Главнейшие протеолитические системы крови

Плазма крови содержит несколько протеолитических систем. В составе этих систем - протеиназы, участвующие в защитных и регуляторных реакциях организма. В отличие от тканевых, плазменные протеиназы пространственно не разделены. Поэтому они могут свободно взаимодействовать между собой.

Активация плазменных протеиназ относится к группе процессов, объединенных под общим названием «гетерогенный катализ», и протекает эффективно при связывании с чужеродными поверхностями.

К основным протеолитическим системам крови относятся, кининовая и ренин-ангиотензиновая.

 

1. Система свертывания крови и фибринолиза.

2. Система комплемента, как одна из составных частей иммунной защиты организма.

3. Кининовая система.

4. Ренин-ангиотензиновая система.

 

Эти системы обеспечивают различные функции, но в работе их соблюдются ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ:

1. Это - многокомпонентные мультиферментные системы, в которых продукт предыдущей реакции служит ферментом для следующей реакции.

2. Большинство компонентов этих систем является протеолитическими ферментами. Они в виде проферментов циркулируют в крови и активируются только в определенных условиях.

3. Эти системы обладают свойством усиливать первично слабый сигнал. Они работают по принципу каскадности, то есть их работа приводит к быстрому нарастающему увеличению количества активных форм ферментов.

3. Системы саморегулируются по принципу положительной и отрицательной обратной связи.

 

СИСТЕМА СВЕРТЫВАНИЯ КРОВИ И ФИБРИНОЛИЗА.

 

Это единая система, которая выполняет следующие функции:

1) Поддержание крови в сосудах в жидком состоянии.

2) Осуществление гемостаза (предотвращение больших кровопотерь).

Гемостаз - сложный ферментативный процесс, в результате которого образуется кровяной сгусток.

Система свертывания крови - это многокомпонентная система, в состав которой входят белки, фосфолипиды, обломки клеточных мембран и ионы кальция.

Компоненты системы свертывания крови принято называть " факторами ". Факторы бывают тканевыми, плазменными и тромбоцитарными. Тканевые и плазменные факторы обозначаются римскими цифрами, а тромбоцитарные - арабскими. Если фактор является активным, то за цифрой ставится буква "а". Например, переход неактивного двенадцатого фактора в активный можно обозначить так:

 

фXII ----------------> фXIIa

(неактивный) (активный)

 

Большинство белков системы свертывания крови обладает ферментативной активностью. Все факторы свертывания крови, кроме фXIII, являются сериновыми протеиназами, которые катализируют реакции ограниченного протеолиза.

В ходе реакций свертывания крови все белки-ферменты сначала выступают в роли субстрата, а затем - в роли фермента. Среди белков, участвующих в свертывании крови, есть такие, которые не обладают ферментативной активностью, но специфически ускоряют протекание ферментативной реакции. Они называются параферментами. Это фV и фVIII.

Большинство факторов свертывания крови синтезируется в неактивной форме в виде проферментов. Проферменты активируются и их действие направлено на протекание прямой реакции свертывания крови - на превращение фибриногена в фибрин, которой является основой кровяного сгустка.

Есть 2 механизма свертывания крови - внешний и внутренний.

ВНЕШНИЙ механизм запускается с участием внешних (тканевых) факторов, ВНУТРЕННИЙ - при участии факторов, источником которых

служит сама кровь, плазма, собственно ферменты и форменные элементы крови. РАЗЛИЧАЮТСЯ ВНЕШНИЙ И ВНУТРЕННИЙ МЕХАНИЗМЫ ТОЛЬКО НАЧАЛЬНЫМИ СТАДИЯМИ ДО АКТИВАЦИИ ПРОТРОМБИНА (фII). ПОСЛЕДУЮЩИЕ СТАДИИ ПРОТЕКАЮТ ОДИНАКОВО И В ТОМ, И В ДРУГОМ СЛУЧАЯХ.

СХЕМА СИСТЕМЫ СВЕРТЫВАНИЯ КРОВИ И ФИБРИНОЛИЗА

 

 

НАЧАЛЬНЫЕ СТАДИИ ВНЕШНЕГО МЕХАНИЗМА.

Для пуска внешнего механизма необходим первичный сигнал: повреждение тканей (клеток), оказавшихся в контакте с кровью, или эндотелия сосуда. При этом разрушаются клеточные мембраны и из клеток высвобождается тканевой тромбопластин (фIII). Он активирует фVII.

Активация фVII, а также все последующие реакции до активации протромбина протекают на матрице, которая состоит из липопротеиновых осколков клеточных мембран. В ходе активации фVII происходит конформационная перестройка его молекулы, в результате формируется активный центр этого белка-фермента.

Активный фVIIa образует комплекс с тканевыми фосфолипидами и ионом кальция. Этот комплекс обладает протеолитической активностью и вызывает активацию фактора X.

Активный фактор Xа тоже обладает протеолитической активностью и активирует протромбин.

 

НАЧАЛЬНЫЕ СТАДИИ ВНУТРЕННЕГО МЕХАНИЗМА.

Начальные стадии внутреннего механизма называются " контактная фаза " или “контактная стадия”. Происходит контакт фXII с чужеродной поверхностью (например, игла шприца, лезвие ножа, стекло). В результате происходит конформационная перестройка фXII и он активируется - переходит в фXIIa.

Активация фXII, а также последующие реакции внутреннего механизма, так же, как и при внешнем механизме, протекают на матрице - тромбопластине, который освобождается при разрушении тромбоцитов.

XIIa действует на XI, превращая его в XIa.

XIa действует на фIX (обязательно в присутствии ионов кальция!), и переводит его в фIXa.

фIXa образует комплекс с тромбоцитарными фосфолипидами, ионами кальция и параферментом - фVIIIa. В составе этого комплекса фIXa обладает протеолитической активностью и переводит фX в фXa.

 

Следующие стадии, начиная с активации протромбина (фII), протекают одинаково для обоих механизмов свертывания крови.

 

Протромбин - белок, который синтезируется в печени. Для синтеза протромбина необходим витамин "К". Реакция синтеза протромбина катализируется комплексом, состоящим из активного фXa, фосфолипидов, иона кальция и парафермента Va. В ходе этой реакции резко уменьшается сродство данного комплекса к матрице и активный тромбин,или фIIa, освобождается с матрицы и гидролизует пептидные связи между аргинином и глутаминовой кислотой в молекуле своего субстрата - фибриногена, превращая его в фибрин-мономер.

На следующей стадии мономеры фибрина спонтанно агрегируют с образованием регулярной полимерной структуры "мягкого" сгустка растворимого фибрин-полимера. При этом происходит захват фибрин-полимером компонентов крови - формируется тромб (сгусток).

Сначала сгусток рыхлый и мягкий, связи между молекулами фибрин-полимера слабые (нековалентные). Но затем под действием активного фXIIIa (фибриназа) (фXIII активируется фактором IIa - тромбином) происходит прочная ковалентная “сшивка” молекул фибрин-полимера. Образуются межмолекулярные связи между карбоксильными группами глутамина и аминогруппами лизина: так растворимый фибрин-полимер переходит в нерастворимый фибрин-полимер.

После образования нитей фибрина происходит их сокращение (ретракция кровяного сгустка), которое происходит с затратой АТФ.

Процесс тромбообразования постоянно контролируется антитромбином III - ингибитором сериновых протеиназ. Кроме того, протекание большинства реакций свертывания крови на матрице обеспечивает:

1) высокую эффективность процесса

2) локальность процесса - процесс свертывания протекает только в месте повреждения (это предотвращает процесс диссеминированного внутрисосудистого свертывания (ДВС-синдром).

Скорость свертывания крови зависит не только от работы системы свертывания, но и от присутствия естественных антикоагулянтов - веществ, предотвращающих свертывание крови.

 

АНТИКОАГУЛЯНТЫ.

Естественные антикоагулянты синтезируются в тканях и поступают в кровь, где препятствуют активации факторов свертывания крови. К ним относятся ГЕПАРИН, АНТИТРОМБИН-III и альфа-2-МАКРОГЛОБУЛИН.

ГЕПАРИН предотвращает активацию некоторых факторов, но непосредственно на них не действует. Гепарин способен активировать АНТИТРОМБИН-III. Обладая высоким отрицательным зарядом, гепарин связывается с катионными участками антитромбина- III. В результате изменяется конформация антитромбина- III и он приобретает способность инактивировать сериновые протеиназы.

альфа-2-МАКРОГЛОБУЛИН - эндогенный ингибитор протеаз, в том числе многих ферментов, участвующих в работе системы свертывания крови и фибринолиза (тромбин, плазмин).

 

Работа параферментов контролируется СИСТЕМОЙ ПРОТЕИНА “С”. Протеин “С” - это гликопротеин, который содержит карбоксиглутаминовую кислоту, его синтез зависит от витамина “К”. Существует в крови в виде профермента, активируется тромбином. Активный протеин “С” активирует фV и фVIII, переводя их в фVa и фVIIIa путем ограниченного протеолиза. В плазме крови есть эндогенный ингибитор протеина “С”.

Считается, что система свертывания крови работает всегда: одновременно происходит образование и растворение фибриновых сгустков благодаря тому, что работа системы свертния крови уравновешивается работой системы фибринолиза. Фибринолиз - это расщепление фибринполимера на отдельные пептиды, которое катазируется ПЛАЗМИНОМ. Плазмин - сериновая протеиназа, способен гидролизовать фибрин, фибриноген и др. Сам плазмин образуется из плазминогена под действием АКТИВАТОРА ПЛАЗМИНОГЕНА. Тканевой активатор плазминогена неактивен до тех пор, пока не вступит в контакт с фибрином. Контактируя с фибрином, он приобретает способность активировать плазминоген. Когда фибрин будет гидролизован плазмином, активатор плазминогена теряет свою активность.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМЫ СВЕРТЫВАНИЯ КРОВИ И ФИБРИНОЛИЗА:

 

1. Это многокомпонентная система, в которой продукт предыдущей реакции служит ферментом для следующей.

2. Система свертывания крови - это разветвленная мультиферментная система, работающая по принципу каскадности (усиление первично слабого сигнала).

3. Оба механизма свертывания сливаются на уровне активации протромбина - это единая система, потому что активация одного механизма приводит к включению другого. Например: активация фXII на поверхности коллагеновых волокон приводит к активации фVII.

4. Система сааморегулируется по принципу обратной связи. Наблюдается положительная обратная связь на начальных стадиях работы системы, что позволяет многократно усиливать первично слабый сигнал (факторы X и VII). Отрицательная обратная связь чаще встречается на конечных стадиях (цель - самоограничение процесса: тромбин и протромбин)

5) На автономную регуляцию процесса накладывается нейрогормональная. Адреналин вызывает освобождение тромбопластина и тканевого активатора плазминогена из эндотелия сосудов, а также превращение фXII в фXIIa.

6) Система свертывания крови представляет собой каскад реакций, а ферменты фибринолиза находятся вне этого каскада. Смысл: система фибринолиза и система свертывания крови работают у нас в организме постоянно, но с чрезвычайно низкой скоростью. В норме у человека уравновешены процессы свертывания и фибринолиза. Это обеспечивает постоянную готовность организма ответить на действие различных повреждающих факторов. В случае травмы организм может очень быстро усилить работу системы свертывания крови. При этом система фибринолиза не может обеспечить значительного прироста активности плазмина и он не успевает гидролизовать фибрин. Благодаря этому осуществляется гемостаз.

В последнее время научные исследования в этой области стали помогать в лечении больных.

В период Великой Отечественной войны группой ученых под руководством Палладина был синтезирован ВИКАСОЛ - водорастворимый аналог витамина "К".

Некоторое время назад был синтезирован АНТИВИТАМИН "К". Он используется для лечения больных со склонностью к тромбообразованию.

Сейчас разработаны препараты фXIII и фIX для лечения больных.

Недавно из мочи выделена УРОКИНАЗА. Этот фермент катализирует превращение плазминогена в плазмин, который обладает высокой протеолитической активностью.

 

СИСТЕМА КОМПЛЕМЕНТА.

 

Система комплемента - это сложный комплекс сывороточных глобулинов. Это каскадная система протеолитических ферментов предназначена для гуморальной защиты организма от действия чужеродных агентов и участвует в реализации иммунного ответа организма. Белки системы комплемента обеспечивают быстрый и эффективный ответ на на первично слабый сигнал и доведение его до функциональных последствий. Компоненты системы комплемента принято обозначать латинскими буквами.

 

Существуют два механизма активации системы комплемента:

1. КЛАССИЧЕСКИЙ

2. АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ

Эти механизмы соединяются на уровне 5-го компонента и затем протекают одинаково.

 

КЛАССИЧЕСКИЙ ПУТЬ.

Пусковым механизмом является образование комплекса "антиген-антитело" (АГ-АТ) на поверхности клетки-мишени. При этом в молекуле иммуноглобулина (он обозначается: Ig или АТ)происходят конформационные изменения. В результате этих изменений Ig приобретает способность связывать С1q-компонент комплемента. К ним присоединяются C1r и C1s, и уже весь этот комплекс подвергается конформационной перестройке и превращается в С1-эстеразу, которая действует на С4, отщепляется С4а, а С4b входит в состав комплекса. Затем к комплексу присоединяется С2, формируя новый субстрат для действия С1s, отщепляется С2b, а С2a входит в состав комплекса.

Образовавшийся комплекс называется " С3-конвертаза ", и под его действием отщепляется пептид С3a, а С3b входит в состав комплекса, который теперь называется " С5-конвертаза". С5-конвертаза действует на С5, отщепляет от него С5а, а С5b входит в состав комплекса.

После этого с С5b последовательно связываются С6, С7 и С8. В результате образуется комплекс, способный присоединять 2 молекулы С9.

Если этот процесс протекает на поверхности клетки-мишени, то компоненты комплекса С5b-C9 образуют мембраноатакующий комплекс, который формирует на поверхности клетки-мишени трансмембранные каналы, полностью проницаемые для электролитов и воды. Клетка-мишень погибает.

Побочные (неосновные) продукты процесса С3а и С5а обладают свойствами анафилотоксинов.

 

Регуляция классического пути:

 

Большинство компонентов активны только в составе комплекса. Их активные формы способны существовать очень короткое время. Если в течение этого времени они не встретятся со следующим компонентом, то активные формы теряют связь с комплексом и становятся неактивными. Если концентрация какого-то компонента ниже пороговой (критической), то работа системы комплемента не приведет к физиологическим последствиям.

В регуляции работы системы комплемента также принимают участие эндогенные ингибиторы протеиназ. Самым эффективным из них является С1-ингибитор.

 

АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ ПУТЬ

 

Отличие альтернативного пути от классического заключается в том, что для его запуска не нужно образования иммунных комплексов.

Пусковым механизмом альтернативного пути является образование С3b из С3 под действием какого-либо пускового фактора: например, полисахаридов бактериальной клеточной стенки.

С3b образует комплекс с фактором "В" (С3bB), который подвергается действию протеазы D (всегда активна в плазме крови!). В результате отщепляется "Ва" и образуется комплекс С3bBb, который обладает протеолитической активностью в отношении С5 - отщепляет от него С5а.

После этого реакции протекают так же, как и в классическом пути.

Субстратом для С3b является и С3, в результате чего образуется еще большее количество С3b - наблюдается положительная обратная связь. Поэтому достаточно даже небольших количеств С3bBb, чтобы получать все больше и больше его активной формы (усиление первично слабого сигнала).

Альтернативный путь в норме работает всегда и очень активно, что обеспечивает быстрый неспецифический ответ на внедрение чужеродных клеток.

В регуляции работы системы комплемента принимают участие специфические ингибиторы, которые регулируют скорость работы ферментов ключевых реакций.

 

СИСТЕМА РЕГУЛЯЦИИ СОСУДИСТОГО ТОНУСА

В нашем организме есть две взаимосвязанные системы протеолитических ферментов, в результате работы которых регулируется сосудистый тонус.

 

1. РЕНИН-АНГИОТЕНЗИН-АЛЬДОСТЕРОНОВАЯ СИСТЕМА (РААС-система).

Работа этой системы направлена на повышение артериального давления.

 

2. КИНИНОВАЯ СИСТЕМА. Направлена на понижение артериального давления.

Активация обеих систем сводится к синтезу биологически активных низкомолекулярных пептидов из их предшественников путем реакций ограниченного протеолиза.

Главная роль принадлежит РААС, которая регулирует сосудистый тонус и водно-солевой обмен.

В почках в клетках юкстагломерулярного аппарата (ЮГА) синтезируется РЕНИН - протеолитический фермент. Ренин участвует в регуляции сосудистого тонуса, превращая ангиотензиноген в декапептид ангиотензин- I путем ограниченного протеолиза. Из ангиотензина- I под действием фермента карбоксикатепсина образуется (тоже путем ограниченного протеолиза) октапептид ангиотензин- II. Он обладает сосудосуживающим эффектом, а также стимулирует выработку гормона коры надпочечников - альдостерона. Альдостерон усиливает реабсорбцию натрия и воды в почечных канальцах - это приводит к увеличению объема крови, циркулирующей в сосудах. В результате повышается артериальное давление. Когда молекула ангиотензина- II выполнит свою функцию, она подвергается тотальному протеолизу под действием группы специальных протеиназ - ангиотензиназ. Так работает РЕНИН-АНГИОТЕНЗИН-АЛЬДОСТЕРОНОВАЯ СИСТЕМА.

Выработка ренина зависит от кровоснабжения почек. Поэтому при снижении артериального давления выработка ренина увеличивается, а при повышении - снижается. При патологии почек иногда наблюдается повышенная выработка ренина и может развиваться стойкая гипертензия (повышение артериального давления).

Ренин-ангиотензин-альдостероновая система работает в тесном контакте с другой системой регуляции сосудистого тонуса: КАЛЛИКРЕИН-КИНИНОВОЙ СИСТЕМОЙ, действие которой приводит к понижению артериального давления.

В почках синтезируется белок кининоген. Попадая в кровь, кининоген под действием сериновых протеиназ - калликреинов превращается в вазоактивные пептиды - кинины: брадикинин и каллидин. Брадикинин и каллидин обладают сосудорасширяющим эффектом - понижают артериальное давление. Инактивация кининов происходит при участии карбоксикатепсина - этот фермент одновременно влияет на обе системы регуляции сосудистого тонуса, что приводит к повышению атериального давления. Ингибиторы карбоксикатепсина применяются в лечебных целях при лечении некоторых форм артериальной гипертензии.

 

ЛИМФА.

В кровеносные сосуды ежедневно поступает от 1 до 2 литров лимфы. Состав лимфы зависит от анатомического строения и расположения лимфатических сосудов и для каждого человека индивидуален. В лимфе, по сравнению с кровью, эритроцитов очень мало, а лимфоцитов - много. Содержание белка в лимфе может быть от 0.2 до 6%. Соотношение альбуминов и глобулинов = 4/1. Это намного выше, чем в плазме крови.