Proteins

CLINICAL 

SIGNIFICANCE        

of                                       

Proteins

 in 

Blood

 and 

Urine 

Basil OM Saleh 

Objective

1.  Type  of  proteins  in  blood 

2.  Clinical    Diagnostic  &  Utility 

of  Proteins  Measurements  in 

blood  

3.  Causes  of  Proteinuria 

Proteins  are  Polypeptide  group  of 

nutrients  in  human  body.  All  enzymes, 

receptors,  membrane  channels  such  as 

those  of  Na-K,  Ca  channels,  Ags, 

Abs(Igs), coagulation factors and peptide 

hormones  (GH,  prolactin,…  ),…,  etc    are 

proteins  in  nature.  All  proteins  are 

synthesized in the liver, with exception 

of      complement  systems  (  C1-C9  these 

are  components  of  immune  system 

synthesized  by  liver  and  macrophages), 

and  Immunoglobulins  (Igs)  (by  plasma 

cells  of  immune  system).

Proteins  may 

be  linear  structural  (such  as  collagen 

component  of  connective  tissue)  or 

globular  functional  such  as  enzymes  & 

peptide hormones.

Amounts  of  proteins  in  blood  depend  on 

balance:

rate of synthesis  

↔ 

(rate of catabolism+ 

rate  of  clearance). 

However,  protein 

distribution  between  the  Intravascular 

(IV) and Extra vascular compartments is 

also  important  and  therefore  blood 

protein  concentrations    are  affected  by 

dehydration  & over hydration.  

Proteins

in  blood  involved  two  types: 

Albumin  &  total  Globulin.  Albumin  is  the 

major single protein accounts to 60 % of 

total  serum  protein,  while  globulin  is 

consisted  of  4-5  fractions;  α 

1,

 α 

2, 

β 

1, 

β 

2, 

and 

γ  globulins.  These  Proteins 

components 

are 

separated 

by 

electrophoresis  technique  in  which 

serum  (but  not  plasma)  is  introduced  to  

filter paper in a media of PH 8.6 to make 

protein which are polar substances 

negatively charged. Then electrical 

current is passed into media and the 

serum proteins are separated  according 

to their MW and charge intensity into five 

–six fractions or bands: albumin, α1-

globulin, α2-globulin, β-globulin (may be 

β

1

 & 

β

2

),  and γ-globulin. 

Total Serum Protein=S. albumin + total 

serum globulin.                               

Total  Serum  Protein  in  human  is  ≈56-86  

gram/l,  albumin  alone  is  ≈38-51  gram/l. 

The  total  globulin  is  calculated  by 

subtraction  of  total  protein  from 

albumin. 

Measurement  of  total  serum  protein 

alone is of little clinical value ?. 

Hyperproteinemia 

and 

hyperalbuminemia  are  rare  and  are 

of  no  clinical  significance  value  and 

may  obtained  from  prolonged  vein 

stasis 

during 

blood 

collection, 

posture  (due  to  fluid  redistribution) 

and  from  excessive  dehydration. 

Hypoalbuminemia:

It is clinically an important condition 

because albumin is one of the major 

components  of  osmotic  colloid  pressure 

of  blood  vessels  and  involved  in  normal 

fluid 

distribution 

between 

the 

Intravascular 

and 

Extra 

vascular 

compartments  and  in  maintenance  of 

normal  blood  pressure.  Albumin  is    also 

the  major  transporter  substance  in  the 

blood;  transporting  bilirubin,  fatty  acids, 

steroid 

drugs, 

steroid 

& 

thyroid 

hormones, 

….. 

. 

Causes  of  Hypoalbuminemia     

1.  Chronic  liver  disease  ;  liver  cirrhosis 

2.  Advanced  kidney  disease;  Nephroteic 

syndrome 

&Chronic 

renal 

failure  

3. 

Malnutrition 

(Kwashiorkor 

& 

Marasmus  diseases)  and  Malabsorption 

like  in  Tropical  intestinal  diseases; 

Celiac 

disease 

4.  Loss  through  GIT;  Enteropathy                                          

5.  skin  lesions;    extensive  burns. 

Clinical 

consequences: 

1.  edema  due  to  migration  of  fluid  from 

IV 

to 

interstitum 

compartment 

2.  transporting  and  binding  capacity 

defects; such as for fatty acids, bilirubin, 

steroid Hs and drugs which may leads to 

toxicity 

with 

appropriate 

dose.  

Analbuminemia  is  a  rare  disorder 

characterized  by  low  blood  albumin  (s. 

albumin  10  gram/l;  but  of  no  edema  or 

other symptoms and signs). 

Globulin

This include 4-5 

fractions (alpha 1, alpha 2, beta, and 

gamma fractions).

Increased in globulin may be due to 

increased in one or more of its 

fractions;α,β, and γ. The α-1 and -2 

include : α

1

-Antitrypsin, haptoglobin,  

ceruloplasmin, C- reactive 

protein(CRP), α2- macroglobulin…. 

etc. 

α

1

-Antitrypsin(AAT)

•Protease  inhibitor  that  binds  to,  and 

inactivates  macrophage  enzymes  like 

trypsin,    limit  their  actions  during 

infection,  and  protects  the  body. 

•Deficiency 

is 

associated 

with 

    – 

Pulmonary 

emphysema. 

    –  Liver  Cirrhosis 

(measurement  of 

serum  ATT  is  one  of  tests  used  in 

investigation  of  prolonged  neonatal 

direct  hyperbilirubinemia; 

Jaundice

). 

•α

1

-Fetoprotein(AFP)

– 

Principal  fetal  protein,  used  in 

screening  for  fetal  abnormalities  (neural 

tube  defects)  and  in  adult  for  liver 

carcinoma 

investigation.

α

2

-Macroglobulin

•  Largest  non-immunoglobulin  in  blood 

~750 

KD                                                         

•Protease 

inhibitor 

     •  Increased  in  Nephrotic  syndrome 

(largest 

in 

size) 

(α  -globulin

)

  Ceruloplasmin  (Cp) 

•Copper 

transporting 

protein 

 •Participates  in  plasma  redox  reactions 

like 

Fe

+2 

Fe+3. 

 •serum  CP  measurement  is  used  in 

investigation  of  Wilson’s  disease  (Liver 

cirrhosis-Copper  storage  disease)  in 

which  serum  Cp  level  is  decreased  due 

to  genetic  defect  in  incorporation  of  Cu 

with  apoceruloplasmin  in  the  liver, 

leading  to  precipitation  of  toxic  Cu  ion 

and damage of liver . 

(α

2

) 

Haptoglobin 

•Binds to, and preserves hemoglobin 

and  its  content  of  iron  during 

hemolysis. 

•Hemolytic  diseases  can  deplete  

haptoglobin 

levels. 

(β) 

Transferrin

•Iron 

transporting 

protein 

•Transferrin  is  increased  in  iron 

deficiency 

anemia. 

Apotransferrin+Fe+3=Transferrin

β

2

-Micro

globulin 

BMG

•Smallest  blood  protein  (MW=11.8K) 

•BMG is filtered through the glomerulus, 

but 

is 

reabsorbed 

by  

 renal 

tubules. 

 -  Urinary  BMG  levels  are  a  sensitive 

measure 

of 

renal  

  tubular 

function 

γ 

Region

•Includes  Immunoglobulins  (IgG,  IgM, 

IgA, 

IgD 

& 

IgE). 

They  are  involved  in  specific  immune 

system.   

•

CRP

  is  the  most  sensitive  indicator 

of  Acute  Phase  Reaction  (non  specific 

early 

immune 

defense 

system) 

–  Serum  CRP  (high  sensitive  hs-CRP) 

increased  in  Inflammation,  trauma, 

infection, 

etc. 

Protein 

in 

urine 

normally  less  than  100  mg/day  of 

proteins  appears  in  urine,  in  kidney 

disease  this  value  increased  according 

to  degree  of  kidney  damage  which 

reflect  mainly  the  glomerular  damage. 

Normally  glomerulus  is  permeable  to 

proteins of MW ˂ 60 KD (D Dalton unit of 

MW.  

In  kidney  damage(mainly  of  glomerulus) 

excess  amounts  of  proteins  of  large 

MW˃60 KD will pass in the urine and may 

reach  5-50  gr/day.  Presence  of  low  MW  

of  proteins,  like  BMG  in  the  urine 

indicates  the  renal  tubules  damage  as 

these  tubules  normally  catabolize  and 

reabsorbed  the  low  MW  proteins.  In 

tubules  damage  these  proteins  will 

escape  from  the  damaged  tubules  and 

appear in the urine(Low MW).