Біологічні функції серинових протеїнів, Детальна інформація

Близьке розташування трьох залишків амінокислот – Асп, Сер,Гіс – привело до формулювання класичної на сьогодні гіпотези активації оксигрупи Сер 195 шляхом переносу протона на Асп 102 по так званому ланцюгу переносу заряду:

Відмінності у специфічності СП зумовлені різницею в будові “кишеньки”, яка звязує боковий ланцюг амінокислоти, по якій іде гідроліз зв’язку. В молекулі хімотрипсину є чітко виражена кишенька, що зв’язує великі гідрофобні бокові ланцюги. В молекулі трипсину на дні аналогічної “кишеньки” замість серину знаходиться залишок аспарагінової кислоти. Здатність від’ємно зарядженої карбоксильної групи утворювати іонний зв’язок із додатньо зарядженими групами лізину чи аргініну визначає різницю в специфічності дії хімотрипсину і трипсину: якщо хімотрипсин розщеплює поліпептидний ланцюг по фенілаланіну, тирозину, триптофану і – в меншій мірі – по лейцину, то трипсин специфічно гідролізує зв’язки, утворені карбоксильними групами лізину і аргініну. Направленість дії фермента задається в першу чергу специфічністю такої “гідрофобної кишеньки”(її позначають S1). У випадку СП з більш складною організацією можливе існування додаткових зв’язуючих ділянок, розташованих у досить автономних доменах молекули. Прийнято вважати, що ці ділянки забезпечують високоспецифічне розпізнавання ферментами своїх фізіологічних субстратів і забезпечують необхідну послідовність гідролітичного процесу, а також деякі стадії взаємодії фермента з його нативним білковим інгібітором.

Окрім вищезгаданих ділянок міжмолекулярної взаємодії СП мають ще й регуляторну (ефекторну) ділянку. Зв’язування нею відповідного ліганда (ефектора) приводить активний центр ферменту в активований стан. Саме наявність таких ділянок пояснює явище субстратної активації – нелінійного зростання швидкості гідролізу по мірі збільшення концентрації субстрату.

Крім того, усі серинові протеїнази є кальцій-залежними білками, що містять одну кальцій-зв’язуючу ділянку. Зв’язування іонів кальцію такого роду ділянками збільшує стабільність молекули, підвищує її стійкість до денатураційних впливів і уповільнює процес автолізу фермента.

Регуляція активності СП здійснюється трьома основними шляхами, які знаходяться у складному взаємозв’язку:

утворенням протеаз у вигляді неактивних попередників (проферментів, зимогенів) з перетворенням їх у активні форми під дією ферментів-активаторів тільки у фізіологічно передумовлених органелах;

локалізацією ферментів всередині спеціальних утворів, оточених мембраною (лізосом у тварин; вакуолей і білкових тіл у рослин);

присутністю в клітинах і тканинах специфічних білків, що діють як інгібітори – серпінів.

3.Функції окремих серинових портеїназ у різних процесах.

3.1.Згортання крові (гемостаз) і лізис тромбу.

СП у процесі згортання крові виконують функцію утворення фібринового згустка, який запобігає витіканню крові. Цей процес відбувається як складний каскад послідовних розщеплювальних активацій факторів згортання крові – одна протеїназа розщеплює проформу іншої. При цьому є два шляхи згортання: внутрішній і зовнішній.Зовнішній запускається внаслідок активації т.зв. фактору X після стикання його з чужорідною поверхнею (схема 1). Внутрішній механізм спрацьовує при появі в крові чужорідної для неї речовини (що відбувається через руйнування прилеглих тканин) (схема 2). Після відновлення структури судини в дію вступає СП, яка виконує лізис тромбу. За винятком трьох, всі активовані фактори згортання крові являють собою СП. Зимогени цих СП мають амінокислотні послідовності, гомологічні послідовностям панкреатичних зимогенів: трипсину, хімотрипсину, еластази.

Циркулюючий в кровотоці фібриноген являє собою великий глікопротеїд з молекулярною масою 340 кДа і містить 4% вуглеводів. Його молекула складається з двох ідентичних субодиниць, кожна з яких сформована трьома неоднаковими пептидними ланцюгами – А(, В( і (. При утворенні тромбу серинова протеїназа тромбін гідролізує один специфічний зв’язок Arg-Gly у кожному з ланцюгів А( і В(; в результаті від N-кінців відщеплюються пептиди А і В відповідно. Потім мономери фібрину агрегують з утворенням м’якого згустку.

На завершальній стадії утворення фібрину бере участь фактор ХІІІ (фібринстабілізуючий фактор – FSF), що знаходиться в тромбоцитах і плазмі. FSF із тромбоцитів складається із двох ідентичних (-ланцюгів. FSF плазми має два (-ланцюги, ідентичні ланцюгам з тромбоцитів, і два (-ланцюги, що містять вуглеводи ( близько 5%). Обидві форми фактора ХІІІ є зимогенами, що активуються тромбіном, який гідролізує специфічний зв’язок Arg-Gly в N-кінцевій частині кожного (-ланцюга. При цьому вивільняються два пептиди, що мають по 37 амінокислот. Після модифікації внаслідок дії тромбіну FSF тромбоцитів, який позначається а2 , стає ферментативно активним. Відповідний фактор плазми а2`b2 залишається неактивним, доки а-ланцюги не відокремляться від b-ланцюгів; цей процес відбувається в присутності Са2+. Активований фактор ХІІІ (ХІІІа) є трансглутаміназою, яка каталізує утворення поперечних зшивок між поліпептидними ланцюгами ланцюгами субодиниць фібрину. Кожен (-ланцюг зв’язаний з принаймні двома (-ланцюгами іншої субодиниці, (-ланцюг – тільки з одним (-ланцюгом іншої субодиниці. Такий згусток називається щільним. Він являє собою тривимірну сітку з розгалужених протофібрил товщиною у дві молекули фібрин-мономеру, зміщених на половину довжини молекули.

В кровотоці ссавців існує рівновага між згортанням і розчиненням фібринових утворів (гемостаз). Основним шляхом видалення фібрину, що вже виконав свої функції, є фібриноліз. Він здійснюється і контролюється складною багатокомпонентною системою. Основними її компонентами є:

плазмін – СП, основний фермент протеолітичної системи;

плазміноген – циркулюючий у кровотоці профермент плазміну;

ряд активаторів і проактиваторів плазміногену;

інгібітори плазміну - (2-антиплазмін та (2-макроглобулін.

Нативний плазміноген людини являє собою прошитий 24 дисульфідними зв’язками одноланцюговий глікопротеїд з молекулярною масою близько 92 000 кДа, він містить 790 амінокислот і до 2% вуглеводів. Плазміноген зустрічається у більшості тканинних рідин. Його активація до плазміну включена до цілого ряду фізіологічних і патологічних процесів, які вимагають обмеженого протеолізу – таких як фібриноліз, запальні процеси, тканинні перетворення, овуляція, ріст пухлин і метастазування.

u

†

†

Oe

,

r

®

u

ue

th

6 і його фізіологічний активатор завдяки специфічній спорідненості сорбуються на фібриновий згусток, де і відбуваються процеси активації та фібринолізу. Фібриноліз має вибірковий характер: направленість дії гідролітичного центру задається аргініл-зв’язуючими ділянками, які ефективно конкурують з “гідрофобною кишенькою” плазміну за аргінільні залишки фібрину і забезпечують тим самим розщеплення фібрину по лізильним зв’язкам. Вивільнюваний в кровотік по мірі лізису згустка плазмін відразу інактивується (2-антиплазміном. Важлива роль у взаємодії плазміногену з фібрином і плазміну з (2-антиплазміном відводиться лізин-зв’язуючим ділянкам плазміногену (плазміну). Слід зазначити, що крім взаємодій фібринолітичної системи лізин-зв’язуючими ділянками опосередковані складні і маловивчені взаємодії з культуральними ендотеліальними клітинами, гістидин-багатим глікопротеїном, тромбоспондином, клітинними рецепторами і компонентами екстрацелюлярного матриксу, що свідчить про важливість і багатофункціональність лізин-зв’язуючих ділянок.