Введение
Энзим, участвующий в свертывании крови у человека.
Протромбин (фактор свертывания II) кодируется у человека геном F2. Он протеолитически расщепляется в процессе свертывания ферментным комплексом протромбиназы с образованием тромбина. Тромбин (фактор IIa) (фибриногеназа, тромбаза, тромбофорт, местный, тромбин С, тропостазин, активированный фактор свертывания крови II, E-тромбин, бета-тромбин, гамма-тромбин) — это серинпротеаза, которая превращает фибриноген в нити нерастворимого фибрина и катализирует множество других реакций, связанных со свертыванием крови.
История
После описания фибриногена и фибрина Александр Шмидт выдвинул гипотезу о существовании фермента, превращающего фибриноген в фибрин, в 1872 году. Протромбин был открыт Пекельхарингом в 1894 году.
Синтез
Тромбин образуется в результате ферментативного расщепления двух участков протромбина активированным фактором X (Xa). Активность фактора Xa значительно повышается при связывании с активированным фактором V (Va), образуя комплекс протромбиназы. Протромбин синтезируется в печени и подвергается котрансляционной модификации в реакции, зависящей от витамина К, которая превращает 10-12 глутаминовых кислот в N-конце молекулы в гамма-карбоксиглутаминовую кислоту (Gla). В присутствии кальция остатки Gla способствуют связыванию протромбина с фосфолипидными бислоями. Дефицит витамина К или применение антикоагулянта варфарина ингибирует образование остатков гамма-карбоксиглутаминовой кислоты, замедляя активацию каскада свертывания. У взрослых людей нормальный уровень антитромбиновой активности в крови составляет приблизительно 1,1 единицы/мл. У новорожденных уровень тромбина постепенно возрастает после рождения, достигая нормальных показателей взрослых: от уровня около 0,5 единицы/мл через 1 день после рождения до уровня около 0,9 единицы/мл к 6 месяцам жизни.
Механизм действия
В процессе свертывания крови тромбин активирует фактор XI, превращая его в XIa, фактор VIII в VIIIa, фактор V в Va, фибриноген в фибрин и фактор XIII в XIIIa. При преобразовании фибриногена в фибрин тромбин катализирует отщепление фибринопептидов А и В от соответствующих Aα и Bβ цепей фибриногена, формируя мономеры фибрина. Фактор XIIIa является трансглутаминазой, которая катализирует образование ковалентных связей между остатками лизина и глутамина в фибрине. Эти ковалентные связи повышают стабильность фибринового сгустка. Тромбин взаимодействует с тромбомодулином. В ходе своей активности в каскаде свертывания тромбин также стимулирует активацию и агрегацию тромбоцитов посредством активации протеазоактивированных рецепторов на клеточной мембране тромбоцитов.
Отрицательные отзывы
Тромбин, связанный с тромбомодулином, активирует протеин C, ингибитор каскада свертывания. Активация протеина C значительно усиливается при связывании тромбина с тромбомодулином – интегральным мембранным белком, 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 серинпротеаз.
Структура
Молекулярная масса протромбина составляет приблизительно 72 000 Да. Каталитический домен высвобождается из фрагмента протромбина 1.2, образуя активный фермент тромбин, молекулярная масса которого составляет 36 000 Да. По своей структуре он относится к крупному клану PA протеаз. Протромбин состоит из четырех доменов: N-концевого Gla-домена, двух доменов крингл и C-концевого трипсиноподобного домена серин-протеазы. Фактор Xa совместно с фактором V в качестве кофактора приводит к расщеплению Gla-домена и двух доменов крингл (формируя вместе фрагмент, называемый фрагментом 1.2) и оставляет тромбин, состоящий исключительно из домена серин-протеазы. Как и в случае всех серин-протеаз, протромбин превращается в активный тромбин путем протеолиза внутренней пептидной связи, что приводит к обнажению нового N-концевого Ile NH3. Классическая модель активации серин-протеаз предполагает вставку этого вновь образованного N-конца тяжелой цепи в β-цилиндр, способствуя правильной конформации каталитических остатков. В отличие от данных, полученных на основе кристаллических структур активного тромбина, исследования масс-спектрометрии обмена дейтерием-водородом показывают, что этот N-концевой Ile NH3 не внедряется в β-цилиндр в апо-форме тромбина. Однако связывание активного фрагмента тромбомодулина, по-видимому, аллостерически способствует переходу тромбина в активную конформацию, осуществляя вставку этого N-концевого участка.
Ген
По оценкам, в мире насчитывается около 30 человек, у которых диагностирована врожденная форма дефицита фактора II, которую не следует путать с мутацией протромбина G20210A, также называемой мутацией фактора II. Мутация протромбина G20210A является врожденной. Мутация протромбина G20210A обычно не сопровождается другими мутациями факторов свертывания крови (например, наиболее распространенной является мутация фактора V Leiden). Ген может быть унаследован в гетерозиготной форме (1 пара), или гораздо реже, в гомозиготной форме (2 пары), и не связан с полом или группой крови. Гомозиготные мутации повышают риск тромбоза в большей степени, чем гетерозиготные мутации, однако величина этого повышенного риска недостаточно изучена. Другие факторы риска тромбоза, такие как прием пероральных контрацептивов, могут оказывать кумулятивный эффект. Ранее сообщавшаяся связь между воспалительными заболеваниями кишечника (например, болезнью Крона или язвенным колитом) и мутацией протромбина G20210A или фактора V Leiden была опровергнута результатами исследований.
Роль в болезни
Активация протромбина имеет решающее значение в физиологической и патологической коагуляции. Описаны различные редкие заболевания, связанные с протромбином (например, гипопротромбинемия). Антипротромбиновые антитела при аутоиммунных заболеваниях могут быть фактором формирования волчаночного антикоагулянта (также известного как антифосфолипидный синдром). Гиперпротромбинемия может быть вызвана мутацией G20210A. Тромбин, мощный вазоконстриктор и митоген, играет основную роль в вазоспазме после субарахноидального кровоизлияния. Кровь из разорванной церебральной аневризмы свертывается вокруг мозговой артерии, высвобождая тромбин. Это может вызвать острое и продолжительное сужение кровеносного сосуда, потенциально приводящее к церебральной ишемии и инфаркту (инсульту). Помимо ключевой роли в динамическом процессе образования тромба, тромбин обладает выраженным провоспалительным характером, который может влиять на начало и прогрессирование атеросклероза. Действуя через специфические рецепторы клеточной мембраны (рецепторы, активируемые протеазой: PAR 1, PAR 3 и PAR 4), которые обильно экспрессируются во всех компонентах стенки артериальных сосудов, тромбин способен оказывать проатерогенное действие, такое как воспаление, привлечение лейкоцитов в атеросклеротическую бляшку, усиление окислительного стресса, миграция и пролиферация гладкомышечных клеток сосудов, апоптоз и ангиогенез. Тромбин участвует в физиологии образования кровяных сгустков. Его присутствие указывает на наличие сгустка. В 2013 году была разработана система для обнаружения тромбина у мышей, сочетающая в себе пептид-покрытый оксид железа, связанный с "репортерными химическими веществами". При связывании пептида с молекулой тромбина высвобождается репортер, который обнаруживается в моче. Испытания на людях не проводились.
Исследовательский инструмент
Тромбин является ценным биохимическим инструментом благодаря своей высокой протеолитической специфичности. Последовательность распознавания тромбина (Leu Val Pro Arg Gly Ser) часто включают в линкерные участки рекомбинантных белковых конструкций. После очистки белка-слияния тромбин можно использовать для селективного расщепления между остатками аргинина и глицина в этой последовательности, эффективно удаляя очистную метку с целевого белка с высокой степенью специфичности.
Медицину и хирургию
Концентрат протромбинового комплекса и свежезамороженная плазма – это препараты, богатые протромбином, факторы свертывания крови, которые могут использоваться для коррекции дефицита протромбина (обычно вызванного приемом лекарственных препаратов). Показаниями к применению является неконтролируемое кровотечение, обусловленное варфарином. Воздействие на протромбин лежит в основе механизма действия большинства антикоагулянтов. Варфарин и аналогичные препараты ингибируют витамин К-зависимое карбоксилирование нескольких факторов свертывания, включая протромбин. Гепарин повышает сродство антитромбина к тромбину (а также к фактору Xa). Прямые ингибиторы тромбина, представляющие собой более новый класс препаратов, непосредственно ингибируют тромбин, связываясь с его активным центром. Рекомбинантный тромбин доступен в виде порошка для приготовления водного раствора. Его можно применять местно во время хирургических вмешательств в качестве средства для гемостаза. Он может быть полезен для остановки незначительного кровотечения из капилляров и мелких венул, но неэффективен и не показан при массивном или обильном артериальном кровотечении.
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 крови свиней или крупного рогатого скота. По словам производителя, его можно использовать для создания новых видов смешанного мяса (например, для бесшовного сочетания говядины и рыбы). Производитель также заявляет, что его можно использовать для объединения цельных кусков мяса, придания им формы и разделения на порции, что позволяет снизить производственные затраты без потери качества. Генеральный секретарь Шведской ассоциации потребителей Ян Бертофт заявил: "существует риск ввести потребителей в заблуждение, поскольку невозможно отличить это реконструированное мясо от натурального".