Eine Reise durch die Physiologie - Wie der Körper des Menschen funktioniert
 

Die Proteinkonzentration im Blutplasma beträgt etwa 70 g/l. Plasmaproteine werden nach ihrer elektrischen Ladung (elektrophoretischen Beweglichkeit) in Albumine sowie α, β- und γ-Globuline eingeteilt. Sie werden vor allem von Leberparenchymzellen (Albumin, meiste Globuline) und Immunsystem (γ-Globuline) gebildet und haben vielerlei Funktionen: Pufferung, onkotischer Effekt (vor allem Albumin), Abwehr (γ-Globuline sind Immunproteine), Steuerung (Hormone, Zytokine), Gerinnung und Fibrinolyse, Transport, enzymatische Aktivität. Für den Lipidtransport werden Proteine benötigt, weil fettlösliche Substanzen sonst nicht mit dem Blut befördert werden könnten. Die Fette lagern sich an geeignete Stellen der Eiweißmoleküle an, das Resultat sind Lipoproteine, die auch transportoptimierte Molekülanordnungen aufweisen. Plasmaproteine haben eine bestimmte - nach Proteinfraktion unterschiedliche - Lebensdauer (biologische Halbwertszeit), nach deren Ablauf sie abgebaut werden. Geschieht dies in gleichem Ausmaß wie die Neusynthese, bleibt die Konzentration im Blut unverändert (Fließgleichgewicht). Globuline sind meist glykosyliert, Verlust ihrer Sialinsäure markiert sie für den Abbau durch endotheliale Neuraminidase. Sialinsäureloses Protein wird von Leberzellen aufgenommen und verwertet. Der Abbau des Albumins ist anders gesteuert, es ist nicht glykosyliert und wird vermutlich renal eliminiert, abhängig von onkotischem Effekt und Blutvolumen.

       Die Osmolalität des Blutplasmas beträgt ~290 mOsm/l, der osmotische Druck ~750 kPa (zu 96% durch Kochsalz verursacht), der kolloidosmotische ~3,3 kPa (hauptsächlich durch Albumin).

       Die Massendichte (Masse / Volumen) des Blutplasmas beträgt (bei Körpertemperatur) 1020 g/l (in erster Linie abhängig von der Eiweißkonzentration, s. Tabelle unten), sodass die dichteren Blutkörperchen (Leukozyten ~1050 g/l, Erythrozyten ~1090 g/l) bei Einwirken eines Schwerefeldes zur Sedimentation neigen (Blutsenkung).
 

Abbildung: Anteile am Blutplasma (bezogen auf die Masse)

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Zum Vergleich: Molare Konzentrationen s. dort

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Blutplasma enthält - bezogen auf die Masse seiner Bestandteile - ~90% Wasser, 7% Protein, ~1% Glucose, 0.9% Elektrolyte, ~0,7% Fett.

Blutkörperchen (Erythrozyten, Leukozyten, Thrombozyten) weisen eine höhere Proteinkonzentration als das Blutplasma auf, sind deshalb dichter (Dichte = Masse / Volumen) und sinken in ruhendem Blut nach unten, was mehrere Stunden in Anspruch nimmt (Blutsenkung), nach nur einer Stunde jedoch bereits zu validen Werten führt. Der Vorgang der dichteabhängigen Entmischung kann durch Zentrifugation beschleunigt werden (Blutzentrifuge), wie dies zur Gewinnung von Plasma bzw. Blutkörperchenkonzentrat sowie zur klassischen Hämatokritbestimmung genutzt wird.

Blut hat (je nach Hämatokrit) eine Dichte von etwa 1040-1055 g/l (37°C - s. Tabelle unten). Im Kreislauf bleiben die Blutkörperchen in Schwebe, durch Blutströmung und elektrostatische Abstoßung bedingt. Blutplasma enthält mehr als tausend verschiedene Molekülarten unterschiedlicher Größe, Form, elektrischer Ladung und Funktion.

Zur Immunglobulin-Superfamilie (IgSF) s. dort

 
Proteinabbau, Sialinsäure, Neuraminidase
 

Abbildung: Glykoproteinabbau
Nach einer Vorlage bei Horn, Biochemie des Menschen, 5. Aufl. 2012, Thieme Stuttgart / New York

Sialinsäuren schützen Proteine vor dem Abbau durch Proteasen. Die Mehrzahl extrazellulärer Proteine ("Plasmaproteine") verfügen über Sialinsäure, die mittels Galactose an der Peptidkette angeheftet ist. Sialylasen der Gefäßwände, wie die Neuraminidase, können die Sialinsäure entfernen und die Galactose liegt frei. Diese Stelle wird von Asialo-Glykoprotein-Rezeptoren - diese finden sich an Leberzellen - erkannt, gebunden und endozytiert.
 
Resultat ist die Entfernung "gealterten" Proteins aus dem Kreislauf

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       Die meisten Globuline sind Glykoproteine. Auf ihnen haften Zuckerreste, an deren endständigen Galactosemolekül Sialinsäure (NANA = N-Acetyl-Neuraminsäure) angebracht ist. Die Innenwand der Blutgefäße verfügt über ein Enzym (Neuraminidase), das die Sialinsäure entfernt (Abbildung). Auf diese Weise werden die betreffenden Moleküle als "gealtert" markiert. Wie bald das passiert, ist genetisch determiniert - es hängt von der Dichte an Sialinsäureresten und der Umgebung der Glykosylierung ab. Daraus resultiert die Tatsache, dass Proteine unterschiedliche biologische Halbwertszeiten aufweisen.
 
Das Nichtvorhandensein der NANA - und das Freiliegen der darunterliegenden Galactose - erkennen wiederum Rezeptoren auf Leberzellen. Diese haben den etwas umständlichen Namen Asialoglykoprotein-Rezeptoren (a - Sial..) - oder auch "Galactoserezeptoren". Die Hepatozyten binden, endozytieren und zerlegen dann das sialinsäurelose Protein.
 
Wie andere Zellen, tragen auch Erythrozyten Sialinsäure auf ihrer Oberfläche - je älter sie sind, desto weniger (im Laufe ihres Lebens verlieren Erys immer mehr Sialinsäure aus ihrer Membran). In der roten Pulpa der Milz werden solchermaßen als gealtert markierte Erythrozyten erkannt und phagozytiert.
 
      Albumin wird in der Leber nicht glykosyliert und ist damit dem hepatischen Abbau entzogen. An der Entfernung von Albumin beteiligt sich wahrscheinlich die Niere, die täglich einige Gramm Albumin glomerulär filtriert, teils tubulär zurückgewinnt und teils abbaut. Vermutlich erfolgt über diesen Mechanismus eine Regulation des kolloidosmotischen Drucks.

 
Plasmaproteinfraktionen: Aufgaben und Eigenschaften
  
Albumin    Globuline

Abbildung: Elektropherogramm einer Plasmaprobe

 
* Anmerkung: Prothrombin findet sich in der alpha-2- oder in der beta-Fraktion
 

Globuline
  
α₁    α₂    β     γ
 

    α₁-Antitrypsin: Blut enthält mehrere (meist Serin-) Proteasen, die durch Proteaseinhibitoren in Schach gehalten werden. α₁-Antitrypsin ist ein solches enzymhemmendes (Akutphasen-) Protein. Es führt die α₁-Globuline mit ~250 mg/dl mengenmäßig an. Ein Mangel an α₁-Antitrypsin betrifft vor allem Leber (defektes Protein kann Hepatozyt nicht verlassen) und Lunge (Proteaseaktivität führt zu Lungenödem)
 
    Saures α₁-Glykoprotein: Dieses Akutphasenprotein stellt mit ~50 mg/dl fast den gesamten Rest an α₁-Globulin
 
    HDL-Lipoproteine
 
    Transcortin transportiert Steroide
 
    Transcobalamin transportiert Vitamin B₁₂ im Blut
 
    Thyroxinbindendes Globulin (TBG) transportiert Thyroxin und T3 äquimolar (ein Molekül TBG bindet ein Schilddrüsenhormonmolekül)
 
    Vitamin D-bindendes Protein ((V)DBG) transportiert Vitamin D (BP = binding protein)

    Aus α₂-Makroglobulin können Kininogene freiwerden. Seine Konzentration macht mit ~300 mg/dl etwa die Hälfte der α₂-Globuline aus
 
    Haptoglobin transportiert freigewordenes Hämoglobin (was physiologischerweise kaum auftreten sollte - z.B. nach Hämolyse). Seine Konzentration beträgt normalerweise ~200 mg/dl, wenn es aber Hämoglobin bindet, wird der Komplex in der Leber abgebaut und die Haptoglobinkonzentration im Blut nimmt ab
 
    Coeruloplasmin transportiert Kupferionen

    Aus Plasminogen entsteht bei der Fibrinolyse Plasmin, α2-Makroglobuline sind Proteaseinhibitoren, α2-Antithrombin ist ein Gerinnungshemmer
 
   Aus Prothrombin wird bei der Gerinnung Thrombin

    LDL- Lipoproteine
 
    Hämopexin transportiert Hämgruppen (diese werden zur Leber transportiert und dort abgebaut - das schützt vor oxidativem Schaden, den freies Häm anrichten kann, und Eisen wird wiederverwertet)
 
    Transferrin transportiert Eisen (je Molekül 2 Fe³⁺), das in freier Form toxisch wäre. Konzentration: ~300 mg/dl (etwa 1/3 aller β-Globuline)

    Fibrinogen (~300 mg/dl) ist die Vorstufe des Fibrins
 
    CRP - C-reaktives Protein - ist ein Akutphasenprotein

  

 

 

Abbildung: Chylomikron im Blutplasma
  Nach einer Vorlage bei Santa Monica College (Paul Wissmann)

Apolipoproteine sind der Proteinanteil der Lipoproteine, der zusammen mit Phospholipiden eine hydrophile Oberfläche bildet und so Triglyzeride, Cholesterinester und andere Lipide (trotz deren Hydrophobität) im Blut transportieren kann. Sie finden sich in der Wand von Chylomikronen, VLDL-, LDL-, IDL- und HDL-Kügelchen und  werden von Membranrezeptoren erkannt und gebunden, sodass sie endozytiert werden können.
 
Apoprotein B-48 wird ausschließlich im Dünndarm gebildet; je ein Molekül Apo-B48 setzt sich auf ein Chylomikron und begleitet es bis zu seinem Abbau

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  Über Chylomikronen, VLDL, IDL und LDL s. auch dort

      Kolloidosmotische Wirkung

      Transport von Fetten (Abbildung), Hormonen, Spurenelementen, Pharmaka (dabei kann gegenseitige Verdrängung von Molekülen an einem gemeinsamen Transporteiweiß auftreten)
Ein Beispiel für kompetitive Verdrängung: Die Männchen einer australischen Mäuseart (Breitfuß-Beutelmäuse) sterben unmittelbar nach der Paarung an Infektionskrankheiten, die durch Antikörpermangel bedingt sind. Ihr hoher Androgenspiegel verdrängt von corticoidbindendem Plasmaglobulin Cortisol, das stressbedingt ebenfalls in hoher Konzentration vorliegt und so besonders stark die Bildung von Antikörpern unterdrückt
 
      Abwehrwirkung von Antikörpern, Komplementfaktoren und anderen Proteinen

      Hämostase- und Fibrinolysesystem

      Stabilisierung des Säurewertes (pH-Wertes), weil Eiweiße Puffer sind

      Enzymatische (=spezifische Umbau-) Aktivitäten

Plasmaproteine

Gesamteiweiß im Blutplasma: 66-83 g/l

Albumin im Blutserum: 59-72% (35-50 g/l)
α₁-Globuline im Blutplasma: ~4% (1-4 g/l)
α₂-Globuline im Plasma: ~8% (4-9 g/l)
ß-Globuline im Plasma: ~11% (5-12 g/l)
γ-Globuline im Plasma: ~15% (6-16 g/l)

Merkhilfe 4-er-Regel: α₁-Globuline 4%, α₂-Globuline 8%, ß-Globuline 12%, γ-Globuline 16%, (Globuline zusammen 40%), Albumin 60%

   

	Proteinkonzentration (g/l)	Dichte, g/l (37°C)
Blutplasma	70	1020
Leukozyten	~200	~1050
Erythrozyten	340 (MCHC)	1090

Plasmaproteine (>1000 verschiedene Molekülarten unterschiedlicher Größe, Form, elektrischer Ladung und Funktion) sind mobil, sie treten durch Kapillaren aus (Transzytose), zirkulieren durch das Interstitium und werden mit der Lymphe wieder der Blutbahn zugeführt; der tägliche Umsatz entspricht dem gesamten intravasalen Plasmaproteinpool (~200-250 Gramm). Plasmaproteine werden von Leberzellen (>80%), Immunzellen, endokrinen Zellen gebildet und eine entsprechende Menge von Leber (Globuline), Nieren (Albumin) und anderen Zellen abgebaut. Plasmaproteine transportieren schwer lösliche Stoffe (Bindungsproteine)         Die Massendichte des Blutplasmas beträgt 1020 g/l und ist in erster Linie abhängig von der Eiweißkonzentration (~70 g/l). Blut hat (je nach Hämatokrit) eine Dichte von ~1050 g/l; Blutkörperchen haben eine höhere Proteinkonzentration als das Blutplasma, in fließendem Blut bleiben sie in Suspension (Blutströmung, elektrische Ladungskräfte), in nichtströmendem Blut setzen sie sich ab (Blutsenkung). Der Dichteunterschied ermöglicht die rasche Trennung von Blutkörperchen und Blutplasma durch Zentrifugation. Plasmaproteine sind bei physiologischem pH-Wert negativ geladen - am stärksten Albumin, am wenigsten Gamma-Globuline. Elektrophorese trennt Plasmaproteine nach ihrer Ladung; Merkregel: α1-Globulin ~4%, α2-Globulin ~8%, β-Globulin ~12%, γ-Globulin (Immunglobuline) ~16% der Proteinmasse, zusammen ~40% (Albumin ~60%)         Albumin macht molar über 80% der Plasmaeiweiße aus und besteht aus einer einheitlichen Molekülart (~66 kD); seine Halbwertszeit beträgt 2-3 Wochen. Es bewirkt ~70-90% des kolloiodosmotischen Effekts (Erhaltung des Plasmavolumens), ist ein Reserve- und Transporteiweiß (Bindungsstellen für Thyroxin, Steroide, Häm, Fettsäuren, Tryptophan, Calcium, Zink, Kupfer, Vitamine, Gallensalze, Bilirubin) und wirkt antioxidativ. Albuminbindende Moleküle ermöglichen es Zellen (Fibroblasten, Tubuluszellen), Albumin aufzunehmen und zu verwerten         Globuline stellen eine Vielfalt von Eiweißen unterschiedlicher Größe, Gestalt, Herkunft und Funktion dar. Die Globulinkonzentration im Blutplasma beträgt 20-30 g/l (massenmäßig ~40% des Plasmaproteins). Zu ihren Aufgaben gehören der Transport von Fetten, Hormonen, Spurenelementen, Hämostase und Fibrinolyse, Stabilisierung des pH-Wertes, enzymatische Aktivitäten, Abwehr (Antikörper, Komplementfaktoren etc)         Die Mehrzahl extrazellulärer Proteine (nicht Albumin) haben über Galactose Sialinsäuren gebunden. Diese schützen Proteine vor dem Abbau durch Proteasen im Kreislauf. Sie können durch endotheliale Sialylasen entfernt werden, die Galactose liegt frei, Leberzellen binden an Asialo-Glykoprotein- Rezeptoren ("Galactoserezeptoren") und endozytieren das markierte Protein. Bei geringer Zufuhr von Aminosäuren nimmt der Eiweißumsatz ab, bei vermehrtem Bedarf (Wachstum, Reparaturvorgänge) nimmt er zu (von 15-20 bis auf >60 g/d)