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凝血系蛋白的功能区(血液病学 凝血因子生化与功能)

导语:凝血系蛋白的功能区属于血液病学下的凝血因子生化与功能分支内容。本篇围绕血液病学 凝血系蛋白的功能区主题,主要讲述凝血,凝血因子等方面医学知识。

功能区

凝血系所涉及的每一个蛋白(酶原、辅因子前体蛋白及调节蛋白)都含有多种功能单位。结构相似的功能区提示在蛋白合成中有相似的功能。这些功能区分别指导蛋白分子的运行、转录后的修饰、与膜的结合、蛋白复合物形成和发挥酶的功能。蛋白功能区在分子中互相独立地折叠成团并相互有着联系。

凝血因子、辅因子及其调节蛋白的功能区

酶原蛋白含有一个信号肽、活化区和催化功能区。维生素K依赖性蛋白含有前肽和γ-羧基谷氨酸(γ- Gla)区;其他重要功能区包括上皮生长样因子(EGF)区、环状结构域(kringle)区和重复序列区。组织因子(TF)是一种透膜蛋白,其透膜区掩在脂质双层中,结构不同于其他蛋白。辅因子FⅤ和FⅧ的结构上极相似。上图中以小箭头指出成熟蛋白合成过程中肽键裂解部位,粗箭头表示蛋白活化时肽键裂解部位。

功能区结构

各种凝血因子多种功能区均来自共同祖先的基因,由不同外显子编码。

信号肽

未成熟的凝血蛋白含一短肽名信号肽。后者促进形成中的多肽链进入内浆网。15~30个氨基酸的信号肽由疏水氨基酸支配,在内浆网中被裂解而除去。分泌到血液中的成熟分子大多数为单链糖蛋白。

前肽/γ-羧基谷氨酸富含区

维生素K依赖蛋白在信号肽N端的富含γ-羧基谷氨酸(γ- Gla)区之间有一前肽。前肽氨基酸长:FⅨ18个、PC 24个,由单一外显子编码。前肽在近Gla区有γ- Gla作用识别位点,诱导蛋白合成后的γ-羧化作用。

Gla是位于肝细胞内浆网中羧化酶的底物。通过依赖维生素K的羧化作用产生双羧基的γ- Gla,使维生素K依赖性蛋白能成为凝血因子而具有生理功能。羧化作用后,前肽从成熟蛋白分离而完成蛋白转录后的修饰过程。γ- Gla富含区约40个氨基酸长,其中含有10~20个γ- Gla。γ- Gla是蛋白与Ca2+桥联部位,故Gla区能促进蛋白与膜磷脂的Ca2+依赖性结合,是维生素K依赖性蛋白产生促凝功能的特性所在。

牛凝血酶的γ- Gla区三维结构必需存在Ca2+时才能显示;10个γ- Gla中4个在一侧,2个在另一侧组成羧化物(盐或脂)表面(下图)并呈串状直线地螯合25个Ca2+,从分子一侧延伸到另一侧。NH2末端的丙氨酸打圈形成环,在Gla- 17. 22间形成离子对。

γ-羧基谷氨酸区三维结构——钙离子结合区,并与膜蛋白相互反应

三维结构中除Gla-6外,几乎所有γ- Gla都参与凝血酶原的生理功能。因此,γ- Gla富含区通过独特的折叠结构表达一个膜的结合部位,促进蛋白与膜表面的结合。

上皮生长因子样区

许多蛋白质都有花边状的上皮生长因子(epidermal growth factor,EGF)样区。该区结构与EGF前体物十分相同。EGF区43~50个氨基酸长,由3个二硫键组成特殊共价键结构。某些蛋白的EGF区介导蛋白与细胞表面EGF样受体的结合,FⅩ、APC的EGF区则介导蛋白与FⅤ受体区的结合,FⅨa的EGF区介导蛋白与FⅧa受体区结合。凝血蛋白的EGF区参与蛋白复合物的形成。某些维生素K依赖蛋白的EGF区含羧基化的天门冬氨酸,能和Ca2+以高亲和力结合。磁共振分光镜分析显示FⅨ、FⅩ、FⅦ和PC含2个邻近的EGF。FⅨ和FⅩ的EGF结构相同。PS含4个EGF区,FⅫ含3个不相邻的EGF区,tPA和前尿激酶(Pro- uk)含1个 EGF区。

Kringle区

Kringle区,一种环状结构域是蛋白质的另一种花边状结构,凝血酶原、FⅫ、纤溶酶原、Pro- UK和tPA都含Kringle,约100个氨基酸长,由三个二硫键组成的特殊结构。凝血酶原Kringle三维结构显示其中2个二硫键桥的硫原子紧挨、折叠成椭圆形扁球状。各种蛋白的Kringle内部结构相同,但分子表面不同使之功能不同。Kringle在形成蛋白复合物中可能起识别作用。凝血酶Kringle虽不参加膜结合,但其第二Kringle在凝血酶原-凝血酶原酶复合物中能与FⅤ结合。

催化区

凝血因子都含有与胰蛋白酶、糜蛋白酶结构高度同源的催化区,通过有限的蛋白溶解作用、肽键裂解,使无活性的酶原转化成活性的酶。故这一区含酶的机制能裂解肽链、识别大分子亚单位以及能结合特殊蛋白抑制剂而下调酶的活性。促使血液凝固的蛋白酶都属丝氨酸蛋白酶家族。后者共同的特点为发挥酶的作用需要在活化位点上使丝氨酸、天门冬氨酸和组氨酸三合一,组成催化三联体。催化区具有活化位点,其内部核心与胰蛋白酶几乎相同;核心周围区的分子表面负责限定延伸的底物和酶核心的结合。从α-凝血酶结晶结构的发现提供了许多新信息,2个阳性电荷氨基酸斑片位于邻近C端B螺旋链的肝素结合位点和纤维蛋白原结合副位点;A、B链互相反应能由氨基酸电荷来稳定;峡谷裂口状的活化位点可能与凝血酶具有狭的底物特异性有关。

其他功能区

止血系蛋白的其他花边包括芳香族氨基酸堆积区、FⅪ的重复序列区和Ⅰ、Ⅱ型纤维连接素功能区。这些功能区的功能尚不十分明了。