33. Биохимия крови. Гемостаз. У детей, перенесших сердечно-легочную реанимацию, при контроле системы гемостаза отмечали угнетение Хагеман-зависимого фибринолиза.
К каким последствиям приведет нарушение Хагеман-зависимого фибринолиза?
Для ответа:
а) опишите механизмы активации фактора ХII;
б) объясните значение фактора ХII в свертывании крови и фибринолизе.
ОТВЕТ:
а) Фактор ХII участвует в контактном пути свертывания крови. Он последовательно активируется двумя способами: сначала в результате изменения конформации при взаимодействии с отрицательно заряженной поверхностью поврежденного эндотелия, затем частичным протеолизом мембранным комплексом калликреин-ВМК.
Рис. 76
б) Активированный фактор ХII инициирует образование мембранных ферментных комплексов контактной фазы свертывания. Фактор XIIa вызывает ряд последовательных реакций, в которые вовлекаются присутствующие в плазме крови факторы от XI-го по V-й включительно. В итоге образуется кровяной тромбопластин, или протромбиназа.
Фактор ХIIа участвует в фибринолизе. Он активирует превращение неактивного плазминогена в активный плазмин.
Рис. 77
Таким образом, фактор ХII участвует и свертывании крови, и в фибринолизе. При недостатке фактора ХII свертывание крови не нарушается, т.к. его обеспечивает внешний путь свертывания крови, где фактор ХII не участвует, а контактный путь не требуется для инициации свертывания. Фактор ХII имеет важное значение в фибринолизе для превращения плазминогена в плазмин. Его недостаток сопровождается тромбозами, эмболией.
34. Биохимия крови. Гемостаз. Широкое распространение среди гормональных контрацептивов приобрел препарат «Диане-35», в состав которого входит синтетический аналог эстрогена – этинилэстрадиол. Данное вещество, помимо основного механизма действия, индуцирует синтез протромбина, Х-го фактора свертывания крови, а также понижает тонус стенок сосудов. Длительное применение препарата способно вызвать у женщин тромбоз маточных артерий.
Почему развивается эта патология?
Для ответа:
а) напишите схему прокоагулянтного пути свертывания крови;
б) объясните роль протромбина и Х-го фактора;
в) назовите этапы образования фибринового тромба.
ОТВЕТ:
а)
Рис. 78 Прокоагулянтный путь свертывания крови
б) Протромбин синтезируется в печени, его молекула содержит остатки γ-карбоксиглутаминовой кислоты. Он фиксируется на мембранном ферментном комплексе Ха-Vа-Са2+. Фактор Ха, активированный этинилэстрадиолом, гидролизует пептидные связи в молекуле протромбина. В результате образуется тромбин, который частичным протеолизом превращает фибриноген в фибрин, активирует факторы VII, VIII, V по принципу положительной обратной связи, а также фактор XIII.
в) В процессе формирования фибринового тромба выделяют следующие этапы:
• превращение фибриногена в мономер фибрина в результате отщепления тромбином А- и В-фибринопептидов;
• образование нерастворимого геля фибрина. В результате изменения конформации в доменах фибрина-мономера открываются комплементарные участки – центры связывания. Из-за чего возникают нековалентные связи между молекулами фибрина и его дальнейшие полимеризации;
Рис. 79 Образование амидной связи между молекулами фибрина
• стабилизация геля фибрина. Фермент трансглутаминаза (фактор XIIIа) катализирует образование амидных связей между радикалами глутамина и лизина мономеров фибрина, а также между фибрином и фибринонектином.
Рис. 80 Образование геля фибрина
• ретракция фибринового сгустка. Сжатие геля обеспечивает актомиозин тромбоцитов – сократительный белок тромбостенин, обладающий АТФ-азной активностью. Тромбостенин участвует в активации и агрегации тромбоцитов. Ретракция кровяного сгустка предупреждает полную закупорку сосудов, создавая возможность для восстановления кровотока.
Таким образом, на фоне длительного применения препарата «Диане-35» возможно развитие тромбоза маточных артерий вследствие активации II, X факторов прокоагулянтного пути свертывания крови.
35. Биохимия крови. Гемостаз. К концу XIX в. у гемофилии сложилась «приличная королевская родословная». Этой болезнью страдали итальянские князья, французские короли, а затем через английскую королеву Викторию и ее детей – испанские инфанты и, наконец, наследник российского престола цесаревич Алексей.
Охарактеризуйте это заболевание.
Для ответа:
а) назовите причину разных видов гемофилий;
б) укажите роль недостающих факторов в прокоагулянтном и контактном путях свертывающей системы крови, объяснив механизм образования тромбина;
в) изложите, какие способы лечения этого заболевания вам известны.
ОТВЕТ:
а) Гемофилия – наследственная болезнь снижения свертываемости крови, передаваемая по рецессивному, сцепленному с Х-хромосомой типу, проявляющаяся повышенной кровоточивостью. Болеют мальчики (гемофилия С встречается и у девочек). Выделяют 3 формы гемофилии — А, В и С.
Гемофилия А – наследственное заболевание, вызванное дефицитом фактора VIII свертывания крови (антигемофильный глобулин А). Наследуется по рецессивному, сцепленному с полом типу.
Гемофилия С – наследственное заболевание, обусловленное дефицитом фактора XI свертывания крови (предшественник плазменного тромбопластина). Наследуется по аутосомно-рецессивному либо аутосомно-доминантному типу.
Гемофилия В – наследственное заболевание, связанное с дефицитом фактора IX свертывания крови (плазменный компонент тромбопластина). Наследуется по рецессивному, сцепленному с полом типу.
б) В механизме образования тромба есть 3 функционально разных этапа: внешний (прокоагулянтный), внутренний (контактный) пути свертывания и антикоагулянтная фаза, препятствующая распространению тромба.
Инициация образования сгустка в ответ на повреждение ткани осуществляется по внешнему пути свертывания, а формирования красного тромба в области замедленного кровотока или на аномальной сосудистой стенке при отсутствии повреждения ткани – по внутреннему. На этапе активации фактора X объединяются оба пути и образуется конечный путь свертывания крови.
На каждом из путей последовательно образующиеся ферменты активируют соответствующие проферменты, из-за чего растворимый белок плазмы фибриногена превращается в нерастворимый белок фибрин, который и образует сгусток. Это превращение катализирует протеолитический фермент тромбин путем частичного протеолиза. Он образуется из своего предшественника протромбина при кровопотере. Эта реакцию катализирует протеолитический фермент – фактор Ха в составе мембранного комплекса Ха-Vа-Са2 + .
Рис. 81 Свертывание крови
Все ферменты мембранных комплексов свертывающей системы служат протеазами и активируются частичным протеолизом. Активированный в результате контакта с субэндотелием фактор Х превращает прекалликреин в калликреин; калликреин мембранного комплекса калликреин-HMK активирует фактор ХII; фактор ХIIа активирует фактор ХI; активированный частичным протеолизом фактор ХIIа превращает прекалликреин в калликреин по принципу положительной обратной связи; фактор ХIа мембранного комплекса ХIа-HMB активирует фактор IХ; фактор IХа мембранного комплекса IХа-VIIа-Са2+ активирует фактор Х; фактор VIIа мембранного комплекса VIIа-Тф- Са2+ активирует факторы IХ и Х; фактор Ха протромбиназного комплекса активирует фактор II; тромбин(факторII) превращает фибриноген в фибрин и активирует фактор ХIII; фактор ХIIIа катализирует образование амидных связей в геле фибрина.
в) Основной метод лечения гемофилии заключается в заместительной терапии препаратами, приготовленными из донорской плазмы, которые содержат дефицитные факторы свертывания крови. Используют переливание крови: при гемофилии А переливают свежую кровь, т.к. при хранении в консервированной крови быстро инактивируется фактор VIII, при гемофилии В можно переливать обычную донорскую кровь – она содержит достаточное количество тромбопластина. Применяются методы генной инженерии, с помощью которой синтезируется фактор VIII. Это позволяет избежать осложнений переливания крови.
35. Биохимия крови. Гемостаз. Ген фактора V находится в 1-й хромосоме рядом с геном антитромбина. Точечная мутация в гене фактора V (лейденовская мутация) ведет к замене аминокислоты аргинина на глутамин в позиции 506. Именно эта точка – место действия активного протеина С (Са) на фактор V.
К каким последствиям может привести данная мутация?
Для ответа:
а) укажите роль факторов Vа и фактор VIIIа в свертывании крови;
б) назовите схему путей свертывания крови;
в) объясните значение протеина С в гемостазе.
ОТВЕТ:
а) Фактор V и фактор VIII – доменные белки, циркулирующие в крови. Фактор V синтезируется в печени, а фактор VIII – эндотелиальными клетками. Оба фактора активируются частичным протеолизом под действием тромбина (фактор IIа). Факторы Va и VIIIa служат белками-активаторами факторов VIIa и Xa. При связывании с белками-активаторами в результате конформационных изменений активность этих ферментов повышается.
б) Существует 2 пути свертывания крови – прокоагулянтный (внешний) и контактный (внутренний). Для инициации реакций внешнего пути необходимо появление тканевого фактора (фактор III) на внешней поверхности плазматической мембраны клеток, соприкасающихся с кровью. Внутренний путь начинается с активации фактора XII при его контакте с поврежденной поверхностью эндотелия сосудов и взаимной активации ферментов прекалликреина и фактора XII.
Рис. 82 Система коагуляции
В прокоагулянтном и контактном путях свертывания крови последовательное образование мембранных ферментных комплексов активируется фактора Х и образуются протромбиназы. Этапы, одинаковые для обоих путей свертывания крови, называются общим путем свертывания крови.
в) Протеин С участвует в процессе антикоагуляции. Тромбин в мембранном комплексе с тромбомодулином и кальцием активирует частичным протеолизом протеин С. Активированный протеин С (Са) образует с белком-активатором S мембраносвязанный комплекс Са-S-Са2+. Протеин Са в составе этого комплекса гидролизует в факторах Va и VIIIa по 2 пептидные связи и инактивирует эти факторы.
Рис. 83 Антикоагулянтная система протеина С
ТМ – тромбомодулин
АРС – активированный протеин С
PS – протеин S
Антикоагулянтная фаза тормозит каскад реакций свертывания крови. Мутация фактора V (лейденовская мутация, резистентность к протеину С) приводит к синтезу фактора V, резистентного к протеину С. Больные с такой генетической мутацией страдают тромбофилией.
36.
Для стерилизации медицинских инструментов используют паровые и газовые стерилизаторы, а также воздействие агрессивных веществ (формальдегид, окись этилена и др.). Объясните механизм действия этих веществ на бактериальные клетки, учитывая, что они проникают через мембрану и взаимодействуют с белками. Для этого:
а) объясните, что такое денатурация белка, укажите, какие структурные уровни белка изменяются при этом;
б) перечислите типы связей, которые разрушаются при денатурации, приведите примеры аминокислот, образующих такие связи;
в) назовите, какой участок белка отвечает за его функционирование, дайте определение этому понятию. Объясните, изменится ли биологическая активность ферментов бактерий после их взаимодействия с формальдегидом и почему.
ОТВЕТ
а) Денатурация – это разрушение слабых химических связей, формирующих пространственную структуру белка (II, III, IV структурные уровни), при воздействиях различных факторов и соединений (высокая температура, ионизирующая радиация, концентрированные кислоты и щелочи, мочевина, спирты, фенол, формальдегид, соли тяжелых металлов и.т.д.). Первичная структура при этом сохраняется, так как стабилизируется ковалентными (прочными) пептидными связями.
б) При денатурации разрушаются водородные связи II и III структуры; гидрофобные, ионные, водородные связи между радикалами III и IV структур.
Рис. 1.3. Водородная связь между группами пептидного остова
Рис. 1.7. Гидрофобные взаимодействия между радикалами
Рис. 1.9. Водородные связи между радикалами аминокислот
Рис. 1.10. Ионная связь между радикалами лизина и аспарагиновой кислоты (А) и примеры ионных взаимодействий (Б)
в) За функцию белка отвечает центр связывания белка с лигандом (активный центр) – участок белковой молекулы, образованный радикалами аминокислотных остатков и функциональных групп, сближенных при формировании третичной структуры. В активном центре происходит специфическое взаимодействие с комплементарным лигандом. Обычно он находится в гидрофобном углублении на поверхности белковой глобулы. При денатурации молекулы белка приобретают случайную конформацию. Биологическая активность при этом полностью утрачивается, так как изменение пространственной структуры (II, III уровней) приводит к разрушению активного центра белка
37. В настоящее время существует уникальный способ диагностики острого инфаркта миокарда на ранних стадиях – определение в крови больных белка тропонина Т. Этот белок присутствует только в сократительных кардиомиоцитах. В норме тропонин Т практически отсутствует в крови
(содержание 0 – 1,3 микрограмм на литр), но при повреждении миокарда его концентрация в крови резко увеличивается уже через 2 часа и остается высокой до 14 суток. Объясните, почему сегодня тропонин Т признан маркером 100% чувствительности и используется в диагностике не только острого инфаркта миокарда, но и при неинфарктных повреждениях сердечной мышцы. В чем преимущества теста на тропонин Т перед традиционными тестами на креатинкиназу (КК), лактатдегидрогеназу (ЛДГ) и др.?
При ответе на вопрос:
а) объясните, что такое энзимодиагностика;
б) перечислите требования к ферментам, используемым для энзимодиагностики;
в) укажите, какие свойства белка тропонинаТ позволяют использовать его для диагностики заболеваний, сравните их со свойствами ферментов КК и ЛДГ, активность которых определяют при диагностике инфаркта миокарда.
ОТВЕТ:
а) Энзимодиагностика – раздел учения о ферментах, в котором постановка диагноза заболевания (или синдрома) проводится на основе установления активности определенных ферментов в биологических жидкостях организма. Состав ферментов и их тканевое распределение у взрослого человека в основном постоянны и могут изменяться при заболеваниях. При патологических процессах повреждаются мембраны клеток, и содержащиеся в этих клетках ферменты выходят в кровь. Активность и содержание таких ферментов в крови изменяется и отличается от нормы в течение определенного времени после начала заболевания.
б) Ферменты, активность которых определяют при энзимодиагностике, должны удовлетворять требованиям :
• органоспецифичность;
• в норме активность в крови должна быть невысокой;
• при паталогии ферменты должны поступать в кровь.
Также важно, чтобы активность фермента была достаточна для его обнаружения.
в) При острых воспалительных процессах, механических, химических повреждениях и других паталогических состояниях увеличивается проницаемость или разрушается клеточная мембрана кардиомиоцита и его внутриклеточные ферменты, а также белок тропонин Т, выходят в кровь.
Тропонин Т абсолютно органоспецифичен (т.к. содержится только в кардиомиоцитах), в то время как, например, ЛДГ-1 иЛДГ-2 содержатся еще и в ряде других органов. В норме тропонин Т в крови отсутствует, а при паталогии его количество резко и быстро возрастает и держится на высоком уровне достаточно длительное время (до 2 недель). На основании этих свойств тропонина Т возможно его применение в диагностике заболеваний сердечной мышцы. Еще одним главным преимуществом данного белка является быстрое нарастание его концентрации в крови (через 2 часа), в то время как КК достигает максимального значения через 20-30 часов, а ЛДГ через нескольких суток после возникновения патологии.
37. Камптотецин и левомицитин (хлорамфеникол) – ингибиторы матричных биосинтезов, нашедшие применение в двух разных областях медицинской практики. Камптотецин образует комплекс с ДНК-топоизомеразой 1 и нарушает ее активность, а левомицитин присоединяется к 50 S субъединице рибосомы и ингибирует активность пептидилтрансферазы. Предположите, в какой из областей медицины используются каждый из описанных препаратов. Для ответа:
а) назовите какие матричные биосинтезы и в каких клетках ингибируют эти препараты;
б) изобразите схемы процессов и отметьте стадии, протекание которых блокируется в присутствии указанных препаратов;
в) укажите какова степень избирательности и токсичности этих лекарственных веществ.
ОТВЕТ:
Камптотецин принадлежит к противоопухолевым препаратам и используется в химиотерапии для лечения злокачественных образований, а левомицитин относится к антибактериальным антибиотикам широкого спектра действия.
а) Камптотецин останавливает репликацию в опухолевых клетках, а левомицитин – процесс трансляции в прокариотических клетках;
б) Будучи ингибитором ДНК-топоизомеразы I камптотецин блокирует протекание стадии инициации репликации. ДНК-топоизомеразы I расщепляет одну из цепей ДНК , обеспечивает раскручивание двойной спирали и включение двух молекул ДНК-хеликаз в область разрыва. Нарушение этой стадии делает невозможной репликацию в быстрорастущих эукариотических клетках.
Левомицитин блокирует элонгацию полипептидных цепей на стадии образования новой пептидной связи в А-центре и удлинения пептида на одну аминокислоту. Реакцию катализирует пептидилтрансфераза, активный центр которой образован рРНК, входящей в большую субъединицу рибосомы.
в) Избирательность действия камптотецина невелика и обеспечивается более высокой по сравнению с нормальными клетками скоростью синтеза ДНК и РНК, а также повышенной проницаемостью клеточных мембран неопластических клеток. Он достаточно токсичен, так как может прекращать матричные биосинтезы и в здоровых, быстро пролиферирующих клетках организма: фолликулах волос, клетках кроветворной системы и кишечника. Левомицетин же отличается высокой избирательностью и сравнительно мало токсичен для человека. Это объясняется различиями в структуре РНК и белков рибосом в эукариотических и прокариотических клетках.
38. Исследователи каталитического рецептора инсулина установили значительное изменение в гене белка – субстрата инсулинового рецептора. Как нарушение в структуре этого белка скажется на функционировании системы передачи сигнала инсулина? Для ответа на вопрос:
а) приведите схему трансмембранной передачи сигнала инсулина;
б) назовите белки и ферменты, которые активирует инсулин в клетках-мишенях, укажите их функцию.
ОТВЕТ
а) Рецептор инсулина построен из двух α- и двух β-субъединиц. α-Субъединицы расположены на наружной поверхности клеточной мембраны, β-субъединицы пронизывают мембранный бислой. Центр связывания инсулина образован N-концевыми доменами α-субъединиц. Каталитический центр рецептора находится на внутриклеточных доменах β-субъединиц. Цитозольная часть рецептора имеет несколько остатков тирозина, подверженных фосфорилированию и дефосфорилированию.
☼ Присоединение инсулина в центр связывания, образованный α-субъединицами вызывает кооперативные конформационные изменения всех 4-х субъединиц.
☼ Изменение конформации β-субъединиц повышает их каталитическую (тирозинкиназную) активность. Происходит аутофосфорилирование β-субъединиц по нескольким остаткам тирозина.
☼ Фосфорилирование β-субъединиц приводит к изменению заряда, конформации и субстратной специфичности фермента тирозиновой протеинкиназы (Тир-ПК)
б) Тир-ПК фосфорилирует определенные клеточные белки по тирозину, которые получили название – субстраты рецептора инсулина. В свою очередь эти белки участвуют в активации:
фосфопротеинфосфатазы (ФПФ), которая отщепляет Н3РО4 от фосфорилированных остатков серина и треонина;
фосфодиэстеразы, которая превращает цАМФ в АМФ и цГМФ в ГМФ;
ГЛЮТ 4 – переносчиков глюкозы в инсулин-зависимых тканях, поэтому повышается поступление глюкозы в клетки мышц и жировой ткани;
тирозиновой протеинфосфатазы, которая дефосфорилирует β-субъединицы рецептора инсулина;
регуляторных белков ядра, поэтому может повышаться или снижаться экспрессия генов определенных ферментов.
Нарушение структуры белка – субстрата инсулинового рецептора приведет в нарушению передачи сигнала гормона на внутриклеточные ферменты и белки.