Baltymų klasifikacija pagal savybes ir funkcijas

Baltymų klasifikacija pagal baltymo funkcijas ir savybes

• Bendroji klasifikacija:

  • Grupės pagal savybes ir funkcijas:

    • Tirpūs baltymai: Lizinai, serinai, treoninai, metioninai, cisteinai, valinai, piroglutaminai, aromatinės aminorūgštys.

    • Nepakankamai sintetinamos aminorūgštys (turi būti gaunamos su maistu): Argininas, metioninas, treoninas, valinas, leucinas, izoleucinas, piridinas, triptofanas, tirozinas, fenilalaninas.

    • Žmogaus organizmą sudaro aukštesniųjų gyvūnų, augalų ar dumblių kilmės baltymai. Gyvūninės kilmės baltymai yra fibriliniai, augalinės kilmės – dažniausiai globulariniai.

Fibrilinių baltymų sandara ir funkcijos

• Fibriliniai baltymai: Dažnai turi daug hidrofobinių aminorūgščių (valinas, metioninas, leucinas, izoleucinas). Jų struktūra labai panaši.

• Keratinai:

  • Alfa-keratinai: Būdingi plaukams, sudaro super-spirales. Atsparūs tempimui ir deformacijoms. Juose yra apie $10\%$ cisteino, kuris sudaro disulfidinius ryšius, suteikiančius tvirtumą. Alfa-keratinai gali būti ištempiami ir grįžti į pradinę formą. Jų skilimas (denatūracija) gali vykti dėl aukštos temperatūros.

  • Beta-keratinai: Būdingi paukščių plunksnoms, žvynams. Yra beta-struktūros (beta-klostės), mažiau atsparūs tempimui nei alfa-keratinai.

  • Struktūra: Alfa spiralės formuoja super-spirales, kurios toliau sudaro sudėtingesnes spirales ir galiausiai fibriles.

• Elastinas:

  • Turi ištįsusią, spiralinę kilpos struktūrą.

  • Sudaro apie $3\%$ glicino bei daug prolino ir hidroksiprolino.

  • Gali būti ištemptas $5-8$ kartus. Randamas odoje, plaučiuose, kraujagyslių sienelėse.

Kolagenas: sandara, sintezė ir katabolizmas

• Kolageno paplitimas: Sudaro apie $25-33\%$ visų organizmo baltymų. Daugiausiai randamas odoje ($60-70\%$ sausos masės), kauluose ($93\%$, sausos masės), kremzlėse ($4\%$), antakiuose, plaukuose, ragenoje.

• Aminorūgščių sudėtis: Daug prolino, hidroksiprolino ir hidroksilizino.

• Struktūra:

  • Sudarytas iš trijų alfa-spiralių, kurios susisuka į vadinamąjį tropokolageną.

  • Vienos alfa-spiralės posūkiui tenka maždaug trys aminorūgštys.

  • Kiekviena alfa-spiralė suformuoja tropokolageną. Tropokolageno molekulinė masė yra apie $300\,000$ daltonų.

  • Yra apie $5$ kolageno tipai, kurie skiriasi alfa-spiralių sudėtimi.

• Kryžminių ryšių susidarymas (kolageno tvirtumo pagrindas):

  • Šiuos ryšius formuoja fermentas liziloksidazė.

  • Reikalingos aminorūgštys hidroksiprolinas ir hidroksilizinas. Šios aminorūgštys susidaro iš prolino ir lizino, veikiant prolinhidroksilazei ir lizinhidroksilazei. Fermentų aktyvumui būtinas vitaminas C.

  • Vitamino C trūkumas: Sukelia skorbutą (silpni kaulai, lūžinėja kraujagyslės, gleivinės).

  • Kryžminių ryšių susidarymo procesas:

    1. Lizino radikalai, veikiant liziloksidazei, oksiduojami iki aldehidų.

    2. Aldehidai kondensuojasi su esančiais lizino arba hidroksilizino radikalais, suformuodami aldoliminius ryšius.

    3. Šie ryšiai vėliau sudaro sudėtingesnes struktūras, pavyzdžiui, hidroksipiridininius ryšius tarp lizino ir dviejų hidroksilizino radikalų, kurie suteikia kolageno skaidulai didelį tvirtumą.

  • Mikrofibrilės formuoja makrofibriles, pridedami dideli angliavandenilių fragmentai (glikozaminoglikanai, heteropolisacharidai), kurie suteikia papildomą tvirtumą.

• Kolageno sintezė:

  • Osteoblastai, keratoblastai, fibroblastai gamina polipeptidines grandines. Jos hidroksilinamos. Formuojasi triguba spiralė, vadinama prokolagenu, kuri yra didesnė už tropokolageną.

  • Prokolagenas apsaugomas nuo išsivyniojimo disulfidiniais ryšiais.

  • Sekrecijos metu fermentas prokolagenazė skaldo prokolageną į tropokolageną, pašalindamas signalinius peptidus.

• Kolageno katabolizmas:

  • Kolageno apykaita yra lėta. Bendras kiekis organizme mažėja su amžiumi.

  • Kolagenazės: Organizme sintetinamos neaktyvios. Aktyvuojamos, atskeliant peptidinį fragmentą (tam tikrais fermentais, specialiais aktyvatoriais arba kitais baltymais).

  • Aktyvuotos kolagenazės skaldo kolageną į mažesnes molekules (maždaug į ketvirtadalį ar trečdalį ilgio).

  • Kiti fermentai (pvz., tripsinas ir chimotripsinas, ar kai kurie makrofagų fermentai) hidrolizuoja mažesnius fragmentus iki aminorūgščių.

  • Kolageno katabolizmo rodiklis – hidroksiprolino kiekis šlapime. Padidėjusi jo koncentracija gali rodyti kaulų, kepenų ar kitų audinių pažeidimus.

• Ligos, susijusios su kolagenu:

  • Ehlerso-Danloso sindromas: Susijęs su kolageno I tipo alfa-spiralių genetine mutacija. Pasireiškia jungiamojo audinio sutrikimais (trapios kraujagyslės, pažeidiama skeleto diafragma).

  • Liziloksidazės sutrikimas: Sukeliamas sutrikusio liziloksidazės fermento aktyvumo. Liga vadinama Egler-Danlos sindromu. Pasireiškia skeleto deformacija, suminkštėjimu, didelių sąnarių pertempimu.

Plazmos baltymai ir jų frakcijos

• Bendras plazmos baltymų kiekis: Kraujyje yra apie $65-85 \, g/L$ baltymų.

• Elektroforezė: Naudojama baltymams atskirti pagal krūvį, masę ir formą. Dažniausiai gaunamos 5 frakcijos: albuminai, alfa-1 globulinai, alfa-2 globulinai, beta globulinai, gama globulinai.

Albuminai

• Sintezė: Kepenyse (apie $10 \, g$ per dieną).

• Molekulinė masė: Apie $69\,000$ daltonų. Sudaro apie $60\%$ visų plazmos baltymų.

• Funkcijos:

  • Osmosinio slėgio palaikymas: Dėl didelės koncentracijos reguliuoja vandens pasiskirstymą tarp kraujo ir audinių. Pakitusi albumino koncentracija gali sukelti edemą (skysčių kaupimąsi audiniuose).

  • Medžiagų transportas: Perneša riebalų rūgštis, bilirubiną, vitaminus, hormonus, kalcį, vaistus, tam tikrus toksinus.

  • Gynybinė funkcija: Jungiasi su įvairiomis medžiagomis, inaktyvuodami jas.

Alfa-1 Globulinų frakcija

• Alfa-1 antitripsinas ir alfa-1 antichimotripsinas: Inhibuoja proteolizinius fermentus (pvz., tripsiną, elastazę). Apsaugo audinius nuo fermentų, išsiskiriančių uždegimų ar traumų metu. Jų koncentracija padidėja uždegimo procesų metu.

• Retinolio jungiantysis baltymas: Transportuoja retinolį (vitamino A). Molekulinė masė apie $21\,000$ daltonų.

• Tiroksiną jungiantysis globulinas: Transportuoja tiroksiną (skydliaukės hormoną). Svarbūs hormono reguliacijai.

• Kortizolį jungiаntis baltymas (transkortinas): Transportuoja kortizolį, tam tikrus steroidinius hormonus.

• Transkobalaminas: Transportuoja vitaminą $B_{12}$.

• Protrombinas: Kraujo krešėjimo faktorius.

Alfa-2 Globulinų frakcija

• Ceruloplazminas:

  • Fermentas, pernešantis varį (iki $90\%$ viso vario organizme).

  • Turi antioksidacinių savybių (daro superoksiddismutazės funkciją), apsaugo organizmą nuo oksidacinės pažaidos, neutralizuodamas superoksido radikalus ($O_2^{\cdot-}$) (jungdamas elektronus ir jungdamas mažiau aktyvų vandenilis).

• Haptoglobinas:

  • Ūminės fazės baltymas, kurio koncentracija padidėja audinių pažeidimų metu.

  • Jungiasi prie laisvo hemoglobino, atsirandančio po eritrocitų irimo, ir perneša jį į kepenis.

• Antitrombinas III: Proteazių inhibitorius, inaktyvuoja trombiną ir kitus krešėjimo faktorius (faktorinį $X_a$). Slopina kraujo krešėjimą.

• Alfa-2 makroglobulinas:

  • Didelis baltymas, slopinantis įvairias endoproteazes (plazminą, tripsiną, insulinazę).

  • Slopina vėžinį poveikį ir komplemento sistemos komponentus.

• Alfa-2 HS-glikoproteinas: Dalyvauja kaulų mineralizacijoje. Jungiasi su kalcio ir fosfato jonais. Jo koncentracija padidėja uždegimų metu.

Beta Globulinų frakcija

• Transferinas:

  • Perneša geležį kraujyje (iki $30\%$ viso geležies kiekio).

  • Reguliuoja geležies koncentraciją, nes geležies jonai gali būti toksiški audiniams, oksiduodami molekules.

  • Jungdamas geležį, transferidas paverčia ją nepavojinga.

• Beta-lipoproteinai: Transportuoja lipidus (cholesterolį, trigliceridus) tarp audinių.

• Hemopeksinas: Jungiasi su hemu, atsilaisvinusiu iš hemo baltymų, ir perneša jį į kepenis. Slopina plazminogeno aktyvumą.

• Plazminogenas: Dalyvauja fibrino hidrolizėje, padeda suardyti susidariusius krešulius.

• Beta-2 mikroglobulinas: Leukocitų antigeno dalis.

• Komplemento komponentai: Dalyvauja imuninėse reakcijose, formuoja nespecifinį imunitetą. Jie skatina fagocitozę, skaldo ląsteles, virusus ir bakterijas (pvz., veikdami ląstelių membranes).

Gama Globulinų frakcija

• Imunoglobulinai (antikūnai):

  • Sintetinami plazminėmis ląstelėmis, kurios diferencijuojasi iš B limfocitų. Jų pagrindinė funkcija – kaupti ir susijungti su svetimkūniais (antigenais: virusais, bakterijomis ir jų toksinais).

  • Struktūra: Y-formos, sudaryta iš keturių polipeptidinių grandinių – dviejų sunkiųjų H (nuo angl. heavy) ir dviejų lengvųjų L (nuo angl. light) grandinių. Jos sujungtos disulfidiniais ryšiais.

  • Kintamosios sritys (domenai) lemia specifiškumą antigenų atpažinimui.

  • Imunoglobulinų tipai (pagal sunkiąsias grandines):

    • IgG: Sudaro apie $75\%$ visų imunoglobulinų (apie $12 \, mg/ml$ kraujo). Monomerinė struktūra. Lengvai praeina per placentą, todėl užtikrina vaisiaus imunitetą.

    • IgA: Gali būti monomerinis ar dimerinis. Randamas sekrecijose (seilėse, ašarose, piene, gleivinėse).

    • IgM: Pentamerinė struktūra (penki monomerai). Didžiausia molekulinė masė (apie $900\,000$ daltonų), randamas kraujyje. Svarbus pirminiam imuniniam atsakui.

    • IgE: Susijęs su alerginėmis reakcijomis.

    • IgD: Nedidelė koncentracija, funkcija iki galo neaiški.

  • Lengvosios grandinės tipai: Kapa ($\kappa$) ir Lambda ($\lambda$).

  • Molekulinė masė: Monomero apie $150\,000$ daltonų.

• Kita: Taip pat šioje frakcijoje gali būti aptinkami kai kurie fermentai (amilazė, piruvinoksidazė, kepenų fermentai). Patologijos atveju gali būti aptinkami monokloniniai baltymai.