Фермент, участвующий в свертывании крови у человека
Роль тромбина в каскаде свертывания крови.
Тромбин ( EC 3.4.21.5, фибриногеназа , тромбаза , тромбофорт , местный , тромбин-С , тропостатин , активированный фактор свертывания крови II , фактор свертывания крови IIa , фактор IIa , тромбин Е , бета-тромбин , гамма-тромбин ) сериновая протеаза , фермент , который у человека кодируется геном F2 . [5] [6]
В процессе свертывания крови протромбин (фактор свертывания крови II) протеолитически расщепляется ферментным комплексом протромбиназы с образованием тромбина. Тромбин, в свою очередь, действует как сериновая протеаза, которая превращает растворимый фибриноген в нерастворимые нити фибрина , а также катализирует многие другие реакции, связанные со свертыванием крови.
История
После описания фибриногена и фибрина в 1872 году Александр Шмидт выдвинул гипотезу о существовании фермента, превращающего фибриноген в фибрин. [7]
Протромбин был открыт Пекельхарингом в 1894 году. [8] [9] [10]
Физиология
Синтез
Тромбин образуется путем ферментативного расщепления двух участков протромбина активированным фактором Х (Ха). Активность фактора Ха значительно усиливается при связывании с активированным фактором V (Va), называемым протромбиназным комплексом. Протромбин вырабатывается в печени и котрансляционно модифицируется в результате витамин К -зависимой реакции, которая превращает 10-12 глутаминовых кислот на N-конце молекулы в гамма-карбоксиглутаминовую кислоту (Gla). [11] В присутствии кальция остатки Gla способствуют связыванию протромбина с бислоями фосфолипидов. Дефицит витамина К или прием антикоагулянта варфарина подавляет выработку остатков гамма-карбоксиглутаминовой кислоты, замедляя активацию каскада свертывания крови.
У взрослых людей нормальный уровень активности антитромбина в крови составляет около 1,1 единиц/мл. Уровни тромбина у новорожденных постепенно повышаются после рождения и достигают нормального уровня для взрослых: от уровня около 0,5 единиц/мл через 1 день после рождения до уровня около 0,9 единиц/мл через 6 месяцев жизни. [12]
Механизм действия
В пути свертывания крови тромбин конвертирует фактор XI в XIa, VIII в VIIIa, V в Va, фибриноген в фибрин и XIII в XIIIa. При превращении фибриногена в фибрин тромбин катализирует отщепление фибринопептидов A и B от соответствующих цепей Aα и Bβ фибриногена с образованием мономеров фибрина. [13]
Фактор XIIIa представляет собой трансглутаминазу , которая катализирует образование ковалентных связей между остатками лизина и глутамина в фибрине. Ковалентные связи повышают стабильность фибринового сгустка. Тромбин взаимодействует с тромбомодулинином . [14] [15]
В рамках своей активности в каскаде свертывания крови тромбин также способствует активации и агрегации тромбоцитов посредством активации протеазно-активируемых рецепторов на клеточной мембране тромбоцитов.
Негативный отзыв
Тромбин, связанный с тромбомодулином, активирует протеин С , ингибитор каскада свертывания крови. Активация протеина С значительно усиливается после связывания тромбина с тромбомодулинином , интегральным мембранным белком, экспрессируемым эндотелиальными клетками. Активированный протеин С инактивирует факторы Va и VIIIa. Связывание активированного белка С с белком S приводит к умеренному увеличению его активности. Тромбин также инактивируется антитромбином , ингибитором сериновой протеазы .
Состав
Закрепление бычьего протромбина на мембране через его Gla-домен . [16]
Молекулярная масса протромбина составляет примерно 72 000 Да . Каталитический домен высвобождается из фрагмента протромбина 1.2 с образованием активного фермента тромбина, молекулярная масса которого составляет 36 000 Да. Структурно он является членом большого клана протеаз PA .
Протромбин состоит из четырех доменов; N-концевой домен Gla , два крингл-домена и С-концевой домен трипсиноподобной сериновой протеазы . Фактор Ха с фактором V в качестве кофактора приводит к расщеплению Gla и двух доменов Крингла (формируя вместе фрагмент, называемый фрагментом 1.2) и оставляет тромбин, состоящий исключительно из домена сериновой протеазы. [17]
Как и в случае со всеми сериновыми протеазами , протромбин превращается в активный тромбин путем протеолиза внутренней пептидной связи, обнажая новый N-концевой Ile-NH3. Историческая модель активации сериновых протеаз включает вставку этого вновь образованного N-конца тяжелой цепи в β-цилиндр, что способствует правильной конформации каталитических остатков. [18] В отличие от кристаллических структур активного тромбина, исследования водородно-дейтериевой обменной масс-спектрометрии показывают, что этот N-концевой Ile-NH3 не встраивается в β-цилиндр в апо-форме тромбина. Однако связывание активного фрагмента тромбомодулина , по-видимому, аллостерически способствует активной конформации тромбина за счет вставки этой N-концевой области. [19]
Ген
По оценкам, в мире насчитывается около 30 человек, у которых диагностирована врожденная форма дефицита фактора II, [20] которую не следует путать с мутацией протромбина G20210A , которую также называют мутацией фактора II. Протромбин G20210A является врожденным. [21]
Протромбин G20210A обычно не сопровождается мутациями других факторов (т.е. наиболее распространенным является фактор V Лейдена). Ген может наследоваться гетерозиготно (1 пара) или, гораздо реже, гомозиготно (2 пары) и не связан с полом или группой крови. Гомозиготные мутации повышают риск тромбоза больше, чем гетерозиготные мутации, но относительный повышенный риск недостаточно документирован. Другие потенциальные риски тромбоза , такие как прием пероральных контрацептивов, могут быть аддитивными. Ранее сообщалось о взаимосвязи воспалительного заболевания кишечника (например, болезни Крона или язвенного колита ) и мутации протромбина G20210A или фактора V Лейдена, которые были опровергнуты исследованиями. [22]
Помимо своей ключевой роли в динамическом процессе тромбообразования, тромбин имеет выраженный провоспалительный характер, что может влиять на возникновение и прогрессирование атеросклероза. Действуя через свои специфические рецепторы клеточной мембраны (рецепторы, активируемые протеазой: PAR-1, PAR-3 и PAR-4), которые в изобилии экспрессируются во всех компонентах стенок артериальных сосудов, тромбин обладает потенциалом оказывать проатерогенное действие, такое как воспаление, рекрутирование лейкоцитов в атеросклеротическую бляшку, усиление окислительного стресса, миграция и пролиферация гладкомышечных клеток сосудов, апоптоз и ангиогенез. [23] [24] [25]
Тромбин участвует в физиологии образования тромбов . Его наличие указывает на наличие тромба. В 2013 году была разработана система определения наличия тромбина на мышах. Он сочетает в себе оксид железа , покрытый пептидами, прикрепленный к «химическим веществам-репортерам». Когда пептид связывается с молекулой тромбина, отчет высвобождается и появляется в моче , где его можно обнаружить. Тестирование на людях не проводилось. [26]
Приложения
Инструмент исследования
Благодаря своей высокой протеолитической специфичности тромбин является ценным биохимическим инструментом. Сайт расщепления тромбина (Leu-Val-Pro-Arg-Gly-Ser) обычно включается в линкерные области конструкций рекомбинантных слитых белков . После очистки слитого белка тромбин можно использовать для избирательного расщепления между остатками аргинина и глицина в сайте расщепления, эффективно удаляя метку очистки из интересующего белка с высокой степенью специфичности.
Медицина и хирургия
Концентрат протромбинового комплекса и свежезамороженная плазма представляют собой богатые протромбином препараты фактора свертывания крови, которые можно использовать для коррекции дефицита протромбина (обычно вызванного приемом лекарств). Показания включают трудноизлечимые кровотечения, вызванные варфарином .
Манипулирование протромбином занимает центральное место в механизме действия большинства антикоагулянтов . Варфарин и родственные ему препараты ингибируют витамин К -зависимое карбоксилирование нескольких факторов свертывания крови, включая протромбин. Гепарин увеличивает сродство антитромбина к тромбину (а также фактору Ха ). Прямые ингибиторы тромбина , новый класс лекарств, непосредственно ингибируют тромбин, связываясь с его активным центром.
Рекомбинантный тромбин доступен в виде порошка для разведения в водном растворе . Его можно применять местно во время операции в качестве средства для гемостаза . Он может быть полезен для остановки незначительного кровотечения из капилляров и мелких венул, но неэффективен и не показан при массивных или оживленных артериальных кровотечениях. [27] [28] [29]
Производство продуктов питания
Тромбин в сочетании с фибриногеном продается под торговой маркой Фибримекс и используется в качестве связующего вещества для мяса. Оба белка в Фибримексе получают из свиной или бычьей крови. [30] По словам производителя, его можно использовать для производства новых видов мясных смесей (например, плавно сочетая говядину и рыбу). Производитель также заявляет, что с его помощью можно объединять цельномышечное мясо, формовать его и порционировать, тем самым сокращая производственные затраты без потери качества. [31]
Генеральный секретарь Шведской ассоциации потребителей Ян Бертофт заявил, что «существует опасность ввести потребителей в заблуждение, поскольку невозможно отличить восстановленное мясо от настоящего мяса». [30]
^ Шмидт А (1872). «Neue Untersuchungen ueber die Fasserstoffesgerinnung». Pflügers Archiv für die Gesamte Physiologie . 6 : 413–538. дои : 10.1007/BF01612263. S2CID 37273997.
^ Каушанский К., Лихтман М., Прчал Дж., Леви М., Пресс О., Бернс Л., Калиджури М. (2015). Уильямс Гематология . МакГроу-Хилл. п. 1918. ISBN9780071833011.
^ Quick AJ (1957). Геморрагические заболевания . Филадельфия: Леа и Фебигер. стр. 451–490. OCLC 599096191.
^ Моравиц П. (1905). «Die Chemie der Blutgerinnung». Эргеб Физиол . 4 : 307–422. дои : 10.1007/BF02321003. S2CID 84003009.
^ Эндрю М., Паес Б., Милнер Р., Джонстон М., Митчелл Л., Толлефсен Д.М., Пауэрс П. (июль 1987 г.). «Развитие свертывающей системы человека у доношенного ребенка». Кровь . 70 (1): 165–72. дои : 10.1182/blood.V70.1.165.165 . ПМИД 3593964.
^ Вольберг А.С. (сентябрь 2012 г.). «Детерминанты образования, структуры и функции фибрина». Курр Опин Гематол . 19 (5): 349–56. дои : 10.1097/MOH.0b013e32835673c2. PMID 22759629. S2CID 11358104.
^ Байзар Л., Морсер Дж., Нешейм М. (июль 1996 г.). «TAFI, или плазменная прокарбоксипептидаза B, соединяет коагуляционный и фибринолитический каскады через комплекс тромбин-тромбомодулин». Журнал биологической химии . 271 (28): 16603–8. дои : 10.1074/jbc.271.28.16603 . ПМИД 8663147.
^ Якубовский Х.В., Оуэн В.Г. (июль 1989 г.). «Определители макромолекулярной специфичности тромбина для фибриногена и тромбомодулина». Журнал биологической химии . 264 (19): 11117–21. дои : 10.1016/S0021-9258(18)60437-5 . ПМИД 2544585.
^ ПДБ : 1нл2 ; Хуан М., Ригби AC, Морелли X, Грант М.А., Хуан Дж., Фьюри Б, Ситон Б., Фьюри BC (сентябрь 2003 г.). «Структурные основы мембранного связывания Gla-доменами витамин К-зависимых белков». Структурная биология природы . 10 (9): 751–6. дои : 10.1038/nsb971. PMID 12923575. S2CID 7751100.
^ Дэви Э.В., Кулман Дж.Д. (апрель 2006 г.). «Обзор структуры и функции тромбина». Семинары по тромбозам и гемостазу . 32 (Приложение 1): 3–15. дои : 10.1055/с-2006-939550. PMID 16673262. S2CID 36616995.
^ Хубер Р., Боде В. (1 марта 1978 г.). «Структурные основы активации и действия трипсина». Отчеты о химических исследованиях . 11 (3): 114–122. дои : 10.1021/ar50123a006. ISSN 0001-4842.
^ Бернштейн CN, Сарджент М, Вос HL, Rosendaal FR (февраль 2007 г.). «Мутации факторов свертывания крови и воспалительные заболевания кишечника». Американский журнал гастроэнтерологии . 102 (2): 338–43. дои : 10.1111/j.1572-0241.2006.00974.x. PMID 17156138. S2CID 19895315.
^ Борисов Дж.И., Спронк Х.М., Хинеман С., тен Кейт Х (июнь 2009 г.). «Является ли тромбин ключевым игроком в лабиринте «коагуляции-атерогенеза»?». Сердечно-сосудистые исследования . 82 (3): 392–403. дои : 10.1093/cvr/cvp066 . ПМИД 19228706.
^ Борисов Дж.И., Хинеман С., Килинч Э., Кассак П., Ван Орле Р., Винкерс К., Говерс-Римслаг Дж.В., Хамуляк К., Хакенг Т.М., Даемен М.Дж., Тен Кейт Х., Спронк Х.М. (август 2010 г.). «Ранний атеросклероз демонстрирует усиленное прокоагулянтное состояние». Тираж . 122 (8): 821–30. doi : 10.1161/CIRCULATIONAHA.109.907121 . ПМИД 20697022.
^ Борисов JI, Spronk HM, тен Cate H (май 2011 г.). «Система гемостаза как модулятор атеросклероза». Медицинский журнал Новой Англии . 364 (18): 1746–60. дои : 10.1056/NEJMra1011670. ПМИД 21542745.
^ Экономист (05.11.2013). «Наномедицина: физиология частиц». Экономист . Проверено 15 декабря 2013 г.
^ Чепмен В.К., Сингла Н., Геник Ю., МакНил Дж.В., Ренкенс К.Л., Рейнольдс Т.К., Мерфи А., Уивер Ф.А. (август 2007 г.). «Фаза 3, рандомизированное двойное слепое сравнительное исследование эффективности и безопасности местного рекомбинантного человеческого тромбина и бычьего тромбина при хирургическом гемостазе». Журнал Американского колледжа хирургов . 205 (2): 256–65. doi : 10.1016/j.jamcollsurg.2007.03.020. ПМИД 17660072.
^ Сингла НК, Баллард Дж.Л., Монета Дж., Рэндлман К.Д., Ренкенс К.Л., Александр В.А. (июль 2009 г.). «Открытое исследование иммуногенности и безопасности местного рекомбинантного тромбина в одной группе при хирургическом гемостазе» фазы 3b». Журнал Американского колледжа хирургов . 209 (1): 68–74. doi : 10.1016/j.jamcollsurg.2009.03.016. ПМИД 19651065.
^ Гринхал Д.Г., Гамелли Р.Л., Коллинз Дж., Суд Р., Мозинго Д.В., Грей Т.Э., Александр В.А. (2009). «Рекомбинантный тромбин: безопасность и иммуногенность при иссечении и трансплантации ожоговых ран». Журнал ухода за ожогами и исследований . 30 (3): 371–9. дои : 10.1097/BCR.0b013e3181a28979. PMID 19349898. S2CID 3678462.
^ ab "Sverige röstade jatil köttklister" [Швеция проголосовала за мясную пасту] (на шведском языке). Дагенс Нихетер. 09 февраля 2010 г. Проверено 17 октября 2010 г.
^ «Добро пожаловать в Фибримекс». Сайт Фибримекс . Сонак . Проверено 28 февраля 2019 г.
дальнейшее чтение
Эсмон CT (июль 1995 г.). «Тромбомодулин как модель молекулярных механизмов, которые модулируют специфичность протеазы и ее функцию на поверхности сосудов». Журнал ФАСЭБ . 9 (10): 946–55. дои : 10.1096/fasebj.9.10.7615164 . PMID 7615164. S2CID 19565674.
Ву Х, Чжан Цзы, Ли Ю, Чжао Р, Ли Х, Сун Ю, Ци Дж, Ван Дж (октябрь 2010 г.). «Временной ход повышения регуляции медиаторов воспаления в геморрагическом мозге у крыс: корреляция с отеком мозга». Нейрохимия Интернэшнл . 57 (3): 248–53. doi :10.1016/j.neuint.2010.06.002. ПМЦ 2910823 . ПМИД 20541575.
Лентинг П.Дж., ван Моурик Дж.А., Мертенс К. (декабрь 1998 г.). «Жизненный цикл фактора свертывания крови VIII с учетом его структуры и функции». Кровь . 92 (11): 3983–96. дои : 10.1182/blood.V92.11.3983. ПМИД 9834200.
Плуг Э.Ф., Черневский К.С., Сяо З., Хаас Т.А., Бызова Т.В. (июль 2001 г.). «АльфаIIbbeta3 и ее антагонизм в новом тысячелетии». Тромбоз и гемостаз . 86 (1): 34–40. дои : 10.1055/s-0037-1616198. PMID 11487023. S2CID 74389210.
Марагудакис М.Е., Цопаноглу Н.Е., Андриопулу П. (апрель 2002 г.). «Механизм тромбин-индуцированного ангиогенеза». Труды Биохимического общества . 30 (2): 173–7. дои : 10.1042/BST0300173. ПМИД 12023846.
Хауэлл, округ Колумбия, Лоран Дж.Дж., Чемберс Р.С. (апрель 2002 г.). «Роль тромбина и его основного клеточного рецептора, активируемого протеазой рецептора-1, в легочном фиброзе». Труды Биохимического общества . 30 (2): 211–6. дои : 10.1042/BST0300211. PMID 12023853. S2CID 32822567.
Минами Т., Сугияма А., Ву С.К., Абид Р., Кодама Т., Эйрд В.К. (январь 2004 г.). «Тромбин и фенотипическая модуляция эндотелия». Атеросклероз, тромбоз и сосудистая биология . 24 (1): 41–53. дои : 10.1161/01.ATV.0000099880.09014.7D . ПМИД 14551154.
Де Кристофаро Р., Де Кандия Э (июнь 2003 г.). «Домены тромбина: структура, функции и взаимодействие с рецепторами тромбоцитов». Журнал тромбозов и тромболизиса . 15 (3): 151–63. doi :10.1023/B:THRO.0000011370.80989.7b. ПМИД 14739624.
Цопаноглу Н.Е., Марагудакис М.Е. (февраль 2004 г.). «Роль тромбина в ангиогенезе и прогрессировании опухоли». Семинары по тромбозам и гемостазу . 30 (1): 63–9. doi : 10.1055/s-2004-822971. PMID 15034798. S2CID 260320933.
Боде В. (2007). «Структура и способы взаимодействия тромбина». Клетки крови, молекулы и болезни . 36 (2): 122–30. дои : 10.1016/j.bcmd.2005.12.027 . ПМИД 16480903.
Вольберг А.С. (май 2007 г.). «Поколение тромбина и структура сгустка фибрина». Обзоры крови . 21 (3): 131–42. дои : 10.1016/j.blre.2006.11.001. ПМИД 17208341.
Деген С (1995). «Протромбин». В High K, Робертс Х. (ред.). Молекулярные основы тромбоза и гемостаза . Марсель Деккер. п. 75. ИСБН 9780824795016.
Внешние ссылки
Онлайн-база данных MEROPS по пептидазам и их ингибиторам: S01.217. Архивировано 19 сентября 2019 г. на Wayback Machine .
Куйович Ю.Л. (февраль 2021 г.). Адам М.П., Ардингер Х.Х., Пагон Р.А. и др. (ред.). «Протромбиновая тромбофилия». Джин Обзоры . Сиэтл, Вашингтон: Вашингтонский университет, Сиэтл. ПМИД 20301327. НБК1148.
