Vai trò và chức năng của Protein huyết tương

Các loại protein chính xuất hiện trong huyết tương là albumin, globulin, và fibrinogen.

Một chức năng quan trọng của albumin là cung cấp áp suất keo trong huyết tương, ngăn sự mất huyết tương từ các mao mạch.

Các globulins thực hiện một số chức năng của enzym trong huyết tương, nó cũng rất quan trọng, nó chịu trách nhiệm chính cho cả hai khả năng đáp ứng miễn dịch tự nhiên và đáp ứng miễn dịch thu được của cơ thể chống lại các sinh vật xâm lấn.

Fibrinogen polymerize tạo thành fibrin trong đông máu, từ đó hình thành các cục máu đông giúp sửa chữa những chỗ rò rỉ của hệ thống tuần hoàn.

Sự hình thành Protein huyết tương. Về cơ bản tất cả các albumin và fibrinogen của protein huyết tương, cũng như khoảng 50-80% các globulin, được hình thành trong gan. Lượng globulin còn lại được tạo thành gần như hoàn toàn trong các mô bạch huyết, chủ yếu là các gamma globulin chúng là các kháng thể được sử dụng trong hệ thống mễn dịch. Tốc độ hình thành protein huyết tương của gan có thể cực kỳ nhanh hơn 30g/ngày. Một số bệnh gây mất nhanh các protein huyết tương, ví dụ: bỏng nặng làm tróc phần lớn bề mặt da có thể gây ra sự mất vài lít huyết tương qua các vùng da bị trúc mỗi ngày. Việc sản xuất nhanh các protein huyết tương do gan đảm nhiệm có vai trò trong việc ngăn ngừa tử xong ở các trường hợp như vậy. Đôi khi, một người có bênh thận nặng có thể mất đến 20 gram protein huyết tương qua nước tiểu mỗi ngày, và protein huyết thanh này phải tiếp tục được sản xuất thay thế bởi gan.

Ở những người bị bệnh xơ gan, một lượng lớn các mô sợi phát triển giữa các tế bào nhu mô gan làm giảm khả năng tổng hợp protein huyết tương. Hiện tượng này dẫn tới làm giảm áp suất keo gây phù nề toàn cơ thể.

Proteins huyết tương là một nguồn amio acid của mô. Khi các mô cạn kiệt protein, các protein huyết tương có thể hoạt động như một nguồn thay thế nhanh chóng. Thật vậy, protein toàn phần huyết tương có thể được hấp thu vào trong tế bào bởi các đại thực bào mô thông qua quá trình ẩm bào; trong các tế bào này, chúng được chia nhỏ thành các amino acid sau đó được vận chuyển trở ngược lại máu và được sử dụng trên khắp cơ thể để tạo thành protein tế bào ở những nơi cần chúng. Bằng cách này, các protein huyết tương có chức năng như một phương tiện dự trữ protein di động và đại diện cho một nguồn amino acid có thể dùng bất cứ khi nào mô cần.

Trạng thái cân bằng có phục hồi giữa các protein huyết tương và các protein mô. Một trạng thái cân bằng tồn tại giữa các protein huyết tương, các amino acid huyết tương với protein mô. Trên cơ sở nghiên cứu theo dõi, người ta ước tính rằng bình thường khoảng 400g protein cơ thể là được tổng hợp và thoái hóa mỗi ngày như một hệ thống lưu thông liên tục của các amino acid giữa các loại protein khác nhau trong cơ thể. Ngay cả trong khi đói hay bệnh suy nhược nghiêm trọng, tỷ lệ tổng protein mô so với lượng protein huyết tương trong cơ thể vẫn ở mức tương đối khoảng 33: 1.

Hình. Cân bằng thuận nghịch giữa các protein mô, protein huyết tương và axit amin huyết tương.

Bởi vì trạng thái cân bằng đảo ngược giữa các protein huyết tương và các protein khác của cơ thể, nên một trong những phương pháp điều trị hiệu quả nhất cho sự thiếu hụt protein nặng, cấp tính là truyền tĩnh mạch protein huyết tương. Chỉ trong vòng vài ngày hoặc đôi khi trong vòng vài giờ, các amino acid của hệ thống protein được phân phối tới các tế bào của cơ thể tạo thành các protein mới khi cần.

Amino Acids thiết yếu và không thiết yếu. Mười trong số các amino acid thường có trong protein động vật có thể được tổng hợp trong tế bào, trong khi 10 amino acid còn lại khổng thể tự tổng hợp được hoặc chỉ tổng hợp được với một lượng nhỏ so với nhu cầu của cơ thể. Nhóm thứ hai này gồm các amino acid không tự tổng hợp được gọi là các amino acid thiết yếu. Sử dụng từ “thiết yếu” không có nghĩa rằng 10 amino acid tự tổng hợp được không cần thiết cho sự hình thành protein mà chỉ nói rằng những acid amino đó không cần thiết trong chế độ ăn uống, vì chúng có thể được tổng hợp trong cơ thể.

Sự tổng hợp các amino acid không thiết yếu phụ thuộc chủ yếu vào sự hình thành các α keto acids, đó là tiền thân của các amino acid tương ứng. Ví dụ, pyruvic acid, được tạo thành với số lượng lớn trong thời gian đường phân của glucose, là keto acid tiền thân của amino acid alanine. Sau đó, nhờ quá trình transamination, một gốc amino được chuyển đến cho các α keto acid, và phân tử oxy keto sẽ được chuyển tới các nguồn cung cấp gốc amino. Chú ý rằng các gốc được chuyển đến các acid pyruvic từ một hóa chất khác sẽ được liên kết chặt chẽ với các amino acids glutamine. Glutamine có mặt trong các mô với số lượng lớn, và một trong những chức năng chính của nó là để phục vụ như một kho gốc amin. Ngoài ra, các gốc amin có thể được chuyển từ asparagine, glutamic acid, và aspartic acid.

Hình. Tổng hợp alanin từ axit pyruvic bằng cách chuyển hóa.

Transamination được xúc tác bởi một số enzymes, trong đó có các aminotransferases, nó là dẫn suất của pyridoxine, một trong những vitamin B (B6). Nếu không có vitamin này, các acid amin được tổng hợp kém và sự tạo thành protein không bình thường.

Sử dụng protein để tạo năng lượng

Khi các tế bào được dự trữ đầy protein, thì khi bất kì một amino acid nào trong dịch cơ thể có thể được thoái hóa và sử dụng cung cấp năng lượng hoặc được dự trữ chủ yếu dưới dạng chất béo hoặc thứ yếu dưới dạng glycogen. Sự thoái hóa này xảy ra gần như hoàn toàn ở gan, và nó bắt đầu với việc khử amin.

Khử amin – cắt nhóm amin từ Amino Acids. Khử amin xảy ra chủ yếu bởi sự vận chuyển nhóm amin, có nghĩa là chuyển nhóm amin tới một số chất nhận nó. Quá trình này là đảo ngược của quá trình gắn gốc amin, để giải thích nó trước tiên nói đến việc tổng hợp các acid amin.

Một phần lớn quá trình khử amin xảy ra theo lược đồ vận chuyển amin sau đây:

Lưu ý từ lược đồ trên là nhóm amin từ amino acid được vận chuyển tới αketoglutaric acid, và bi ến nó thành acid glutamic. Acid glutamic có thể chuyển nhóm amin tới một chất khác hoặc giải phóng nó dưới dạng cấu trúc amoniac (NH3). Trong quá trình cắt nhóm amin, acid glutamic lại quay trở lại thành αketoglutaric acid, vì vậy chu kỳ có thể được lặp đi lặp lại nhiều lần. Để bắt đầu quá trình này, các amino acid dư thừa trong các tế bào, đặc biệt trong gan, gây kích hoạt số lượng lớn enzym aminotransferases, nó là các enzym chịu trách nhiệm chủ yếu khởi đầu khử amin.

Ure được hình thành bởi Gan. Amoniac được giải phóng trong quá trình khử amin của amino acid được lấy từ máu hầu hết được chuyển thành ure. Hai phân tử amoniac và một phân tử carbodioxide kết hợp được mô tả trong phản ứng sau:

Về cơ bản tất cả ure trong cơ thể được tổng hợp ở Gan. Trong trường hợp thiếu gan hoặc ở những người bị bệnh gan nghiêm trọng, amoniac sẽ tích tụ trong máu. Sự tích tụ amoniac này gây độc nghiêm trọng, đặc biệt với não, và có thể dẫn đến một tình trạng gọi là hôn mê gan (hepatic coma).

Các giai đoạn trong quá trình hình thành ure:

Sau khi được tạo thành, ure khuếch tán từ các tế bào gan vào dịch cơ thể và được đào thải qua thận.

Quá trình oxy hóa khử amin Amino Acids. Khi các amino acid đã bị khử amin, kết quả tạo ra các acid keto, trong hầu hết các trường hợp, nó bị oxy hóa để giải phóng năng lượng cho quá trình trao đổi chất. Quá trình oxy hóa này thường liên quan đến hai quá trình liên tiếp: (1) Acid keto acid được thay đổi thành một chất hóa học thích hợp có thể đi vào chu trình citric, và (2) chất này được phân hủy trong chu trình và được sử dụng tạo năng lượng giống như là acetyl coenzyme A (acetyl­CoA) có nguồn gốc từ carbohydrate và lipid. Nhìn chung, số lượng adenosine triphosphate được hình thành từ mỗi gram protein bị oxy hóa ít hơn so với lượng gram glucose bị oxy hóa.

Gluconeogenesis and Ketogenesis. Một số acid amino khử amin tương tự như các chất thường được sử dụng trong tế bào, chủ yếu là các tế bào gan, để tổng hợp glucose hoặc acid béo. Ví dụ, alanin khử amin là acid pyruvic, có thể được chuyển đổi thành một trong hai con đường glucose hoặc glucogen. Ngoài ra, nó còn có thể được chuyển thành acetylCoA, mà sau đó có thể được polime hóa tạo thành acid béo. Hơn nữa, hai phân tử acetylCoA có thể kết hợp với nhau tạo thành acid acetoacetic, là một trong những thể ceton.

Quá trình chuyển các amino acid thành glucose hoặc glycogen được gọi là gluconeogenesis, quá trình chuyển đổi amino acid thành acid keto hoặc acid béo được gọi là ketogenesis. Trong số 20 acid amin khử amin, có 18 phân tử có cấu trúc hóa học cho phép chúng chuyển đổi thành glucose, và 19 phân tử trong số đó có thể chuyển đổi thành acid béo.

Sự thoái hóa bắt buộc của Protein

Khi khẩu phần ăn của một người không có protein, thì một tỷ lệ nhất định protein cơ thể sẽ thoái hóa thành amino acid và sau đó chúng bị khử amin và oxy hóa. Quá trình này xảy ra với 20-30 gram protein mỗi ngày, nó được gọi là sự thoái hóa bắt buộc của protein (obligatory loss of proteins). Vì vậy, để ngăn chặn sự mất protein của cơ thể, trung bình mỗi người phải ăn một lượng khoảng 20-30 gram protein mỗi ngày, ngoài ra lượng protein này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm cả khối lượng cơ, hoạt động, và tuổi; vì vậy để đảm bảo mức độ an toàn,mỗi người được khuyến nghị tối thiểu nên dùng 60-75 gram mỗi ngày.

Tỷ lệ các loại amino acid khác nhau trong khẩu phần protein phải giống tỷ lệ trong mô cơ thể nếu toàn bộ protein là hoàn toàn có thể được sử dụng để tạo thành cấu trúc protein mới trong các mô. Nếu một loại amino acid thiết yếu nào đó có nồng độ thấp, thì những amino acid khác trở nên không sử dụng được bởi vì các tế bào tổng hợp toàn bộ các protein hoặc không tổng hợp gì cả. Các amino acid không thể sử dụng được sẽ bị khử amin và oxy hóa. Một protein có tỷ lệ các amino acid khác so với protein trung bình của cơ thể được gọi là protein một phần hay là một protein không hoàn chính, và một protein như vậy có ít quá trị dinh dưỡng hơn là một protein toàn phần hoàn chỉnh.

Ảnh hưởng đói lên sự giáng chức protein. Ngoại trừ 20-30 gram protein thoái hóa bắt buộc mỗi ngày, cơ thể sử dụng hầu như hoàn toàn carbohydrates hoặc chất béo để tạo năng lượng, khi chúng có sẵn. Tuy nhiên, sai vài tuần vì đói, khi lượng carbohydrates và chất béo dự trữ bắt đầu được sử dụng, các amino acid trong máu nhanh chóng được khử amin và oxy hóa tạo năng lượng. Từ thời điểm đó, các protein của mô sẽ thoái hóa nhanh chóng khoảng 125 gram mỗi ngày, và chức năng của tế bào nhanh chóng giảm đi. Bởi vì carbohydrates và chất béo thường được ưu tiên để tạo năng lượng hơn là sử dụng protein, nên carbohydrates và chất béo được gọi là các protein thay thế.