Muskelvevsproteiner. Mikrofilamenter, deres funksjoner og sammensetning. Aktin og myosin Muskelkontraktil funksjon leveres av 1 protein aktin

Proteinsammensetningen i muskelvev er svært kompleks. Det har blitt studert av mange forskere i lang tid. Grunnleggeren av russisk biokjemi, A. Ya. Danilevsky, som studerte proteinene i muskelvev, ga en korrekt ide om den fysiologiske rollen til en rekke proteiner og betydningen av det kontraktile proteinet myosin inneholdt i myofibriller.
Deretter ble myosin studert av V. A. Engelhardt, I. I. Ivanov og andre sovjetiske forskere. Den ungarske forskeren Szent-Georgyi ga et stort bidrag til studiet av muskelsammentrekning. En annen ungarsk forsker, Straub, oppdaget muskelproteinet aktin.
Studiet av muskelvev bør begynne med proteiner, siden de står for omtrent 80 % av den tørre rester av muskelvev. I samsvar med den morfologiske strukturen til muskelfiberen fordeles proteiner som følger:

Fra diagrammet ovenfor kan det ses at proteinsammensetningen i muskelvev er svært mangfoldig. Sarkoplasma inneholder fire proteiner: myogen, myoalbumin, globulin X og myoglobin. Myofibriller inneholder et kompleks av aktin og myosin kalt aktomyosin. Alle sarkoplasmatiske proteiner kalles intracellulære, og sarcolemmaproteiner kalles ekstracellulære Kjernene inneholder nukleoproteiner, og sarcolemmaet inneholder kollagen og elastin. Hvis vi vurderer at muskelvev i tillegg inneholder en betydelig mengde forskjellige enzymer, og hver av dem er et spesielt protein, viser proteinsammensetningen av muskelvev seg å være enda mer kompleks.

Myosin

Hovedproteinet i muskelvev er myosin. Den utgjør nesten halvparten av alle muskelvevsproteiner, og den finnes i musklene til alle pattedyr, fugler og fisker. Når det gjelder ernæringsmessig verdi, er det et komplett protein. I tabellen. Figur 7 viser aminosyresammensetningen til bovint myosin.

Myosin ble studert i detalj av sovjetiske biokjemikere, som oppdaget at det ikke bare er et strukturelt protein av muskelvev, dvs. et protein involvert i cellekonstruksjon, men også et enzym - adenosintrifosfatase, som katalyserer reaksjonen av ATP-hydrolyse. I dette tilfellet dannes ADP (adenosin difosforsyre) og fosforsyre og det frigjøres en stor mengde energi, som brukes i muskelarbeid.
Myosin ble oppnådd i ren krystallinsk form. Dens molekylvekt er veldig stor, omtrent 1,5 mill. Krystallinsk myosin, i fullstendig fravær av salter, er perfekt løselig i vann. Men det er nok å tilsette en ubetydelig mengde salt, for eksempel natriumklorid, til vann, og det mister fullstendig oppløsningsevnen og oppløsning skjer allerede ved en natriumkloridkonsentrasjon på omtrent 1%. Men i forhold til salter, for eksempel ammoniumsulfat, oppfører myosin seg som et typisk globulin.
Når kjøttproteiner ekstraheres med vann, går ikke myosin i løsning. Ved bearbeiding av kjøtt med saltvannsløsninger finnes det i saltekstraktet. Når en saltvannsløsning av myosin fortynnes med vann, synker saltkonsentrasjonen og myosin begynner å felle ut. Myosin saltes ut når det er fullstendig mettet med natriumklorid og magnesiumsulfat (utsalting gjøres med krystallinsk salt, ellers er det umulig å oppnå fullstendig metning).
Det isoelektriske punktet til myosin er ved pH 5,4-5,5.
Myosin har egenskapen til å inngå spesielle bindinger med ulike stoffer, først og fremst proteiner, for å danne komplekser. En spesiell rolle i muskelaktivitet spilles av komplekset av myosin og aktin - actomyosin.

actin og actomyosin

Aktinproteinet kan eksistere i to former: fibrillært og kuleformet. I hvilende muskel er aktin i fibrillær form; med muskelsammentrekning blir den kuleformet. Adenosintrifosforsyre og salter er av stor betydning i denne transformasjonen.
Muskelvev inneholder 12-15 % aktin. Det går i løsning under langvarig ekstraksjon med saltvannsløsninger; med kortsiktig ekstraksjon forblir den i stroma. Molekylvekten til aktin er omtrent 75 000.
Når løsninger av aktin og myosin blandes, dannes et kompleks kalt aktomyosin, hvorfra myofibriller hovedsakelig bygges. Dette komplekset er preget av høy viskositet og er i stand til å trekke seg sammen ved visse konsentrasjoner av kalium- og magnesiumioner (0,05 m KCl > og 0,001 m MgCl2) i nærvær av adenosintrifosfat. Ved høyere saltkonsentrasjoner (0,6 m KCl) brytes actomyosin ned til actin og myosin når ATP tilsettes. Viskositeten til løsningen synker merkbart.
I følge Szent-Georgia ligger kompresjon av actomyosin under påvirkning av ATP til grunn for sammentrekningen av levende muskler.
Actomyosin, som et ekte globulin, er uløselig i vann. Når kjøtt behandles med saltvannsløsninger, går aktomyosin med usikkert aktininnhold over i løsningen, avhengig av ekstraksjonsvarigheten.

Globulin X

Muskelvev inneholder omtrent 20 % globulin X av det totale proteinet. Det er et typisk globulin, det vil si at det ikke oppløses i vann, men oppløses i saltvannsløsninger med gjennomsnittlig konsentrasjon; utfelles fra løsninger ved halv metning med ammoniumsulfat (1 volum proteinløsning og 1 volum mettet ammoniumsulfatløsning), med natriumklorid ved full metning.

Miogen

Muskelvev inneholder omtrent 20 % myogen av det totale proteinet. Det kan ikke klassifiseres som et typisk albumin eller globulin, siden det løses opp i vann, ikke er tilstrekkelig utsaltet med natriumklorid og magnesiumsulfat ved metning (krystallinsk salt), samtidig som det utfelles med ammoniumsulfat ved 2/3 av metning (1 volum proteinløsning og 2 volumer mettet løsning av ammoniumsulfat). Dette proteinet ble oppnådd i krystallinsk form. Molekylvekten til myogen er 150 000.
V. A. Engelhardt oppdaget i myogen evnen til å katalysere en av de viktigste reaksjonene som oppstår i prosessen med glykolyse av muskelvev. Denne oppdagelsen var den første som viste at strukturelle proteiner, dvs. proteiner involvert i konstruksjonen av vev, kan ha enzymatisk aktivitet.

Myoalbumin

Muskelvev inneholder ca. 1-2 % myoalbumin av det totale proteinet. Det er et typisk albumin, dvs. det oppløses i vann, utfelles ikke av natriumklorid ved metning, men utfelles av ammoniumsulfat.

Myoglobin

Myoglobin er et komplekst kromoproteinprotein med en molekylvekt på 16 900. Under hydrolyse brytes det ned til globinproteinet og ikke-proteinhemgruppen. Myoglobin farger musklene røde; Det skiller seg fra hemoglobin i sin proteindel; deres protesegruppe er den samme.
Under oksidasjon blir hem til hematin, og i nærvær av saltsyre - til hemin. Innholdet av hemin kan brukes til å bedømme mengden myoglobin i muskelvev.
Innholdet av hemin i musklene til storfe varierer fra 42 til 60 mg per 100 g vev; i musklene til griser er det mye mindre - fra 22 til 42 mg per 100 g vev, så de er mindre farget.
Myoglobin har, som blodpigmenter, et karakteristisk absorpsjonsspektrum.
Prinsippet for å oppnå absorpsjonsspektra for fargede stoffer, spesielt kjøtt- og blodpigmenter, er at lysenergi som passerer gjennom en pigmentløsning absorberes av denne løsningen. I dette tilfellet oppstår den såkalte absorpsjonen (absorpsjonen) av lys, som kan detekteres med et spektroskop.
De karakteristiske absorpsjonsbåndene for muskelvev og blodpigmenter varierer fra 400 til 700 mm. I dette intervallet blir bølger oppfattet av øyet vårt, og vi kan se mørke bånd i spekteret ved hjelp av et spektroskop, som følge av absorpsjon av lys med en viss bølgelengde.

Absorpsjonen av lys av fargede stoffer kan kvantifiseres ved hjelp av et spektrofotometer. Resultatene som oppnås er vanligvis uttrykt grafisk. I dette tilfellet er bølgelengden til lys plottet langs abscisseaksen, og prosentandelen av lys som passerer gjennom løsningen plottes langs ordinataksen. Jo mindre lys som passerte, jo mer av det ble absorbert av det fargede stoffet. Den totale overføringen av lys av løsningen er tatt som 100%.
I fig. Figur 10 viser absorpsjonen (absorpsjonen) av lys med en løsning av oksymyoglobin; Den viser at oksymyoglobin har to uttalte karakteristiske absorpsjonsbånd i det synlige området av spekteret, dvs. to områder der det overfører minst lys og derfor absorberer mest lys. Maksima for disse seksjonene er ved to bølgelengder; λ 585 mmk og λ 545 mmk,
I fig. Figur 11 viser en spektrofotometrisk kurve for oksyhemoglobin for sammenligning.
Myoglobin har større evne til å binde seg til oksygen enn blodhemoglobin. Gjennom myoglobin tilføres muskelvev oksygen. Arbeidsmuskler inneholder mer myoglobin, siden oksidasjon skjer mer intenst i dem. Det er kjent at musklene i bena er sterkere farget enn ryggmusklene; musklene til arbeidende okser er også mer farget enn hos ikke-arbeidende dyr. Dette er spesielt merkbart hos fugler, hvis brystmuskler, som ikke fungerer, nesten ikke er farget.

Kollagen og elastin

Kollagen og elastin er bindevevsproteiner som er uløselige i vann og saltløsninger. De danner sarcolemma - den tynneste skjeden av muskelfiber.

Nukleoproteiner

Nukleoproteiner er proteiner som utgjør cellekjernen. Deres karakteristiske trekk er deres evne til å oppløses i løsninger av svake alkalier. Dette forklares av det faktum at molekylet deres inneholder en protesegruppe som har sure egenskaper.

Separasjon av muskelproteiner

Når muskelvev behandles med saltvannsløsninger med middels konsentrasjon, kan dets proteiner deles inn i stromale proteiner og plasmaproteiner. Stromaet refererer til det saltvannsuløselige strukturelle grunnlaget for muskelvev, som hovedsakelig består av sarkolemmale proteiner (se diagram).

Løseligheten til intracellulære proteiner i muskelvev varierer. For eksempel er actomyosin og globulin X uløselige i vann og utfelles lettere fra saltoppløsninger av ammoniumsulfat og natriumklorid enn myogen. Myogen løses opp i vann som myoalbumin, men skiller seg fra det i sine salteegenskaper.
Løseligheten til muskelvevsproteiner i saltløsninger ved en nøytral reaksjon og deres utfelling er gitt i tabell. 8.

Ved salting, matlaging og andre typer teknologisk bearbeiding av kjøtt går proteinstoffer tapt. Størrelsen på proteintapene skyldes deres forskjellige løselighet og sedimenterbarhet.
Når du kjenner til egenskapene til proteiner, er det mulig å velge forhold der tapene vil være minimale. Derfor bør spesiell oppmerksomhet rettes mot studiet av disse egenskapene til proteiner.

Cilia og flagella

Cilia og flagella - organeller av spesiell betydning, involvert i bevegelsesprosessene, er utvekster av cytoplasma, hvis grunnlag er et kort av mikrotubuli kalt aksialtråden, eller aksonem (fra den greske aksen - akse og nema - tråd). Lengden på cilia er 2-10 mikron, og antallet på overflaten av en ciliert celle kan nå flere hundre. Den eneste typen menneskelig celle som har et flagellum - sperm - inneholder bare en lang flagell på 50-70 mikron. Aksonemet er dannet av 9 perifere par mikrotubuli av ett sentralt plassert par; en slik struktur er beskrevet av formelen (9 x 2) + 2 (fig. 3-16). Innenfor hvert perifert par, på grunn av delvis fusjon av mikrotubuli, er en av dem (A) komplett, den andre (B) er ufullstendig (2-3 dimerer delt med mikrotubuli A).

Det sentrale paret av mikrotubuli er omgitt av et sentralt skall, hvorfra radielle dubletter divergerer til de perifere dubletter. De perifere dubletter er forbundet med hverandre ved hjelp av nexin-broer, og "håndtak" av dyneinproteinet strekker seg fra mikrotubuli A til mikrotubuli B av nabodubletten (se fig. 3-16), som har ATPase-aktivitet.

Slå av cilium og flagell er forårsaket av glidning av tilstøtende dubletter i aksonem, som er mediert av bevegelsen av dynein-håndtak. Mutasjoner som forårsaker endringer i proteinene som utgjør flimmerhårene og flagellene, fører til ulike funksjonsfeil i de tilsvarende cellene. For Kartageners syndrom (fiksert cilia-syndrom), vanligvis forårsaket av fravær av dynein-håndtak; pasienter lider av kroniske sykdommer i luftveiene (assosiert med nedsatt funksjon av rensing av overflaten av respiratorisk epitel) og infertilitet (på grunn av spermimmobilitet).

Basalkroppen, lik centriolens struktur, ligger ved bunnen av hver cilium eller flagellum. På nivået av den apikale enden av kroppen fortsetter mikrotubuli C på triplettendene og mikrotubuli A og B inn i de tilsvarende mikrotubuli av aksonemet til cilium eller flagellum. Under utviklingen av cilia eller flagellum spiller basalkroppen rollen som en matrise som sammenstillingen av aksonemkomponenter skjer på.

Mikrofilamenter- tynne proteinfilamenter med en diameter på 5-7 nm, liggende i cytoplasma enkeltvis, i form av septa eller i bunter. I skjelettmuskulaturen danner tynne mikrofilamenter ordnede bunter, som samhandler med tykkere myosinfilamenter.

Kortikolnettverket (terminalt) er en sone for kondensering av mikrofilamenter under plasmalemmaet, karakteristisk for flertallet av cellene. I dette nettverket er mikrofilamenter sammenflettet og "kryssbundet" med hverandre ved hjelp av spesielle proteiner, hvorav den vanligste er filamin. Det kortikale nettverket forhindrer skarp og plutselig deformasjon av cellen under mekaniske påvirkninger og sikrer jevne endringer i formen gjennom omorganisering, noe som forenkles av aktin-oppløsende (konverterende) enzymer.

Festing av mikrofilamenter til plasmalemmaet utføres på grunn av deres forbindelse med dets integrerte ("anker") proteiner (integriner) - direkte eller gjennom en rekke mellomliggende proteiner talin, vinkulin og α-aktinin (se fig. 10-9). I tillegg er aktinmikrofilamenter festet til transmembrane proteiner i spesielle områder av plasmalemmaet, kalt adhesjonsforbindelser eller fokale kontakter, som kobler celler til hverandre eller celler til komponenter av den intercellulære substansen.

Aktin, hovedproteinet i mikrofilamenter, forekommer i en monomer form (G- eller globulært aktin), som er i stand til å polymerisere til lange kjeder (F- eller fibrillært aktin) i nærvær av cAMP og Ca2+. Vanligvis ser et aktinmolekyl ut som to spiralformede filamenter (se figur 10-9 og 13-5).

I mikrofilamenter interagerer aktin med en rekke aktinbindende proteiner (opptil flere dusin typer) som utfører ulike funksjoner. Noen av dem regulerer graden av aktinpolymerisering, andre (for eksempel filamin i det kortikale nettverket eller fimbrin og villin i mikrovillus) bidrar til koblingen av individuelle mikrofilamenter til systemer. I ikke-muskelceller står aktin for omtrent 5-10 % av proteininnholdet, hvorav bare omtrent halvparten er organisert i filamenter. Mikrofilamenter er mer motstandsdyktige mot fysiske og kjemiske påvirkninger enn mikrotubuli.

Funksjoner av mikrofilamenter:

(1) å sikre kontraktilitet av muskelceller (når interaksjon med myosin);

(2) å tilveiebringe funksjoner assosiert med det kortikale laget av cytoplasmaet og plasmalemma (ekso- og endocytose, dannelse av pseudopodia og cellemigrasjon);

(3) bevegelse av organeller, transportvesikler og andre strukturer i cytoplasmaet på grunn av interaksjon med visse proteiner (minimyosin) assosiert med overflaten av disse strukturene;

(4) å sikre en viss stivhet av cellen på grunn av tilstedeværelsen av et kortikalt nettverk, som forhindrer virkningen av deformasjoner, men selv, når omorganisert, bidrar til endringer i cellulær form;

(5) dannelse av en kontraktil innsnevring under cytotomi, som fullfører celledeling;

(6) dannelse av grunnlaget («rammeverket») til noen organeller (mikrovilli, stereocilia);

(7) deltakelse i organisering av strukturen til intercellulære forbindelser (omkranser desmosomer).

Mikrovilli er fingerformede utvekster av cellecytoplasmaet med en diameter på 0,1 μm og en lengde på 1 μm, hvis grunnlag er dannet av aktinmikrofilamenter. Microvilli gir en mangfoldig økning i overflatearealet til cellen der nedbrytning og absorpsjon av stoffer skjer. På den apikale overflaten til noen celler som aktivt deltar i disse prosessene (i epitelet i tynntarmen og nyretubuli) er det opptil flere tusen mikrovilli, som sammen danner en børstekant.

Ris. 3-17. Ordningen for den ultrastrukturelle organiseringen av mikrovilli. AMP – aktinmikrofilamenter, AB – amorft stoff (apikal del av mikrovillus), F, V – fimbrin og villin (proteiner som danner tverrbindinger i AMP-bunten), mm – minimyosinmolekyler (fester AMP-bunten til mikrovillus plasmalemma) ), TC – terminalnettverk AMP, C – spektrinbroer (feste TC til plasmalemmaet), MF – myosinfilamenter, PF – mellomfilamenter, GC – glykokalyx.

Rammeverket til hver mikrovilli er dannet av en bunt som inneholder ca. 40 mikrofilamenter som ligger langs dens lange akse (fig. 3-17). I den apikale delen av mikrovilli er denne bunten festet i en amorf substans. Dens stivhet skyldes tverrbindinger fra proteinene fimbrin og villin, fra innsiden er bunten festet til plasmalemmaet til mikrovillusen ved hjelp av spesielle proteinbroer (minimyosinmolekyler. Ved bunnen av mikrovillusen er buntens mikrofilamenter vevd inn i terminalnettverket, blant elementene som det er myosinfilamenter. Samspillet mellom aktin og myosinfilamenter i terminalnettverket er sannsynlig , bestemmer tonen og konfigurasjonen til mikrovilli.

stereocilia- modifiserte lange (i noen celler - forgrenende) mikrovilli - oppdages mye sjeldnere enn mikrovilli og inneholder, som sistnevnte, en bunt med mikrofilamenter.

⇐ Forrige123

Les også:

Mikrofilamenter, mikrotubuli og mellomfilamenter som hovedkomponenter i cytoskjelettet.

Aktin mikrofilamenter - struktur, funksjoner

Aktin mikrofilamenter De er polymerfilamentøse formasjoner med en diameter på 6-7 nm, bestående av aktinproteinet. Disse strukturene er svært dynamiske: ved enden av mikrofilamentet som vender mot plasmamembranen (plussenden), skjer polymerisering av aktin fra monomerene i cytoplasmaet, mens depolymerisering skjer i motsatt ende (minusenden).
Mikrofilamenter, har dermed strukturell polaritet: tråden vokser fra plussenden, forkortes - fra minusenden.

Organisering og funksjon aktin cytoskjelett tilveiebringes av en rekke aktinbindende proteiner som regulerer prosessene med polymerisering-depolymerisering av mikrofilamenter, binder dem til hverandre og gir kontraktile egenskaper.

Blant disse proteinene er myosiner av spesiell betydning.

Interaksjon en av deres familie - myosin II med aktin ligger til grunn for muskelsammentrekning, og i ikke-muskelceller gir aktinmikrofilamenter kontraktile egenskaper - evnen til å gjennomgå mekanisk spenning. Denne evnen spiller en ekstremt viktig rolle i alle liminteraksjoner.

Dannelse av nye aktin mikrofilamenter i cellen oppstår ved forgrening fra tidligere tråder.

For at et nytt mikrofilament skal dannes, er et slags "frø" nødvendig. Nøkkelrollen i dannelsen spilles av Af 2/3-proteinkomplekset, som inkluderer to proteiner som ligner veldig på aktinmonomerer.

Å være aktivert, Af 2/3-komplekset fester seg til siden av det eksisterende aktin-mikrofilamentet og endrer konfigurasjonen, og får evnen til å feste en annen aktinmonomer.

Dette er hvordan et "frø" vises, som initierer den raske veksten av et nytt mikrofilament, som strekker seg i form av en gren fra siden av den gamle tråden i en vinkel på omtrent 70°, og danner derved et forgrenet nettverk av nye mikrofilamenter i celle.

Veksten av individuelle filamenter tar snart slutt, filamentet demonteres til individuelle ADP-holdige aktinmonomerer, som, etter å ha erstattet ADP i dem med ATP, igjen går inn i polymerisasjonsreaksjonen.

Aktin cytoskjelett spiller en nøkkelrolle i bindingen av celler til den ekstracellulære matrisen og til hverandre, i dannelsen av pseudopodier, ved hjelp av hvilke celler kan spre seg ut og bevege seg retningsbestemt.

— Gå tilbake til seksjonen " onkologi"

Metylering av suppressorgener som årsak til hemoblastoser - blodsvulster
Telomerase - syntese, funksjoner
Telomer - molekylær struktur
Hva er telomerposisjonseffekten?
Alternative måter å forlenge telomerer hos mennesker - udødeliggjøring
Betydningen av telomerase i diagnostisering av svulster
Kreftbehandlingsmetoder som påvirker telomerer og telomerase
Celletelomerisering fører ikke til ondartet transformasjon
Celleadhesjon - konsekvenser av forstyrrelse av adhesive interaksjoner
Aktin mikrofilamenter - struktur, funksjoner

Mikrofilamenter(tynne filamenter) - en komponent av cytoskjelettet til eukaryote celler. De er tynnere enn mikrotubuli og er i struktur tynne proteinfilamenter med en diameter på ca. 6 nm.

Hovedproteinet de inneholder er aktin. Myosin kan også finnes i celler. I en bunt gir aktin og myosin bevegelse, selv om aktin alene kan gjøre dette i en celle (for eksempel i mikrovilli).

Hvert mikrofilament består av to snoede kjeder, som hver består av aktinmolekyler og andre proteiner i mindre mengder.

I noen celler danner mikrofilamenter bunter under den cytoplasmatiske membranen, skiller de mobile og stasjonære delene av cytoplasma og deltar i endo- og eksocytose.

Funksjoner er også å sikre bevegelse av hele cellen, dens komponenter, etc.

Mellomfilamenter(finnes ikke i alle eukaryote celler; de finnes ikke i en rekke grupper av dyr og alle planter) skiller seg fra mikrofilamenter i sin større tykkelse, som er omtrent 10 nm.

Mikrofilamenter, deres sammensetning og funksjoner

De kan bygges og ødelegges fra begge ender, mens tynne filamenter er polare, deres montering skjer i "pluss"-enden, og demontering skjer i "minus"-enden (akkurat som mikrotubuli).

Det finnes forskjellige typer mellomfilamenter (forskjellig i proteinsammensetning), hvorav en finnes i cellekjernen.

Proteinfilamentene som danner mellomfilamentet er antiparallelle.

Dette forklarer mangelen på polaritet. I endene av filamentet er kuleformede proteiner.

De danner en slags plexus nær kjernen og divergerer mot periferien av cellen. Gi cellen evnen til å motstå mekanisk påkjenning.

Hovedproteinet er aktin.

Aktin mikrofilamenter.

Mikrofilamenter generelt.

Finnes i alle eukaryote celler.

plassering

Mikrofilamenter danner bunter i cytoplasmaet til bevegelige dyreceller og danner det kortikale laget (under plasmamembranen).

Hovedproteinet er aktin.

Heterogent protein
Finnes i forskjellige isoformer, kodet av forskjellige gener

Pattedyr har 6 aktiner: en i skjelettmuskulaturen, en i hjertemuskulaturen, to typer i glatt muskulatur, to ikke-muskel (cytoplasmatisk) aktin = en universell komponent i alle pattedyrceller.

Alle isoformer er like i aminosyresekvenser, bare de terminale seksjonene er varianter.(De bestemmer polymerisasjonshastigheten og påvirker IKKE sammentrekningen)

Aktin egenskaper:

M=42 tusen;
i monomer form ser det ut som en kule som inneholder et ATP-molekyl (G-aktin);
aktinpolymerisasjon => tynn fibril (F-aktin, representerer et flatt spiralbånd);
aktin-MF-er er polare i sine egenskaper;
ved en tilstrekkelig konsentrasjon begynner G-aktin å spontant polymerisere;
svært dynamiske strukturer som er enkle å demontere og sette sammen igjen.

Under polymerisering (+) binder enden av mikrofilamentet seg raskt til G-aktin => vokser raskere

(-) slutt.

Lav konsentrasjon av G-aktin => F-aktin begynner å demonteres.

Kritisk konsentrasjon av G-aktin => dynamisk likevekt (mikrofilament har konstant lengde)

Monomerer med ATP er festet til den voksende enden; under polymerisering skjer ATP-hydrolyse, monomerene blir assosiert med ADP.

Aktin+ATP-molekyler interagerer sterkere med hverandre enn ADP-bundne monomerer.

Stabiliteten til det fibrillære systemet opprettholdes:

protein tropomyosin (gir stivhet);
filamin og alfa-aktinin.

Mikrofilamenter

De danner tverrbindinger mellom f-aktinfilamenter => et komplekst tredimensjonalt nettverk (gir en gellignende tilstand til cytoplasmaet);

Proteiner som fester seg til endene av fibriller, forhindrer demontering;
Fimbrin (binder filamenter til bunter);
Myosinkompleks = et acto-myosinkompleks som kan trekke seg sammen når ATP brytes ned.

Funksjoner til mikrofilamenter i ikke-muskelceller:

Være en del av det kontraktile apparatet;

Mikrofilamenter(aktinfilamenter) består av aktin, et protein som finnes mest i eukaryote celler. Aktin kan eksistere som en monomer ( G-aktin, "globulært aktin") eller en polymer (F-aktin, "fibrillært aktin"). G-aktin er et asymmetrisk kuleprotein (42 kDa) som består av to domener. Når ionestyrken øker, aggregerer G-aktin reversibelt for å danne en lineær kveilet polymer, F-aktin. G-aktinmolekylet bærer et tett bundet ATP (ATP) molekyl, som ved overgang til F-aktin langsomt hydrolyseres til ADP (ADP), det vil si at F-aktin viser egenskapene til ATPase.

Under polymeriseringen av G-aktin til F-aktin er orienteringen til alle monomerer den samme, så F-aktin har polaritet. F-aktinfibre har to motsatt ladede ender - (+) og (-), som polymeriserer med forskjellige hastigheter. Disse endene stabiliseres ikke av spesielle proteiner (som for eksempel i muskelceller), og ved en kritisk konsentrasjon av G-aktin vil (+) enden forlenges og (-) enden forkortes. Under eksperimentelle forhold kan denne prosessen hemmes av sopptoksiner. For eksempel, falloidin(gift fra paddehatten) binder seg til (-)-enden og hemmer depolymerisering, mens cytochalasin(et toksin fra muggsopp med cytostatiske egenskaper) fester seg til (+)-enden, og blokkerer polymerisasjonen.

Aktin-assosierte proteiner. Det er mer enn 50 forskjellige typer proteiner i cytoplasmaet til celler som spesifikt samhandler med G-aktin og F-aktin. Disse proteinene utfører forskjellige funksjoner: de regulerer volumet av G-aktinpoolen ( profilin), påvirke hastigheten på G-aktin polymerisering ( villin), stabilisere endene av F-aktin filamenter ( skjør, β-aktinin), sy filamentene sammen eller med andre komponenter (som f.eks villin, a-aktinin, spektrin, MARCKS) eller forstyrre F-aktin dobbel helix ( gelsolin). Aktiviteten til disse proteinene reguleres av Ca 2+ ioner og proteinkinaser.

Artikler i avsnittet "Cytoskjelett: sammensetning":

A. Aktin

En verdenskjent paleontolog avslører banebrytende vitenskap som trumfer science fiction: hvordan dyrke en levende dinosaur Over et tiår etter Jurassic...

Det er fem hovedsteder hvor virkningen av aktinbindende proteiner kan påføres. De kan binde seg til aktinmonomeren; med en "spiss", eller sakte voksende, ende av filamentet; med en "fjærkledd" eller raskt voksende ende; med sideoverflaten av filamentet; og til slutt, med to filamenter samtidig, som danner en tverrbinding mellom dem. I tillegg til disse fem interaksjonene kan aktinbindende proteiner være kalsiumsensitive eller ufølsomme. Med så mange muligheter er det neppe overraskende at mange aktinbindende proteiner er oppdaget, og at noen av dem er i stand til flere typer interaksjon.

Proteiner som binder seg til monomerer hemmer dannelsen av frø, og svekker samspillet mellom monomerer. Disse proteinene kan eller ikke redusere forlengelseshastigheten, avhengig av om aktinkomplekset med det aktinbindende proteinet vil være i stand til å feste seg til filamentene. Profilin og fragmin er kalsiumfølsomme proteiner som interagerer med aktinmonomerer. Begge krever kalsium for å binde seg til aktin. Komplekset av profilin med monomeren kan bygge på eksisterende filamenter, men komplekset av fragmin med aktin kan ikke. Derfor hemmer profilin først og fremst kjernedannelse, mens fragmin hemmer både kjernedannelse og forlengelse. Av de tre kalsium-ufølsomme aktin-interagerende proteinene, fungerer to – DNase I og vitamin D-bindende protein – utenfor cellen. Den fysiologiske betydningen av deres evne til å binde seg til aktin er ukjent. I hjernen er det imidlertid et protein som ved å binde seg til monomerer depolymeriserer aktinfilamenter; dens depolymeriserende effekt forklares av det faktum at bindingen av monomerer fører til en reduksjon i konsentrasjonen av aktin tilgjengelig for polymerisering.

Den "fjærkledde" eller raskt voksende enden av aktinfilamenter kan blokkeres av såkalte capping-proteiner, så vel som cytochalasin B eller D. Ved å blokkere punktet for rask filamentsamling fremmer capping-proteiner kjernedannelse, men hemmer forlengelse og ende-til -endesammenføyning av filamenter. Den samlede effekten er utseendet til forkortede filamenter, dette skyldes både en økning i antall frø som konkurrerer om frie monomerer og mangel på dokking. Minst fire proteiner er kjent som virker på lignende måte i nærvær av kalsium: gelsolin, villin, fragmin, og også et protein med en mol. veier 90 kDa fra blodplater. Alle av dem er i stand til å redusere etterslepfasen forårsaket av kjernedannelse under polymeriseringen av rensede monomerer og forkorte allerede dannede filamenter. Det er også kalsium-ufølsomme capping-proteiner. Altså, ekorn med brygge. veier 31 og 28 kDa fra Acanthamoeba og protein med en mol. som veier 65 kDa fra blodplater utøver sin effekt uavhengig av tilstedeværelse eller fravær av kalsium.

Et annet punkt hvor proteininteraksjon med filamenter er mulig er i den "spissede" eller saktevoksende enden. Proteinbinding deri kan initiere kjernedannelse og forstyrre filamentdokking. Det påvirker også forlengelseshastigheten, og denne effekten avhenger av aktinkonsentrasjonen. Ved verdier av sistnevnte i området mellom de kritiske konsentrasjonene for de sakte voksende og raskt voksende endene, vil bindingen av proteinet til den langsomme enden øke forlengelseshastigheten ved å forhindre tap av monomerer ved den. Hvis imidlertid aktinkonsentrasjonen overstiger den høyeste av de kritiske, vil bindingen av proteinet med en langsom ende føre til en reduksjon i den totale forlengelseshastigheten på grunn av blokkering av et av monomerfestepunktene. Det samlede resultatet av disse tre effektene (stimulering av kjernedannelse, undertrykkelse av dokking og undertrykkelse av forlengelse) vil være en økning i antall og reduksjon i lengden av filamenter. Disse effektene ligner på de som forårsakes av proteiner som binder seg til den "fjærkledde" enden. Det er derfor, for å bestemme hvilken av de to klassene et gitt protein tilhører, dvs. hvilken ende av filamentene det virker på, er det nødvendig å utføre enten eksperimenter på konkurransen mellom dette proteinet med de som er kjent for å binde seg. til den raske slutten, eller eksperimenter med polymerisering på allerede eksisterende frø. For øyeblikket er det definitivt bare kjent at ett protein binder seg til den "spisse" eller saktevoksende enden av aktinfilamenter, nemlig acumentin, som finnes i store mengder i makrofager. Det er mulig at dette også er sant for brevin, et myseprotein som forårsaker en rask reduksjon i viskositeten til F-aktinløsninger, og forkorter filamentene uten å øke konsentrasjonen av frie monomerer. Verken brevin eller accumentin er ufølsomme for kalsiumkonsentrasjon.

Den fjerde typen binding til aktinfilamenter er binding til sideoverflaten uten å sy dem sammen. Festing av proteiner til overflaten kan både stabilisere og destabilisere filamenter. Tropomyosin binder seg på en kalsium-ufølsom måte og stabiliserer F-aktin, mens severin og villin binder seg til aktinfilamenter og "kutter" dem i nærvær av kalsium.

Men kanskje de mest effektive av de aktinbindende proteinene er de som kan kryssbinde aktinfilamenter med hverandre og derved forårsake dannelse av en gel. Ved å binde seg til F-aktin induserer disse proteinene vanligvis også kjernedannelse. Minst fire fibrillære aktin-tverrbindende proteiner er i stand til å indusere geldannelse i fravær av kalsium. Disse er α-aktinin fra blodplater, villin, fimbrin og actinogelin fra makrofager. Alle gjør F-aktin-løsningen til en stiv gel som kan forstyrre bevegelsen til metallkulen; tilsetning av kalsium får gelen til å løse seg opp. Alle disse fire proteinene er monomere. Når det gjelder villin, kan proteinmolekylet deles inn i separate domener: kjernen, som er kalsiumsensitiv og er i stand til å binde seg til og dekke aktinfilamenter, og hodet, som er nødvendig for å tverrbinde filamentene i fravær. av kalsium. Det er også mange kalsium-ufølsomme tverrbindingsproteiner. To av dem, filamin og aktinbindende protein fra makrofager, er homodimerer; de består av lange, fleksible proteinunderenheter. Muskel α-actii er et annet kalsium-ufølsomt tverrbindingsprotein. Vinkulin og høymolekylært protein fra BHK-celler er også i stand til å danne tverrbindinger uten hjelp av ekstra proteiner. Samtidig kan fascin fra kråkeboller i seg selv sørge for dannelsen av bare smale, nållignende bunter av aktinfilamenter, og for å forårsake geldannelse trenger den hjelp av et protein kalt mol. veier 220 kDa.

Spektrinfamilien er en av de mest interessante blant de tverrbindende proteinene som ikke er direkte påvirket av kalsium. Spektrin i seg selv er en (ar)g tetramer, opprinnelig oppdaget i membranskjelettet til erytrocytter. Ap-dimerene binder seg til hverandre hale-til-hale, mens hodene til molekylene forblir frie og kan samhandle med aktinoligomerer. α-underenheten til hver dimer kan også samhandle med calmodulin, et kalsiumbindende protein involvert i mange kalsiumregulerte prosesser. Det er fortsatt ukjent hvilken effekt kalmodulinbinding har på spektrinaktivitet. Spektrinlignende molekyler er nå funnet i mange typer celler, så det vil være mer riktig å snakke om spektrinfamilien. Spektrinunderenheten fra erytrocytter har en mol. masse 240 kDa. Et immunologisk beslektet protein med samme brygge. masse ble funnet i de fleste celletyper som ble undersøkt. Mol. massen til β3-underenheten av spektrin fra erytrocytter er 220 kDa. I et kompleks med et protein med en mol. som veier 240 kDa, reagerer med antistoffer mot a-spektrin, en underenhet med en mol. veier 260 kDa (finnes i terminalnettverket) eller for eksempel 235 kDa (finnes i nerveceller og andre typer celler). Disse relaterte, immunologisk kryssreaktive kompleksene ble først beskrevet som uavhengige proteiner og ble kalt TW260/240 og fodrin. Således, som mange andre cytoskjelettproteiner, er spektrinfamilieproteiner vevsspesifikke. At alle disse proteinene inneholder et calmodulin-bindende domene har først nylig blitt fastslått, og hva som følger av dette gjenstår å forstå.

Myosin er det eneste aktin-relaterte proteinet som er i stand til å generere mekanisk kraft. Det mekaniske arbeidet det produserer på grunn av ATP ligger til grunn for muskelkontraksjon og antas å gi spenningen utviklet av fibroblaster og andre celler i kontakt med den ekstracellulære matrisen. Samspillet mellom myosin og aktin er veldig komplekst - så mye at en egen bok i denne serien ble viet til det1. Myosin produserer arbeid ved syklisk interaksjon med aktin. Myosin-ADP binder seg til aktinfilamenter, en endring i myosinkonformasjonen oppstår, ledsaget av frigjøring av ADP, og deretter erstatter ATP, hvis det er tilstede i løsning, ADP frigjort fra myosin og induserer løsgjøring av aktinfilamenter fra myosin. Etter ATP-hydrolyse kan neste syklus begynne. Kalsium regulerer denne prosessen på flere punkter. I noen muskelceller interagerer det med troponin for å kontrollere bindingen av tropomyosin til aktin. Slike celler sies å være regulert på nivå med tynne filamenter. I andre muskler virker kalsium på myosinmolekylet, enten direkte eller ved å aktivere enzymer som fosforylerer dets lette kjeder.

I noen ikke-muskelceller regulerer kalsium sammentrekning på nivået av myosinfilamentsamlingen.

Forholdet mellom forskjellige klasser av aktinbindende proteiner blir tydeligere når de sees fra Florys geleteori. Denne teorien sier at når sannsynligheten for tverrbindinger mellom polymerer er høy nok, dannes et tverrbundet: tredimensjonalt nettverk. Dette forutsier eksistensen av et "gelpunkt", der en brå overgang fra løsning til gel skal skje, noe som matematisk ligner slike faseoverganger som smelting og fordampning; en ytterligere økning i antall tverrbindinger - utover geleringspunktet - bør bare føre til en endring i gelens stivhet. Således vil proteiner som danner tverrbindinger konvertere den viskøse løsningen av F-aktin til en geltilstand, og de proteinene som ødelegger filamenter eller forårsaker en økning i antallet vil begynne å løse opp gelen ved å redusere den gjennomsnittlige lengden på polymerene, ikke ledsaget av en økning i antall tverrbindinger: gelen vil oppløses når tverrbindingstettheten faller under nivået bestemt av geleringspunktet. Myosin kan samhandle med gelen og få den til å trekke seg sammen. Gelteori viser seg å være nyttig for å sammenligne egenskapene til aktinbindende proteiner av forskjellige klasser og for å utvikle metoder for å studere funksjonene deres. Det bør imidlertid tas i betraktning at teorien om geler kun vurderer isotrope strukturer og ikke i seg selv tar hensyn til de topologiske egenskapene til spesifikke systemer. Som det vil fremgå av. Videre er topologien til cytoskjelettet en ekstremt viktig egenskap, som gelteorien ennå ikke kan forutsi.

For meningsfullt å tolke resultatene av kjemiske studier av proteiner, er detaljert kunnskap om forholdene inne i cellen nødvendig, inkludert den nøyaktige støkiometrien til alle proteiner som er relevante for prosessene som studeres, og regulatoriske faktorer som pH, pCa,. nukleotidkonsentrasjon, så vel som, tilsynelatende, fosfolipidsammensetningen til tilstøtende membraner. I en situasjon hvor proteiner effektivt kan indusere fenomener med trekk ved brå samarbeidende overganger ved en støkiometri på 1:500, blir kvantitative spådommer åpenbart tvilsomme.

Strukturen til skjelettmuskulaturen. Muskelsammentrekning. Actin og Myosin.
Skjelettmuskulatur- holde kroppen i balanse og utføre bevegelser, dette er våre biceps, triceps osv, det vil si det vi pumper når vi driver med bodybuilding. De er i stand til å trekke seg sammen veldig raskt og slappe av veldig raskt; med intens aktivitet blir de ganske raskt slitne.
Den strukturelle og funksjonelle enheten til skjelettmuskulatur er muskelfiber, som representerer en svært langstrakt celle. Lengden på muskelfiberen avhenger av størrelsen på muskelen og varierer fra flere millimeter til flere centimeter. Fibertykkelsen varierer fra 10-100 mikrometer.
Det er to typer muskelfibre:
1) Røde fibre- inneholder et stort antall mitokondrier med høy aktivitet av oksidative enzymer. Styrken på sammentrekningene deres er relativt liten, og energiforbruket er slik at de er helt fornøyd med normal oksygennæring. De er involvert i bevegelser som ikke krever betydelig innsats, for eksempel å opprettholde en positur.
2) Hvite fibre- betydelig sammentrekningskraft, dette krever mye energi og oksygen alene er ikke nok, høy aktivitet av enzymer som bryter ned glukose. Derfor gir motoriske enheter bestående av hvite fibre raske, men kortvarige bevegelser som krever rykk.
En muskelcelle har en unik struktur. Muskelfiberen er flerkjernet, dette skyldes det særegne ved fiberdannelse under fosterutviklingen. De dannes på stadiet av embryonal utvikling av kroppen fra forløperceller - myoblaster.
Myoblaster– uformede mononukleære muskelceller.
Myoblaster deler seg raskt, smelter sammen og danner muskelrør med sentralt plasserte kjerner. Deretter begynner syntesen av myofibriller i myotubene,
Myofibriller- sylindriske kontraktile filamenter 1-2 mikrometer tykke, som går på langs fra den ene enden av muskelcellen til den andre.
Og dannelsen av fiberen fullføres ved migrering av kjerner til utkanten av cellene. På dette tidspunktet har muskelfiberkjernene allerede mistet evnen til å dele seg, og er bare engasjert i funksjonen med å generere informasjon for proteinsyntese.
Men ikke alle myoblaster følger fusjonsveien, noen av dem er separert i form av såkalte satellittceller, som er plassert på overflaten av muskelfiberen, i en membran som omgir muskelcellen. Disse cellene, også kalt satellittceller, mister, i motsetning til muskelfibre, ikke evnen til å dele seg gjennom livet, noe som sikrer en økning i muskelfibermassen og fornyelsen av dem. Gjenoppretting av muskelfibre i tilfelle muskelskade er mulig takket være disse cellene. Når fiberen dør, aktiveres satellittcellene gjemt i skallet, deler seg og forvandles til myoblaster. Myoblaster smelter sammen og danner nye muskelfibre, hvor sammenstillingen av myofibriller så begynner. Det vil si at under regenerering gjentas hendelsene med utvikling av embryonal muskel fullstendig. (som ved fødselen).
Mekanisme for sammentrekning av muskelfiber.
La oss undersøke mer detaljert strukturen til myofibriller, disse trådene som strekker seg parallelt med hverandre i muskelceller, hvis antall i en slik fiber kan nå et par tusen. Myofibriller har evnen til å redusere lengden når en nerveimpuls kommer, og dermed stramme muskelfiberen.
Vekslingen av lyse og mørke striper i myofibrillfilamentet bestemmes av det ordnede arrangementet langs lengden av myofibrillen av tykke filamenter av myosinproteinet og tynne filamenter av aktinproteinet:
Tykke filamenter finnes kun i mørke områder (A-sone), lyse områder (I-sone) inneholder ikke tykke filamenter, i midten av I-sonen er det en Z-skive - tynne aktinfilamenter er festet til den. Seksjonen av myofibrillen, som består av A-sonen og to halvdeler av I-sonen, kalles - sarkomere. Sarcomere er den grunnleggende kontraktile enheten til en muskel. Grensene for sarkomerer i nærliggende myofibriller faller sammen, så hele muskelcellen får vanlige striper.
Myosin- protein fra kontraktile muskelfibre. Innholdet i muskler er omtrent 40% av massen til alle proteiner (for eksempel i andre vev er det bare 1-2%). Myosinmolekylet er en lang trådlignende stang, som om to tau var vevd sammen, og danner to pæreformede hoder i den ene enden.
Actin – også et protein av kontraktile muskelfibre, mye mindre enn myosin, og som bare opptar 15-20% av den totale massen av alle proteiner. Festet til Z-skiven. Den består av to tråder vevd inn i en stang, med riller der en dobbel kjede av et annet protein ligger - tropomyosin. Dens hovedfunksjon er å blokkere adhesjonen av myosin til aktin i en avslappet muskeltilstand.
Lengden på sarkomeren forkortes ved å trekke tynne filamenter av aktin mellom tykke filamenter av myosin. Gliden av aktinfilamenter langs myosinfilamentene skjer på grunn av tilstedeværelsen av sidegrener på myosinfilamentene. Hodet på myosinbroen går i inngrep med aktin og endrer helningsvinkelen til filamentets akse, og fører derved så å si frem filamentet av myosin og aktin i forhold til hverandre, for så å koble fra, kobles inn igjen og gjøre bevegelse igjen.
Bevegelsen av myosinbroer kan sammenlignes med roing av årer i en bysse. Akkurat som bevegelsen av en bysse i vann oppstår på grunn av årens bevegelse, så skjer trådenes gli på grunn av robevegelsene til broene; den eneste vesentlige forskjellen er at broenes bevegelse ikke er synkron. Når en nerveimpuls kommer, endrer cellemembranen ladningspolariteten, og kalsiumioner (Ca++) frigjøres inn i sarkoplasmaet fra spesielle tanker (endoplasmatisk retikulum) plassert rundt hver myofibril langs hele dens lengde.
Under påvirkning av Ca++ går tropomyosinfilamentet dypere inn i sporet og frigjør plass for myosin til å feste seg til aktin; broene begynner slagsyklusen. Umiddelbart etter frigjøring av Ca++ fra tankene begynner det å pumpes tilbake, konsentrasjonen av Ca++ i sarkoplasmaet synker, tropomyosin beveger seg ut av sporet og blokkerer bindingsstedene til broene - fiberen slapper av. En ny impuls kaster igjen Ca ++ inn i sarkoplasmaet og alt gjentar seg. Med en tilstrekkelig impulsfrekvens (minst 20 Hz), smelter individuelle sammentrekninger nesten fullstendig sammen, det vil si at det oppnås en tilstand av stabil sammentrekning, kalt tetanisk sammentrekning.
Muskelstruktur
Muskelsammentrekning