پروتئین های پلاسما (Plasma Proteins): تعریف، ساختار و کارکردها

پروتئین های پلاسما مجموعه‌ای از مولکول‌های پیچیده موجود در پلاسمای خون هستند. نقش آن‌ها بسیار زیاد و متنوع است و بیشتر توسط کبد سنتز می‌شوند. آلبومین (Albumin)، گلوبولین‌ها (Globulin) و فیبرینوژن (Fibrinogen) مهم‌ترین پروتئین‎های پلاسما هستند.

این پروتئین‌ها وظایف مختلفی از جمله تنظیم فشار اسمزی خون، انتقال هورمون‌ها و سایر مواد شیمیایی و کمک به تشکیل لخته‌های خون را انجام می‌دهند. تعریف، اهداف، وظایف، فعالیت‌ها، مزایا و معایب پروتئین های پلاسما در این‌جا ارائه خواهد شد.

مولکول‌های پیچیده‌ای به نام پروتئین های پلاسما در پلاسمای خون وجود دارند و بیشتر توسط کبد تولید و سپس در پلاسمای خون آزاد می‌شوند. آلبومین، گلوبولین‌ها و فیبرینوژن سه دسته اصلی هستند که به آن‌ها تقسیم می‌شوند. هر گروه دارای برخی ویژگی‌های منحصر به فرد است.

ساختار پروتئین های پلاسما

بسته به نوع پروتئین، پروتئین های پلاسما ساختارهای متفاوتی دارند. برخلاف گلوبولین‌ها که پیچیده‌تر هستند و ممکن است شامل زنجیره‌های متعددی از اسیدهای آمینه باشند، آلبومین یک پروتئین ساده است که از یک زنجیره واحد از اسیدهای آمینه تشکیل شده است. پروتئین پیچیده فیبرینوژن در بین این پروتئین‌ها از زنجیره‌های آلفا، بتا و گاما تشکیل شده است. ظرفیت پروتئین های پلاسما برای اتصال به مولکول‌های دیگر و شرکت در فرآیندهای فیزیولوژیکی متعدد، توسط ساختار آن‌ها تعیین می‌شود که برای تعیین کارکرد آن‌ها بسیار مهم است.

دسته‌بندی پروتئین های پلاسما

مولکول‌های پیچیده متنوعی به نام پروتئین های پلاسما را می‌توان در پلاسمای خون کشف کرد. سه دسته اصلی در بین این پروتئین‌ها شامل آلبومین، گلوبولین‌ها و فیبرینوژن می‌باشد.

آلبومین

• آلبومین که حدود 60 درصد از کل پروتئین‌های خون را تشکیل می‌دهد، شایع‌ترین شکل پروتئین پلاسما است.
• آلبومین یک پروتئین ساده بوده که فقط از یک زنجیره اسید آمینه تشکیل شده است. این پروتئین برای حفظ فشار اسمزی خون که برای حفظ تعادل الکترولیت و آب بدن لازم است، ضروری می‌باشد.
• علاوه بر این، به انتقال مولکول‌های متعددی مانند اسیدهای چرب، هورمون‌ها و آنزیم‌ها کمک می‌کند.

گلوبولین‌ها

آلفا، بتا و گاما گلوبولین که تنها تعدادی از زیرگروه‌های گلوبین هستند، دسته‌ای از پروتئین‌ها بوده که از آلبومین پیچیده‌تر هستند.

• آلفا گلوبولین‌ها: گروهی از پروتئین‌ها که به نام آلفا گلوبولین‌ها شناخته می‌شوند شامل آلفا فتوپروتئین (Alpha-fetoprotein) است که توسط کبد جنینی تولید می‌شود و از آن‌ها به عنوان نشانگری برای برخی سرطان‌ها استفاده می‌شود. آلفا-1-آنتی‌تریپسین (Alpha-1-antitrypsin) که به پیشگیری از آسیب ریه کمک می‌کند و آلفا-2-ماکروگلوبولین (alpha-2-macroglobulin) که به تنظیم پاسخ ایمنی کمک می‌کند، سایر آلفا گلوبولین‌ها هستند.
• بتا گلوبولین‌ها: بتا گلوبولین‌ها شامل پروتئین‌های مختلفی از جمله پروتئین‌های مکمل و ترانسفرین (Transferrin) هستند که به حرکت آهن در سراسر بدن کمک می‌کنند.
• ایمونوگلوبولین‌ها (Immunoglobulin) که معمولاً به آن‌ها گاما گلوبولین گفته می‌شود برای پاسخ ایمنی ضروری هستند. آن‌ها توسط سلول‌های B تولید می‌شوند و به محافظت از بدن در برابر عفونت‌ها کمک می‌کنند.

فیبرینوژن

فیبرینوژن یک پروتئین پیچیده است که در فرآیند لخته شدن خون نقش دارد. این پروتئین توسط کبد سنتز می‌شود و در طی فرآیند لخته شدن به فیبرین تبدیل می‌شود. فیبرین به تشکیل لخته کمک می‌کند که برای جلوگیری از خونریزی پس از آسیب ضروری است.

علاوه بر این سه نوع اصلی از پروتئین های پلاسما که ذکر شد، تعدادی پروتئین دیگر نیز وجود دارند که در مقادیر کمتری در پلاسمای خون یافت می‌شوند، از جمله لیپوپروتئین‌ها (Lipoprotein) که لیپیدها (Lipid) را در سراسر بدن انتقال می‌دهند و آنزیم‌هایی که واکنش‌های بیوشیمیایی را کاتالیز می‌کنند.

کارکردهای پروتئین پلاسما

بسیاری از فرآیندهای مختلف توسط پروتئین های پلاسما انجام می‌شود، از جمله:

• حفظ فشار اسمزی خون: آلبومین پروتئین اولیه‌ای است که به حفظ فشار اسمزی خون کمک می‌کند. این فشار برای حفظ تعادل الکترولیت و آب بدن مورد نیاز است.
• حفظ سلامت عمومی بدن به پروتئین های پلاسما بستگی دارد. آن‌ها به کنترل تعادل آب بدن، انتقال مواد شیمیایی حیاتی در بدن و محافظت از بدن در برابر عفونت‌ها کمک می‌کنند.
• به عنوان مثال آلبومین فشار اسمزی خون را حفظ می‌کند که این امر به جلوگیری از تجمع مایع اضافی در بافت‌ها کمک می‌کند.
• حمل و نقل: هورمون‌ها و سایر مولکول‌ها توسط گلوبولین‌ها و آلبومین منتقل می‌شوند که به حرکت آنزیم‌ها و سایر مولکول‌ها نیز کمک می‌کنند.
• تشکیل لخته خون: پروتئین اولیه‌ای که به تشکیل لخته خون کمک می‌کند، فیبرینوژن است. به منظور جلوگیری از خونریزی بیش از حد پس از آسیب، آن‌ها همچنین برای فرآیند لخته شدن خون ضروری هستند.
• ایمنی: برخی از گلوبولین‌ها، از جمله ایمونوگلوبولین‌ها، در پاسخ ایمنی شرکت می‌کنند و به دفاع از بدن در برابر عفونت‌ها کمک می‌کنند.

فرآیند تولید و استفاده از پروتئین های پلاسما

ژن‌های موجود در سلول‌های کبدی نقش عمده‌ای در کنترل تولید و تنظیم پروتئین های پلاسما دارند. بیش از 90 درصد پروتئین های پلاسما در کبد ساخته می‌شوند و شبکه پیچیده‌ای از مسیرهای ژنتیکی، نحوه ساخت آن‌ها را کنترل می‌کند. عناصر مختلفی از جمله هورمون‌ها، تغذیه و بیماری می‌توانند بر نحوه ارائه ژن‌های کدکننده پروتئین های پلاسما تأثیر بگذارند.

دانشمندان هنوز در مورد نقش پروتئین های پلاسما و نحوه استفاده از آن‌ها در پزشکی بیشتر در حال یادگیری هستند. استفاده از پروتئین های پلاسما در ایجاد درمان‌های جدید برای انواع بیماری‌ها، مانند سرطان و اختلالات خود ایمنی، در سال‌های اخیر محبوبیت پیدا کرده است. علاوه بر این، تکنیک‌های جدیدی برای تولید پروتئین های پلاسما در نتیجه پیشرفت‌های بیوتکنولوژی، از جمله استفاده از فناوری DNA نوترکیب، توسعه یافته است.

مزایا و معایب

مزایا: یکی از مزایای پروتئین های پلاسما این است که برای حفظ سلامت عمومی بدن ضروری هستند. آن‌ها به حفظ تعادل مناسب آب در بدن کمک، مولکول‌های حیاتی را در سراسر بدن حمل و از عفونت‌ها محافظت می‌کنند. پروتئین های پلاسما در برخی از روش‌های پزشکی مانند درمان سیستم ایمنی و مشکلات خونی نیز استفاده می‌شوند.

معایب: با این حال پروتئین های پلاسما معایبی نیز دارند. به عنوان مثال، سطوح پروتئین پلاسمای خون ممکن است در بیماری‌هایی مانند بیماری‌های کبد یا کلیوی، نامتعادل شود که می‌تواند بر سلامت فرد تأثیر بگذارد. علاوه بر این، برخی از افراد ممکن است یک واکنش آلرژیک به پروتئین های پلاسما داشته باشند که می‌تواند علائمی مانند کهیر، خارش و مشکل در تنفس را ایجاد کند.

کنترل ژنتیکی و کاربرد

تحقیقات در مورد ژن‌ها و فرآیندهای خاص درگیر در تولید و کنترل این مولکول‌های مهم، در حوزه کنترل ژنتیکی پروتئین های پلاسما در حال انجام است. مسیرهای جدیدی برای اصلاح تنظیم ژنتیکی پروتئین های پلاسما و ایجاد درمان‌های جدید برای انواع بیماری‌ها با پیشرفت‌های تکنولوژیکی مانند ویرایش ژن و ژن درمانی، ممکن است باز شود.

مطالعه ساختار پروتئین پلاسما یکی دیگر از موضوعات مهم تحقیقاتی است که محققان از روش‌های مختلفی از جمله کریستالوگرافی اشعه ایکس (X-ray crystallography) و طیف‌سنجی NMR (NMR spectroscopy) برای درک چگونگی کنار هم قرار گرفتن و عملکرد این مولکول‌های پیچیده در بدن استفاده می‌کنند.

تغییرات متوالی در پروتئین های پلاسما پس از جراحی

پروتئین های پلاسما نقش مهمی در پاسخ بدن به جراحی دارند، زیرا در التهاب، ترمیم بافت و عملکرد سیستم ایمنی نقش دارند. سطح و ترکیب پروتئین های پلاسما می‌تواند در پاسخ به جراحی تغییر کند و درک این تغییرات می‌تواند بینش‌های مهمی را در مورد پاسخ بدن به ترومای جراحی ارائه دهد.

تغییرات پی‌در‌پی در پروتئین های پلاسما پس از جراحی را می‌توان به سه فاز تقسیم کرد: پاسخ فاز حاد (Acute phase response)، فاز فرونشینی (Resolution phase) و پاسخ فاز دیررس (Late phase response).

پاسخ فاز حاد

سطح پروتئین واکنشی C، سرم آمیلوئید A (Amyloid A) و سطوح فیبرینوژن به عنوان بخشی از پاسخ فاز حاد که واکنش اولیه بدن به ترومای جراحی است، به سرعت افزایش می‌یابد. این پروتئین‌ها به بسیج پاسخ ایمنی بدن در محل آسیب کمک می‌کنند و در بهبود بافت و التهاب نقش دارند. واکنش فاز حاد پس از جراحی به طور معمول چند روز طول می‌کشد.

فاز فرونشینی و فاز دیررس

• فاز فرونشینی با کاهش سطح پروتئین‌های فاز حاد و افزایش سطح پروتئین‌های دخیل در ترمیم بافت مانند آلبومین و ترانسفرین، توصیف می‌شود.
• فاز فرونشینی زمانی است که التهاب رو به کاهش است.
• این دوره که ممکن است چند هفته پس از جراحی باقی بماند، برای بهبود و تولید بافت بسیار مهم است.
• پس از جراحی ممکن است یک دوره طولانی از تغییر سطوح پروتئین پلاسما به نام “پاسخ فاز دیررس” وجود داشته باشد که ممکن است برای چندین ماه ادامه یابد.
• سطوح برخی از فاکتورهای رشد که در بازسازی بافت و تشکیل اسکار نقش دارند، مانند تبدیل فاکتور رشد بتا، در این دوره افزایش می‌یابد.

به طور کلی تنظیمات پروتئین های پلاسما پس از جراحی، واکنش بدن به تروما و همچنین روند احیا و ترمیم بافت را منعکس می‌کند. درک این تغییرات می‌تواند بینش‌های مهمی در مورد نحوه واکنش بدن به استرس جراحی ارائه دهد و می‌تواند به اهداف درمانی جدیدی برای ارتقای بهبودی و کاهش مشکلات پس از عمل اشاره کند.

کاهش پروتئین‌های فراوان پلاسما و محدودیت‌های پروتئومیکس (Proteomics) پلاسما

هدف از رشته مطالعاتی که به عنوان پروتئومیکس پلاسما شناخته می‌شود و به سرعت در حال توسعه است، شناسایی و شمارش پروتئین‌های موجود در پلاسمای خون می‌باشد.

• وجود پروتئین‌های که به صورت فراوان وجود دارند و ممکن است از شناسایی پروتئین‌های مهم با فراوانی کم جلوگیری کند، یکی از مشکلات اصلی در پروتئومیکس پلاسما است.
• قبل از انجام آنالیز پروتئومی، محققان اغلب از تکنیک‌های کاهش برای خارج کردن رایج‌ترین پروتئین‌ها از پلاسما استفاده می‌کنند.
• این امر مستلزم حذف دقیق رایج‌ترین پروتئین‌های نمونه است و گاهی اوقات از آنتی‌بادی‌ها یا سایر تکنیک‌های مبتنی بر میل ترکیبی برای این کار استفاده می‌شود.
• این کار می‌تواند دامنه دینامیکی آنالیز را گسترش دهد و شناسایی پروتئین‌ها با فراوانی کمتر را افزایش دهد.
• با این حال، این استراتژی دارای یک سری اشکالات است. استراتژی‌های کاهش ممکن است به طور کامل تمام پروتئین‌ها با فراوانی بالا را حذف نکنند، هر چند می‌توانند بخش قابل توجهی از آن‌ها را حذف کنند.
• این کاهش ممکن است باعث تداخل طولانی مدت در شناسایی پروتئین‌ها با فراوانی کمتر شود.

از دست دادن اطلاعات

تکنیک‌های کاهش ممکن است پروتئین‌هایی را که برای پاسخ به یک موضوع تحقیقاتی خاص مهم هستند و همانند پروتئین‌ها با فراوانی بالا را حذف کنند. به عنوان مثال برخی از تکنیک‌های کاهش می‌توانند سیتوکین‌های (Cytokine) خاص، فاکتورهای رشد یا سایر مولکول‌های زیست فعال (Bioactive) را که به ندرت وجود دارند و کارکردهای بیولوژیکی قابل‌توجهی دارند، حذف کنند.

عدم ثبات نمونه

پروتئومیکس پلاسما به شدت به کیفیت و قوام نمونه بستگی دارد و روش‌های کاهش می‌توانند عدم ثبات بیشتری را ایجاد کنند. تفاوت در جابجایی، ذخیره‌سازی یا آماده‌سازی نمونه می‌تواند بر کارایی کاهش تأثیر بگذارد و منجر به عدم ثبات بین نمونه‌ها شود.

محدودیت‌های فنی

برخی از روش‌های کاهش ممکن است با برخی از تکنیک‌های پروتئومی پایین‌دست سازگار نباشند یا ممکن است مصنوعاتی را ارائه دهند که بر دقت و تکرارپذیری آنالیز تأثیر می‌گذارند.

نتیجه

ماکرومولکول‌های (Macromolecule) مهمی که به عنوان پروتئین های پلاسما شناخته می‌شوند در تعدادی از فرآیندهای فیزیولوژیکی مانند پاسخ ایمنی، التهاب و ترمیم بافت نقش دارند. پروتئومیکس به طور فعال در مورد خصوصیات پروتئین های پلاسما و نحوه تغییر آن‌ها در پاسخ به عوامل استرس‌زای مختلف مانند جراحی تحقیق کرده است.

محققان اغلب از تکنیک‌های کاهش برای دور زدن این محدودیت استفاده می‌کنند، زیرا وجود پروتئین های پلاسما با فراوانی بسیار بالا ممکن است مانع از شناسایی پروتئین‌ها با فراوانی کم شود. اگرچه تکنیک‌های کاهش می‌توانند دامنه دینامیکی آنالیز پروتئومی را افزایش دهند، اما دارای معایبی نیز هستند، مانند کاهش ناقص، از دست دادن اطلاعات، عدم ثبات نمونه، و محدودیت‌های فنی.

به منظور دستیابی به یافته‌های قابل اعتماد و قابل تکرار، در نظر گرفتن دقیق مزایا و محدودیت‌های احتمالی رویکردهای کاهش در حین برنامه‌ریزی مطالعات پروتئومی، بسیار مهم است. نوآوری‌های بیشتر در آماده‌سازی نمونه، استراتژی‌های کاهش و آنالیز بیوانفورماتیک برای پیشرفت در زمینه پروتئومیکس پلاسما و کشف بینش‌های جدید در مورد نقش پروتئین های پلاسما در سلامت و بیماری، ضروری هستند.

همچنین بخوانید:

• خونسازی و شناخت انواع سلول های خونی
• طراحی پروتئین و مبانی آن در علم طراحی دارو
• تست CRP (پروتئین واکنشی C): اساس، موارد استفاده، روش و تفسیر نتایج
• تاشدن پروتئین ها چیست؟
• بیان پروتئین چیست؟

منبع

مترجم: صادق حسینی‌کیا