Вопрос 110 Молекулярная структура миофибрилл. Структура и функции основных белков миофибрилл миозина, актина, тропомиозина, тропонина.

Саркомер – структурно-функциональная единица поперечнополосатой мышечной

ткани. Из саркомеров состоят миофибриллы.

Миофибриллы – пучки белков, располагающиеся вдоль клетки. Они построены из

белковых нитей (филаментов) двух типов – толстых и тонких.

1. Миозин – образует толстые нити миофибрилл. Его молекула содержит 2

идентичные тяжелые ППЦ и 4 легкие цепи.

Каждая тяжелая цепь с С-конца имеет конформацию α-спирали, они скручены

друг с другом; эта часть молекулы имеет форму палочки. Противоположные концы каждой цепи (N-концы) имеют глобулярную форму и образуют “головку” молекулы. И к ним нековалентно присоединены по 2 легкие цепи.

Функции моизина:

• Катализирует гидролиз АТФ, что используется для сокращения мышцы.

Каталитический активный центр локализован в головках молекулы миозина.

• В физиологических условиях палочкообразные хвосты молекул миозина могут

соединяться друг с другом продольно, образуя пучки; головки выступают на поверхности пучка, выстраиваясь вокруг него по спирали.

• В области М-линии пучки стыкуются «хвост к хвосту». Так получаются

миозиновые нити саркомера, каждая из которых содержит около 400 молекул миозина.

В состав актиновых нитей входят белки:

• Актин (сократительная функция)

• Тропомиозин и тропонин (регуляторная функция).

2. Актин – небольшой глобулярный белок тонких нитей – G-актин (глобулярный

актин), молекулы которого могут нековалентно соединяться, образуя фибриллярный актин – F-актин. Форма молекул F-актина напоминает две нитки бус, скрученные друг с другом.

В мышечных клетках весь актин находится в форме F-актина. К F-актину могут

присоединяться головки миозина, причем на каждой молекуле G-актина в F-актине есть центр связывания миозина. В результате такого взаимодействия в сотни раз увеличивается АТФазная активность миозина. Актомиозин – соединение F-актина с миозином

3. Тропомиозин – фибриллярный белок, имеет вид α-спирали и располагается

вблизи ленты F-актина. В тонкой нити на 1 молекулу тропомиозина приходится 7 молекул G-актина. Располагается тропомиозин в желобке между двумя спиралями G-актина. Соединяется тропомиозин “конец-в-конец”, цепочка непрерывная. Молекула тропомиозина закрывает активные центры связывания актина поверхности глобул актина.

4. Тропонин – имеет глобулярную форму; построен из трех разных субъединиц –

тропонин Т, тропонин С и тропонин I. Он нековалентно связан с тропомиозином и с актином; на каждую молекулу тропомиозина приходится одна молекула тропонина.

• Тропонин Т (ТнТ) – отвечает за связывание тропонина с тропомиозином, через

ТнТ конформационные изменения тропонина передаются на тропомиозин.

• Тропонин С (ТнС) – Ca-связывающая субъединица, содержит 4 участка для

связывания кальция, по строению похожа на белок кальмодулин.

• Тропонин I (ТнI) – ингибиторная субъединица – это ненастоящий ингибитор, он

только создает пространственное препятствие, мешающее взаимодействию актина и миозина в момент, когда ТнС не связан с Са^2+.

Содержание миозина, актина, тропомиозина и тропонина в миофибриллах

равно примерно 55, 25, 15 и 5 %.

Вопрос 111 Биохимические механизмы мышечного сокращения и расслабления. Роль ионов кальция и других ионов в регуляции мышечного сокращения.

Биохимический цикл мышечного сокращения состоит из пяти фаз:

1. Толстые нити миозина скользят по тонким нитям актина за счет перемещения

головок миозина. Если с миозином не связана молекула АТФ, то головка миозина связывается с глобулой фибриллярного актина.

Если миозин связывает молекулу АТФ и гидролизует ее до АДФ и фосфата,

происходит циклическая серия конформационных превращений.

2. Содержащая АДФ и Н3РО4 миозиновая «головка» может свободно вращаться

под большим углом, и, достигая нужного положения, связываться с F-актином.

3. Взаимодействие обеспечивает высвобождение АДФ и Н3РО4 из

актин-миозинового комплекса.

4. Новая молекула АТФ связывается с комплексом миозин-F-актин

5. Комплекс миозин–АТФ обладает низким сродством к актину, и поэтому

происходит отделение миозиновой (АТФ) «головки» от F-актина.

Последняя стадия – это и есть расслабление, которое зависит от связывания АТФ с

актин-миозиновым комплексом. Затем цикл возобновляется.

Миофибриллы обладают способностью взаимодействовать с АТФ и сокращаться

лишь при наличии в среде определенных концентраций ионов Ca²⁺.

При поступлении сигнала от двигательного нейрона мембрана мышечной клетки

деполяризуется, сигнал передается на кальциевые каналы СР. Са²⁺-каналы открываются, внутриклеточный уровень ионов Са2+ возрастает.

Ионы Сa2+ связывается с тропонином С, вызывая конформационную перестройку в

тропонине, что влечет за собой разрушение комплекса тропонин-тропомиозин и дает возможность головкам миозина связываться с актином. Происходит инициация актин-миозинового цикла.

По завершении сокращения уровень ионов Са²⁺ снижается за счет активного

обратного транспорта Са²⁺ в СР, тропонин С отдает Са²⁺, комплекс тропонин-тропомиозин занимает исходное положение на молекуле актина, блокируя актин- миозиновый цикл. Результат – расслабление мышцы

Вопрос 112 Саркоплазматические белки. Миоглобин, его строение и функции. Карнозин и анзерин. Особенности энергетического обмена в мышцах; роль креатинфосфата.

Саркоплазматические белки – миоглобин, миоальбумин, глобулин-кси

(глобулярные белки), миогеновая фракция (ферменты гликолиза, ЦТК, пентозофосфатного цикла).

1. Миоглобин – гемсодержащий белок, белок красных мышц, присутствует в

скелетной и сердечной мышце. Запасает кислород и отдает его только при очень интенсивной работе, т.к. имеет очень высокое сродство к кислороду.

Основная функция – транспорт в мышцы от гемоглобина кислорода с

поддержанием его оптимального градиента вблизи митохондрий.

Mb имеет очень большое сродство к O2. При парциальном давлении O2 – 40 мм

рт. ст. в венозной крови Mb полностью насыщен O2. И даже при низком ПД O2 – (10-20 мм рт. ст.) Mb почти полностью насыщен O2. Только при тяжелой физической работе ПД O2 может снизиться до 5 мм рт. ст., и Mb способен легко отдавать O2.

Строенение: содержит небелковую часть (гем) и белковую часть (апомиоглобин).

• Гем – молекула, имеет структуру циклического тетрапиррола, 4 пиррольных

кольца соединены метиленовыми мостиками – содержит 4 метильные, 2 винильные и 2 пропионатные боковые цепи (в целом – протопорфирин).

4 атома азота пиррольных колец связаны с Fе²⁺, находящемся в центре молекулы

• Апомиоглобин – белковая часть миоглобина

I структура: Одна полипептидная цепь – 153 аминокислоты

II структура: 8 α-спиралей (названия от А до Н)

III структура: компактная глобула, образованная за счет петель и поворотов в области несприрализованных участков

Связывание гема с апомиоглобином:

Гем – специфический лиганд апомиоглобина, присоединяющийся к белковой части

в углублении между двумя α-спиралями F и Е. Центр связывания с гемом образован преимущественно гидрофобными остатками АК, окружающими гидрофобные пиррольные кольца тема. Две боковые группы пропионовых кислот, ионизированные при физиологических значениях рН, выступают на поверхности молекулы.

В активный центр апомиоглобина кроме гидрофобных аминокислот входят также 2

остатка Гис (Гис₆₄ и Гис₉₃ или Гис Е₇ и Гис F₈), играющие важную роль в функционировании белка. Они расположены по разные стороны от плоскости тема и входят в состав спиралей F и Е, между которыми располагается гем.

Атом железа в теме может образовывать 6 координационных связей, 4 из которых

удерживают Fe²⁺ в центре протопорфирина IX (соединяя его с атомами азота пиррольных колец), а 5-я связь возникает между Fe²⁺ и атомом азота имидазольного кольца Гис F₈

Гис Е₇ хотя и не связан с гемом, но необходим для правильной ориентации и

присоединения О₂ к миоглобину: свободный от белковой части гем имеет высокое сродство к СО (в 25.000 раз больше, чем к О2), но в миоглобине, имея белковое окружение, имеется Гис Е₇, который нарушает оптимальное расположение СО в центре связывания и создает условия для связывания О₂ (СО в рез-те имеется сродство к гему только в 200р больше и занимает только 1% гемсодержащих белков)

Гидрофобные остатки аминокислот, окружающие гем, препятствуют

проникновению в центр связывания миоглобина воды и окислению Fe²⁺ в Fe³⁺. Трёхвалентное железо в составе тема не способно присоединять О₂.

Карнозин и анзерин – гистидиновые дипептиды, синтезирующиеся в мышцах и ГМ.

Их много в скелетных мышцах

• Карнозин образуется из β-аланина и гистидина под действием карнозинсинтетазы.

• В присутствии SAM идет реакция метилирования карнозина под действием фермента N-метилтрансферазы и образуется анзерин.

Карнозин может поступать из мышц в кровь и поглощаться почками и энтероцитами.

• В крови и почках присутствует Zn-зависимый фермент КАРНОЗИНАЗА,

способный гидролизовать карнозин на гистидин и β-аланин.

• Карнозин увеличивает амплитуду сокращения скелетных мышц и активирует

работу ионных насосов мышечных клеток, стимулирует АТФ-азную активность миозина.

• Карнозин и анзерин обладают антиоксидантной активностью, ингибируют NO-

зависимую гуанилатциклазу, замедляют процессы старения человека, влияя на скорость апоптоза.

Энергетический обмен в состоянии покоя очень низкий, при интенсивной

физической работе – значительно возрастает

В белых (быстрых) волокнах преобладает анаэробный гликолиз (субстрат глюкоза).

В красных (медленных) мышцах преобладает аэробное окисление жирных кислот, кетоновых тел и глюкозы.

Миокард в качестве субстратов для синтеза АТФ использует жирные кислоты

(65-70%), глюкозу (15-20%) и молочную кислоту (10-15%).

Основной потребитель АТФ – процесс мышечного сокращения.

Запасы АТФ быстро истощаются.

Источники АТФ:

1. Классический путь в реакциях субстратного и окислительного фосфорилирования

2. При участии миоаденилаткиназы: АДФ + АДФ = АТФ + АМФ

3. Креатинфосфатный челнок

Креатинкиназный путь ресинтеза АТФ является очень быстрым и максимально

эффективным, т.к. за счет каждой молекулы креатинфосфата образуется молекула АТФ.

Синтез креатина идет последовательно в почках и печени в 2х трансферазных

реакциях. По окончании синтеза креатин с током крови доставляется в мышцы или мозг.

В мышцах и клетках мозга из него образуется креатинфосфат.

В виде креатинфосфата креатин является депо макроэргических связей, используется для быстрого ресинтеза АТФ во время работы клетки.

• При мышечной работе ионы Са²⁺, высвободившиеся из СР, являются

активаторами креатинкиназы.

• После завершения интенсивной работы запасы креатинфосфата восстанавл-ся в

почках и печени, при наличии энергии АТФ (во время покоя или отдыха) он фосфорилируется с образованием креатинфосфата.

Креатинурия развивается если синтез креатина опережает возможности его

фиксации в мышечной ткани (появление креатина в моче).

• Физиологическая креатинурия наблюдается в первые годы жизни ребенка. Иногда

сюда же относят и креатинурию стариков, которая возникает как следствие атрофии мышц и неполного использования образующегося в печени креатина.

• Патологическая кретинурия наблюдается при заболеваниях мышечной системы

(при миопатии или прогрессирующей мышечной дистрофии)

Вопросы 113 и 114

Убрали из общего списка

Вопрос 115 Медиаторы нервной системы: ацетилхолин, катехоламины, серотонин, γ-аминомасляная кислота, глицин, глутамат, гистамин. Физиологически активные пептиды мозга.

Медиаторы НС:

1. Ацетилхолин – нейромедиатор, осуществляющий нервно-мышечную передачу,

основной нейромедиатор в парасимпатической нервной системе. Четвертичное аммониевое основание. В организме очень быстро разрушается специализированным ферментом – ацетилхолинэстеразой. Синтезируется в нервной ткани

Его предшественник – аминокислота серин

2. Катехоламины – производные пирокатехина.

К ним относятся нейромедиаторы: адреналин, норадреналин, дофамин.

Дофамин и норадреналин служат медиаторами в синаптич. передаче нервныхимпульсов

Адреналин – гормон широкого спектра действия, регулирующий энергетический обмен. Одна из функций катехоламинов – регуляция деятельности ССС

Синтез катехоламинов – мозговом веществе надпочечников и нервной ткани,

тирозин является предшественником катехоламинов.

При образовании катехоламинов образуется промежуточный продукт –

диоксифенилаланин (ДОФА).

Гидроксилирование тирозина в клетках катализируется различными ферментами:

1. Тирозингидроксилаза (1) в надпочечниках и катехоламинергических нейронах.

Fe²⁺-зависимый фермент. Является регуляторным и определяет скорость синтеза катехоламинов. Аллостерически регулируется (ингибитор — норадреналин);

2. ДОФА-декарбоксилаза (2) (кофермент – ПФ) катализирует образование

дофамина, который при участии дофамингидроксилазы (3) (монооксигеназы) превращается в норадреналин. Для функционирования фермента необходимы ионы Сu⁺, витамин С и тетрагидробиоптерин.

3. В мозговом в-ве надпочечников фенил-этаноламин-N-метилтрансфераза (4)

катализирует метилирование норадреналина, в результате чего образуется адреналин. Источником метильной группы служит SAM.

3. Серотонин (5-гидрокситриптамин, 5-НТ) – нейромедиатор проводящих путей.

Образуется в надпочечниках и ЦНС из аминокислоты 5-гидрокситриптофана под

действием декарбоксилазы ароматических аминокислот.

Серотонин может превращаться в гормон мелатонин, регулирующий суточные и

сезонные изменения метаболизма организма и участвующий в регуляции репродуктивной функции.

Серотонин стимулирует сокращение гладкой мускулатуры, оказывает

сосудосуживающий эффект, регулирует АД, температуру тела, дыхание, обладает антидепрессантным действием. По некоторым данным он может принимать участие в аллергических реакциях, поскольку в небольших количествах синтезируется в тучных клетках.

4. γ-Аминомасляная кислота (ГАМК) – АК, важнейший тормозной

нейромедиатор центральной нервной системы. Синтезируется в нервных клетках путем декарбоксилирования глутамата.

ГАМК-шунт – цикл превращений ГАМК в мозге, включающий три реакции