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Molecola del mese di gennaio 2002
La trombina attiva le molecole che devono
formare il coagulo di sangue
 Introduzione
L'ossigeno e le sostanze nutritive vengono trasportati
dal sangue in ogni cellula del corpo attraverso il sistema circolatorio.
Usare un mezzo di trasporto liquido, però, pone due tipi di problemi.
Primo, lascia il corpo più vulnerabile alle infezioni, perchè
i batteri e i virus possono diffondersi rapidamente ovunque attraverso
il sangue. Il sistema immunitario, con gli anticorpi che costituiscono
la prima linea di difesa, ha il compito di combattere questo pericolo.
Secondo, c'è il rischio continuo di un danno all'apparato circolatorio.
Dato che il sangue viene pompato in tutto il corpo sotto pressione, ogni
piccola perdita può portare ad uno svuotamento rapido dell'intero
sistema. Fortunatamente, il sangue possiede un metodo di riparazione d'emergenza:
il sistema di coagulazione del sangue. Quando ci tagliamo o ci
procuriamo una ferita, il sangue costruisce una barriera provvisoria per
arginare il danno, per dare tempo ai tessuti circostanti di eseguire una
riparazione definitiva. La trombina è al centro del processo
di coagulazione del sangue.
Segnalazione a piramide
La coagulazione del sangue inizia con molecole che
sentono che c'è qualcosa di sbagliato. Il fattore
di tessuto (mdm 3/2006) si trova sulla superficie di cellule che
normalmente non sono in contatto col sangue. Se il tessuto si taglia,
il sangue esce dai vasi e incontra il fattore di tessuto. Da qui parte
un sistema di segnalazione a cascata , che comincia con poche molecole
di fattore di tessuto e si amplifica con una logica a piramide fino a
produrre una risposta così intensa da riparare il danno.
Il fattore di tessuto attiva alcune molecole di fattore VII. Queste
attivano poi molte molecole di fattore X. E infine queste attivano
un numero ancora maggiore di molecole di trombina. La trombina
poi, quando viene attivata, traduce il segnale in azione concreta. Stacca
un piccolo frammento dal fibrinogeno, una grande proteina, facendolo
aggregare in strutture più grandi che costituiscono una grande
rete fibrosa. Questa rete intrappola molte cellule del sangue, formando
la crosta rosso scuro che chiude la ferita.
 Digestione
selettiva
La trombina è una proteasi alla serina:
un enzima proteolitico che usa un amminoacido di serina per realizzare
il taglio delle catene proteiche. Altri esempi di proteasi alla serina
sono la tripsina
(mdm 10/2003) e la chimotripsina, enzimi secreti dal pancreas direttamente
nel primo tratto dell'intestino, il duodeno, dove partecipano alla digestione
delle proteine. La trombina, però, è un enzima più
specifico rispetto agli enzimi proteolitici della digestione. È
progettata per realizzare esclusivamente quel particolare taglio che
attiva il fibrinogeno, senza digerire nessuna delle altre proteine del
sangue.
Qui sopra e qui a lato sono mostrate due immagini della trombina
attivata prese dalla stessa angolazione (file PDB 1ppb).
L'immagine in alto mostra la superficie della molecola, mentre qui a
lato sono messi in evidenza gli avvolgimenti della catena. Il sito attivo
si trova al centro della figura, sul fondo di una profonda fenditura.
I tre amminoacidi proteolitici nel sito attivo sono stati evidenziati
qui sopra in ciano, mentre qui a lato con bstoncini e sfere. Da sinistra
a destra sono serina, istidina e acido aspartico. In rosso sono
mostrati gli atomi di ossigeno, in blu quelli di azoto.
Nel posto giusto al momento giusto
Chiaramente la coagulazione del sangue deve essere
attentamente regolata, altrimenti il sangue potrebbe coagulare nei posti
sbagliati. Ogni errore nella coagulazione del sangue può avere
effetti disastrosi: grumi di sangue che arrivano al cuore possono chiudere
le arterie coronarie provocando l'infarto e grumi di sangue che giungono
al cervello provocano l'ictus.
La trombina viene controllata in tre modi.
Il primo controllo consiste nel sintetizzare la proteina in una forma
inattiva, chiamata protrombina, che diventerà trombina
attiva solo al momento opportuno. La protrombina, mostrata
nell'immagine qui sotto (file PDB 6bjr),
ha una struttura complessa ed è composta di più
domini funzionali. In verde è mostrato il dominio che diventerà
la catena principale della trombina che contiene il sito attivo con
i tre amminoacidi chiave (serina, istidina e acido aspartico) evidenziati
al centro della figura. La porzione rappresentata in magenta è
la parte di catena che verrà tagliata per ottenere la trombina
attiva e della quale rimarrà solo un breve tratto visibile anche
nella figura qui sopra. Notate che nella protrombina il
sito attivo è inaccessibile perchè la catena magenta
lo ostruisce completamente.
Il secondo controllo consiste nel fatto che la
protrombina non è libera di muoversi, ma è
ancorata sulla superficie
dei vasi sanguigni a causa dalla carica positiva di alcuni ioni calcio
(sfere verdi) che sono legati nella parte finale della struttura da
una serie di acidi gamma carbossi glutammici (acidi glutammici modificati).
La trombina attiva viene quindi formata solo nelle immediate vicinanze
del punto danneggiato e così i coaguli di sangue non possono
formarsi altrove.
Il terzo controllo consiste nel fatto che la trombina
attivata (mostrata nella figura qui sopra), ha una vita molto breve,
non più di qualche secondo, per limitare la formazione del coagulo
alla sola area danneggiata.
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 Anticoagulanti
I coaguli di sangue non sempre sono desiderabili.
Molte persone prendono piccole dosi di aspirina, sotto controllo
medico, per ridurre il pericolo di formazione di emboli e prevenire
attacchi cardiaci. L'aspirina agisce sull'enzima cicloossigenasi 1 (COX1)
che è importante in un altro aspetto della coagulazione del sangue
che dipende dalle piastrine.
Il veleno per topi warfarin, oggi poco utilizzato, blocca la
formazione di acidi gamma carbossi glutammici che hanno il compito di
legare gli ioni calcio, come abbiamo visto sopra. I topi che hanno ingerito
il veleno muoiono a causa della formazione incontrollata di emboli.
Le sanguisughe non sopportano la coagulazione del sangue, perché
interromperebbe il loro pasto. Per questo sintetizzano speciali proteine
che bloccano la trombina, impedendo la formazione di coaguli. Una di
queste proteine chiamata irudina è illustrata qui sopra
sulla sinistra (file PDB 2hgt) mentre
blocca il sito attivo della trombina. La proteina della sanguisuga è
mostrata in blu. Sulla sinistra si può vedere la trombina inattivata
dalla irudina, sulla destra la trombina col sito attivo libero.
Esplorando la struttura
Nella figura qui sotto (file PDB 6bjr)
è mostrato in primo piano il dominio della protrombina che le
consente di aderire alle pareti dei vasi sanguigni.
Si vedono sei ioni calcio (verdi) trattenuti in loco da una serie di
sette acidi gamma carbossi glutammici. Questi sono acidi glutammici
modificati a cui è stato aggiunto un carbossile extra che consente
loro di legare con forza gli ioni calcio. Gli ioni calcio positivi si
legano a loro volta ai gruppi fosfato negativi dei fosfolipidi di membrana
e così fissano le molecole di protrombina alla parete interna
dei vasi.
Strutture simili si trovano nel fattore di coagulazione VII che si lega
al fattore
di tessuto (mdm 3/2006) e nelle proteine
che sintetizzano biominerali (mdm 2/2019).
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 Bibliografia
Milton T. Stubbs and Wolfram Bode (1993):
A Player of Many Parts: the Spotlight Falls on Thrombin¹s Structure.
Thrombosis Research 69, pp. 1-58
Earl W. Davie, Kazuo Fujikawa and Walter Kisiel (1991): The Coagulation
Cascade: Initiation, Maintenance and Regulation. Biochemistry
30, pp. 10363- 10370.
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