Тромбин ( фактор IIa ) ( EC 3.4.21.5, фиброза, тромбаза, тромбофорт, местный, тромбин-C, тропостазин, активированный фактор свертывания крови II, E тромбин, бета-тромбин, гамма-тромбин) — сериновая протеаза , которая превращает фибриноген в нити нерастворимого фибрина , а также катализирует многие другие реакции, связанные со свертыванием крови. [5] [6]
История
После описания фибриногена и фибрина Александр Шмидт в 1872 году выдвинул гипотезу о существовании фермента, который превращает фибриноген в фибрин. [7]
Протромбин был открыт Пекельхарингом в 1894 году. [8] [9] [10]
Физиология
Синтез
Тромбин вырабатывается путем ферментативного расщепления двух участков на протромбине активированным фактором X (Xa). Активность фактора Xa значительно усиливается при связывании с активированным фактором V (Va), называемым комплексом протромбиназы . Протромбин вырабатывается в печени и котрансляционно модифицируется в реакции, зависящей от витамина К , которая преобразует 10-12 глутаминовых кислот на N-конце молекулы в гамма-карбоксиглутаминовую кислоту (Gla). [11] В присутствии кальция остатки Gla способствуют связыванию протромбина с фосфолипидными бислоями. Дефицит витамина К или введение антикоагулянта варфарина подавляет выработку остатков гамма-карбоксиглутаминовой кислоты, замедляя активацию каскада коагуляции.
У взрослых людей нормальный уровень активности антитромбина в крови составляет около 1,1 ед./мл. Уровень тромбина у новорожденных неуклонно повышается после рождения, достигая нормального уровня взрослого человека, от уровня около 0,5 ед./мл через 1 день после рождения до уровня около 0,9 ед./мл через 6 месяцев жизни. [12]
Механизм действия
В процессе свертывания крови тромбин действует, преобразуя фактор XI в XIa, VIII в VIIIa, V в Va, фибриноген в фибрин и XIII в XIIIa. При превращении фибриногена в фибрин тромбин катализирует расщепление фибринопептидов A и B из соответствующих цепей Aα и Bβ фибриногена с образованием мономеров фибрина. [13]
Фактор XIIIa — это трансглутаминаза , катализирующая образование ковалентных связей между остатками лизина и глутамина в фибрине. Ковалентные связи повышают стабильность фибринового сгустка. Тромбин взаимодействует с тромбомодулином . [14] [15]
В рамках своей активности в каскаде коагуляции тромбин также способствует активации и агрегации тромбоцитов посредством активации рецепторов, активируемых протеазой, на клеточной мембране тромбоцита.
Отрицательный отзыв
Тромбин, связанный с тромбомодулином, активирует протеин C , ингибитор каскада коагуляции. Активация протеина C значительно усиливается после связывания тромбина с тромбомодулином , интегральным мембранным протеином, экспрессируемым эндотелиальными клетками. Активированный протеин C инактивирует факторы Va и VIIIa. Связывание активированного протеина C с протеином S приводит к умеренному повышению его активности. Тромбин также инактивируется антитромбином , ингибитором сериновой протеазы .
Структура
Закрепление бычьего протромбина на мембране через его домен Gla . [16]
Молекулярная масса протромбина составляет приблизительно 72 000 Да . Каталитический домен высвобождается из фрагмента протромбина 1.2, создавая активный фермент тромбин, молекулярная масса которого составляет 36 000 Да. Структурно он является членом большого клана протеаз PA .
Протромбин состоит из четырех доменов: N-концевого домена Gla , двух доменов kringle и C-концевого домена трипсиноподобной сериновой протеазы . Фактор Xa с фактором V в качестве кофактора приводит к расщеплению домена Gla и двух доменов Kringle (образуя 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 преобразуется в активный тромбин путем протеолиза внутренней пептидной связи, обнажая новый N-концевой Ile-NH3. Историческая модель активации сериновых протеаз включает вставку этого новообразованного N-конца тяжелой цепи в β-ствол, что способствует правильной конформации каталитических остатков. [18] В отличие от кристаллических структур активного тромбина, исследования масс-спектрометрии обмена водорода и дейтерия показывают, что этот N-концевой Ile-NH3 не вставляется в β-ствол в апо-форме тромбина. Однако связывание активного фрагмента тромбомодулина, по -видимому, аллостерически способствует активной конформации тромбина путем вставки этого N-концевого региона. [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 , которая также называется мутацией фактора II. Протромбин G20210A является врожденным. [21]
Протромбин G20210A обычно не сопровождается другими факторными мутациями (например, наиболее распространенным является фактор V Лейден). Ген может быть унаследован гетерозиготно (1 пара) или, что гораздо реже, гомозиготно (2 пары) и не связан с полом или группой крови. Гомозиготные мутации увеличивают риск тромбоза больше, чем гетерозиготные мутации, но относительно повышенный риск недостаточно хорошо документирован. Другие потенциальные риски тромбоза , такие как оральные контрацептивы, могут быть аддитивными. Ранее сообщавшаяся связь воспалительного заболевания кишечника (например, болезнь Крона или язвенный колит ) и протромбина G20210A или мутации фактора V Лейдена была опровергнута исследованиями. [22]
Помимо своей ключевой роли в динамическом процессе образования тромба, тромбин имеет выраженный провоспалительный характер, который может влиять на начало 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 стенки артериальных сосудов, тромбин имеет потенциал оказывать проатерогенные действия, такие как воспаление, привлечение лейкоцитов в атеросклеротическую бляшку, усиление окислительного стресса, миграцию и пролиферацию гладкомышечных клеток сосудов, апоптоз и ангиогенез. [23] [24] [25]
Тромбин участвует в физиологии образования тромбов . Его присутствие указывает на наличие тромба. В 2013 году была разработана система для обнаружения наличия тромбина у мышей. Она объединяет оксид железа с пептидным покрытием , прикрепленный к «репортерным химикатам». 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 рекомбинантных конструкций слитых белков . После очистки слитого белка тромбин может быть использован для селективного расщепления между остатками аргинина и глицина сайта расщепления, эффективно удаляя метку очистки из интересующего белка с высокой степенью специфичности.
Медицина и хирургия
Концентрат протромбинового комплекса и свежезамороженная плазма являются препаратами фактора свертывания крови, богатыми протромбином, которые могут использоваться для коррекции дефицита (обычно из-за лекарств) протромбина. Показания включают неуправляемое кровотечение из-за варфарина .
Манипуляция протромбином является центральной в механизме действия большинства антикоагулянтов . Варфарин и родственные препараты ингибируют витамин К- зависимое карбоксилирование нескольких факторов свертывания крови, включая протромбин. Гепарин увеличивает сродство антитромбина к тромбину (а также фактору Xa ). Прямые ингибиторы тромбина , более новый класс лекарств, напрямую ингибируют тромбин, связываясь с его активным сайтом.
Рекомбинантный тромбин доступен в виде порошка для восстановления в водном растворе . Его можно применять местно во время хирургических операций, как средство для остановки кровотечения . Он может быть полезен для остановки небольшого кровотечения из капилляров и мелких венул, но неэффективен и не показан при массивном или сильном артериальном кровотечении. [27] [28] [29]
Производство продуктов питания
Тромбин, в сочетании с фибриногеном , продается под торговой маркой Fibrimex для использования в качестве связующего агента для мяса. Оба белка в Fibrimex получены из свиной или бычьей крови. [30] По словам производителя, его можно использовать для производства новых видов смешанного мяса (например, для бесшовного комбинирования говядины и рыбы). Производитель также заявляет, что его можно использовать для комбинирования цельного мышечного мяса, его формирования и порционирования, что позволяет сократить производственные затраты без потери качества. [31]
Генеральный секретарь Шведской ассоциации потребителей Ян Бертофт заявил, что «существует опасность введения потребителей в заблуждение, поскольку нет никакого способа отличить восстановленное мясо от настоящего». [30]
^ abc GRCh38: Ensembl выпуск 89: ENSG00000180210 – Ensembl , май 2017 г.
^ abc GRCm38: Ensembl выпуск 89: ENSMUSG00000027249 – Ensembl , май 2017 г.
^ "Human PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
^ "Mouse PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
^ Royle NJ, Irwin DM, Koschinsky ML, MacGillivray RT, Hamerton JL (май 1987). «Человеческие гены, кодирующие протромбин и церулоплазмин, сопоставлены с 11p11-q12 и 3q21-24 соответственно». Somatic Cell and Molecular Genetics . 13 (3): 285–92. doi :10.1007/BF01535211. PMID 3474786. S2CID 45686258.
^ Degen SJ, Davie EW (сентябрь 1987). «Нуклеотидная последовательность гена человеческого протромбина». Биохимия . 26 (19): 6165–77. doi :10.1021/bi00393a033. PMID 2825773.
^ 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: Lea и Febiger. 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 системы свертывания крови у доношенных детей». Кровь . 70 (1): 165–72. doi : 10.1182/blood.V70.1.165.165 . PMID 3593964.
^ Wolberg AS (сентябрь 2012 г.). «Детерминанты образования, структуры и функции фибрина». Curr Opin Hematol . 19 (5): 349–56. doi :10.1097/MOH.0b013e32835673c2. PMID 22759629. S2CID 11358104.
^ Bajzar L, Morser J, Nesheim M (июль 1996 г.). «TAFI, или плазменная прокарбоксипептидаза B, связывает каскады коагуляции и фибринолиза через комплекс тромбин-тромбомодулин». Журнал биологической химии . 271 (28): 16603–8. doi : 10.1074/jbc.271.28.16603 . PMID 8663147.
^ Jakubowski HV, Owen WG (июль 1989). «Макромолекулярные детерминанты специфичности тромбина для фибриногена и тромбомодулина». Журнал биологической химии . 264 (19): 11117–21. doi : 10.1016/S0021-9258(18)60437-5 . PMID 2544585.
^ PDB : 1nl2 ; Huang M, Rigby AC, Morelli X, Grant MA, Huang G, Furie B, Seaton B, Furie BC (сентябрь 2003 г.). «Структурная основа связывания мембран доменами Gla витамин К-зависимых белков». Nature Structural Biology . 10 (9): 751–6. doi :10.1038/nsb971. PMID 12923575. S2CID 7751100.
^ Davie EW, Kulman JD (апрель 2006 г.). «Обзор структуры и функции тромбина». Семинары по тромбозу и гемостазу . 32 (Приложение 1): 3–15. doi :10.1055/s-2006-939550. PMID 16673262. S2CID 36616995.
^ Huber R, Bode W (1978-03-01). «Структурная основа активации и действия трипсина». Accounts of Chemical Research . 11 (3): 114–122. doi :10.1021/ar50123a006. ISSN 0001-4842.
^ Handley LD, Treuheit NA, Venkatesh VJ, Komives EA (ноябрь 2015 г.). «Связывание тромбомодулина выбирает каталитически активную форму тромбина». Биохимия . 54 (43): 6650–8. doi :10.1021/acs.biochem.5b00825. PMC 4697735. PMID 26468766 .
^ Degen SJ, McDowell SA, Sparks LM, Scharrer I (февраль 1995 г.). «Протромбин Франкфурт: дисфункциональный протромбин, характеризующийся заменой Glu-466 на Ala». Тромбоз и гемостаз . 73 (2): 203–9. doi :10.1055/s-0038-1653751. PMID 7792730. S2CID 20144699.
^ Varga EA, Moll S (июль 2004 г.). "Страницы пациентов с кардиологическим заболеванием. Мутация протромбина 20210 (мутация фактора II)". Циркуляция . 110 (3): e15–8. doi : 10.1161/01.CIR.0000135582.53444.87 . PMID 15262854.
^ Bernstein CN, Sargent M, Vos HL, Rosendaal FR (февраль 2007 г.). «Мутации факторов свертывания крови и воспалительные заболевания кишечника». Американский журнал гастроэнтерологии . 102 (2): 338–43. doi :10.1111/j.1572-0241.2006.00974.x. PMID 17156138. S2CID 19895315.
^ Бориссофф JI, Спронк HM, Хенеман S, тен Кейт H (июнь 2009). «Является ли тромбин ключевым игроком в лабиринте «коагуляции-атерогенеза»?». Cardiovascular Research . 82 (3): 392–403. doi : 10.1093/cvr/cvp066 . PMID 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.
^ Бориссофф JI, Спронк HM, тен Кейт H (май 2011). «Гемостатическая система как модулятор атеросклероза». The New England Journal of Medicine . 364 (18): 1746–60. doi :10.1056/NEJMra1011670. PMID 21542745.
^ Chapman WC, Singla N, Genyk Y, McNeil JW, Renkens KL, Reynolds TC, Murphy A, Weaver FA (август 2007 г.). «Фаза 3, рандомизированное, двойное слепое сравнительное исследование эффективности и безопасности местного рекомбинантного человеческого тромбина и бычьего тромбина при хирургическом гемостазе». Журнал Американской коллегии хирургов . 205 (2): 256–65. doi :10.1016/j.jamcollsurg.2007.03.020. PMID 17660072.
^ Сингла НК, Баллард ДЖЛ, Монета Г, Рэндлман КД, Ренкенс КЛ, Александр ВА (июль 2009 г.). «Фаза 3б, открытое, одногрупповое иммуногенное и безопасное исследование местного рекомбинантного тромбина при хирургическом гемостазе». Журнал Американской коллегии хирургов . 209 (1): 68–74. doi :10.1016/j.jamcollsurg.2009.03.016. PMID 19651065.
^ Greenhalgh DG, Gamelli RL, Collins J, Sood R, Mozingo DW, Gray TE, Alexander WA (2009). «Рекомбинантный тромбин: безопасность и иммуногенность при удалении ожоговых ран и пересадке». Journal of Burn Care & Research . 30 (3): 371–9. doi :10.1097/BCR.0b013e3181a28979. PMID 19349898. S2CID 3678462.
^ ab "Sverige röstade jatil köttklister" [Швеция проголосовала за мясную пасту] (на шведском языке). Дагенс Нюхетер. 09 февраля 2010 г. Проверено 17 октября 2010 г.
Esmon CT (июль 1995 г.). «Тромбомодулин как модель молекулярных механизмов, модулирующих специфичность протеазы и ее функцию на поверхности сосудов». FASEB Journal . 9 (10): 946–55. doi : 10.1096/fasebj.9.10.7615164 . PMID 7615164. S2CID 19565674.
Wu H, Zhang Z, Li Y, Zhao R, Li H, Song Y, Qi J, Wang J (октябрь 2010 г.). «Ход повышения регуляции воспалительных медиаторов в геморрагическом мозге у крыс: корреляция с отеком мозга». Neurochemistry International . 57 (3): 248–53. doi :10.1016/j.neuint.2010.06.002. PMC 2910823 . PMID 20541575.
Lenting PJ, van Mourik JA, Mertens K (декабрь 1998 г.). «Жизненный цикл фактора свертывания крови VIII с учетом его структуры и функции». Blood . 92 (11): 3983–96. doi :10.1182/blood.V92.11.3983. PMID 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.
Maragoudakis ME, Tsopanoglou NE, Andriopoulou P (апрель 2002 г.). «Механизм ангиогенеза, индуцированного тромбином». Труды биохимического общества . 30 (2): 173–7. doi :10.1042/BST0300173. PMID 12023846.
Howell DC, Laurent GJ, Chambers RC (апрель 2002 г.). «Роль тромбина и его основного клеточного рецептора, активируемого протеазой рецептора-1, в легочном фиброзе». Труды биохимического общества . 30 (2): 211–6. doi :10.1042/BST0300211. PMID 12023853. S2CID 32822567.
Firth SM, Baxter RC (декабрь 2002 г.). «Клеточные действия белков, связывающих инсулиноподобный фактор роста». Endocrine Reviews . 23 (6): 824–54. doi : 10.1210/er.2001-0033 . PMID 12466191.
Minami T, Sugiyama A, Wu SQ, Abid R, Kodama T, Aird WC (январь 2004 г.). «Тромбин и фенотипическая модуляция эндотелия». Артериосклероз, тромбоз и сосудистая биология . 24 (1): 41–53. doi : 10.1161/01.ATV.0000099880.09014.7D . PMID 14551154.
De Cristofaro R, De Candia E (июнь 2003 г.). «Домены тромбина: структура, функция и взаимодействие с рецепторами тромбоцитов». Журнал тромбоза и тромболизиса . 15 (3): 151–63. doi :10.1023/B:THRO.0000011370.80989.7b. PMID 14739624.
Tsopanoglou NE, Maragoudakis ME (февраль 2004 г.). «Роль тромбина в ангиогенезе и прогрессировании опухолей». Семинары по тромбозу и гемостазу . 30 (1): 63–9. doi :10.1055/s-2004-822971. PMID 15034798. S2CID 260320933.
Bode W (2007). «Структура и режимы взаимодействия тромбина». Кровяные клетки, молекулы и заболевания . 36 (2): 122–30. doi : 10.1016/j.bcmd.2005.12.027 . PMID 16480903.
Wolberg AS (май 2007). «Генерация тромбина и структура фибринового сгустка». Blood Reviews . 21 (3): 131–42. doi :10.1016/j.blre.2006.11.001. PMID 17208341.
Degen S (1995). "Протромбин". В High K, Roberts H (ред.). Молекулярная основа тромбоза и гемостаза . Marcel Dekker. стр. 75. ISBN 9780824795016.
Внешние ссылки
Онлайн-база данных MEROPS для пептидаз и их ингибиторов: S01.217 Архивировано 19.09.2019 на Wayback Machine
Kujovich JL (февраль 2021 г.). Adam MP, Ardinger HH, Pagon RA и др. (ред.). «Протромбиновая тромбофилия». GeneReviews . Сиэтл, Вашингтон: Вашингтонский университет, Сиэтл. PMID 20301327. NBK1148.
