Proteinele țesutului muscular. Microfilamentele, funcțiile și compoziția lor. Actina și miozina Funcția contractilă musculară este asigurată de 1 proteină actină

Compoziția proteică a țesutului muscular este foarte complexă. A fost studiat de mulți oameni de știință de mult timp. Fondatorul biochimiei ruse, A. Ya. Danilevsky, studiind proteinele țesutului muscular, a dat o idee corectă despre rolul fiziologic al unui număr de proteine și semnificația proteinei contractile miozinei conținute în miofibrile.
Ulterior, miozina a fost studiată de V. A. Engelhardt, I. I. Ivanov și alți oameni de știință sovietici. Omul de știință ungur Szent-Georgyi a adus o mare contribuție la studiul contracției musculare. Un alt om de știință maghiar, Straub, a descoperit proteina musculară actina.
Studiul țesutului muscular ar trebui să înceapă cu proteine, deoarece acestea reprezintă aproximativ 80% din reziduul uscat al țesutului muscular. În conformitate cu structura morfologică a fibrei musculare, proteinele sunt distribuite după cum urmează:

Din diagrama de mai sus se poate observa că compoziția proteică a țesutului muscular este foarte diversă. Sarcoplasma conține patru proteine: miogen, mioalbumină, globulină X și mioglobină. Miofibrilele conțin un complex de actină și miozină numit actomiozină. Toate proteinele sarcoplasmatice se numesc intracelulare, iar proteinele sarcolema sunt numite extracelulare.Nucleii contin nucleoproteine, iar sarcolema contine colagen si elastina. Dacă luăm în considerare că țesutul muscular, în plus, conține o cantitate semnificativă de enzime diferite și fiecare dintre ele este o proteină specială, atunci compoziția proteică a țesutului muscular se dovedește a fi și mai complexă.

Miozina

Proteina principală a țesutului muscular este miozina. Reprezintă aproape jumătate din toate proteinele țesutului muscular și se găsește în mușchii tuturor mamiferelor, păsărilor și peștilor. Din punct de vedere al valorii nutritive, este o proteină completă. În tabel Figura 7 prezintă compoziţia de aminoacizi a miozinei bovine.

Miozina a fost studiată în detaliu de biochimiștii sovietici, care au descoperit că nu este doar o proteină structurală a țesutului muscular, adică o proteină implicată în construcția celulelor, ci și o enzimă - adenozin trifosfatază, care catalizează reacția de hidroliză a ATP. În acest caz, se formează ADP (acid adenozin difosforic) și acid fosforic și se eliberează o cantitate mare de energie, care este utilizată în munca musculară.
Miozina a fost obținută sub formă cristalină pură. Greutatea sa moleculara este foarte mare, aproximativ 1,5 milioane.Miozina cristalina, in absenta completa a sarurilor, este perfect solubila in apa. Dar este suficient să adăugați o cantitate nesemnificativă de orice sare, de exemplu clorură de sodiu, în apă și își pierde complet capacitatea de a se dizolva, iar dizolvarea are loc deja la o concentrație de clorură de sodiu de aproximativ 1%. Cu toate acestea, în raport cu sărurile, de exemplu sulfatul de amoniu, miozina se comportă ca o globulină tipică.
Când proteinele din carne sunt extrase cu apă, miozina nu intră în soluție. La prelucrarea cărnii cu soluții saline, aceasta se găsește în extractul de sare. Când o soluție salină de miozină este diluată cu apă, concentrația de sare scade și miozina începe să precipite. Miozina este sărată atunci când este complet saturată cu clorură de sodiu și sulfat de magneziu (sărarea se face cu sare cristalină, altfel este imposibil să se obțină o saturație completă).
Punctul izoelectric al miozinei este la pH 5,4-5,5.
Miozina are proprietatea de a intra în legături speciale cu diferite substanțe, în primul rând proteine, pentru a forma complexe. Un rol deosebit în activitatea musculară îl joacă complexul de miozină și actină - actomiozina.

Actina si actomiozina

Proteina actină poate exista sub două forme: fibrilară și globulară. În mușchiul în repaus, actina este sub formă fibrilă; odata cu contractia musculara devine globuloasa. Acidul adenozin trifosforic și sărurile sunt de mare importanță în această transformare.
Țesutul muscular conține 12-15% actină. Intră în soluție în timpul extracției prelungite cu soluții saline; cu extractie pe termen scurt ramane in stroma. Greutatea moleculară a actinei este de aproximativ 75.000.
Când soluțiile de actină și miozină sunt amestecate, se formează un complex numit actomiozină, din care sunt construite în principal miofibrile. Acest complex se caracterizează prin vâscozitate ridicată și este capabil să se contracte brusc la anumite concentrații de ioni de potasiu și magneziu (0,05 m KCl > și 0,001 m MgCl2) în prezența adenozin trifosfat. La concentrații mai mari de sare (0,6 m KCl), actomiozina se descompune în actină și miozină atunci când se adaugă ATP. Vâscozitatea soluției scade considerabil.
Potrivit lui Szent-Georgia, compresia actomiozinei sub influența ATP stă la baza contracției mușchilor vii.
Actomiozina, ca o globulină autentică, este insolubilă în apă. Când carnea este prelucrată cu soluții saline, actomiozina cu un conținut incert de actină trece în soluție, în funcție de durata extracției.

Globulina X

Țesutul muscular conține aproximativ 20% globulină X din proteina totală. Este o globulină tipică, adică nu se dizolvă în apă, ci se dizolvă în soluții saline de concentrație medie; precipită din soluții la jumătate de saturație cu sulfat de amoniu (1 volum de soluție proteică și 1 volum de soluție saturată de sulfat de amoniu), cu clorură de sodiu la saturație maximă.

Miogen

Țesutul muscular conține aproximativ 20% miogen din proteina totală. Nu poate fi clasificată ca o albumină sau globulină tipică, deoarece se dizolvă în apă, nu este suficient sărată cu clorură de sodiu și sulfat de magneziu la saturare (sare cristalină), în timp ce, în același timp, este precipitată cu sulfat de amoniu la 2/3. de saturație (1 volum de soluție proteică și 2 volume de soluție saturată de sulfat de amoniu). Această proteină a fost obținută sub formă cristalină. Greutatea moleculară a miogenului este de 150.000.
V. A. Engelhardt a descoperit la myogen capacitatea de a cataliza una dintre cele mai importante reacții care apar în procesul de glicoliză a țesutului muscular. Această descoperire a fost prima care a arătat că proteinele structurale, adică proteinele implicate în construcția țesuturilor, pot avea activitate enzimatică.

Mioalbumina

Țesutul muscular conține aproximativ 1-2% mioalbumină din proteina totală. Este o albumină tipică, adică se dizolvă în apă, nu este precipitată de clorură de sodiu la saturare, ci este precipitată de sulfatul de amoniu.

Mioglobina

Mioglobina este o proteină cromoproteică complexă cu o greutate moleculară de 16 900. În timpul hidrolizei, se descompune în proteina globină și grupul hem non-proteic. Mioglobina colorează mușchii în roșu; Diferă de hemoglobină în partea sa proteică; grupul lor protetic este același.
În timpul oxidării, hemul se transformă în hematină, iar în prezența acidului clorhidric - în hemină. Conținutul de hemină poate fi folosit pentru a evalua cantitatea de mioglobină din țesutul muscular.
Conținutul de hemină în mușchii bovinelor variază de la 42 la 60 mg la 100 g de țesut; în mușchii porcilor este mult mai puțin - de la 22 la 42 mg la 100 g de țesut, deci sunt mai puțin colorați.
Mioglobina, ca și pigmenții din sânge, au un spectru de absorbție caracteristic.
Principiul obținerii spectrelor de absorbție ale substanțelor colorate, în special pigmenților din carne și sânge, este că energia luminoasă care trece printr-o soluție de pigment este absorbită de această soluție. În acest caz, are loc așa-numita absorbție (absorbție) a luminii, care poate fi detectată cu un spectroscop.
Benzile caracteristice de absorbție pentru țesutul muscular și pigmenții din sânge variază de la 400 la 700 mm. În acest interval, undele sunt percepute de ochiul nostru și putem vedea benzi întunecate în spectru folosind un spectroscop, rezultate din absorbția luminii cu o anumită lungime de undă.

Absorbția luminii de către substanțele colorate poate fi cuantificată cu ajutorul unui spectrofotometru. Rezultatele obţinute sunt de obicei exprimate grafic. În acest caz, lungimea de undă a luminii este reprezentată de-a lungul axei absciselor, iar procentul de lumină care trece prin soluție este reprezentat de-a lungul axei ordonatelor. Cu cât trecea mai puțină lumină, cu atât mai mult era absorbită de substanța colorată. Transmisia totală a luminii de către soluție este considerată 100%.
În fig. Figura 10 prezintă absorbția (absorbția) luminii de către o soluție de oximioglobină; Ea arată că oximioglobina are două benzi de absorbție caracteristice pronunțate în regiunea vizibilă a spectrului, adică două regiuni în care transmite cea mai puțină lumină și, prin urmare, absoarbe cea mai mare lumină. Maximele acestor secțiuni sunt la două lungimi de undă; λ 585 mmk și λ 545 mmk,
În fig. Figura 11 prezintă o curbă spectrofotometrică a oxihemoglobinei pentru comparație.
Mioglobina are o capacitate mai mare de a se lega de oxigen decât hemoglobina din sânge. Prin mioglobină, țesutul muscular este alimentat cu oxigen. Mușchii care lucrează conțin mai multă mioglobină, deoarece oxidarea are loc mai intens în ei. Se stie ca muschii picioarelor sunt mai puternic colorati decat muschii spatelui; mușchii boilor de lucru sunt și ei mai colorați decât cei ai animalelor care nu lucrează. Acest lucru se observă mai ales la păsări, ai căror mușchi pectorali, nefuncționând, aproape că nu sunt colorați.

Colagen si elastina

Colagenul și elastina sunt proteine ale țesutului conjunctiv care sunt insolubile în apă și soluții saline. Ele formează sarcolema - cea mai subțire înveliș de fibre musculare.

Nucleoproteine

Nucleoproteinele sunt proteine care alcătuiesc nucleul celular. Trăsătura lor caracteristică este capacitatea lor de a se dizolva în soluții de alcali slabi. Acest lucru se explică prin faptul că molecula lor conține un grup protetic care are proprietăți acide.

Separarea proteinelor musculare

Când țesutul muscular este tratat cu soluții saline de concentrație medie, proteinele sale pot fi împărțite în proteine stromale și proteine plasmatice. Stroma se referă la baza structurală insolubilă în soluție salină a țesutului muscular, care constă în principal din proteine sarcolemale (vezi diagrama).

Solubilitatea proteinelor intracelulare în țesutul muscular variază. De exemplu, actomiozina și globulina X sunt insolubile în apă și sunt mai ușor precipitate din soluții saline prin sulfat de amoniu și clorură de sodiu decât miogen. Myogenul se dizolvă în apă ca mioalbumina, dar diferă de acesta prin proprietățile sale de sărare.
Solubilitatea proteinelor din țesutul muscular în soluții de sare la o reacție neutră și precipitarea lor sunt date în tabel. 8.

La sărarea, gătitul și alte tipuri de prelucrare tehnologică a cărnii, substanțele proteice se pierd. Amploarea pierderilor de proteine se datorează solubilității și sedimentabilității lor diferite.
Cunoscând proprietățile proteinelor, este posibil să se selecteze condiții în care pierderile vor fi minime. Prin urmare, ar trebui să se acorde o atenție deosebită studiului acestor proprietăți ale proteinelor.

Cili și flageli

Cili și flageli - Organele de importanță deosebită, implicate în procesele de mișcare, sunt excrescențe ale citoplasmei, a căror bază este un card de microtubuli numit fir axial sau axonemă (din greacă axa - axă și nema - fir). Lungimea cililor este de 2-10 microni, iar numărul lor pe suprafața unei celule ciliate poate ajunge la câteva sute. Singurul tip de celulă umană care are un flagel - sperma - conține doar un flagel lung de 50-70 microni. Axonemul este format din 9 perechi periferice de microtubuli de o pereche situată central; o astfel de structură este descrisă prin formula (9 x 2) + 2 (Fig. 3-16). În cadrul fiecărei perechi periferice, datorită fuziunii parțiale a microtubulilor, unul dintre ei (A) este complet, al doilea (B) este incomplet (2-3 dimeri împărtășiți cu microtubulul A).

Perechea centrală de microtubuli este înconjurată de o înveliș central, din care dubletele radiale diverg către dubletele periferice.Dubletele periferice sunt conectate între ele prin punți de nexină, iar „mânerele” proteinei dineină se extind de la microtubul A la microtubul B al dubletul vecin (vezi Fig. 3-16), care are activitate ATPaza.

Bătaia ciliului și a flagelului este cauzată de alunecarea dubletelor adiacente în axonem, care este mediată de mișcarea mânerelor dineinei. Mutațiile care provoacă modificări ale proteinelor care alcătuiesc cilii și flagelii duc la diferite disfuncții ale celulelor corespunzătoare. Pentru sindromul Kartagener (sindromul cililor fixe), cauzat de obicei de absența mânerelor din dineină; pacienții suferă de boli cronice ale sistemului respirator (asociate cu afectarea funcției de curățare a suprafeței epiteliului respirator) și infertilitate (datorită imobilității spermatozoizilor).

Corpul bazal, similar ca structură cu centriolul, se află la baza fiecărui ciliu sau flagel. La nivelul capătului apical al corpului, microtubulul C al capetelor tripletului, iar microtubulii A și B continuă în microtubulii corespunzători ai axonemului ciliului sau flagelului. În timpul dezvoltării cililor sau flagelului, corpul bazal joacă rolul unei matrice pe care are loc asamblarea componentelor axonemice.

Microfilamente- filamente subtiri proteice cu diametrul de 5-7 nm, situate in citoplasma individual, sub forma de septuri sau in fascicule. În mușchiul scheletic, microfilamentele subțiri formează mănunchiuri ordonate, interacționând cu filamente mai groase de miozină.

Rețeaua corticolelor (terminale) este o zonă de condensare a microfilamentelor sub plasmalemă, caracteristică majorității celulelor. În această rețea, microfilamentele sunt împletite și „reticulate” între ele folosind proteine speciale, dintre care cea mai comună este filamina. Rețeaua corticală previne deformarea bruscă și bruscă a celulei sub influențe mecanice și asigură modificări line ale formei acesteia prin rearanjare, care este facilitată de enzimele de dizolvare (conversie) a actinei.

Atașarea microfilamentelor la plasmalemă se realizează datorită conexiunii lor cu proteinele integrale („ancoră”) (integrine) - direct sau printr-un număr de proteine intermediare talină, vinculină și α-actinină (vezi Fig. 10-9). În plus, microfilamentele de actină sunt atașate de proteinele transmembranare în zone speciale ale plasmalemei, numite joncțiuni de adeziune sau contacte focale, care leagă celulele între ele sau celulele de componente ale substanței intercelulare.

Actina, principala proteină a microfilamentelor, apare într-o formă monomerică (G- sau actină globulară), care este capabilă să se polimerizeze în lanțuri lungi (F- sau actină fibrilă) în prezența cAMP și Ca2+. De obicei, o moleculă de actină arată ca două filamente răsucite elicoidal (vezi figurile 10-9 și 13-5).

În microfilamente, actina interacționează cu o serie de proteine care leagă actina (până la câteva zeci de tipuri) care îndeplinesc diverse funcții. Unele dintre ele reglează gradul de polimerizare a actinei, altele (de exemplu, filamina în rețeaua corticală sau fimbrina și vilina în microvilus) contribuie la conectarea microfilamentelor individuale în sisteme. În celulele non-musculare, actina reprezintă aproximativ 5-10% din conținutul de proteine, din care doar aproximativ jumătate este organizată în filamente. Microfilamentele sunt mai rezistente la influențele fizice și chimice decât microtubulii.

Funcțiile microfilamentelor:

(1) asigurarea contractilității celulelor musculare (când interacționează cu miozina);

(2) asigurarea funcțiilor asociate cu stratul cortical al citoplasmei și plasmalemei (exo și endocitoză, formarea pseudopodiilor și migrarea celulară);

(3) mișcarea organitelor, veziculelor de transport și a altor structuri în citoplasmă datorită interacțiunii cu anumite proteine (minimiozina) asociate cu suprafața acestor structuri;

(4) asigurarea unei anumite rigidități a celulei datorită prezenței unei rețele corticale, care împiedică acțiunea deformărilor, dar ea însăși, la rearanjare, contribuie la modificări ale formei celulare;

(5) formarea unei constricții contractile în timpul citotomiei, care completează diviziunea celulară;

(6) formarea bazei („cadru”) unor organite (microvili, stereocili);

(7) participarea la organizarea structurii conexiunilor intercelulare (încercuirea desmozomilor).

Microvilozitățile sunt excrescențe în formă de degete ale citoplasmei celulare cu un diametru de 0,1 μm și o lungime de 1 μm, a căror bază este formată din microfilamente de actină. Microvilli oferă o creștere multiplă a suprafeței celulei pe care are loc descompunerea și absorbția substanțelor. Pe suprafața apicală a unor celule care participă activ la aceste procese (în epiteliul intestinului subțire și a tubilor renali) există până la câteva mii de microvilli, care formează împreună o margine de perie.

Orez. 3-17. Schema organizării ultrastructurale a microvilozităților. AMP – microfilamente de actină, AB – substanță amorfă (partea apicală a microvilozității), F, V – fimbrină și villină (proteine care formează legături încrucișate în fasciculul AMP), mm – molecule de minimiozină (atașând fasciculul AMP de plasmalema microvilusului). ), TC – rețea terminală AMP, C – punți spectrine (atașează TC la plasmălemă), MF – filamente de miozină, PF – filamente intermediare, GC – glicocalix.

Cadrul fiecărui microvilozități este format dintr-un mănunchi care conține aproximativ 40 de microfilamente situate de-a lungul axei sale lungi (Fig. 3-17). În partea apicală a microvilozităților, acest mănunchi este fixat într-o substanță amorfă. Rigiditatea sa se datorează legăturilor încrucișate de la proteinele fimbrină și villină; din interior, fasciculul este atașat de plasmalema microvilusului prin punți proteice speciale (molecule de minimiozină. La baza microvilusului se află microfilamentele fasciculului). țesute în rețeaua terminală, printre elementele cărora există filamente de miozină.Interacțiunea dintre filamentele de actină și miozină ale rețelei terminale este probabilă, determină tonul și configurația microvilusului.

Stereocilia- microvilozități lungi modificate (în unele celule - ramificate) - sunt detectate mult mai rar decât microvilozitățile și, ca și acestea din urmă, conțin un mănunchi de microfilamente.

⇐ Anterior123

Citeste si:

Microfilamentele, microtubulii și filamentele intermediare ca componente principale ale citoscheletului.

Microfilamente de actină - structură, funcții

Microfilamente de actină Sunt formațiuni filamentoase polimerice cu diametrul de 6-7 nm, formate din proteina actină. Aceste structuri sunt foarte dinamice: la capătul microfilamentului îndreptat spre membrana plasmatică (capătul plus), are loc polimerizarea actinei din monomerii săi din citoplasmă, în timp ce la capătul opus (capătul minus) are loc depolimerizarea.
Microfilamente, astfel, au polaritate structurală: firul crește de la capătul plus, scurtându-se - de la capătul minus.

Organizare si functionare citoscheletul de actină sunt furnizate de o serie de proteine care leagă actina care reglează procesele de polimerizare-depolimerizare a microfilamentelor, le leagă între ele și conferă proprietăți contractile.

Printre aceste proteine, miozinele au o importanță deosebită.

Interacţiune unul din familia lor - miozina II cu actina stă la baza contracției musculare, iar în celulele non-musculare dă microfilamentelor de actină proprietăți contractile - capacitatea de a suferi tensiune mecanică. Această capacitate joacă un rol extrem de important în toate interacțiunile adezive.

Formarea de noi microfilamente de actinăîn celulă se produce prin ramificare din firele anterioare.

Pentru a se forma un nou microfilament, este nevoie de un fel de „sămânță”. Rolul cheie în formarea sa este jucat de complexul proteic Af 2/3, care include două proteine foarte asemănătoare cu monomerii de actină.

Fiind activat, complexul Af 2/3 se atașează de partea microfilamentului de actină preexistent și își schimbă configurația, dobândind capacitatea de a atașa un alt monomer de actină.

Așa apare o „sămânță”, care inițiază creșterea rapidă a unui nou microfilament, extinzându-se sub forma unei ramuri din partea vechiului fir la un unghi de aproximativ 70°, formând astfel o rețea ramificată de noi microfilamente în celulă.

Creșterea filamentelor individuale se termină curând, filamentul este dezasamblat în monomeri de actină individuali care conțin ADP, care, după înlocuirea ADP-ului în ele cu ATP, intră din nou în reacția de polimerizare.

Citoscheletul de actină joacă un rol cheie în atașarea celulelor de matricea extracelulară și între ele, în formarea pseudopodiilor, cu ajutorul cărora celulele se pot răspândi și se pot mișca direcțional.

— Înapoi la secțiunea „ oncologie"

Metilarea genelor supresoare ca cauză a hemoblastozelor - tumori de sânge
Telomeraza - sinteză, funcții
Telomer - structură moleculară
Care este efectul poziției telomerilor?
Modalități alternative de a prelungi telomerii la om - imortalizarea
Importanța telomerazei în diagnosticul tumorilor
Metode de tratament a cancerului care afectează telomerii și telomeraza
Telomerizarea celulară nu duce la transformare malignă
Adeziunea celulară - consecințele întreruperii interacțiunilor adezive
Microfilamente de actină - structură, funcții

Microfilamente(filamente subțiri) - o componentă a citoscheletului celulelor eucariote. Sunt mai subțiri decât microtubulii și ca structură sunt filamente subțiri de proteine cu un diametru de aproximativ 6 nm.

Principala proteină pe care o conțin este actina. Miozina poate fi găsită și în celule. Într-un pachet, actina și miozina asigură mișcarea, deși actina singură poate face acest lucru într-o celulă (de exemplu, în microvilozități).

Fiecare microfilament este format din două lanțuri răsucite, fiecare dintre ele constând din molecule de actină și alte proteine în cantități mai mici.

În unele celule, microfilamentele formează fascicule sub membrana citoplasmatică, separă părțile mobile și staționare ale citoplasmei și participă la endo și exocitoză.

De asemenea, funcțiile sunt de a asigura mișcarea întregii celule, a componentelor acesteia etc.

Filamente intermediare(nu se găsesc în toate celulele eucariote; nu se găsesc într-un număr de grupuri de animale și toate plantele) diferă de microfilamente prin grosimea lor mai mare, care este de aproximativ 10 nm.

Microfilamentele, compoziția și funcțiile lor

Ele pot fi construite și distruse de la fiecare capăt, în timp ce filamentele subțiri sunt polare, asamblarea lor are loc la capătul „plus”, iar dezasamblarea are loc la capătul „minus” (la fel ca microtubuli).

Există diferite tipuri de filamente intermediare (diferă în compoziția proteinelor), dintre care unul se găsește în nucleul celulei.

Catenele proteice care formează filamentul intermediar sunt antiparalele.

Aceasta explică lipsa de polaritate. La capetele filamentului se află proteine globulare.

Ele formează un fel de plex lângă nucleu și diverg către periferia celulei. Oferă celulei capacitatea de a rezista la stres mecanic.

Proteina principală este actina.

Microfilamente de actină.

Microfilamentele în general.

Se găsește în toate celulele eucariote.

Locație

Microfilamentele formează mănunchiuri în citoplasma celulelor animale mobile și formează stratul cortical (sub membrana plasmatică).

Proteina principală este actina.

Proteine eterogene
Găsit în diferite izoforme și codificat de gene diferite

Mamiferele au 6 actine: una în mușchiul scheletic, una în mușchiul cardiac, două tipuri în mușchiul neted, două actine non-musculare (citoplasmatice) = o componentă universală a tuturor celulelor mamiferelor.

Toate izoformele sunt similare în secvențele de aminoacizi, doar secțiunile terminale sunt variante (determină viteza de polimerizare și NU afectează contracția)

Proprietățile actinei:

M=42 mii;
în formă monomerică arată ca un globule care conține o moleculă de ATP (G-actină);
polimerizarea actinei => fibrilă subțire (F-actina, reprezintă o panglică spirală plată);
MF de actină sunt polari în proprietățile lor;
la o concentrație suficientă, G-actina începe să se polimerizeze spontan;
structuri foarte dinamice care sunt ușor de dezasamblat și asamblat.

În timpul polimerizării (+), capătul microfilamentului se leagă rapid de G-actina => crește mai repede

(-) Sfârşit.

Concentrație scăzută de G-actină => F-actina începe să se dezambleze.

Concentrația critică de G-actină => echilibru dinamic (microfilamentul are o lungime constantă)

Monomerii cu ATP sunt atașați la capătul de creștere; în timpul polimerizării, are loc hidroliza ATP, monomerii devin asociați cu ADP.

Moleculele de actină + ATP interacționează mai puternic între ele decât monomerii legați de ADP.

Se menține stabilitatea sistemului fibrilar:

tropomiozina proteică (conferă rigiditate);
filamină și alfa-actinină.

Microfilamente

Ele formează legături încrucișate între filamentele de f-actină => o rețea complexă tridimensională (oferă citoplasmei o stare asemănătoare unui gel);

Proteine care se ataseaza la capetele fibrilelor, impiedicand dezasamblarea;
Fimbrina (leagă filamentele în mănunchiuri);
Complex miozin = complex acto-miozin capabil de contracție atunci când ATP este defalcat.

Funcțiile microfilamentelor în celulele non-musculare:

Faceți parte din aparatul contractil;

Microfilamente(filamentele de actină) constau din actină, o proteină cea mai abundentă în celulele eucariote. Actina poate exista ca monomer ( G-actină, „actină globulară”) sau polimer (F-actină, „actină fibrilară”). G-actina este o proteină globulară asimetrică (42 kDa), constând din două domenii. Pe măsură ce puterea ionică crește, G-actina se agregează reversibil pentru a forma un polimer liniar, în spirală, F-actina. Molecula de G-actină poartă o moleculă de ATP (ATP) strâns legată, care, atunci când este transformată în F-actină, este lent hidrolizată în ADP (ADP), adică, F-actina prezintă proprietățile unei ATPaze.

Când G-actina polimerizează în F-actină, orientarea tuturor monomerilor este aceeași, deci F-actina are polaritate. Fibrele F-actină au două capete încărcate opus - (+) și (-), care polimerizează la viteze diferite. Aceste capete nu sunt stabilizate de proteine speciale (ca, de exemplu, în celulele musculare), iar la o concentrație critică de G-actină, capătul (+) se va lungi și capătul (-) se va scurta. În condiții experimentale, acest proces poate fi inhibat de toxine fungice. De exemplu, faloidină(veninul ciupercii) se leagă de capătul (-) și inhibă depolimerizarea, în timp ce citocalazina(o toxină din ciuperci de mucegai cu proprietăți citostatice) se atașează la capătul (+), blocând polimerizarea.

Proteine asociate actinei. Există mai mult de 50 de tipuri diferite de proteine în citoplasma celulelor care interacționează în mod specific cu G-actina și F-actina. Aceste proteine îndeplinesc diferite funcții: reglează volumul pool-ului de G-actină ( profilin), influențează viteza de polimerizare a actinei G ( villin), stabilizează capetele filamentelor de actină F ( fragin, β-actinină), coaseți filamentele împreună sau cu alte componente (cum ar fi villin, α-actinină, spectrina, MARCKS) sau distruge elica dublă a actinei F ( gelsolină). Activitatea acestor proteine este reglată de ioni de Ca 2+ și protein kinaze.

Articole din secțiunea „Citoscheletul: compoziție”:

A. Aktin

Un paleontolog de renume mondial dezvăluie o știință revoluționară care depășește SF: cum să crești un dinozaur viu La peste un deceniu după Jurasic...

Există cinci locuri principale în care poate fi exercitată acțiunea proteinelor care leagă actina. Ele se pot lega de monomerul de actină; cu un capăt al filamentului „ascuțit” sau care crește încet; cu un capăt „cu pene” sau în creștere rapidă; cu suprafața laterală a filamentului; și în final, cu două filamente deodată, formând o legătură încrucișată între ele. Pe lângă cele cinci tipuri de interacțiuni indicate, proteinele care leagă actina pot fi sensibile la calciu sau insensibile. Cu o asemenea varietate de posibilități, nu este deloc surprinzător că au fost descoperite o varietate de proteine care leagă actina și că unele sunt capabile de mai mult de un tip de interacțiune.

Proteinele care se leagă de monomeri inhibă formarea primerilor prin slăbirea interacțiunii monomerilor între ei. Aceste proteine pot reduce sau nu rata de alungire, în funcție de faptul dacă complexul proteic care leagă actină-actină este capabil să se atașeze de filamente. Profilina și fragminul sunt proteine sensibile la calciu care interacționează cu monomerii de actină. Ambele necesită calciu pentru a se lega de actină. Complexul de profilină cu monomerul se poate construi pe filamente preexistente, dar complexul de fragmină cu actină nu poate. Prin urmare, profilina inhibă în primul rând nuclearea, în timp ce fragminul inhibă atât nuclearea, cât și alungirea. Dintre cele trei proteine care interacționează cu actina insensibile la calciu, două - ADNaza I și proteina care leagă vitamina D - funcționează în afara celulei. Semnificația fiziologică a capacității lor de a lega actina este necunoscută. În creier, însă, există o proteină care, prin legarea de monomeri, depolimerizează filamentele de actină; efectul său depolimerizant se explică prin faptul că legarea monomerilor duce la scăderea concentrației de actină disponibilă pentru polimerizare.

Capătul „peneat” sau cu creștere rapidă a filamentelor de actină poate fi blocat de așa-numitele proteine de acoperire, precum și de citocalazina B sau D. Prin blocarea punctului de asamblare rapidă a filamentului, proteinele de acoperire promovează nuclearea, dar inhibă alungirea și capătul la capăt. -imbinarea finala a filamentelor. Efectul general este apariția filamentelor scurtate, acest lucru se datorează atât unei creșteri a numărului de semințe care concurează pentru monomeri liberi, cât și lipsei de andocare. Sunt cunoscute cel puțin patru proteine care acționează în mod similar în prezența calciului: gelsolin, villin, fragmin, precum și o proteină cu un mol. cântărind 90 kDa din trombocite. Toate acestea sunt capabile să reducă faza de întârziere cauzată de nucleare în timpul polimerizării monomerilor purificați și să scurteze filamentele deja formate. Există, de asemenea, proteine de acoperire insensibile la calciu. Deci, veverițe cu dig. cântărind 31 și 28 kDa din Acanthamoeba și proteină cu un mol. cântărind 65 kDa din trombocite își exercită efectul indiferent de prezența sau absența calciului.

Un alt punct în care este posibilă interacțiunea proteinelor cu filamentele este la capătul „ascuțit” sau cu creștere lentă. Legarea proteinelor în aceasta poate iniția nuclearea și poate interfera cu andocarea filamentului. De asemenea, afectează rata de alungire, iar acest efect depinde de concentrația de actină. Când acesta din urmă se află în intervalul dintre concentrațiile critice pentru capete cu creștere lentă și rapidă, legarea proteinei la capătul lent va crește rata de alungire prin prevenirea pierderii monomerilor de pe aceasta. Dacă, totuși, concentrația de actină o depășește pe cea critică, legarea proteinei la capătul lent va duce la o scădere a vitezei de alungire globală datorită blocării unuia dintre punctele de atașare a monomerului. Rezultatul general al acestor trei efecte (stimularea nucleării, suprimarea andocării și suprimarea alungirii) va fi o creștere a numărului și o scădere a lungimii filamentelor. Aceste efecte sunt similare cu cele cauzate de proteinele care se leagă de capătul „pene”. De aceea, pentru a determina căreia dintre cele două clase îi aparține o anumită proteină, adică la ce capăt al filamentelor acţionează, este necesar să se efectueze fie experimente privind competiţia acestei proteine cu cele care se leagă în mod evident la sfârșit rapid, sau experimente de polimerizare pe semințe preexistente. În prezent, se știe cu siguranță că o singură proteină se leagă de capătul „ascuțit”, sau cu creștere lentă, al filamentelor de actină, și anume acumentina, care se găsește în cantități mari în macrofage. Este posibil ca acest lucru să fie valabil și pentru brevin, o proteină din zer care determină o scădere rapidă a vâscozității soluțiilor de F-actină, scurtând filamentele fără a crește concentrația de monomeri liberi. Nici Brevin și nici Acumentin nu sunt sensibile la concentrațiile de calciu.

Al patrulea tip de legare la filamentele de actină este legarea de suprafața lor laterală fără reticulare ulterioară a acestora între ele. Atașarea proteinelor la suprafață poate stabili sau destabiliza filamentele. Tropomiozina se leagă într-un mod insensibil la calciu și stabilizează F-actina, în timp ce severina și villina se leagă de filamentele de actină și le „taie” în prezența calciului.

Dar poate că cele mai eficiente dintre proteinele care leagă actina sunt cele care pot lega filamentele de actină între ele și, prin urmare, pot provoca formarea unui gel. Prin legarea la F-actina, aceste proteine induc, de obicei, și nuclearea. Cel puțin patru proteine de reticulare a actinei fibrilare sunt capabile să inducă gelificarea în absența calciului. Acestea sunt α-actinină din trombocite, villină, fimbrină și actinogelină din macrofage. Toate transformă soluția de F-actină într-un gel rigid care poate interfera cu mișcarea mingii metalice; adăugarea de calciu face ca gelul să se dizolve. Toate aceste patru proteine sunt monomerice. În cazul villinei, molecula de proteină poate fi împărțită în domenii separate: miezul, care este sensibil la calciu și este capabil să se lege și să acopere filamentele de actină, și capul, care este necesar pentru a lega filamentele în absență. de calciu. Există, de asemenea, numeroase proteine de reticulare insensibile la calciu. Două dintre ele, filamina și proteina care leagă actina din macrofage, sunt homodimeri; sunt formate din subunități proteice lungi și flexibile. α-actii musculare este o altă proteină de reticulare insensibilă la calciu. Vinculina și proteina cu greutate moleculară mare din celulele BHK sunt, de asemenea, capabile să formeze legături încrucișate fără ajutorul unor proteine suplimentare. În același timp, fascina de la arici de mare prin ea însăși poate asigura formarea de mănunchiuri înguste, asemănătoare unui ac de filamente de actină și, pentru a provoca gelificare, are nevoie de asistența unei proteine numite mol. cu o greutate de 220 kDa.

Familia spectrinei este una dintre cele mai interesante dintre acele proteine de reticulare care nu sunt direct afectate de calciu. Spectrina în sine este un tetramer (ar)g, descoperit inițial în scheletul membranei eritrocitelor. Ap-dimerii se leagă unul de altul coadă la coadă, în timp ce capetele moleculelor rămân libere și pot interacționa cu oligomerii de actină. Subunitatea α a fiecărui dimer poate interacționa și cu calmodulina, o proteină care leagă calciul implicată în multe procese reglate de calciu. Încă nu se știe ce efect are legarea calmodulinei asupra activității spectrinei. Molecule asemănătoare spectrinei au fost găsite acum în multe tipuri de celule, așa că ar fi mai corect să vorbim despre familia spectrinei. Subunitatea spectrinei din eritrocite are un mol. masa 240 kDa. O proteină înrudită imunologic cu același dig. masa a fost găsită în majoritatea tipurilor de celule examinate. Mol. masa subunității β3 a spectrinei din eritrocite este de 220 kDa. În combinație cu proteine cu mol. cântărind 240 kDa, reacționând cu anticorpi împotriva a-spectrinei, o subunitate cu un mol. cântărind 260 kDa (se găsesc în rețeaua terminală) sau, de exemplu, 235 kDa (se găsesc în celulele nervoase și alte tipuri de celule). Aceste complexe înrudite, imunologic încrucișate au fost descrise mai întâi ca proteine independente și au fost denumite TW260/240 și fodrin. Astfel, ca multe alte proteine citoscheletice, proteinele din familia spectrinei sunt specifice țesutului. Faptul că toate aceste proteine conțin un domeniu de legare la calmodulină a fost stabilit abia recent și ceea ce rezultă din aceasta rămâne de înțeles.

Miozina este singura proteină legată de actină capabilă să genereze forță mecanică. Munca mecanică pe care o produce datorită ATP-ului stă la baza contracției musculare și se crede că asigură tensiunea dezvoltată de fibroblaste și alte celule în contact cu matricea extracelulară. Interacțiunea miozinei cu actina este foarte complexă – atât de mult încât i-a fost dedicată o carte separată din această serie1. Miozina produce lucru prin interacțiunea ciclică cu actina. Miozina-ADP se leagă de filamentele de actină, are loc o modificare a conformației miozinei, însoțită de eliberarea de ADP, iar apoi ATP, dacă este prezent în soluție, înlocuiește ADP-ul eliberat de miozină și induce detașarea filamentelor de actină de miozină. După hidroliza ATP, următorul ciclu poate începe. Calciul reglează acest proces în mai multe puncte. În unele celule musculare, interacționează cu troponina pentru a controla legarea tropomiozinei de actină. Se spune că astfel de celule sunt reglate la nivelul filamentelor subțiri. În alți mușchi, calciul acționează asupra moleculei de miozină, fie direct, fie activând enzimele care fosforilează lanțurile sale ușoare.

În unele celule non-musculare, calciul reglează contracția la nivelul ansamblului filamentului de miozină.

Relația dintre diferitele clase de proteine care leagă actina devine mai clară atunci când este privită din perspectiva teoriei gelului lui Flory. Această teorie afirmă că atunci când probabilitatea de legături încrucișate între polimeri este suficient de mare, se formează o rețea tridimensională tridimensională. Aceasta prezice existența unui „punct de gel”, la care ar trebui să aibă loc o tranziție bruscă de la soluție la gel, oarecum similară în termeni matematici cu tranzițiile de fază precum topirea și evaporarea; o creștere suplimentară a numărului de legături încrucișate - dincolo de punctul de gelificare - ar trebui să conducă doar la o modificare a rigidității gelului. Astfel, proteinele care formează legături încrucișate vor transforma soluția vâscoasă de actină F într-o stare de gel, iar acele proteine care distrug filamentele sau provoacă o creștere a numărului acestora vor începe să dizolve gelul prin reducerea lungimii medii a polimerilor, nu este însoțită de o creștere a numărului de legături încrucișate: gelul se va dizolva, atunci când densitatea de distribuție a legăturilor încrucișate scade sub nivelul determinat de punctul de gelificare. Miozina poate interacționa cu gelul și poate determina contractarea acestuia. Teoria gelului se dovedește a fi utilă în compararea proprietăților proteinelor care leagă actina din diferite clase și în dezvoltarea metodelor de studiere a funcțiilor acestora. Cu toate acestea, trebuie avut în vedere faptul că teoria gelurilor ia în considerare doar structurile izotrope și nu ia în considerare ea însăși caracteristicile topologice ale sistemelor specifice. După cum va deveni clar din. În plus, topologia citoscheletului este o caracteristică extrem de importantă, pe care teoria gelului nu o poate prevedea încă.

Pentru a interpreta în mod semnificativ rezultatele studiilor chimice ale proteinelor, este necesară cunoașterea detaliată a condițiilor din interiorul celulei, inclusiv stoichiometria exactă a tuturor proteinelor relevante pentru procesele studiate și factori de reglementare cum ar fi pH-ul, pCa. concentrația de nucleotide, precum și, aparent, compoziția fosfolipidelor membranelor adiacente. Într-o situație în care proteinele pot induce în mod eficient fenomene cu caracteristicile tranzițiilor cooperative abrupte la o stoichiometrie de 1:500, predicțiile cantitative devin în mod evident discutabile.

Structura mușchiului scheletic. Contractie musculara. Actina si miozina.
Mușchii scheletici- mentinem corpul in echilibru si efectuam miscari, acestea sunt bicepsul nostru, tricepsul etc., adica ceea ce pompam atunci cand facem culturism. Sunt capabili să se contracte foarte repede și să se relaxeze foarte repede; cu o activitate intensă obosesc destul de repede.
Unitatea structurală și funcțională a mușchiului scheletic este fibra musculara, reprezentând o celulă foarte alungită. Lungimea fibrei musculare depinde de dimensiunea mușchiului și variază de la câțiva milimetri la câțiva centimetri. Grosimea fibrei variază de la 10-100 micrometri.
Există două tipuri de fibre musculare:
1) Fibre roșii- contin un numar mare de mitocondrii cu activitate mare a enzimelor oxidative. Forța contracțiilor lor este relativ mică, iar rata consumului de energie este de așa natură încât sunt complet mulțumiți de nutriția normală cu oxigen. Sunt implicați în mișcări care nu necesită efort semnificativ, cum ar fi menținerea unei poziții.
2) Fibre albe- forță de contracție semnificativă, aceasta necesită multă energie și oxigenul singur nu este suficient, activitate ridicată a enzimelor care descompun glucoza. Prin urmare, unitățile motorii constând din fibre albe asigură mișcări rapide, dar de scurtă durată, care necesită eforturi de smucitură.
O celulă musculară are o structură unică. Fibra musculară este multinucleată, acest lucru se datorează particularității formării fibrelor în timpul dezvoltării fetale. Ele se formează în stadiul de dezvoltare embrionară a organismului din celule precursoare - mioblaste.
Mioblaste– celule musculare mononucleare neformate.
Mioblastele se divid rapid, fuzionează și formează tuburi musculare cu nuclei localizați central. Apoi, sinteza miofibrilelor începe în miotuburi,
Miofibrile- filamente contractile cilindrice de 1-2 micrometri grosime, care merg pe lungime de la un capăt la celălalt al celulei musculare.
Iar formarea fibrei este completată de migrarea nucleelor la periferia celulelor. Până în acest moment, nucleii fibrelor musculare și-au pierdut deja capacitatea de a se diviza și sunt doar implicați în funcția de a genera informații pentru sinteza proteinelor.
Dar nu toate mioblastele urmează calea fuziunii; unele dintre ele sunt separate sub formă de așa-numite celule satelit, care sunt situate pe suprafața fibrei musculare, într-o membrană care înconjoară celula musculară. Aceste celule, denumite și Celule Satelit, spre deosebire de fibrele musculare, nu-și pierd capacitatea de a se diviza pe tot parcursul vieții, ceea ce asigură creșterea masei fibrelor musculare și reînnoirea lor. Refacerea fibrelor musculare în cazul leziunilor musculare este posibilă datorită acestor celule. Când fibra moare, celulele satelit ascunse în învelișul ei sunt activate, se divid și se transformă în mioblaste. Mioblastele fuzionează între ele și formează noi fibre musculare, în care începe apoi asamblarea miofibrilelor. Adică, în timpul regenerării, evenimentele de dezvoltare a mușchilor embrionari se repetă complet. (ca la naștere).
Mecanismul contracției fibrelor musculare.
Să examinăm mai detaliat structura miofibrilelor, aceste fire care se întind paralel unele cu altele în celulele musculare, numărul cărora într-o astfel de fibre poate ajunge la câteva mii. Miofibrilele au capacitatea de a-și reduce lungimea atunci când sosește un impuls nervos, strângând astfel fibra musculară.
Alternanța dungilor luminoase și întunecate în filamentul miofibrilei este determinată de aranjamentul ordonat de-a lungul lungimii miofibrilei a filamentelor groase ale proteinei miozinei și filamentelor subțiri ale proteinei actinei:
Filamentele groase sunt conținute numai în zonele întunecate (zona A), zonele luminoase (zona I) nu conțin filamente groase, în mijlocul zonei I există un disc Z - filamentele subțiri de actină sunt atașate de el. Secțiunea miofibrilei constând din zona A și două jumătăți ale zonei I se numește - sarcomer. Sarcomer este unitatea contractilă de bază a mușchiului. Limitele sarcomerelor din miofibrilele vecine coincid, astfel încât întreaga celulă musculară capătă striații regulate.
Miozina- proteina fibrelor contractile musculare. Conținutul său în mușchi este de aproximativ 40% din masa tuturor proteinelor (de exemplu, în alte țesuturi este de doar 1-2%). Molecula de miozină este o tijă lungă asemănătoare unui fir, de parcă două frânghii ar fi țesute împreună, formând două capete în formă de pară la un capăt.
Actină – de asemenea o proteină a fibrelor musculare contractile, mult mai mică decât miozina, și ocupând doar 15-20% din masa totală a tuturor proteinelor. Atașat la discul Z. Este format din două fire țesute într-o tijă, cu caneluri în care se află un lanț dublu al unei alte proteine - tropomiozina. Funcția sa principală este de a bloca aderența miozinei la actină într-o stare relaxată a mușchilor.
Lungimea sarcomerului este scurtată prin trasarea filamentelor subțiri de actină între filamente groase de miozină. Alunecarea filamentelor de actină de-a lungul filamentelor de miozină are loc datorită prezenței ramurilor laterale pe filamentele de miozină. Capul punții de miozină se angajează cu actina și schimbă unghiul de înclinare față de axa filamentului, astfel, parcă, avansând filamentul miozinei și actinei unul față de celălalt, apoi se decuplează, se cuplează din nou și face din nou mișcare.
Mișcarea punților de miozină poate fi comparată cu mișcările vâslelor pe galere. Așa cum mișcarea unei galere în apă are loc datorită mișcării vâslelor, la fel și alunecarea firelor se produce datorită mișcărilor de vâslă ale podurilor; singura diferență semnificativă este că mișcarea podurilor nu este sincronă. Când sosește un impuls nervos, membrana celulară schimbă polaritatea sarcinii, iar ionii de calciu (Ca++) sunt eliberați în sarcoplasmă din rezervoare speciale (reticulul endoplasmatic) situate în jurul fiecărei miofibrile pe toată lungimea acesteia.
Sub influența Ca++, filamentul de tropomiozină intră mai adânc în șanț și eliberează spațiu pentru ca miozina să adere la actină; punțile încep ciclul de cursă. Imediat după eliberarea de Ca++ din rezervoare, începe să fie pompat înapoi, concentrația de Ca++ în sarcoplasmă scade, tropomiozina iese din șanț și blochează locurile de legătură ale punților - fibra se relaxează. Un nou impuls eliberează din nou Ca++ în sarcoplasmă și totul se repetă. Cu o frecvență suficientă a impulsurilor (cel puțin 20 Hz), contracțiile individuale se îmbină aproape complet, adică se realizează o stare de contracție stabilă, numită contracție tetanică.
Structura musculară
Contractie musculara