Appunti di BIOCHIMICA – a cura di fabio Zonin
4 - IL SANGUE
IL SANGUE
Il sangue è un sistema di trasporto e distribuzione attraverso il corpo. Esso rifornisce i tessuti di
nutrienti essenziali e O2 e contemporaneamente rimuove i prodotti di scarto. Il sangue è composto da
una soluzione acquosa contenente molecole di diverse dimensioni ed elementi cellulari. Alcuni di
questi componenti hanno un ruolo fondamentale nella difesa contro attacchi esterni e nella
riparazione di tessuti danneggiati.
PLASMA E SIERO
Il plasma è il supernatante ottenuto dalla centrifugazione di un campione di sangue, trattato con un
anticoagulante, oppure lasciato coagulare (tempo richiesto: 35-40 minuti) e successivamente
centrifugato. Gli anticoagulanti più comuni sono la litio-eparina e l’acido etilendiaminotetracetico
(EDTA
EDTA).
EDTA L’eparina impedisce la coagulazione legando la trombina, l’EDTA ed il citrato legano gli ioni
Ca2+ e Mg2+ interferendo con gli enzimi Ca/Mg dipendenti che convertono protrombina e
tromboplastina in trombina. Quando il sangue + raccolto per una trasfusione si utilizza
preferenzialmente il citrato come anticoagulante perché esso non altera i valori della coagulazione ed
i suoi efetti sono annullati da Ca. durante la coagulazione il fibrinogeno è convertito in fibrina per
l’azione proteolitica della trombina, perciò la principale differenza fra plasma e siero è l’assenza del
fibrinogeno in quest’ultimo. Il plasma è l’ambiente naturale delle cellule del sangue, ma molte analisi
chimiche vengono effettuate sul siero.
siero
ELEMENTI FIGURATI DEL SANGUE
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4 - IL SANGUE
Appunti di BIOCHIMICA – a cura di fabio Zonin
Eritrociti
Non sono classificati come vere e proprie cellule in quanto non possiedono il nucleo e gli organuli
intracellulari. Essi sono infatti residui cellulari contenenti specifiche proteine e ioni, presenti in
concentrazioni anche molto elevate. Gli eritrociti sono il prodotto finale dell’eritropoiesi del midollo
osseo, un processo regolato dall’eritropoietina prodotta dai reni. L’emoglobina è sintetizzata dai
precursori degli eritrociti, gli eritroblasti e i reticolo citi, tramite un processo controllato dalla
concentrazione dei gruppi eme, la cui sintesi comporta il legame con un atomo di ferro in forma
ridotta (Fe
Fe2+) ai 4 atomi di N dell’anello porfirinico dell’eme. Gli eritrociti trasportano O2 e rimuovono
CO2 e ioni H+. Non avendo organuli intracellulari, gli eritrociti non sono in grado di sintetizzare
proteine, ed hanno perciò un tempo di vita limitato a circa 60-120 giorni, trascorsi i quali vengono
catturati e distrutti nella milza.
Leucociti
La loro principale funzione è di
proteggere l’organismo dalle infezioni.
La maggior parte dei leucociti è prodotta
nel midollo osseo, alcuni nel timo,
mentre altri maturano all’interno di
tessuti diversi. I leucociti possono
controllare la loro stessa produzione
secernendo nel sangue peptidi segnale
che successivamente agiscono sulle
cellule staminali del midollo osseo. I
leucociti hanno la capacità di migrare al
di fuori del circolo sanguigno verso i
tessuti.
Trombociti
I trombociti o piastrine non sono vere e proprie cellule, bensì frammenti cellulari derivati dai
megacariociti che risiedono nel midollo osseo. Le piastrine giocano un ruolo chiave nella
coagulazione del sangue.
LE PROTEINE DEL PLASMA
Le proteine del plasma possono essere classificate in 2 gruppi: quelle sintetizzate dal fegato,
fegato fra cui
l’albumina
albumina,
albumina e quelle prodotte
prodotte dalla plasmacellule nell’ambito della risposta immunitaria,
immunitaria le
immunoglobuline.
immunoglobuline Molte proteine plasmatiche sono in grado di legare particolari molecole con alta
affinità e specificità. Tali proteine agiscono come riserva di queste molecole e, trasportandole ai
tessuti, ne controllano la disponibilità e la distribuzione. Il legame ad una proteina plasmatica può
rendere un composto tossico meno nocivo per i tessuti.
La funzione del laboratorio di analisi chimico fisiche
Il laboratorio esegue un elevato numero di analisi biochimiche sui liquidi corporei, che possono
fornire risposte a specifici problemi clinici riguardanti il paziente. Le analisi sono dunque richieste
come aiuto nella formulazione della diagnosi o per il trattamento di specifiche condizioni. La maggior
parte dei campioni analizzati da un laboratorio sono mediamente costituiti da sangue od urine. Alcune
analisi sono effettuate sul sangue intero, mentre per la determinazione della maggior parte delle
molecole e degli ioni è preferibile utilizzare il plasma o il siero.
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4 - IL SANGUE
PROTEINE DI TRASPORTO E LORO LIGANDI
PROTEINE
LIGANDI
LEGANO I CATIONI
Albumina
Cationi bivalenti e trivalenti (Cu2+,Fe3+)
Ceruloplasmina
Cu2+
Transferrina
Fe3+
LEGANO GLI ORMONI
Globulina che lega gli ormoni tiroidei (TBG)
Tiroxina (T4), Tri-iodotironina (T3)
Globulina che lega il cortisolo (CBG)
Cortisolo
Globulina che lega gli ormoni sessuali (SHBG) Androgeni (testosterone), Estrogeni (estradiolo)
LEGANO EMOGLOBINA/PROTOPORFIRINA
Albumina
Eme, bilirubina, biliverdina
Aptoglobina
Dimeri di emoglobina
LEGANO GLI ACIDI GRASSI LIBERI
Albumina
Acidi grassi liberi, steroidi
Albumina
Rappresenta il 50% (circa 35-45 g/l) delle proteine del plasma
ed è la principale proteina plasmatica priva di funzioni
enzimatiche od ormonali. È una delle più piccole proteine del
plasma, con un peso molecolare di circa 66 KDa. Data la sua
natura polare è estremamente solubile in acqua. A pH 7,4
l’albumina è un anione con circa 200 cariche negative per
molecola; questa caratteristica consente all’albumina di
interagire con numerosi ligandi. L’albumina è presente in grosse
quantità nell’organismo (4-5 g/Kg di peso corporeo) e circa il
38% è localizzato nel sistema vascolare; essa gioca dunque un
ruolo chiave nel controllo della pressione osmotica. L’albumina
è caratterizzata da una velocità di sintesi di circa 1415g/giorno, strettamente influenzata dallo stato nutrizionale, in
particolare dalla disponibilità di aminoacidi. Il tempo di vita
dell’albumina è di circa 20 giorni, e la sua degradazione avviene
mediante pinocitosi a livello di tutti i tessuti. L’albumina, oltre a
essere una proteina di riserva in condizioni di digiuno ed un
importante regolatore dell’osmolarità,
dell’osmolarità è anche la principale
proteina di trasporto.
trasporto Essa è infatti la principale proteina
plasmatica responsabile del trasporto di acidi grassi idrofobici,
idrofobici
bilirubina e farmaci.
farmaci L’albumina rende infatti solubile in fase
acquosa una serie di sostanze eterogenee, fra cui gli acidi
grassi a catena lunga, gli steroli e svariati composti sintetici.
Attraverso il legame l’albumina facilita infatti la solubilizzazione ed il trasporto di acidi grassi
altamente idrofobici quali l’acido stearico, l’acido oleico e l’acido palmitico. L’albumina lega anche la
bilirubina, trasportandola dal sistema reticolo-endoteliale al fegato e neutralizzandone
contemporaneamente i possibili effetti tossici. L’albumina è inoltre in grado di legare numerosi
farmaci, quali i saliciati, i barbiturici, i sulfamidici, la penicillina e la warfarina. Essendo generalmente
le interazioni fra albumina e farmaco deboli, i farmaci legati possono essere rilasciati da sostanze che
competono per il sito di legame. L’albumina favorisce dunque non solo la solubilizzazione del
farmaco, ma ne regola anche la quantità in forma libera e quindi farmacologicamente attiva.
L’albumina non è comunque essenziale per la sopravvivenza umana.
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4 - IL SANGUE
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Proteine che trasportano ioni metallici
Inel plasma il ferro è trasportato come ione ferrico
(Fe
Fe3+) in forma legata alla transferrina.
transferrina Il
complesso ferro-fransferrina si lega poi ad uno
specifico recettore cellulare, viene internalizzato e,
successivamente, il ferro è liberato nel citosol.
Nella cellula il ferro può essere utilizzato nella
sintesi di proteine contenenti il gruppo eme o può
essere depositato in siti di accumulo sottoforma di
ferritina o emosiderina. Il legame del Fe3+ alla
transferrina svolge un’azione protettiva nei
confronti degli effetti tossici di questo ione.
Ferritina
È il principale composto deputato all’accumulo di
ferro in quasi tutte le cellule del corpo. Nel fegato e
nel midollo osseo la ferritina funziona come una
riserva di ferro. Nel plasma la concentrazione di
ferritina è proporzionale alla quantità di ferro
accumulato e pertanto la valutazione della ferritina
plasmatica è uno dei migliori indicatori di carenza di
ferro.
Emosiderina
È un derivato della ferritina e si trova nel fegato,
nella milza e nel midollo osseo. Non è solubile in
acqua e forma aggregati che rilasciano lentamente il ferro in caso di carenza di questo ione.
Ceruloplasmina
È la principale proteina di trasporto per il rame. Essa partecipa al trasporto del rame dal fegato ai
tessuti periferici, ma è anche essenziale in altri processi quali la regolazione di reazioni di
ossidoriduzione e il trasporto e l’utilizzazione del ferro.
Immunoglobuline
Le immunoglobuline sono proteine prodotte in risposta a sostanze estranee, gli antigeni.
antigeni Il sistema
immunitario è costituito da 2 entità diverse che coinvolgono linfociti diversi: i linfociti T,
T derivanti dal
timo, che sovraintendono alla risposta immunitaria cellulocellulo-mediata ed hanno una funzione
regolatoria, ed i linfociti B che producono e secernono gli anticorpi (immunoglobuline
immunoglobuline).
immunoglobuline Gli anticorpi
sono proteine sintetizzate dal sistema immunitario che presentano una particolare specificità per una
sostanza estranea (immunogeno
immunogeno)
immunogeno che ne ha stimolato la sintesi. Tutte le sostanze in grado di
stimolare la sintesi degli anticorpi sono denominate immunogeni, mentre qualsiasi altra molecola che
può essere legata da un anticorpo prende il nome di antigene. Le immunoglobuline sono un gruppo
eterogeneo di molecole, in grado di riconoscere e reagine con una’ampia varietà di antigeni specifici
(epitopi
epitopi)
epitopi per dare origine ad una cascata di eventi che comportano l’eliminazione dell’antigene
stesso. Alcune immunoglobuline hanno anche altre funzioni aggiuntive; ad esempio le IgG sono
coinvolte nell’attivazione del complemento.
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4 - IL SANGUE
Struttura delle immunoglobuline
Tutte le immunoglobuline presentano una struttura
simile, a forma di Y, composta da 2 catene pesanti e 2
catene leggere. Le immunoglobuline contengono 2
subunità identiche chiamate catene pesanti (catene
catene H)
H e
2 subunità identiche fra loro, ma più piccole delle catene
H, chiamate catene leggere (catene
catene L).
L esistono diversi
tipi di catene H che contraddistinguono diverse classi di
immunoglobuline: IgG, IgA, IgM, IgD e IgE, che
presentano rispettivamente la catene H di tipo γ, α, µ,
δ, ed ε. Le catene L sono invece solo di 2 tipi, chiamati
κ e λ. Entrambe possono essere presenti in ciascuna
classe di Ig, ma ciascuna molecola di Ig contiene catena
L dello stesso tipo. I domini N-terminali delle catene H
ed L presentano una regione con sequenza aminoacidica
variabile (regione
regione V),
V da cui combinazione deriva la
specificità antigenica. Entrambe le regioni H e L sono
indispensabili per l’attività dell’anticorpo, poiché le
regioni V delle catene H e L sono fisicamente vicine e
formano una tasca funzionale nella quale si adatta
l’epitopo. Questa regione della molecola è chiamata
regione di riconoscimento dell’antigene (Fab2). Il
dominio immediatamente adiacente alla regione V è, sia
nelle catene H che L, molto meno variabile. La rimanente
Parte della catena H presenta un’altra regione costante (regione
regione Fc),
Fc costituita da una porzione con
funzione di cerniera e da altri 2 domini. Questa regione costante è responsabile dell’attivazione del
complemento. In seguito al legame di un antigene all’immunoglobulina, un cambio di conformazione
viene trasmesso, attraverso la regione di cerniera, alla regione Fc, che viene attivata.
Principali immunoglobuline
IgG - Sono le immunoglobuline più comuni, proteggono gli spazi intratissutali e sono in grado di
passare liberamente attraverso la placenta.
placenta Hanno una massa molecolare di circa 160 KDa ed
hanno una struttura composta da 2 catene H e 2 catene L unite fra loro da un numero variabile di
ponti disolfuro. Le varie catene H di tipo γ presentano diversità strutturali e antigeniche, cosicché
le IgG sono distinte in varie sottoclassi in funzione del tipo di catena γ presente. Le IgG
rappresentano circa il 75% delle Ig presenti negli adulti ed hanno una vita media di 22 giorni. Esse
sono presenti in tutti i fluidi extracellulari e mediano l’eliminazione di piccole proteine antigeniche
solubili mediante la formazione di aggregati che inducono la successiva fagocitosi da parte del
sistema reticolo-endoteliale. A partire dalla 18°-20° settimana di gravidanza le IgG sono
trasportate attivamente attraverso la placenta e forniscono l’immunità umorale al feto ed al
neonato prima della maturazione del proprio sistema immunitario.
IgA - Sono ampiamente presenti nelle secrezioni e rappresentano una barriera antisettica di
protezione per le mucose.
mucose Esse hanno una catena H simile alla catena di tipo γ delle IgG e la
catene di tipo α possiedono una regione addizionale di 18 aminoacidi all’estremità C-terminale
che permette il legame di una catena di giunzione (catena
catena I).
I questo piccolo polipeptide acido di
129 aminoacidi è sintetizzato dalla plasmacellule e permette la formazione di dimeri di IgA di
secrezione. Spesso le IgA sono associate in modo non covalente anche ad un polipeptide di 71
KDa ampiamente glicosilato, detto componente secretoria., sintetizzato dalla cellule delle mucose
ed in grado di proteggere le IgA dalla digestione proteolitica. Le IgA rappresentano il 7-15% delle
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4 - IL SANGUE
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Ig del plasma ed hanno una vita media di 6 giorni. Sono presenti, soprattutto in forma dimerica,
nelle secrezioni intestinali, bronchiali e delle ghiandole parotidi, e rappresentano uno dei
componenti principali del colostro. Le IgA rappresentano una prima barriera immunitaria contro
l’invasione delle membrane delle mucose da parte di agenti patogeni, inducono la fagocitosi,
causano la de granulazione degli eosinofili, e attivano il complemento.
IgM - Sono presenti solo nello spazio intravascolare e partecipano all’eliminazione di antigeni
circolanti e di microorganismi. Le IgM sono polivalenti ed hanno un elevato peso molecolare. Esse
hanno una struttura generale simile alle IgA, ma presentano un dominio aggiuntivo sulle catene H
che permette il legame di catene J che conferiscono alle IgM la capacità di polimerizzare. Le IgM
normalmente circolano come pentameri uniti sia da ponti disolfuro che da catene J, ed aventi una
massa molecolare di circa 971 KDa . le IgM rappresentano il 5-10% delle Ig circolanti ed hanno
una vita media di 5 giorni. A causa della loro natura polimerica e della loro massa molecolare, esse
sono presenti quasi esclusivamente nello spazio intravascolare. Le IgM sono i primi anticorpi che
vengono sintetizzati in seguito ad uno stimolo antigenico.
IgD - Rappresentano recettori di superficie per gli antigeni sui linfociti BB. Esse si differenziano
dalle altre immunoglobuline per il lor elevato contenuto di carboidrati dovuto alla presenza di
numerose catene oligosaccaridi che causano un aumento della loro massa molecolare fino a 190
KDa. Le catena H di tipo δ sono caratterizzate dalla presenza di un solo ponte disolfuro intercatena
e da una regione cerniera particolarmente lunga e sensibile alla proteasi. Le IgD rappresentano
meno dello 0,5% delle Ig circolanti e la loro funzione non è ancora completamente nota.
Rappresentano un componente di membrana delle cellule B mature, ed è dunque probabile che
esse giochino un ruolo nella risposta agli antigeni.
IgE – Sono presenti solo in tracce, legano l’antigene e promuovono il rilascio di amine vasoattive
da parte dei mastociti. Le igE presentano una catena H particolare di tipo ε costituita da 5, anziché
4 domini. Le IgE non legano le catene J e non polimerizzano. In virtù della lunghezza delle catene
H hanno una massa molecolare di circa 200 KDa. Le IgE interagiscono con alta affinità con recettori
presenti su mastociti e sui basofili. Il legame delle regioni Fab2 con l’antigene induce
l’oligomineralizzazione di questi recettori ed il conseguente rilascio di amine vasoattive dai granuli
intracellulari. Le IgE hanno un ruolo fondamentale nei fenomeni allergici, nelle reazioni di
ipersensibilità, e mediano l’immunità antiparassitaria.
Immunoglobuline
Immunoglobuline monoclonali
monoclonali - Sono il prodotto della proliferazione clonale di una singola cellula
B e derivano da tumori benigni o maligni di questa cellula. Ciò comporta la produzione di anticorpi
identici. Il fatto che le immunoglobine monoclonali siano assolutamente identiche fra loro permette
di individuare, mediante analisi elettroforetica seguita da colorazione delle proteine, una singola
banda sottile e intensa nella regione gamma (banda della paraproteina). Le immunoglobuline
monoclonali sono associate a diverse patologie maligne quali il mieloma e la macrobulinemia di
Waldenstrom e sono osservabili in trasformazioni neoplastiche benigne generalmente indicate
come gammopatie monoclonali di significato incerto (MGUS
MGUS).
MGUS
LA REAZIONE DELLA FASE ACUTA DELLA
DELLA PROTEINA CC-REATTIVA
È una risposta non specifica a stimoli quali danni tissutali o infezioni e coinvolge diverso organi e
tessuti. Durante la fase acuta si osserva una caratteristica serie di cambiamenti nell’espressione di
alcune proteine. Si assite infatti, in particolare nel fegato, ad uno spiccato aumento della sintesi di
alcune proteine, accompagnato dalla diminuzione delle concentrazione plasmatica di altre. L’aumento
della sintesi di alcune proteine, quali gli inibitori di proteasi (α-antitripsina), fattori della
coagulazione (fibrinogeno, protrombina), elementi del complemento e la proteina C-reattiva (CRP
CRP),
CRP
offre un chiaro beneficio clinico. La sintesi di albumina, transtiretina (prealbumina) e transferrina
diminuisce durante la reazione alla fase acuta, e partanto queste molecole sono indicate come
elementi negativi della fase acuta.
acuta La CRP è il principale componente della reazione della fase acuta
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4 - IL SANGUE
ed un marcatore delle infezioni batteriche. Questa proteina è sintetizzata dal fegato, ha un peso
molecolare di circa 130KDa ed è costituita da 5 subunità. Generalmente è presente in quantità molto
piccole, (<1mg/l nel siero normale) ed è probabilmente coinvolta nel legame di sostanze estranee
come polisaccaridi, fosfolipidi e complessi polianionici e nell’attivazione del complemento. Un test
specifico per la CRP può evidenziare minime variazioni nella concentrazione della stessa. Variazioni
molto piccole della CRP, molto più piccole di quelle che si osservano durante un’infezione acuta,
sembrano essere correlate con uno stato di infiammazione cronica di basso grado che può essere
associata, per esempio, ad un aumentato rischio di attacco cardiaco. Altre condizioni infiammatorie,
come malattie intestinali, diabete di tipo 2 e le sindromi metaboliche conseguenti, aneurisma aortico
addominale e prematura rottura delle acque durante il parto sono stati associati a queste piccole
variazioni della concentrazione del CRP del siero.
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4 - IL SANGUE
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