali, per tale motivo la sua determinazione in laboratorio offre importanti informazioni sulla funzionalità renale ( specie nei casi di trapianto renale) . Un suo aumento si verifica infatti nella insufficienza renale, ed in altre malattie sistemiche autoimmuni, epatiti virali, ecc… Viene anche utilizzata come marker tumorale (la sua espressione può diminuire o perdersi nei tumori maligni) ma il suo aumento non è indicativo di neoplasia. La beta-2-microglobulina rappresenta anche il principale costituente di un sottotipo di amiloidosi secondaria che compare in associazione al trattamento emodialitico a lungo termine. Fratture spontanee e artropatie distruttive (gonfiore articolare e dolore con distribuzione oligo-articolare, insieme a versamenti nelle articolazioni maggiori) sono state messe in relazione con il deposito di amiloide.

 


Gamma-globuline

Elvin A. Kabat (1914-16 giugno 2000) biologo statunitense uno dei padri fondatori della moderna immunochimica.  Fu il primo a dimostrare che gli anticorpi erano della gammaglobuline

Elvin A. Kabat (1914-16 giugno 2000) biologo statunitense uno dei padri fondatori della moderna immunochimica. Fu il primo a dimostrare che gli anticorpi erano della gammaglobuline

La frazione γ è costituita dalle Immunoglobuline IgG, IgA, IgM, che sono le più rappresentate e dalle IgD e IgE meno rappresentate in condizioni normali. Queste cinque diverse classi di immunoglobuline vengono prodotte in seguito ad infiammazioni croniche e in risposta ad agenti batterici, micotici, virali e parassitari. A causa della loro eterogeneità, le immunoglobuline o Ig si estendono dalla regione β a quella γ (in posizione intermedia tra queste due bande migra anche il fibrinogeno se è presente) e talvolta occupano anche la zona α.
Queste Ig sono l’espressione dell’attività secretoria di diversi cloni plasma cellulari. In ordine di frequenza nel siero si hanno IgG, IgA, IgM, IgD, IgE L’analisi elettroforetica permette di evidenziare alcune loro alterazioni come ipo o ipergammaglobulinemie rispettivamente in conseguenza di disordini ereditari e malattie acquisite.
Gli aumenti o le diminuzioni in altezza nel tracciato elettroforetico della curva nella zona γ dipendono rispettivamente da un’ aumentata produzione ( comparsa di picchi per ipergammaglobulinemia) o da una diminuita produzione di immunoglobuline (ipogammaglobulinemia).
Ad esempio per quanto riguarda l’aumentata produzione , tale aumento può essere di tipo:
a) policlonale di una classe di Ig si manifesta come un incremento di colore in zona β-γ
oppure di tipo :
b) monoclonale che si evidenzia con la comparsa in zona α-γ di un
picco estremamente alto, con base molto stretta, che rispecchia una produzione anticorpale massiva di un unico tipo di anticorpo

Una aumentata sintesi di Ig può essere dovuta a tumori a carico delle cellule linfoidi (linfociti B e plasmacellule), quali leucemie, linfomi, mielomi e plasmocitomi extramidollari mentre una loro diminuzione, oltre che per condizioni da perdita (vedere albumina), può dipendere da ipoplasie o aplasie linfoidi (ereditarie o acquisite).
Il mieloma multiplo è la forma più comune di neoplasia plasmacellulare nell‟uomo.
Esso produce in genere un‟immunoglobulina monoclonale ed un eccesso di catene leggere libere. Le Ig possono appartenere a tutte le classi di Ig con frequenza corrispondente al loro normale contenuto sierico

 

tracciati elettroforetici delle proteine plasmatiche in pazienti affetti da mieloma

tracciati elettroforetici delle proteine plasmatiche in pazienti affetti da mieloma

Considerazioni finali associate ad alterazioni specifche del tracciato elettroforetico delle proteine sieriche

Le principali associazioni tra alterazioni del proflo elettroforetico delle proteine sieriche sono:

  • infammazione acuta o lesioni distruttive (neoplasie estese, necrosi ischemiche, traumi, ustioni): aumento delle α2-globuline (aptoglobina) e in misura minore, delle α1-globuline (α–1 anti-tripsina)
  • infiammazioni croniche : aumento “a base larga” del picco delle γ-globuline associato ad un moderata diminuzione delle α- e β-globuline
  • epatopatia cronica: marcato aumento a base larga del picco delle γ-globuline ed inversione del rapporto albumina/globuline
  • sindrome nefrosica (proteinuria elevata, ipo-albuminemia, edemi generalizzati, iperlipidemia e ipercolesterolemia): riduzione della albumina con aumento delle α2-globuline (α2-macro-globulina) e diminuzione delle γ-globuline
  • anemia sideropenica: modesto aumento delle β1-globuline per un aumento della transferrina
  • gammopatia monoclonale: presenza di un picco “a base ristretta” nella zona delle γ-globuline
  • ipo/agamma-globulinemia: appiattimento/scomparsa del picco delle γ-globuline
  • defcit di α1-anti-tripsina: riduzione / scomparsa del picco delle α1-globuline

 

alcuni profili elettroforetici tipici

alcuni profili elettroforetici tipici

 

 

Riferimenti bibliografici

  • Mc Farlane I., Bomford A., Sherwood R. eds. Liver diseases and laboratory medicine . London :ACB Venture Publications, 2000. 
  • Dufour DR, Lott JA, Nolte FS et al. Diagnosis and monitoring of hepatic injury. I. Performance characteristics of laboratory tests. Clin Chem 2000; 46(12): 2027-2049.
  • Dufour DR, Lott JA, Nolte FS et al. Diagnosis and monitoring of hepatic injury. II. Recommendations for use of laboratory tests in screening, diagnosis, and monitoring. Clin Chem 2000; 46(12): 2050-2068.
  • http://it.wikipedia.org/

 

2 risposte a Le proteine ematiche nell’uomo: dalla struttura chimica al ruolo biologico

  • giuseppe scrive:

    affetto da emocromatosi, transferrina bassa,emoglobina bassa,eseguito serie di salassi per abbassare ferro circolante,vorrei aumentare emoglobina , come posso fare. grazie

  • carmelo scrive:

    Chiedo in quale posizione si trova la fibrina su un campione di paziente scoagulato,se da una falsa gammopatia.
    nell’attesa porgo saluti.

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