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PDB月度分子:凝血酶
Aglyco / 2014-11-27

本文为蛋白质数据库(PDB)《月度分子》栏目2002年1月期关于凝血酶的介绍。

导言

氧和营养物质通过血液的水性转运系统输送到全身。采用液体转运方法造成了两个挑战。首先,它让整个身体暴露于感染中,因为细菌和病毒会迅速分布到血液流过之处。以抗体作为其第一道防线的免疫系统,与感染做斗争。其次,存在针对血液循环系统的经常性损坏危险。血液通过压力被泵送到身体各处,任何微小的漏隙都可能导致整个系统的迅速排空。幸运的是,血液携带了一个紧急修复系统:血凝系统。当我们受到割伤时,我们的血液就筑起一道临时堤坝,以限制创口,为周围组织赢得永久修复所需的时间。

分子金字塔模式

凝血酶处于血凝过程的中心位置。当一些分子察觉到出现问题后,血凝就开始了。例如,蛋白质组织因子位于细胞表面,通常不与血液接触。若组织被割伤,血液从血管中流出,遇到组织因子。随后,一个信号级联出现,如金字塔模式般,从少数组织因子分子开始,放大到足以矫正整个问题的响应。组织因子激活少数VII因子分子。这些分子接着激活很多X因子。最后,这些X因子又激活更多的凝血酶。被激活的凝血酶将此信号转化为实际行动。它将大型蛋白纤维蛋白原削去一小片,使之组装为巨大的纤维状网络。这些网络接着围住大量血细胞,形成暗红色结痂,阻止创口损伤。

选择性分解

凝血酶是一种丝氨酸蛋白酶:一种利用丝氨酸进行剪切、能切割蛋白的酶。其他丝氨酸蛋白酶的例子包括与消化有关的胰蛋白酶糜蛋白酶。然而,凝血酶比这些肠胃里的剪切机器更具特异性。它专门进行特异性剪切,从而激活纤维蛋白原,且不影响血液中所有其他的重要蛋白。下图中的活化凝血酶的结构来源于蛋白质数据库PBD条目1ppb,其活性位点位于一个深沟的底部。此关键丝氨酸的氧原子以亮红色表示,而两个亮蓝色氮原子为激活该丝氨酸的组氨酸的一部分。该组氨酸左边、另一个氨基酸下方隐藏着的一个天冬氨酸,也有助于激活。

Thrombin

对的时间,对的地点

当然,血凝必须受到仔细调节,否则血液将会在所有不该凝结的地方凝结。血凝差错具有灾难性后果:心脏内不当的血凝引起心脏病,脑部错误地方的血凝引起中风。凝血酶以两种方式受到控制。首先,它是以未激活的前体形成的,见下图底部(这里使用了两个PDB文件,左边为1a0h,右边为2pf2,小虚线显示了即将消失的部分)。未激活形式具有几个额外的域,如下图中浅蓝色所示,在该蛋白质激活时被削掉。右下角的紫色原子为钙离子,它们结合到特别修饰的几个谷氨酸上。这些离子上的强正电荷将该蛋白束缚在血管表面,以使凝血酶待在原处。由于凝血酶不能自由扩散,血凝开始后就不会到处扩散。仅有那些接近创口的凝血酶会被激活。其次,一旦凝血酶被激活,如下图中上部的结构所示,它仅仅存在数秒,因而也能将凝血限制在创口区域。

Thrombin

抗凝剂

血液凝结并非总受欢迎。例如,许多人在医生指导下服用小剂量的阿司匹林,以减少血凝导致心脏病的几率。阿司匹林可作用于环氧化酶——该蛋白对另一种形式的凝块形成(用到被称为血小板的小型细胞碎片)非常重要。今天已不常用的毒鼠药法华林,能阻碍保持钙离子的修饰型谷氨酸的形成(见上节有关修饰型谷氨酸和钙离子的说明)。倒霉的老鼠随后因不受控制的血液凝结而死掉。你也许猜到了,水蛭也很讨厌血凝,因为这意味着一顿大餐的终结。他们制造一些能阻碍凝血酶(或其他酶)从而中止凝块形成的特殊蛋白质。一个例子是称为水蛭素的蛋白,如下图左部所示(来源于PDB条目2hgt)。该水蛭蛋白以蓝色表示——注意它是如何完美地阻塞凝血酶的活性位点的。

Thrombin

人体内存在的抗凝血酶也具有抗凝血作用。它能抑制凝血酶和其他凝血因子。肝素类药物可使抗凝血酶的抑制效应增强数千倍。

探索凝血酶的结构

PDB条目1mkx是适合探索凝血酶的一个完美结构。它包括该蛋白质的两个分子,一个处于未激活形式(K链),一个处于激活形式(H链和L链)。未激活形式显示在下图左部。为激活该蛋白,其蛋白链须从左侧的黄色和红色片段间切断。随后,新的两个端点分离,整个蛋白弛豫到激活形式,如下图右部所示。注意,在激活形式,起关键作用的催化性丝氨酸(包含亮红色的氧原子)是如何改变位置和直接指向活性位点,以便进行剪切的。

Thrombin

该图是用RasMol创建的。你可以通过点击登记号并选择结构浏览器的不同选项而创建类似的图片。

本站翻译整理,原文见Thrombin


相关链接

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法国Hyphen-BioMed生产的人凝血酶是肝素抗IIa活性检测的最佳选择,且符合药典要求。

艾德豪克生产牛凝血酶也可作为肝素抗IIa活性检测的替代选择。

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