Биологический каталог




Биоорганическая химия

Автор Ю.А.Овчинников

Рис. 132. Схема превращения протромбина в тромбин.

(бывшая носительницей гена гемофилии), явилась, сама того не подозревая, причиной распространения этого наследственного заболевания в монархических династиях Пруссии. Испании и России.

Свертывание крови по внешнему пути осуществляется весьма быстро ( 12 с). При повреждении кровеносного сосуда и окружающей ткани в кровь высвобождается тканевый фактор лило протеиновой природы, действующий как белок-модификатор. Он вызывает активацию фактора VII (проконвертина) и образование соответствующей протеиназы Vila (впоследствии этот процесс резко усиливается тромбином по механизму обратной связи), а совместное действие тканевого фактора и фактора Vila приводит к инициации основного звена процесса свертывания крови: Х-^Ха-^ — и т. д.

На заключительных этапах каскада весьма существенным является превращение протромбина (фактора II) в тромбин. Оно происходит под действием протеиназы Ха, но скорость этой реакции увеличивается в десятки тысяч раз благодаря участию еще одного сывороточного белка — акселерина (фактора V).

Протромбин - белок, состоящий из 582 аминокислотных остатков; его протеолнтическое расщепление по связям Arg—Thr(274 — 275) и Arg—lie (323 — 324) приводит к удалению большого N концевого фрагмента и образованию тромбина, состоящего из соединенных дисульфидной связью цепей А и В (рис. 132).

Важной особенностью протромбина является наличие в N-koh-цевом участке его пептидной цепи большого числа (10) остатков Y-карбоксиглутаминоной кислоты (Gla). Именно эти остатки ответственны за связывание нойон С а , являющихся важнейшими кофакторами (известными как фактор IV) на различных стадиях свертывания крови, у Карбоксилированне остатков глутаминовои кислоты осуществляется специальной витамин К-зави-симой ферментной системой. Отсюда становится понятным, почему витамин К (см. с. 688) необходим для нормального протекания процессов свертывания, а его антагонисты — дикума-рол варфарин и др. часто используются в медицине в качестве антикоагулянтов для предотвращения тромбозов у больных с повышенной свертываемостью крови:

234 Превращение протромбина в тромбин происходит на фосфо-

- липидных мембранах тромбоцитов, скапливающихся в месте по-

Белки и пептиды вреждения ткани стенки сосуда. Каталитический комплекс

(рис. 133) состоит из ионов Са^'1, связанных с протромбином, факторов Ха и V, а также кислых фосфолипидов; благодаря близости и оптимальной ориентации всех компонентов на мембране процесс ускоряется в 10*— 101* раз! При активации протромбина отщепляется N концевой фрагмент, содержащий Са связываю

4

ш

Рис. 133. Мембранный каталитически» комплекс активации протромбина.

щие участки. Аналогичный механизм лежит также в основе активации факторов VII, IX, XI, XII.

Тромбин — высокоспецифичная протеиназа, во многом аналогичная трипсину. В молекуле фибриногена он расщепляет пептидные связи между остатками Arg и Gly. Аминокислотная последовательность В-цепи тромби на гомологич на структуре трипсина, химотрипсина и эластазы, в его активном центре находится фрагмент с характерной для активных центров сериновых протеиназ структурой Gly—Asp—Ser—Gly—Gly—Pro.

Главное звено в свертывании крови — превращение растворимого белка фибриногена (фактор 1) под действием тромбина в фибрин-мономер, а затем путем полимеризации последнего — в нерастворимый фибрин-полимер. Фибриноген — высокомолекулярный белок, состоящий из грех пар неидентичных субъединиц — аА, р"В и у, т. е. его структура (аА,рВ,у)2- Совокупность физико-химических данных позволила С. Хал л у и X. Слэйтеру предложить модель пространственной организации фибриногена (рис. 134).

Фибриноген имеет вытянутую форму и напоминает двойную гантель. Длина молекулы фибриногена 46,0 нм; «узлы» в его структуре

стабилизированы дисульфидными связями, ио вместе с тем обеспе- 235

чиваюг подвижность по принципу своеобразного «шарнира». -

В результате протеолитического действия тромбина от фибрино- Биологическая роль белков гена отщепляются 4 пептида, названные фибринопептидами: два А-пептида от двух ссА-цепей и два В пептида от двух НВ-цепей, Ниже показаны аминокислотные последовательности фибринопеп-тидоа А и В человека (а) и кролика (б):

Ala—Asp—Ser—Gly—Glu Gly- Asp—Phe -Leu- Ala—Glu -Gly—Gly- Gly—Val—Arg (a)

Val—Asp-Pro—Gly—Glu—Ser—Thr—Phe—lie—Asp—Glu--Gly— Ala Thr Gly—Arg (6) A

Ala—Asp—Asp—Туг—Asp—Asp—Glu—Val— Leu—Pro—Asp— Ala—Arg (6) В

Таким образом, фибрин мономер имеет субъедииичную структуру (ару)2; молекула фибрин-мономера спонтанно агрегирует, образуя фибрин, имеющий форму длинных нерастворимых нитей (фибрилл). Отщепление фибринопептидов, обладающих большим числом остатков полярных аминокислот, а также заряженными

группировками О-фосфосерина Ser и О-сульфотирозина Туг, резко

изменяет свойства цепей и способствует агрегации мономеров в фнбрин-полимер. Методами электронной спектроскопии и малоуглового рассеяния рентгеновских лучей установлено, что фиб-

236 рин имеет периодическую структуру; протяженность повторяющего-- ся участка составляет 23,0 нм (рис. 135).

Белки и пептиды Сгусток крови, образовавшийся при спонтанной полимериза-

ции мономеров фибрина, вначале является рыхлым и нестойким. Затем он стабилизируется за счет поперечных ковалентных «сшивок» между антипараллельными у цепями, в частности путем реакции трансамидирояания с участием остатков Gin и Lys:

I i j i

CO о NH СО О NH

// . Трвнеа^ида |

СН-СНг-СНг-С^ + NHj-CHj-CHi-CHj-CHj-CH -CH-CHj-CHj-C—NH-CHj-CHz-CH^CHj-CH

Nh NH2 CO NH CO

! II I

Если в результате генетических нарушений в крови отсутствует «сшивающий» фермент, то у больных наблюдается повышенная склонность к кровотечениям. Этот фермент (фактор XIII) получил название трансами да за (трансглутаминаза); он активируется тромбином. В процессе участвует еще один белок — фибронектин (гликопротеин, состоящий из даух связанных S—S-связью субъединиц), который «сшивается» с фибрином и способствует процессу свертывания.

Таким образом, в процессе свертывания крови и образования тромба участвует около 20 специфических белков; их характеристики приведены в таблице 10.

Естественно, что для поддержания гомеостаза кроме системы свертывания крови функционирует и противосвертывающая система, или система фибриночиза (рис. 131). Она включается в тех случаях, когда свертывание крови нежелательно, а также для

разрушения свежеобразовавшихся тромбов. Наиболее важным из 237

белков этой системы является плазмин (фибринолизин) —спе- -

цифнческая протеина за, разрушающая фибрин. Плазмин образует- Биологическая роль белков ся в результате активирования плазминогена урокиназои Активация плазминогена может осуществляться также калликреином специфическим тканевым активатором плазминогена, и, кроме того, в результате образования комплекса с бактериальным белком стрептокиназой.

Препятствовать тромбообразованию могут также и белковые ингибиторы протеиназ — факторов свертывания крови. Среди них наиболее изучен антитромбин III; он ингибирует все протеиназы каскада, за исключением Vila. Действие антитромбина 111 усиливается полисахаридом гепарином.

В заключение следует отметить, что функционирование всех факторов свертывания крови и белков системы фй бри ноли за осуществляется на основе некоторых общих принципов активации проферментов, или зимогеиов (превращение неактивного предшественника в активный фермент). Сравнение структур ряда факторов свертывания крови показывает, что протеолитическнм действием во всех случаях обладают С-концевые фрагменты, содержащие , около 250 аминокислотных остатков, которые обнаруживают выраженную структурную гомологию как между собой, так и с другими

Таблица 10

Белки свертывания крови

Название Концентрация в плазме (мг/100мл) Мол. масса Субъединичный состав

Фибриноген (фактор I) 200 - 450 340 000 (аА0В7),аА-635ОО 0В-56ООО Т-47 000

Протромбин (фактор 11) 5 10 72 000 1

Тканевый фактор (фактор 111) -

Са1+-ионы (фактор IV)

Плазменный проак елерин (фактор V) 0.01 300 000 1

Сывороточный проакселерии (фактор VI) _ -

Проконв ртии (фактор VII) 0.1 56 000 1

Антигемофипьный фактор (фактор VIII) 0.1 1 100 000 5X200 000

Крнстмас фактор (фактор IX) 0,1 57 000 1

Стюарт-фактор (фактор X) Плазменный тромбопластин (фактор XI) 0,2 0,6 60 000 160 000 2 16 000 39 000 2X80000

Фактор Хагемана (фактор XII) 1,5 -4,5 80 000 1

Фибрин-транса мидаза (фактор XIII) 1-4 340 000 2X75000 2x88000

Пре калл икреин 5.0 90 000 1

Кининоген 6,0 120 000 -

Плаэминоген 10- 15 87 000 -

Фибронектин 25-40 440 000 2

Антитромбин III 25 65 000

238

Белки и пептиды

Бернар [Bernard] Клод (1813 1878) французский физиолог, один из основателей современной физиологии, иностранный член-корреспондент Петербургской АН (I860). Окончил Парижский университет (1839); работал в Коллеж де Франс, руководил кафедрой в Парижском университете. Основные работы посвящены изучению физиологии нервной системы, пищеварения и кровообращения. Провел классические исследования функции поджелудочной железы и ее роли а пищеварении. Открыл образование гликогена в печени.

Стерлинг | Starling] Эрнест Генри

(1866—1927), английский физиолог. Окончил Лондонский университет (1886), в 1899—1923 гг.— профессор этого университета. Основные работы посвящены физиологии пищеварения и кровообращения. Открыл секретин — вещество, вызывающее выделение сока поджелудочной железы. Ввел понятие «гормон».

сериновыми протеиназами (30% инвариантных остатков). N Кон не вые домены (также гомологичные у ряда факторов) практически во всех случаях содержат остатки ^-карбокснглутаминовой кислоты. Они участвуют в закреплении активируемого фактора на поверхности мембран и способствуют значительному ускорению протеоли-тической активации.

Белки — гормоны

Исторический очерк. Понятие об органе или железе внутренней секреции возникло еще в XIX в. В 1849 г. немецкий физиолог А Бер тольд пересвдил семенники кастрированным петухам и обнаружил, что после пересадки у них восстанавливаются утерянные вторичные половые признаки, характерные для самцов. А. Бертольд предположил, что семенники выделяют вещество, необходимое для развития вторичных половых признаков. Понятие «внутренняя секреция» было введено в научную литературу в 1855 i французским физиологом К. Бернаром. Ои назвал железами внутренней секреции органы, выделяющие продукты своего обмена в кровь, и отличал их от желез внешней секреции, выделяющих продукты своего обмена через выводные протоки в полости организма, соединяющиеся с внешней средой. Важным этапом в развитии эндокринологии было открытие, сделанное в 1889 г. немецкими физиологами й. фон Me рингом и О. Мннковским. Они обнаружили, что удаление поджелудочной железы у собаки приводит к диабету — болезни, известной человеку еще с глубокой древности. Развитие диабета предотвращает пересадка собакам с удаленной железой кусочков поджелудочной железы.

В 1902 г. английские физиологи Э. Стерлинг и У. Бейлисс установили, что слизистая оболочка двенадцатиперстной кишки при действии на нее соляной кислоты выделяет в кровь вещество, которое стимулирует секрецию сока поджелудочной железой. Э. Стар-линг и В. Бейлисс назвали его секретином и позднее доказали, что секретин — лишь первый представитель большой группы еще не открытых биологически активных веществ. В 1905 г. Э. Старлинг предложил называть вещества, относящиеся к этой группе, термином «гормоны» (от греч. орцаю — привожу в движение, побуждаю). В последующие десятилетия были выделены и химически охарактеризованы десятки гормонов. В последние годы наука вплотную подошла к пониманию механизма действия их на молекулярном уровне.

Существует несколько признаков, позволяющих выделить гормоны в отдельную группу биологически активных соединений. Согласно классической точке зрения, гормоны — это биологически активные регуляторы эндогенного происхождения, т. е. синтезируемые в организме, а не вносимые в него извне. Гормоны разносятся по организму кровью и действуют на клетки-мишени, удаленные от эндокринных органов

К белковым гормонам относятся такие важнейшие соединения, как инсулии, гормон роста (соматотропин), некоторые гормоны гипофиза — центральной железы внутренней секреции: тиротропин, гонадотропии, лютропин, липотропин. Еще один белкоЕыи гормон — паратгормон — синтезируется в паращитовидных железах.

Механизм действия пептидно-белковых гормонов

239

Биологическая роль бел ков

Взаимодействие гормонов с рецепторами. Для реализации биологического действия гормона необходимо узнавание его клеткой-мишенью, т. е. наличие у нее структур, специфически связывающих данный гормон. Компонент клетки, узнающий гормон и передающий информацию о взаимодействии с ним, называют рецептором. Рецепторы должны обладать большим сродством к гормону (константы ассоциации для большинства гормон-рецепторных взаимодействий составляют величины порядка 10* — 10К1М '), а само взаимодействие должно осуществляться быстро и высокоспеци-фнчно. Кроме того, поскольку белковые гормоны не способны свободно пересекать клеточную мембрану, их рецепторы должны быть компонентами плазматической мембраны клеток, локализованными на ее внешней поверхности. Наконец, при связывании гормона рецептор должен обеспечить передачу гормонального сигнала клетке.

Представление о химической природе рецептора на первых этапах получается на основании косвенных данных. Так, анализ влияния структурной модификации гормона на его биологическую активность позволяет делать определенные выводы о свойствах участка связывания в молекуле рецептора. В последнее время широкое распространение получил радиолигандный метод изучения взаимодействия гормон — рецептор, основанный иа использовании меченных радиоактивными изотопами гормонов и их структурных аналогов. Метод дает возможность определять такие параметры, как сродство к гормону, количество и локализацию рецепторов в клетке, взаимосвязь между процессами связывания гормона с рецептором и индукцией им биологического ответа клетки. Биологически активные соединения, взаимодействующие с рецепторами, обычно подразделяются на а пнисты — вещества, связывающиеся с рецепторами и индуцирующие биологический ответ, и антагонисты — вещества, связывающиеся с рецепторами, но не вызывающие биологического ответа, а, напротив, препятствующие связыванию и действию агонистов.

Использование радиолигандного метода позволило приступить к выделению и очистке рецепторов гормонов из мембран. В настоящее время многие рецепторы получены в достаточно гомогенной форме, определены их коэффициент седиментации, молекулярная масса, радиус Стокса, степень гидрофобности и т. д. Рецепторы нескольких гормонов выделены в высокоочищенном виде. Удалось показать, что в большинстве случаев гормональные рецепторы — это гликопротеины.

Структура и свойства аденилатциклазной системы

страница 32
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113

Скачать книгу "Биоорганическая химия" (11.1Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(25.06.2017)