Протеиновият състав на мускулната тъкан е много сложен. Той е изследван от много учени от дълго време. Основателят на руската биохимия А. Я. Данилевски, изучавайки протеините на мускулната тъкан, даде правилна представа за физиологичната роля на редица протеини и значението на контрактилния протеин миозин, съдържащ се в миофибрилите.
Впоследствие миозинът е изследван от V. A. Engelhardt, I. I. Ivanov и други съветски учени. Голям принос в изучаването на мускулната контракция има унгарският учен Сент-Георги. Друг унгарски учен, Straub, откри мускулния протеин актин.
Изследването на мускулната тъкан трябва да започне с протеини, тъй като те представляват около 80% от сухия остатък на мускулната тъкан. В съответствие с морфологичната структура на мускулните влакна протеините се разпределят, както следва:
От горната диаграма може да се види, че протеиновият състав на мускулната тъкан е много разнообразен. Саркоплазмата съдържа четири протеина: миоген, миоалбумин, глобулин X и миоглобин. Миофибрилите съдържат комплекс от актин и миозин, наречен актомиозин. Всички саркоплазмени протеини се наричат вътреклетъчни, а протеините на сарколемата - извънклетъчни.Ядрата съдържат нуклеопротеини, а сарколемата съдържа колаген и еластин. Ако вземем предвид, че мускулната тъкан освен това съдържа значително количество различни ензими и всеки от тях е специален протеин, тогава протеиновият състав на мускулната тъкан се оказва още по-сложен.
Миозин
Основният протеин на мускулната тъкан е миозинът. Той представлява почти половината от всички протеини на мускулната тъкан и се намира в мускулите на всички бозайници, птици и риби. По отношение на хранителната стойност е пълноценен протеин. В табл Фигура 7 показва аминокиселинния състав на говежди миозин.
Миозинът е подробно изследван от съветски биохимици, които откриват, че той е не само структурен протеин на мускулната тъкан, т.е. протеин, участващ в изграждането на клетките, но и ензим - аденозинтрифосфатаза, който катализира реакцията на хидролиза на АТФ. В този случай се образуват АДФ (аденозиндифосфорна киселина) и фосфорна киселина и се отделя голямо количество енергия, която се използва в мускулната работа.
Миозинът е получен в чиста кристална форма. Неговото молекулно тегло е много голямо, приблизително 1,5 млн. Кристалният миозин, при пълно отсъствие на соли, е идеално разтворим във вода. Но достатъчно е да добавите незначително количество сол, например натриев хлорид, към водата и тя напълно губи способността си да се разтваря и разтварянето става вече при концентрация на натриев хлорид от около 1%. Въпреки това, по отношение на соли, например амониев сулфат, миозинът се държи като типичен глобулин.
Когато месните протеини се екстрахират с вода, миозинът не преминава в разтвор. При обработката на месото със солеви разтвори се намира в екстракта от сол. Когато физиологичен разтвор на миозин се разрежда с вода, концентрацията на сол намалява и миозинът започва да се утаява. Миозинът се изсолява, когато е напълно наситен с натриев хлорид и магнезиев сулфат (осоляването се извършва с кристална сол, в противен случай е невъзможно да се постигне пълно насищане).
Изоелектричната точка на миозина е при pH 5,4-5,5.
Миозинът има свойството да влиза в специални връзки с различни вещества, предимно протеини, за да образува комплекси. Специална роля в мускулната дейност играе комплексът от миозин и актин - актомиозин.
Актин и актомиозин
Актиновият протеин може да съществува в две форми: фибриларен и глобуларен. В покойния мускул актинът е във фибриларна форма; с мускулна контракция става глобуларен. Аденозинтрифосфорната киселина и солите са от голямо значение в тази трансформация.
Мускулната тъкан съдържа 12-15% актин. Преминава в разтвор при продължителна екстракция със солеви разтвори; при краткотрайна екстракция остава в стромата. Молекулното тегло на актина е около 75 000.
При смесване на разтвори на актин и миозин се образува комплекс, наречен актомиозин, от който са изградени основно миофибрилите. Този комплекс се характеризира с висок вискозитет и е способен да се свива рязко при определени концентрации на калиеви и магнезиеви йони (0,05 m KCl > и 0,001 m MgCl2) в присъствието на аденозин трифосфат. При по-високи концентрации на сол (0,6 m KCl), актомиозинът се разпада на актин и миозин, когато се добави АТФ. Вискозитетът на разтвора значително намалява.
Според Szent-Georgia компресията на актомиозин под въздействието на АТФ е в основата на свиването на живия мускул.
Актомиозинът, подобно на истинския глобулин, е неразтворим във вода. Когато месото се обработва със солеви разтвори, актомиозин с несигурно съдържание на актин преминава в разтвора, в зависимост от продължителността на екстракцията.
Глобулин X
Мускулната тъкан съдържа около 20% глобулин X от общия протеин. Това е типичен глобулин, т.е. не се разтваря във вода, но се разтваря в солни разтвори със средна концентрация; утаява се от разтвори при полунасищане с амониев сулфат (1 обем протеинов разтвор и 1 обем наситен разтвор на амониев сулфат), с натриев хлорид при пълно насищане.
Миоген
Мускулната тъкан съдържа около 20% миоген от общия протеин. Не може да се класифицира като типичен албумин или глобулин, тъй като се разтваря във вода, не е достатъчно осолен с натриев хлорид и магнезиев сулфат при насищане (кристална сол), като в същото време се утаява с амониев сулфат при 2/3 на насищане (1 обем протеинов разтвор и 2 обема наситен разтвор на амониев сулфат). Този протеин е получен в кристална форма. Молекулното тегло на миогена е 150 000.
V. A. Engelhardt откри в myogen способността да катализира една от най-важните реакции, протичащи в процеса на гликолиза на мускулната тъкан. Това откритие е първото, което показва, че структурните протеини, т.е. протеините, участващи в изграждането на тъканите, могат да имат ензимна активност.
Миоалбумин
Мускулната тъкан съдържа около 1-2% миоалбумин от общия протеин. Той е типичен албумин, т.е. разтваря се във вода, не се утаява от натриев хлорид при насищане, а се утаява от амониев сулфат.
Миоглобин
Миоглобинът е сложен хромопротеинов протеин с молекулно тегло 16 900. По време на хидролиза той се разпада на глобиновия протеин и непротеиновата хем група. Миоглобинът оцветява мускулите в червено; Различава се от хемоглобина по протеиновата си част; тяхната протетична група е една и съща.
При окисление хемът се превръща в хематин, а в присъствието на солна киселина - в хемин. Съдържанието на хемин може да се използва за оценка на количеството миоглобин в мускулната тъкан.
Съдържанието на хемин в мускулите на едрия рогат добитък варира от 42 до 60 mg на 100 g тъкан; в мускулите на прасетата е много по-малко - от 22 до 42 mg на 100 g тъкан, така че те са по-слабо оцветени.
Миоглобинът, подобно на кръвните пигменти, има характерен абсорбционен спектър.
Принципът за получаване на абсорбционни спектри на оцветени вещества, по-специално месо и кръвни пигменти, е, че светлинната енергия, преминаваща през пигментен разтвор, се абсорбира от този разтвор. В този случай се получава така наречената абсорбция (поглъщане) на светлината, която може да бъде открита със спектроскоп.
Характерните ивици на поглъщане на мускулната тъкан и кръвните пигменти варират от 400 до 700 mm. В този интервал вълните се възприемат от нашето око и можем да видим тъмни ивици в спектъра с помощта на спектроскоп, резултат от абсорбцията на светлина с определена дължина на вълната.
Поглъщането на светлина от цветни вещества може да се определи количествено с помощта на спектрофотометър. Получените резултати обикновено се изразяват графично. В този случай дължината на вълната на светлината се нанася по абсцисната ос, а процентът на светлината, преминала през разтвора, се нанася по ординатната ос. Колкото по-малко светлина преминава, толкова повече от нея се абсорбира от цветното вещество. Общото пропускане на светлина от разтвора се приема за 100%.
На фиг. Фигура 10 показва абсорбцията (поглъщането) на светлина от разтвор на оксимиоглобин; Това показва, че оксимиоглобинът има две ясно изразени характерни ленти на абсорбция във видимата област на спектъра, т.е. две области, в които той пропуска най-малко светлина и следователно абсорбира най-много светлина. Максимумите на тези участъци са при две дължини на вълната; λ 585 mmk и λ 545 mmk,
На фиг. Фигура 11 показва спектрофотометрична крива на оксихемоглобина за сравнение.
Миоглобинът има по-голяма способност да се свързва с кислорода от кръвния хемоглобин. Чрез миоглобина мускулната тъкан се снабдява с кислород. Работещите мускули съдържат повече миоглобин, тъй като окисляването в тях протича по-интензивно. Известно е, че мускулите на краката са по-силно оцветени от мускулите на гърба; мускулите на работещите волове също са по-оцветени от тези на неработещите животни. Това е особено забележимо при птици, чиито гръдни мускули, тъй като не работят, почти не са оцветени.
Колаген и еластин
Колагенът и еластинът са протеини на съединителната тъкан, които са неразтворими във вода и физиологични разтвори. Те образуват сарколемата - най-тънката обвивка на мускулните влакна.
Нуклеопротеини
Нуклеопротеините са протеини, които изграждат клетъчното ядро. Тяхната характерна особеност е способността им да се разтварят в разтвори на слаби основи. Това се обяснява с факта, че тяхната молекула съдържа простетична група, която има киселинни свойства.
Разделяне на мускулни протеини
Когато мускулната тъкан се третира с физиологични разтвори със средна концентрация, нейните протеини могат да бъдат разделени на стромални протеини и плазмени протеини. Стромата се отнася до неразтворимата във физиологичен разтвор структурна основа на мускулната тъкан, която се състои главно от сарколемни протеини (виж диаграмата).
Разтворимостта на вътреклетъчните протеини в мускулната тъкан варира. Например, актомиозин и глобулин X са неразтворими във вода и се утаяват по-лесно от физиологични разтвори от амониев сулфат и натриев хлорид, отколкото миоген. Myogen се разтваря във вода като миоалбумин, но се различава от него по свойствата си на осоляване.
Разтворимостта на протеините на мускулната тъкан в солеви разтвори при неутрална реакция и тяхното утаяване са дадени в табл. 8.
При осоляване, варене и други видове технологична обработка на месото се губят протеинови вещества. Големината на загубите на протеини се дължи на различната им разтворимост и утаяемост.
Познавайки свойствата на протеините, е възможно да изберете условия, при които загубите ще бъдат минимални. Ето защо трябва да се обърне специално внимание на изследването на тези свойства на протеините.
Реснички и флагели
Реснички и флагели -органели от особено значение, участващи в процесите на движение, са израстъци на цитоплазмата, чиято основа е карта от микротубули, наречена аксиална нишка или аксонема (от гръцката ос - ос и nema - нишка). Дължината на ресничките е 2-10 микрона, а броят им на повърхността на една ресничеста клетка може да достигне няколкостотин. Единственият вид човешка клетка, която има флагел - сперматозоидите - съдържа само един дълъг флагел от 50-70 микрона. Аксонемата се образува от 9 периферни двойки микротубули от една централно разположена двойка; такава структура се описва с формулата (9 x 2) + 2 (фиг. 3-16). Във всяка периферна двойка, поради частично сливане на микротубули, една от тях (А) е пълна, втората (В) е непълна (2-3 димера, споделени с микротубула А).
Централната двойка микротубули е заобиколена от централна обвивка, от която радиалните дублети се отклоняват към периферните дублети.Периферните дублети са свързани помежду си чрез нексинови мостове и "дръжките" на динеиновия протеин се простират от микротубула А до микротубула В на съседният дублет (виж Фиг. 3-16), който има АТФ-азна активност.
Биенето на ресничката и камшичето се причинява от плъзгането на съседни дублети в аксонема, което се медиира от движението на динеинови дръжки. Мутациите, които причиняват промени в протеините, които изграждат ресничките и флагелите, водят до различни дисфункции на съответните клетки. За синдром на Kartagener (синдром на фиксирани реснички), обикновено причинен от липсата на динеинови дръжки; пациентите страдат от хронични заболявания на дихателната система (свързани с нарушена функция за почистване на повърхността на респираторния епител) и безплодие (поради неподвижност на сперматозоидите).
Базалното тяло, подобно по структура на центриола, лежи в основата на всяка реснички или флагела. На нивото на апикалния край на тялото микротубула С на триплета завършва и микротубулите А и В продължават в съответните микротубули на аксонемата на цилиума или флагела. По време на развитието на ресничките или флагела, базалното тяло играе ролята на матрица, върху която се извършва сглобяването на компоненти на аксонема.
Микрофиламенти- тънки протеинови нишки с диаметър 5-7 nm, разположени в цитоплазмата поотделно, под формата на прегради или на снопове. В скелетните мускули тънките микрофиламенти образуват подредени снопове, взаимодействайки с по-дебели миозинови нишки.
Кортиколната (терминална) мрежа е зона на кондензация на микрофиламенти под плазмалемата, характерна за повечето клетки. В тази мрежа микрофиламентите са преплетени и „омрежени“ един с друг с помощта на специални протеини, най-често срещаният от които е филамин. Кортикалната мрежа предотвратява рязката и внезапна деформация на клетката при механични въздействия и осигурява плавни промени в нейната форма чрез пренареждане, което се улеснява от ензими, разтварящи актина (преобразуващи).
Прикрепването на микрофиламенти към плазмалемата се осъществява поради връзката им с нейните интегрални ("котвени") протеини (интегрини) - директно или чрез редица междинни протеини талин, винкулин и α-актинин (виж фиг. 10-9). В допълнение, актиновите микрофиламенти са прикрепени към трансмембранни протеини в специални области на плазмалемата, наречени адхезионни връзки или фокални контакти, които свързват клетките една с друга или клетките с компоненти на междуклетъчното вещество.
Актинът, основният протеин на микрофиламентите, се среща в мономерна форма (G- или глобуларен актин), който е способен да полимеризира в дълги вериги (F- или фибриларен актин) в присъствието на cAMP и Ca2+. Обикновено молекулата на актин изглежда като две спирално усукани нишки (вижте Фигури 10-9 и 13-5).
В микрофиламентите актинът взаимодейства с редица актин-свързващи протеини (до няколко десетки типа), които изпълняват различни функции. Някои от тях регулират степента на полимеризация на актина, други (например филамин в кортикалната мрежа или фимбрин и вилин в микроворса) допринасят за свързването на отделни микрофиламенти в системи. В немускулните клетки актинът представлява приблизително 5-10% от протеиновото съдържание, само около половината от което е организирано във филаменти. Микрофиламентите са по-устойчиви на физически и химични влияния от микротубулите.
Функции на микрофиламентите:
(1) осигуряване на контрактилитета на мускулните клетки (при взаимодействие с миозин);
(2) осигуряване на функции, свързани с кортикалния слой на цитоплазмата и плазмалемата (екзо- и ендоцитоза, образуване на псевдоподии и клетъчна миграция);
(3) движение на органели, транспортни везикули и други структури в цитоплазмата поради взаимодействие с определени протеини (минимиозин), свързани с повърхността на тези структури;
(4) осигуряване на определена твърдост на клетката поради наличието на кортикална мрежа, която предотвратява действието на деформации, но сама по себе си, когато се пренарежда, допринася за промени в клетъчната форма;
(5) образуване на контрактилна констрикция по време на цитотомия, която завършва клетъчното делене;
(6) образуване на основата („рамка“) на някои органели (микровили, стереоцилии);
(7) участие в организирането на структурата на междуклетъчните връзки (обграждащи десмозоми).
Микровилите са пръстовидни израстъци на клетъчната цитоплазма с диаметър 0,1 μm и дължина 1 μm, основата на които се формира от актинови микрофиламенти. Микровилите осигуряват многократно увеличаване на повърхността на клетката, върху която се извършва разграждането и абсорбцията на веществата. На апикалната повърхност на някои клетки, активно участващи в тези процеси (в епитела на тънките черва и бъбречните тубули), има до няколко хиляди микровили, които заедно образуват граница на четката.
Ориз. 3-17. Схема на ултраструктурната организация на микровилите. AMP – актинови микрофиламенти, AB – аморфно вещество (апикална част на микровилуса), F, V – фимбрин и вилин (протеини, които образуват кръстосани връзки в AMP снопа), mm – минимиозинови молекули (прикрепящи AMP снопа към плазмалемата на микровилуса ), TC – терминална мрежа AMP, C – спектринови мостове (прикрепват TC към плазмалемата), MF – миозинови нишки, PF – междинни нишки, GC – гликокаликс.
Рамката на всяка микровила се формира от сноп, съдържащ около 40 микрофиламента, разположени по дългата му ос (фиг. 3-17). В апикалната част на микровилите този сноп е фиксиран в аморфно вещество. Неговата твърдост се дължи на кръстосани връзки от протеините фимбрин и вилин; от вътрешната страна снопът е прикрепен към плазмалемата на микровилуса чрез специални протеинови мостове (минимиозинови молекули. В основата на микровилуса микрофиламентите на снопа са вплетени в крайната мрежа, сред елементите на която има миозинови нишки.Взаимодействието на актинови и миозинови нишки на крайната мрежа е вероятно , определя тона и конфигурацията на микроворса.
Стереоцилия- модифицирани дълги (в някои клетки - разклонени) микроворси - се откриват много по-рядко от микроворси и, подобно на последните, съдържат пакет от микрофиламенти.
⇐ Предишна123
Прочетете също:
Микрофиламенти, микротубули и междинни филаменти като основни компоненти на цитоскелета.
Актинови микрофиламенти – структура, функции
Актинови микрофиламентиПредставляват полимерни нишковидни образувания с диаметър 6-7 nm, състоящи се от протеина актин. Тези структури са силно динамични: в края на микрофиламента, обърнат към плазмената мембрана (плюс край), настъпва полимеризация на актин от неговите мономери в цитоплазмата, докато в противоположния край (минус край) настъпва деполимеризация.
Микрофиламенти, следователно, имат структурна полярност: нишката расте от плюс края, скъсяването - от минус края.
Организация и функциониране актинов цитоскелетсе осигуряват от редица актин-свързващи протеини, които регулират процесите на полимеризация-деполимеризация на микрофиламентите, свързват ги един с друг и придават контрактилни свойства.
Сред тези протеини миозините са от особено значение.
Взаимодействиеедин от тяхното семейство - миозин II с актин е в основата на мускулната контракция, а в немускулните клетки дава на актиновите микрофиламенти контрактилни свойства - способността да се подлагат на механично напрежение. Тази способност играе изключително важна роля във всички адхезивни взаимодействия.
Образуване на нов актинови микрофиламентив клетката възниква чрез разклоняване от предишни нишки.
За да се образува нов микрофиламент, е необходим вид „семе“. Ключова роля в образуването му играе протеиновият комплекс Af 2/3, който включва два протеина, много подобни на актинови мономери.
Битие активиран, комплексът Af 2/3 се прикрепя към страната на съществуващия актинов микрофиламент и променя неговата конфигурация, придобивайки способността да прикрепи друг актинов мономер.
Така се появява „семе“, което инициира бързия растеж на нов микрофиламент, простиращ се под формата на разклонение от страната на старата нишка под ъгъл от около 70°, като по този начин образува разклонена мрежа от нови микрофиламенти в клетка.
Растежът на отделните нишки скоро завършва, нишката се разглобява на отделни ADP-съдържащи актинови мономери, които след заместване на ADP в тях с ATP отново влизат в реакцията на полимеризация.
Актинов цитоскелетиграе ключова роля в прикрепването на клетките към екстрацелуларния матрикс и една към друга, в образуването на псевдоподии, с помощта на които клетките могат да се разпространяват и да се движат насочено.
— Назад към раздела „онкология"
- Метилирането на супресорните гени като причина за хемобластози - кръвни тумори
- Теломераза - синтез, функции
- Теломер - молекулярна структура
- Какъв е ефектът от позицията на теломерите?
- Алтернативни начини за удължаване на теломерите при хората - обезсмъртяване
- Значението на теломераза в диагностиката на тумори
- Методи за лечение на рак, засягащи теломерите и теломераза
- Клетъчната теломеризация не води до злокачествена трансформация
- Клетъчна адхезия - последствия от нарушаване на адхезивните взаимодействия
- Актинови микрофиламенти – структура, функции
Микрофиламенти(тънки филаменти) - компонент на цитоскелета на еукариотните клетки. Те са по-тънки от микротубулите и по структура са тънки протеинови нишкис диаметър около 6 nm.
Основният протеин, който съдържат е актин. Миозинът може да се намери и в клетките. В сноп актинът и миозинът осигуряват движение, въпреки че актинът сам може да направи това в клетка (например в микровили).
Всеки микрофиламент се състои от две усукани вериги, всяка от които се състои от актинови молекули и други протеини в по-малки количества.
В някои клетки микрофиламентите образуват снопове под цитоплазмената мембрана, разделят подвижните и неподвижните части на цитоплазмата и участват в ендо- и екзоцитоза.
Също така функциите са да осигурят движението на цялата клетка, нейните компоненти и т.н.
Междинни нишки(не се срещат във всички еукариотни клетки; не се срещат в редица групи животни и всички растения) се различават от микрофиламентите по по-голямата си дебелина, която е около 10 nm.
Микрофиламенти, техният състав и функции
Те могат да бъдат изградени и унищожени от двата края, докато тънките нишки са полярни, тяхното сглобяване се извършва в „плюс“ края, а разглобяването се извършва в „минус“ края (точно като микротубулите).
Съществуват различни видове междинни нишки (различаващи се по протеинов състав), една от които се намира в клетъчното ядро.
Протеиновите нишки, които образуват междинната нишка, са антипаралелни.
Това обяснява липсата на полярност. В краищата на нишката има глобуларни протеини.
Те образуват нещо като плексус близо до ядрото и се отклоняват към периферията на клетката. Осигурете на клетката способността да издържа на механични натоварвания.
Основният протеин е актин.
Актинови микрофиламенти.
Микрофиламенти като цяло.
Намира се във всички еукариотни клетки.
Местоположение
Микрофиламентите образуват снопове в цитоплазмата на подвижните животински клетки и образуват кортикалния слой (под плазмената мембрана).
Основният протеин е актин.
- Хетерогенен протеин
- Намерени в различни изоформи и кодирани от различни гени
Бозайниците имат 6 актина: един в скелетния мускул, един в сърдечния мускул, два вида в гладката мускулатура, два немускулни (цитоплазмени) актина = универсален компонент на всички клетки на бозайници.
Всички изоформи са сходни по отношение на аминокиселинните последователности, само крайните участъци са вариантни (те определят скоростта на полимеризация и НЕ влияят на свиването)
Актинови свойства:
- М=42 хил.;
- в мономерна форма изглежда като глобула, съдържаща ATP молекула (G-актин);
- полимеризация на актин => тънък фибрил (F-актин, представлява плоска спирална лента);
- актиновите МФ са полярни по своите свойства;
- при достатъчна концентрация G-актинът започва спонтанно да се полимеризира;
- много динамични структури, които лесно се разглобяват и сглобяват.
По време на полимеризация (+), краят на микрофиламента бързо се свързва с G-актин => расте по-бързо
(-) край.
Ниска концентрация на G-актин => F-актинът започва да се разглобява.
Критична концентрация на G-актин => динамично равновесие (микрофиламентът има постоянна дължина)
Мономерите с АТФ са прикрепени към нарастващия край; по време на полимеризацията настъпва хидролиза на АТФ, мономерите се свързват с АДФ.
Молекулите актин+АТФ взаимодействат по-силно една с друга, отколкото мономерите, свързани с ADP.
Стабилността на фибриларната система се поддържа:
- протеин тропомиозин (дава твърдост);
- филамин и алфа-актинин.
Микрофиламенти
Те образуват напречни връзки между f-актиновите филаменти => сложна триизмерна мрежа (придава гелообразно състояние на цитоплазмата);
- Протеини, които се прикрепят към краищата на фибрилите, предотвратявайки разглобяването;
- Fimbrin (свързва нишките в снопове);
- Миозинов комплекс = акто-миозинов комплекс, способен на свиване, когато АТФ се разгражда.
Функции на микрофиламентите в немускулни клетки:
Бъдете част от контрактилния апарат;
Микрофиламенти(актинови филаменти) се състоят от актин, протеин, който е най-разпространен в еукариотните клетки. Актинът може да съществува като мономер ( G-актин, „глобуларен актин“) или полимер (F-актин, „фибриларен актин“). G-актинът е асиметричен глобуларен протеин (42 kDa), състоящ се от два домена. С увеличаването на йонната сила G-актинът обратимо се агрегира, за да образува линеен полимер със спирала, F-актин. Молекулата на G-актина носи плътно свързана ATP молекула (ATP), която, когато се превръща във F-актин, бавно се хидролизира до ADP (ADP), т.е. F-актинът проявява свойствата на ATP-аза.
Когато G-актинът се полимеризира във F-актин, ориентацията на всички мономери е една и съща, така че F-актинът има полярност. F-актиновите влакна имат два противоположно заредени края - (+) и (-), които полимеризират с различна скорост. Тези краища не се стабилизират от специални протеини (както например в мускулните клетки) и при критична концентрация на G-актин (+) краят ще се удължи, а (-) ще се скъси. При експериментални условия този процес може да бъде инхибиран от гъбични токсини. Например, фалоидин(отровата на мухоморката) се свързва с (-)-края и инхибира деполимеризацията, докато цитохалазин(токсин от плесени с цитостатични свойства) се прикрепя към (+) края, блокирайки полимеризацията.
Свързани с актин протеини. Има повече от 50 различни вида протеини в цитоплазмата на клетките, които специфично взаимодействат с G-актин и F-актин. Тези протеини изпълняват различни функции: те регулират обема на G-актиновия пул ( профилин), влияят на скоростта на полимеризация на G-актин ( злодей), стабилизират краищата на F-актиновите нишки ( фрагин, β-актинин), зашийте нишките заедно или с други компоненти (като напр злодей, α-актинин, спектрин, MARCKS) или разрушаване на двойната спирала на F-актина ( гелсолин). Активността на тези протеини се регулира от Ca 2+ йони и протеин кинази.
Статии в раздела „Цитоскелет: състав“:
- А. Актин
Световноизвестен палеонтолог разкрива новаторска наука, която надделява над научната фантастика: как да отгледаме жив динозавър Повече от десетилетие след Джурасик...
Има пет основни места, където може да се упражни действието на актин-свързващи протеини. Те могат да се свържат с актиновия мономер; със „заострен“ или бавно нарастващ край на нишката; с "пернат" или бързо растящ край; със страничната повърхност на нишката; и накрая, с две нишки наведнъж, образувайки напречна връзка между тях. В допълнение към посочените пет вида взаимодействия, актин-свързващите протеини могат да бъдат чувствителни или нечувствителни към калций. С такова разнообразие от възможности едва ли е изненадващо, че са открити различни актин-свързващи протеини и че някои са способни на повече от един тип взаимодействие.
Протеините, които се свързват с мономерите, инхибират образуването на праймери чрез отслабване на взаимодействието на мономерите един с друг. Тези протеини могат или не могат да намалят скоростта на удължаване, в зависимост от това дали актин-актин-свързващият протеинов комплекс е в състояние да се прикрепи към нишките. Профилин и фрагмин са чувствителни към калций протеини, които взаимодействат с актинови мономери. И двете изискват калций, за да се свържат с актина. Комплексът от профилин с мономера може да се изгражда върху вече съществуващи нишки, но комплексът от фрагмин с актин не може. Следователно, профилинът основно инхибира нуклеацията, докато фрагминът инхибира както нуклеацията, така и удължаването. От трите нечувствителни към калций протеини, взаимодействащи с актин, два - DNase I и протеин, свързващ витамин D - функционират извън клетката. Физиологичното значение на способността им да свързват актин е неизвестно. В мозъка обаче има протеин, който чрез свързване с мономери деполимеризира актиновите нишки; неговият деполимеризиращ ефект се обяснява с факта, че свързването на мономерите води до намаляване на концентрацията на актин, наличен за полимеризация.
„Перестият“ или бързо растящият край на актиновите филаменти може да бъде блокиран от така наречените затварящи протеини, както и цитохалазин B или D. Чрез блокиране на точката на бързо сглобяване на нишките, затварящите протеини насърчават нуклеацията, но инхибират удължаването и края до -крайно съединяване на нишки. Общият ефект е появата на скъсени нишки, което се дължи както на увеличаването на броя на семената, конкуриращи се за свободни мономери, така и на липсата на докинг. Известни са поне четири протеина, които действат по подобен начин в присъствието на калций: гелзолин, вилин, фрагмин, а също и протеин с мол. с тегло 90 kDa от тромбоцити. Всички те са в състояние да намалят лаг фазата, причинена от нуклеация по време на полимеризацията на пречистени мономери и да скъсят вече образуваните нишки. Има и нечувствителни към калций покриващи протеини. И така, катерици с кей. с тегло 31 и 28 kDa от Acanthamoeba и протеин с мол. с тегло 65 kDa от тромбоцитите упражняват своя ефект независимо от наличието или отсъствието на калций.
Друга точка, в която е възможно протеиновото взаимодействие с нишките, е в „заострения“ или бавно растящ край. Свързването на протеин в него може да инициира нуклеация и да попречи на свързването на нишките. Той също така влияе върху скоростта на удължаване и този ефект зависи от концентрацията на актин. Когато последният е в диапазона между критичните концентрации за бавно и бързо растящите краища, свързването на протеина към бавния край ще увеличи скоростта на удължаване чрез предотвратяване на загубата на мономери върху него. Ако обаче концентрацията на актин надвишава критичната, свързването на протеина към бавния край ще доведе до намаляване на общата скорост на удължаване поради блокиране на една от точките на прикрепване на мономера. Общият резултат от тези три ефекта (стимулиране на нуклеацията, потискане на докинг и потискане на удължаването) ще бъде увеличаване на броя и намаляване на дължината на нишките. Тези ефекти са подобни на тези, причинени от протеини, които се свързват с края на "перото". Ето защо, за да се определи към кой от двата класа принадлежи даден протеин, т.е. в кой край на филаментите действа, е необходимо да се проведат експерименти за конкуренцията на този протеин с тези, които очевидно се свързват с бърз край или експерименти с полимеризация върху вече съществуващи семена. Понастоящем е известно, че само един протеин определено се свързва с „заострения“ или бавнорастящ край на актинови нишки, а именно акументин, който се намира в големи количества в макрофагите. Възможно е това да е вярно и за бревин, суроватъчен протеин, който причинява бързо намаляване на вискозитета на разтворите на F-актин, скъсявайки нишките, без да увеличава концентрацията на свободни мономери. Нито Brevin, нито Acumentin са чувствителни към концентрациите на калций.
Четвъртият тип свързване с актинови нишки е свързване към тяхната странична повърхност без последващо кръстосано свързване на тях един с друг. Прикрепването на протеини към повърхността може да стабилизира или дестабилизира нишките. Тропомиозинът се свързва по нечувствителен към калций начин и стабилизира F-актина, докато северинът и вилинът се свързват с актиновите нишки и ги „отрязват“ в присъствието на калций.
Но може би най-ефективните от актин-свързващите протеини са тези, които могат да кръстосат актинови нишки един с друг и по този начин да причинят образуването на гел. Чрез свързване с F-актин, тези протеини обикновено също индуцират нуклеация. Най-малко четири фибриларни актинови омрежващи протеини са способни да индуцират желиране в отсъствието на калций. Това са α-актинин от тромбоцитите, вилин, фимбрин и актиногелин от макрофагите. Всички те превръщат разтвора на F-актин в твърд гел, който може да попречи на движението на металната топка; добавянето на калций води до разтваряне на гела. И четирите протеина са мономерни. В случая на вилин, протеиновата молекула може да бъде разделена на отделни домени: сърцевината, която е чувствителна към калций и е в състояние да се свързва с и затваря актиновите нишки, и главата, която е необходима за кръстосано свързване на нишките в отсъствието на калций. Съществуват и множество нечувствителни към калций омрежващи протеини. Два от тях, филамин и актин-свързващ протеин от макрофаги, са хомодимери; те се състоят от дълги, гъвкави протеинови субединици. Muscle α-actii е друг нечувствителен към калций омрежващ протеин. Винкулинът и протеинът с високо молекулно тегло от BHK клетки също са способни да образуват кръстосани връзки без помощта на допълнителни протеини. В същото време фасцинът от морските таралежи сам по себе си може да осигури образуването само на тесни, игловидни снопове от актинови нишки, а за да предизвика желиране, той се нуждае от помощта на протеин, наречен mol. с тегло 220 kDa.
Фамилията спектрин е една от най-интересните сред онези омрежващи протеини, които не се влияят директно от калция. Самият спектрин е (ar)g тетрамер, първоначално открит в мембранния скелет на еритроцитите. Ap-димерите се свързват един с друг опашка до опашка, докато главите на молекулите остават свободни и могат да взаимодействат с актинови олигомери. α-субединицата на всеки димер може също да взаимодейства с калмодулин, калций-свързващ протеин, участващ в много процеси, регулирани от калций. Все още не е известно какъв ефект има свързването на калмодулин върху активността на спектрин. Молекули, подобни на спектрин, вече са открити в много видове клетки, така че би било по-правилно да се говори за семейството на спектрин. Спектриновата субединица от еритроцитите има мол. маса 240 kDa. Имунологично свързан протеин със същия кей. маса е открита в повечето изследвани типове клетки. Mol. масата на β3-субединицата на спектрина от еритроцитите е 220 kDa. В комбинация с протеин с мол. с тегло 240 kDa, реагиращ с антитела срещу а-спектрин, субединица с мол. с тегло 260 kDa (намира се в крайната мрежа) или, например, 235 kDa (намира се в нервните клетки и други видове клетки). Тези свързани, имунологично кръстосано реактивни комплекси са описани за първи път като независими протеини и са наречени TW260/240 и фодрин. По този начин, подобно на много други цитоскелетни протеини, протеините от семейство спектрин са тъканно специфични. Че всички тези протеини съдържат калмодулин-свързващ домейн е установено едва наскоро и какво следва от това остава да се разбере.
Миозинът е единственият протеин, свързан с актина, способен да генерира механична сила. Механичната работа, която произвежда поради ATP, е в основата на мускулната контракция и се смята, че осигурява напрежението, развито от фибробластите и други клетки в контакт с извънклетъчния матрикс. Взаимодействието на миозина с актина е много сложно - до такава степен, че на него беше посветена отделна книга от тази поредица1. Миозинът произвежда работа чрез циклично взаимодействие с актин. Миозин-АДФ се свързва с актиновите нишки, настъпва промяна в конформацията на миозина, придружена от освобождаване на АДФ, а след това АТФ, ако присъства в разтвора, замества АДФ, освободен от миозина, и предизвиква отделяне на актиновите нишки от миозина. След хидролиза на АТФ може да започне следващият цикъл. Калцият регулира този процес в няколко точки. В някои мускулни клетки той взаимодейства с тропонина, за да контролира свързването на тропомиозина с актина. Твърди се, че такива клетки се регулират на нивото на тънките нишки. В други мускули калцият действа върху молекулата на миозина, или директно, или чрез активиране на ензими, които фосфорилират нейните леки вериги.
В някои немускулни клетки калцият регулира свиването на нивото на сглобяване на миозинова нишка.
Връзката между различни класове актин-свързващи протеини става по-ясна, когато се разглежда от гледна точка на теорията на Флори за гела. Тази теория гласи, че когато вероятността от напречни връзки между полимерите е достатъчно висока, се формира омрежена: триизмерна мрежа. Това предсказва съществуването на „точка на гел“, при която трябва да настъпи рязък преход от разтвор към гел, донякъде подобен в математически термини на такива фазови преходи като топене и изпаряване; по-нататъшното увеличаване на броя на напречните връзки - след точката на желиране - трябва да доведе само до промяна в твърдостта на гела. По този начин протеините, които образуват напречни връзки, ще превърнат вискозния разтвор на F-актин в състояние на гел, а тези протеини, които разрушават нишките или причиняват увеличаване на техния брой, ще започнат да разтварят гела чрез намаляване на средната дължина на полимерите, не е придружено от увеличаване на броя на напречните връзки: гелът ще се разтвори, когато плътността на разпределение на напречните връзки падне под нивото, определено от точката на желиране. Миозинът може да взаимодейства с гела и да го накара да се свие. Гел теорията се оказва полезна при сравняване на свойствата на актин-свързващи протеини от различни класове и при разработване на методи за изследване на техните функции. Трябва обаче да се има предвид, че теорията на геловете разглежда само изотропни структури и сама по себе си не отчита топологичните характеристики на конкретни системи. Както ще стане ясно от. Освен това, топологията на цитоскелета е изключително важна характеристика, която теорията на гела все още не може да предвиди.
За смислено тълкуване на резултатите от химичните изследвания на протеини е необходимо подробно познаване на условията вътре в клетката, включително точната стехиометрия на всички протеини, свързани с изследваните процеси, и регулаторни фактори като pH, pCa,. нуклеотидната концентрация, както и, очевидно, фосфолипидния състав на съседните мембрани. В ситуация, в която протеините могат ефективно да индуцират явления с характеристиките на резки кооперативни преходи при стехиометрия от 1: 500, количествените прогнози очевидно стават съмнителни.
Структурата на скелетните мускули. Мускулна контракция. Актин и миозин.Скелетни мускули- поддържайте тялото в баланс и извършвайте движения, това са нашите бицепси, трицепси и т.н., тоест това, което помпаме, когато правим бодибилдинг. Те могат да се свиват много бързо и да се отпускат много бързо, при интензивна дейност се уморяват доста бързо.
Структурната и функционална единица на скелетните мускули е мускулни влакна,представляващи силно удължена клетка. Дължината на мускулното влакно зависи от размера на мускула и варира от няколко милиметра до няколко сантиметра. Дебелината на влакното варира от 10-100 микрометра.
Има два вида мускулни влакна:
1) Червени влакна- съдържат голям брой митохондрии с висока активност на окислителните ензими. Силата на контракциите им е сравнително малка, а скоростта на потребление на енергия е такава, че те са напълно задоволени от нормалното кислородно хранене. Те участват в движения, които не изискват значителни усилия, като поддържане на поза.
2) Бели влакна- значителна сила на свиване, това изисква много енергия и само кислородът не е достатъчен, висока активност на ензимите, които разграждат глюкозата. Следователно двигателните единици, състоящи се от бели влакна, осигуряват бързи, но краткотрайни движения, които изискват резки усилия.
Мускулната клетка има уникална структура. Мускулното влакно е многоядрено, това се дължи на особеностите на образуването на влакна по време на развитието на плода. Те се образуват на етапа на ембрионално развитие на тялото от клетки-предшественици - миобласти.
Миобласти– неоформени мононуклеарни мускулни клетки.
Миобластите бързо се делят, сливат и образуват мускулни тръби с централно разположени ядра. След това синтезът на миофибрили започва в миотубите,
Миофибрили- цилиндрични контрактилни нишки с дебелина 1-2 микрометра, преминаващи по дължина от единия край на мускулната клетка до другия.
И образуването на влакното завършва с миграцията на ядрата към покрайнините на клетките. По това време ядрата на мускулните влакна вече са загубили способността си да се делят и са ангажирани само с функцията за генериране на информация за протеиновия синтез.
Но не всички миобласти следват пътя на сливането; някои от тях се отделят под формата на така наречените сателитни клетки, които се намират на повърхността на мускулното влакно, в мембрана, която обгражда мускулната клетка. Тези клетки, наричани още сателитни клетки, за разлика от мускулните влакна, не губят способността си да се делят през целия живот, което осигурява увеличаване на масата на мускулните влакна и тяхното обновяване. Възстановяването на мускулните влакна в случай на мускулно увреждане е възможно благодарение на тези клетки. Когато влакното умира, сателитните клетки, скрити в обвивката му, се активират, делят се и се трансформират в миобласти. Миобластите се сливат един с друг и образуват нови мускулни влакна, в които след това започва сглобяването на миофибрилите. Тоест по време на регенерацията събитията от развитието на ембрионалните мускули се повтарят напълно. (както при раждането).Механизмът на свиване на мускулните влакна.
Нека разгледаме по-подробно структурата на миофибрилите, тези нишки, които се простират успоредно една на друга в мускулните клетки, чийто брой в едно такова влакно може да достигне няколко хиляди. Миофибрилите имат способността да намаляват дължината си, когато пристигне нервен импулс, като по този начин стягат мускулните влакна.
Редуването на светли и тъмни ивици в миофибрилната нишка се определя от подреденото разположение по дължината на миофибрилата на дебели нишки на миозиновия протеин и тънки нишки на актиновия протеин:Дебелите нишки се съдържат само в тъмните области (А-зона), светлите области (I-зона) не съдържат дебели нишки, в средата на I-зоната има Z-диск - към него са прикрепени тънки актинови нишки. Частта от миофибрилата, състояща се от А-зоната и две половини от I-зоната, се нарича - саркомер. Саркомере основната контрактилна единица на мускула. Границите на саркомерите в съседните миофибрили съвпадат, така че цялата мускулна клетка придобива правилни ивици.
Миозин- протеин на мускулните контрактилни влакна. Съдържанието му в мускулите е около 40% от масата на всички протеини (например в други тъкани е само 1-2%). Молекулата на миозина е дълга нишковидна пръчка, сякаш две въжета са сплетени заедно, образувайки две крушовидни глави в единия край.
актин – също протеин от контрактилни мускулни влакна, много по-малък от миозина и заемащ само 15-20% от общата маса на всички протеини. Прикрепен към Z-диска Състои се от две нишки, вплетени в пръчка, с жлебове, в които лежи двойна верига от друг протеин - тропомиозин. Основната му функция е да блокира адхезията на миозина към актина в отпуснато състояние на мускулите.
Дължината на саркомера се скъсява чрез изтегляне на тънки нишки от актин между дебели нишки на миозин. Плъзгането на актинови нишки по протежение на миозиновите нишки се дължи на наличието на странични разклонения на миозиновите нишки. Главата на миозиновия мост се зацепва с актина и променя ъгъла на наклона спрямо оста на нишката, като по този начин сякаш придвижва нишката на миозина и актина една спрямо друга, след това се разединява, захваща отново и отново прави движение.
Движението на миозиновите мостове може да се сравни с ударите на гребла на галери. Точно както движението на галера във вода се дължи на движението на греблата, така и плъзгането на нишките се дължи на гребните движения на мостовете; единствената съществена разлика е, че движението на мостовете не е синхронно. Когато пристигне нервен импулс, клетъчната мембрана променя полярността на заряда и калциевите йони (Ca++) се освобождават в саркоплазмата от специални резервоари (ендоплазмен ретикулум), разположени около всяка миофибрила по цялата й дължина.
Под въздействието на Ca++, тропомиозиновият филамент навлиза по-дълбоко в жлеба и освобождава място за прилепване на миозина към актина; мостовете започват цикъла на инсулт. Веднага след освобождаването на Ca++ от резервоарите, той започва да се изпомпва обратно, концентрацията на Ca++ в саркоплазмата пада, тропомиозинът излиза от жлеба и блокира местата на свързване на мостовете - влакното се отпуска. Нов импулс отново освобождава Ca++ в саркоплазмата и всичко се повтаря. При достатъчна честота на импулса (най-малко 20 Hz) отделните контракции почти напълно се сливат, т.е. се постига състояние на стабилно свиване, наречено тетанично свиване.Мускулна структура
Мускулна контракция
Зареждане...