Білковий склад м'язової тканини дуже складний. Вже з давніх-давен він вивчається багатьма вченими. Основоположник вітчизняної біохімії А. Я. Данилевський, досліджуючи білки м'язової тканини, дав правильне уявлення про фізіологічну роль низки білків і значення скоротливого білка міозину, що міститься в миофибриллах.
Надалі міозин досліджували В. А. Енгельгардт, І. І. Іванов та інші радянські вчені. Великий внесок у вивчення м'язового скорочення зробив угорський учений Сцент-Джорд'ї. Інший угорський учений Штрауб відкрив білок м'язів актину.
Вивчення м'язової тканини слід починати з білків, оскільки їх частку припадає близько 80% сухого залишку м'язової тканини. Відповідно до морфологічної структури м'язового волокна білки розподіляються наступним чином:
З наведеної схеми видно, що білковий склад м'язової тканини дуже різноманітний. У саркоплазмі міститься чотири білки: міоген, міоальбумін, глобулін X та міоглобін. У міофібрил міститься комплекс, що складається з актину і міозину, званий актоміозином. Усі білки саркоплазми називаються внутрішньоклітинними, а білки сарколемми – позаклітинними, в ядрах містяться нуклеопротеїди, у сарколеммі – колаген та еластин. Якщо врахувати, що в м'язовій тканині, крім того, міститься ще значна кількість різних ферментів і кожен з них є особливим білком, то білковий склад м'язової тканини виявляється складнішим.
Міозін
Основним білком м'язової тканини є міозин. Він становить майже половину всіх білків м'язової тканини, причому він зустрічається у м'язах усіх ссавців, птахів та риб. За харчовою цінністю він є повноцінним білком. У табл. 7 наведено амінокислотний склад міозину бика.
Міозин був детально вивчений радянськими біохіміками, які виявили, що він є не тільки структурним білком м'язової тканини, тобто білком, що бере участь у побудові клітини, а й ферментом - аденозинтрифосфатазою, що каталізує реакцію гідролізу АТФ. При цьому утворюються АДФ (аденозиндіфосфорна кислота) і фосфорна кислота і виділяється велика кількість енергії, що використовується при м'язовій роботі.
Міозин отриманий у чистому кристалічному вигляді. Молекулярна вага його дуже велика, приблизно 1,5 млн. Кристалічний міозин при повній відсутності солей чудово розчинний у воді. Ho досить додати до води мізерну кількість будь-якої солі, наприклад хлористого натрію, як він повністю втрачає здатність розчинятися і розчинення настає вже при концентрації хлористого натрію близько 1%. Однак по відношенню до солей, наприклад, до сірчанокислого амонію, міозин поводиться як типовий глобулін.
При вилучення білків м'яса водою міозин не перетворюється на розчин. При обробці м'яса сольовими розчинами він виявляється у сольовій витяжці. При розведенні водою сольового розчину міозину зменшується концентрація солі та міозин починає випадати в осад. Міозин висолюється при повному насиченні хлористим натрієм і сірчанокислим магнієм (висолювання виробляють кристалічною сіллю, інакше досягти повного насичення неможливо).
Ізоелектрична точка міозину при pH 5,4-5,5.
Міозин має властивість вступати в спеціальні зв'язки з різними речовинами, в першу чергу з білками, з утворенням комплексів. Особливу роль діяльності м'язів грає комплекс міозину з актином - актоміозин.
Актин та актоміозин
Білок актин може існувати у двох формах: фібрилярної та глобулярної. У м'язі, що покоїться, актин знаходиться у фібрилярній формі; при м'язовому скороченні він переходить у глобулярну. Велике значення у цьому перетворенні мають аденозинтрифосфорна кислота та солі.
У м'язовій тканині міститься 12-15% актину. У розчин він переходить при тривалому вилученні сольовими розчинами; при короткочасному вилучення він залишається в стромі. Молекулярна вага актину близько 75 тисяч.
При змішуванні розчинів актину та міозину утворюється комплекс, званий актоміозином, з якого в основному побудовані міофібрили. Цей комплекс відрізняється високою в'язкістю, здатний різко стискатися при певних концентраціях іонів калію та магнію (0,05 м KCl > і 0,001 м MgCl2) у присутності аденозинтрифосфату. При вищих концентраціях солей (0,6 м KCl) актоміозин при додаванні АТФ розпадається на актин та міозин. В'язкість розчину при цьому помітно знижується.
За уявленнями Сцент-Джорд'ї стиск актоміозину під дією АТФ лежить в основі скорочення живого м'яза.
Актоміозин, як справжній глобулін, не розчинний у воді. При обробці м'яса сольовими розчинами розчин переходить актоміозин з невизначеним вмістом актину залежно від тривалості вилучення.
Глобулін X
У м'язовій тканині міститься близько 20% глобуліну X від усієї кількості білка. Він є типовим глобуліном, тобто не розчиняється у воді, але розчиняється у сольових розчинах середньої концентрації; осаджується з розчинів при половині насичення сірчанокислим амонієм (1 об'єм розчину білка та 1 об'єм насиченого розчину сірчанокислого амонію), натрієм хлористим при повному насиченні.
Міоген
У м'язовій тканині міститься близько 20% міогену від кількості білка. Його не можна віднести до типових альбумінів або глобулінів, оскільки він розчиняється у воді, недостатньо висолюється хлористим натрієм і сірчанокислим магнієм при насиченні (кристалічною сіллю), в той же час осаджується сірчанокислим амонієм при 2/3 насичення (1 об'єм білкового розчину та 2 об'єми насиченого розчину сірчанокислого амонію). Цей білок був отриманий кристалічному вигляді. Молекулярна вага міогену 150000.
В. А. Енгельгардт виявив у міогену здатність каталізувати одну з найважливіших реакцій, що протікають у процесі гліколізу м'язової тканини. Цим відкриттям вперше було показано, що ферментативної активністю можуть мати структурні білки, тобто білки, що беруть участь у побудові тканин.
Міоальбумін
У м'язовій тканині міститься близько 1-2% міоальбуміну від кількості білка. Він є типовим альбуміном, тобто розчиняється у воді, не осаджується хлористим натрієм при насиченні, але осаджується сірчанокислим амонієм.
Міоглобін
Міоглобін – складний білок хромопротеїд з молекулярною вагою 16 900. При гідролізі він розпадається на білок глобін та небілкову групу гем. Міоглобін забарвлює м'язи у червоний колір; від гемоглобіну він відрізняється білковою частиною; простетична група вони однакова.
При окисленні гем перетворюється на гематин, а при соляної кислоти - в гемин. За вмістом геміну можна судити про кількість міоглобіну в м'язовій тканині.
Вміст геміну у м'язах великої рогатої худоби коливається від 42 до 60 мг на 100 г тканини; у м'язах свиней його значно менше – від 22 до 42 мг на 100 г тканини, тому вони слабше забарвлені.
Міоглобін, як і пігменти крові, мають характерний спектр поглинання.
Принцип отримання спектрів поглинання забарвлених речовин, зокрема пігментів м'яса і крові, полягає в тому, що світлова енергія, проходячи через пігментний розчин, поглинається цим розчином. При цьому відбувається так звана абсорбція (поглинання) світла, яку можна виявити спектроскопом.
Характерні смуги поглинання для пігментів м'язової тканини та крові знаходяться в межах від 400 до 700 ммк. У цьому інтервалі хвилі сприймаються нашим оком, і ми можемо побачити за допомогою спектроскопа у спектрі темні смуги, які виходять завдяки абсорбції світла з певною довжиною хвилі.
Поглинання світла забарвленими речовинами можна кількісно визначити спектрофотометром. Отримані результати прийнято висловлювати графічно. У цьому випадку осі абсцис відкладають довжину хвилі світла, а по осі ординат - кількість світла у відсотках, що пройшло через розчин. Чим менше світла пройшло, тим більше поглинулося його забарвленою речовиною. Повне пропущення світла розчином приймається за 100%.
На рис. 10 показано поглинання (абсорбція) світла розчином оксиміоглобіну; з нього видно, що оксиміоглобін має дві яскраво виражені характерні смуги поглинання у видимій ділянці спектра, тобто дві ділянки, в яких він найменше пропускає світла і, отже, найбільше поглинає світла. Максимуми цих ділянок знаходяться за двох довжин хвиль; λ 585 ммк і λ 545 ммк,
На рис. 11 показана для порівняння спектрофотометрична крива оксигемоглобіну.
Міоглобін має більшу здатність зв'язуватися з киснем, ніж гемоглобін крові. За допомогою міоглобіну м'язова тканина забезпечується киснем. У м'язах міоглобіну, що працюють, міститься більше, тому що в них окислення протікає інтенсивніше. Відомо, що м'язи ніг сильніше забарвлені, ніж м'яз спинний; м'язи працюючих волів пофарбовані також сильніше, ніж тварин, що не працюють. Особливо це помітно у птахів, грудні м'язи яких, будучи неробочими, майже не забарвлені.
Колаген та еластин
Колаген та еластин - сполучнотканинні білки не розчиняються у воді та сольових розчинах. Вони утворюють сарколемму – найтоншу оболонку м'язового волокна.
Нуклеопротеїди
Нуклеопротеїди - білки, що становлять клітинне ядро. Характерною особливістю є здатність розчинятися в розчинах слабких лугів. Це тим, що у молекулі міститься простетична група, має кислотні властивості.
Поділ білків м'язової тканини
При обробці м'язової тканини сольовими розчинами середньої концентрації її білки можна поділити на білки строми та білки плазми. Під стромою розуміють не розчинну в сольовому розчині структурну основу м'язової тканини, яка складається головним чином із білків сарколеми (див. схему).
Розчинність внутрішньоклітинних білків м'язової тканини різна. Наприклад, актоміозин і глобулін X не розчиняються у воді і легше осідають із сольових розчинів сірчанокислим амонієм і хлористим натрієм, ніж міоген. Міоген розчиняється у воді подібно до міоальбуміну, але відрізняється від нього за висолення.
Розчинність білків м'язової тканини в розчинах солей при нейтральній реакції та їх осадження наведені в табл. 8.
При посоле, варінні та інших видах технологічної обробки м'яса відбувається втрата білкових речовин. Величини втрат білків обумовлені різними розчинністю та осаджуваністю їх.
Знаючи властивості білків, можна підібрати такі умови, за яких втрати будуть найменшими. Тому вивчення зазначених властивостей білків має бути звернена особливу увагу.
Вії та джгутики
Вії та джгутики.органели спеціального значення, що беруть участь у процесах руху, — являють собою вирости цитоплазми, основу яких становить картс з мікротрубочок, що називається осьовою ниткою, або аксонемою (від грец. axis — вісь і nema — нитка). Довжина вій дорівнює 2-10 мкм, а їх кількість на поверхні однієї війчастої клітини може досягати декількох сотень. У єдиному типі клітин людини, що мають джгутик - сперміях - міститься тільки по одному джгутику довжиною 50-70 мкм. Аксонема утворена 9 периферичними парами мікротрубочок однією центрально розташованою парою; така будова описується формулою (9 х 2) + 2 (рис. 3-16). Усередині кожної периферичної пари за рахунок часткового злиття мікротрубочок одна з них (А) повна, друга (В) – неповна (2-3 дімери обши з мікротрубочкою А).
Центральна пара мікротрубочок оточена центральною оболонкою, від якої до периферичних дублетів розходяться радіальні сггици- Периферичні дублети пов'язані один з одним містками нексину, а від мікротрубочки А до мікротрубочки У сусіднього дублету відходять "ручки" з білка дінеїну (див. рис. 3- 16), який має активність АТФази.
Биття вії та джгутика обумовлено ковзанням сусідніх дублетів в аксонемі, що опосередковується рухом дінеїнових ручок. Мутації, що викликають зміни білків, що входять до складу вій і джгутиків, призводять до різних порушень функції відповідних клітин. При синдромі Картагенера (синдромі нерухомих вій), зазвичай обумовленому відсутністю динеїнових ручок; хворі страждають на хронічні захворювання дихальної системи (пов'язані з порушенням функції очищення поверхні респіраторного епітелію) та безпліддям (внаслідок нерухомості сперміїв).
Базальне тільце, за своєю будовою подібне до центріолі, лежить в основі кожної вії або джгутика. На рівні апікального кінця тільця мікротрубочка С триплету закінчується, а мікротрубочки А і В продовжуються у відповідні мікротрубочки аксонеми вії або джгутика. При розвитку вій чи джгутика базальне тільце грає роль матриці, де відбувається збірка компонентів аксонемы.
Мікрофіламентитонкі білкові нитки діаметром 5-7 нм, що лежать у цитоплазмі поодинці, у вигляді септей або пучками. У скелетному м'язі тонкі мікрофіламенти утворюють упорядковані пучки, взаємодіючи з більш товстими міозиновими філаментами.
Кортикольна (термінальна) мережа - зона згущення мікрофіламентів під плазмолемою, характерна для більшості клітин. У цій мережі мікрофіламенти переплетені між собою та "пошиті" один з одним за допомогою особливих білків, найпоширенішим з яких є філамін. Кортикальна мережа перешкоджає різкій і раптовій деформації клітини при механічних впливах і забезпечує плавні зміни її форми шляхом перебудови, яка полегшується актин-розчинними (перетворюючими) ферментами.
Прикріплення мікрофіламентів до плазмолеми здійснюється завдяки їхньому зв'язку з її інтегральними ("якорними") білками (інтегринами) — безпосередньо або через ряд проміжних білків талін, вінкулін та α-актинін (див. рис. 10-9). Крім цього, актинові мікрофіламенти прикріплюються до трансмембранних білків в особливих ділянках плазмолеми, які називаються адгезійними сполуками або фокальними контактами, які зв'язують клітини один з одним або клітини з компонентами міжклітинної речовини.
Актин – основний білок мікроіламентів – зустрічається в мономерній формі (G-, або глобулярний актин), яка здатна в присутності цАМФ та Са2+ полімеризуватися у довші ланцюги (F-, або фібрилярний актин). Зазвичай молекула актину має вигляд двох спірально скручених ниток (див. рис. 10-9 та 13-5).
У мікрофіламентах актин взаємодіє з рядом актин-зв'язуючих білків (до кількох десятків видів), що виконують різні функції. Деякі з них регулюють ступінь полімеризації актину, інші (наприклад, філамін у кортикальній мережі або фімбрин і віллін у мікроворсинку) сприяють зв'язування окремих мікрофіламентів у системи. У нем'язових клітинах на актин припадає приблизно 5-10% вмісту білка, лише близько половини його організовано до філаментів. Мікрофіламенти більш стійкі до фізичних та хімічних впливів, ніж мікротрубочки.
Функції мікрофіламентів:
(1) забезпечення скоротливості м'язових клітин (при взаємодії з міозином);
(2) забезпечення функцій, пов'язаних з кортикальним шаром цитоплазми та плазмолемою (екзо- та ендоцитоз, утворення псевдоподій та міграція клітини);
(3) переміщення всередині цитоплазми органел, транспортних бульбашок та інших структур завдяки взаємодії з деякими білками (мініміозином), пов'язаними з поверхнею цих структур;
(4) забезпечення певної жорсткості клітини за рахунок наявності кортикальної мережі, яка перешкоджає дії деформацій, але сама, перебудовуючись, сприяє змінам клітинної форми;
(5) формування скоротливої перетяжки при цитотомії, що завершує клітинний поділ;
(6) утворення основи ("каркасу") деяких органел (мікроворсинок, стереоцилій);
(7) участь у організації структури міжклітинних сполук (що оперізують десмосом).
Мікроворсинки – пальцеподібні вирости цитоплазми клітини діаметром 0.1 мкм та довжиною 1 мкм, основу яких утворюють актинові мікрофіламенти. Мікроворсинки забезпечують багаторазове збільшення площі поверхні клітини, де відбувається розщеплення і всмоктування речовин. На апікальній поверхні деяких клітин, що активно беруть участь у зазначених процесах (в епітелії тонкої кишки і ниркових канальців) є до декількох тисяч мікроворсинок, що утворюють в сукупності щіткову облямівку.
Мал. 3-17. Схема ультраструктурної організації мікроворсинки. АМФ – актинові мікрофіламенти, АВ – аморфна речовина (апікальної частини мікроворсинки), Ф, В – фімбрин та віллін (білки, що утворюють поперечні зшивки в пучку АМФ), мм – молекули мініміозину (що прикріплюють пучок АМФ до плазмолеми мікроворсинки), ТС – термін АМФ, С – спектринові містки (прикріплюють ТС до плазмолеми), МФ – міозинові філаменти, ПФ – проміжні філаменти, ГК – глікокалікс.
Каркас кожної мікроворсинки утворений пучком, що містить близько 40 мікрофіламентів, що лежать уздовж її довгої осі (рис. 3-17). В апікальній частині мікроворсинки цей пучок закріплений в аморфній речовині. Его жесткость обусловлена поперечными сшивками из белков фимбрина и виллина, изнутри пучок прикрешюн к плазмолемме микроворсинки особыми белковыми мостиками (молекулами минимиозина. У основания микроворсинки микрофиламенты пучка вплетаются в терминальную сеть, среди элементов которой имеются миозиновые филаменты. Взаимодействие актиновых и миозиновых филаментов терминальной сети, вероятно , обумовлює тонус та конфігурацію мікроворсинки.
Стереоцилії- видозмінені довгі (у деяких клітинах - гілки) мікроворсинки - виявляються значно рідше, ніж мікроворсинки і, подібно до останніх, містять пучок мікрофіламентів.
⇐ Попередня123
Читайте також:
Мікрофіламенти, мікротрубочки та проміжні філаменти як основні компоненти цитоскелету.
Актинові мікрофіламенти - структура, функції
Актинові мікрофіламентиє полімерні ниткоподібні утворення діаметром 6-7 нм, що складаються з білка актину. Ці структури мають високу динамічність: на кінці мікрофіламенту, зверненому до плазматичної мембрани (плюс-кінець), йде полімеризація актину з його мономерів у цитоплазмі, тоді як на протилежному (мінус-кінець) відбувається деполімеризація.
Мікрофіламенти, таким чином, мають структурну полярність: зростання нитки йде з плюс-кінця, укорочення - з мінус-кінця.
Організація та функціонування актинового цитоскелетазабезпечуються цілим рядом білків, що актинзв'язують, які регулюють процеси полімеризації -деполімеризації мікрофіламентів, пов'язують їх один з одним і надають контрактильні властивості.
Серед таких білків особливе значення мають міозини.
Взаємодіяодного з їхніх сімейств - міозину II з актином лежить в основі м'язового скорочення, а в нем'язових клітинах надає актиновим мікрофіламентам контрактильні властивості - здатність до механічної напруги. Ця здатність відіграє винятково важливу роль у всіх адгезійних взаємодіях.
Формування нових актинових мікрофіламентіву клітині відбувається шляхом їх відгалуження від попередніх ниток.
Щоб новий мікрофіламент зміг утворитися, необхідна своєрідна «затравка». У її формуванні ключову роль відіграє білковий комплекс Аф 2/3, що включає два білки, дуже подібні до актинових мономерів.
Будучи активованим, комплекс Аф 2/3 прикріплюється до бічної сторони передіснуючого актинового мікрофіламенту та змінює свою конфігурацію, набуваючи здатності приєднати до себе ще один мономер актину.
Так виникає «затравка», що ініціює швидке зростання нового мікрофіламенту, що відходить у вигляді відгалуження від бічної сторони старої нитки під кутом близько 70°, тим самим у клітині формується розгалужена мережа нових мікрофіламентів.
Зростання окремих ниток незабаром закінчується, нитка розбирається окремі АДФ-содержащие мономери актина, які після заміни у яких АДФ на АТФ знову входять у реакцію полімеризації.
Актиновий цитоскелетвідіграє ключову роль у прикріпленні клітин до позаклітинного матрикса та один до одного, у формуванні псевдоподій, за допомогою яких клітини можуть розпластуватися та спрямовано переміщатися.
— Повернутись до розділу «онкологія»
- Метилювання генів-супресорів як причина гемобластозів - пухлин крові
- Теломераза - синтез, функції
- Теломера – молекулярна структура
- Що таке тіломірний ефект?
- Альтернативні способи подовження тіломер у людини - імморталізація
- Значення теломерази у діагностиці пухлин
- Методи лікування раку впливом на теломери та теломеразу
- Теломеризація клітин – не веде до злоякісної трансформації
- Адгезія клітин - наслідки порушення адгезивних взаємодій
- Актинові мікрофіламенти - структура, функції
Мікрофіламенти(Тонкі філаменти) - компонент цитоскелета еукаріотичних клітин. Вони тонші мікротрубочок і за будовою є тонкі білкові ниткидіаметром близько 6 нм.
Основним білком, що входить до їх складу, є актин. Також у клітинах може траплятися міозин. У зв'язці актин і міозин забезпечують рух, хоча у клітині це може робити один актин (наприклад, в микроворсинках).
Кожен мікрофіламент є двома перекрученими ланцюжками, кожен з яких складається з молекул актину та інших білків у менших кількостях.
У деяких клітинах мікрофіламенти утворюють пучки під цитоплазматичною мембраною, поділяють рухливу та нерухому частину цитоплазми, беруть участь в ендо- та екзоцитозі.
Також функціями є забезпечення руху всієї клітини, її компонентів та ін.
Проміжні філаменти(Зустрічаються не у всіх клітинах еукаріотів, їх немає у ряду груп тварин і всіх рослин) відрізняються від мікрофіламентів більшою товщиною, яка становить близько 10 нм.
Мікрофіламенти, їх склад та функції
Вони можуть будуватися і руйнуватися з будь-якого кінця, тоді як тонкі філаменти полярні, їх складання йде з «плюс»-кінця, а розбирання – з «мінус» (також як у мікротрубочок).
Існують різні типи проміжних філаментів (відрізняються за білковим складом), один з яких міститься в клітинному ядрі.
Білкові нитки, що формують проміжний філамент, антипаралельні.
Цим пояснюється відсутність полярності. На кінцях філаменту є глобулярні білки.
Утворюють своєрідне сплетення біля ядра та розходяться до периферії клітини. Забезпечують клітині можливість протистояти механічним навантаженням.
Основний білок-актин.
Актинові мікрофіламенти.
Мікрофіламенти загалом.
Зустрічаються у всіх клітинах еукаріотів.
Розташування
Мікрофіламенти утворюють пучки в цитоплазмі рухливих клітин тварин і утворюють кортикальний шар (під плазматичною мембраною).
Основний білок-актин.
- Неоднорідний білок
- Зустрічається у різних ізоформах, кодується різними генами
У ссавців 6 актинів: один у скелетних м'язах, один – у серцевому, два типи у гладких, два нем'язові (цитоплазматичні) актини = універсальний компонент будь-яких клітин ссавців.
Всі ізоформи близькі за амінокислотними послідовностями, варіантні лише кінцеві ділянки. (Вони визначають швидкість полімеризації, не впливають на скорочення)
Властивості актину:
- М = 42 тис;
- у мономерній формі має вигляд глобули, що містить молекулу АТФ (G-актин);
- полімеризація актину => тонка фібрила (F-актин, представляє пологу спіральну стрічку);
- актинові МФ полярні за своїми властивостями;
- при достатній концентрації G-актин починає мимоволі полімеризуватися;
- дуже динамічні структури, які легко розбираються та збираються.
При полімеризації (+) кінець нитки мікрофіламенту швидко зв'язується з G-актином => зростає швидше
(-) кінця.
Мала концентрація G-актину => F-актин починає розбиратися.
Критична концентрація G-актину => динамічна рівновага (мікрофіламент має постійну довжину)
На зростаючий кінець прикріплюються мономери з АТФ, в процесі полімеризації відбувається гідроліз АТФ, мономери стають пов'язаними з АДФ.
Молекули актину+атф міцніше взаємодіють один з одним, ніж мономери, пов'язані з АДФ.
Стабільність фібрилярної системи підтримується:
- білком тропоміозином (надає жорсткості);
- філаміном та альфа-актиніном.
Мікрофіламенти
Утворюють поперечні скріпки між нитками f-актину = складна тривимірна мережа (надає гелеподібний стан цитоплазмі);
- Білки, що прикріплюються до кінців фібрил, що запобігають розбиранню;
- Фімбрин (пов'язують філаменти в пучки);
- Комплекс з міозинами = акто-міозиновий комплекс, здатний до скорочення при розщепленні АТФ.
Функції мікрофіламентів у нем'язових клітинах:
бути частиною скорочувального апарату;
Мікрофіламенти(Актинові нитки) складаються з актину - білка, найбільш поширеного в еукаріотичних клітинах. Актин може існувати у вигляді мономеру ( G-актин, "глобулярний актин") або полімеру (F-актин, "фібрилярний актин"). G-актин – асиметричний глобулярний білок (42 кДа), що складається з двох доменів. У міру підвищення іонної сили G-актин оборотно агрегує, утворюючи лінійний скручений спіраль полімер, F-актин. Молекула G-актину несе міцно пов'язану молекулу АТФ (АТР), яка під час переходу в F-актин, повільно гідролізується до АДФ (ADP), тобто F-актин виявляє властивості АТФ-ази.
При полімеризації G-актину в F-актин орієнтація всіх мономерів однакова, тому F-актин має полярність. Волокна F-актину мають два різноіменно заряджені кінці - (+) і (-), які полімеризуються з різною швидкістю. Ці кінці не стабілізовані спеціальними білками (як, наприклад, у м'язових клітинах), і при критичній концентрації G-актину (+)-кінець буде подовжуватися, а (-)-кінець коротшати. В умовах експерименту цей процес може бути пригнічений токсинами грибів. Наприклад, фалоїдин(отрута блідої поганки) зв'язується з (-)-кінцем і інгібує деполімеризацію, в той час як цитохалазин(токсин з пліснявих грибів, що має властивість цитостатика) приєднується до (+)-кінця, блокуючи полімеризацію.
Актинасоційовані білки. У цитоплазмі клітин є понад 50 різних типів білків, які специфічно взаємодіють з G-актином та F-актином. Ці білки виконують різні функції: регулюють об'єм G-актинового пулу ( профілін), впливають на швидкість полімеризації G-актину ( віллін), стабілізують кінці ниток F-актину ( фрагін, β-актинін), зшивають філаменти один з одним або з іншими компонентами (як, наприклад, віллін, α-актинін, спектрин, MARCKS) або руйнують подвійну спіраль F-актину ( гельзолін). Активність цих білків регулюється іонами Ca 2+ та протеїнкіназами.
Статті розділу «Цитоскелет: склад»:
- А. Актін
World-renowned paleontologist reveals groundbreaking science, що trumps science fiction: як виростає жити динозаврів Декад після Jurassic ...
Є п'ять основних місць, де може бути прикладена дія актин-зв'язуючих білків. Вони можуть зв'язуватися з мономером актину; з «загостреним», або повільно зростаючим кінцем філаменту; з «опереним», або швидко зростаючим, кінцем; з бічною поверхнею філаменту; і нарешті, одночасно з двома філаментами, утворюючи поперечну зшивку між ними. На додаток до п'яти зазначених типів взаємодії актин-зв'язуючі білки можуть бути чутливими або нечутливими до кальцію. При такому розмаїтті можливостей навряд чи здасться дивним, що було виявлено безліч актин-зв'язуючих білків і деякі з них здатні до кількох типів взаємодії.
Білки, що з мономерами, пригнічують формування затравок, послаблюючи взаємодія мономерів друг з одним. Ці білки можуть зменшувати, але можуть і не зменшувати швидкість елонгації - це залежить від того, чи комплекс актину з актин-зв'язуючим білком здатний приєднуватися до філаментів. Профілін та фрагмін – чутливі до кальцію білки, що взаємодіють з актиновими мономерами. Обидва потребують кальцію для зв'язування з актином. Комплекс профіліну з мономером може надбудовувати передіснуючі філаменти, а комплекс фрагміну з актином немає. Тому профілін в основному пригнічує нуклеацію, тоді як фрагмін пригнічує і нуклеацію, і елонгацію. З трьох нечутливих до кальцію білків, що взаємодіють з актином, два - ДНКаза I і білок, що зв'язується з вітаміном D, - функціонують поза клітиною. Фізіологічне значення їхньої здатності зв'язуватися з актином невідомо. У головному мозку є проте білок, який, зв'язуючись з мономерами, деполімеризує актинові філаменти; його деполімеризуючу дію пояснюється тим, що зв'язування мономерів призводить до зниження концентрації доступного для полімеризації актину.
«Оперений», або швидко зростаючий, кінець актинових філаментів може бути блокований так званими білками, що кепірують, а також цитохалазином В або D. Блокуючи точку швидкого складання філаментів, білки, що кепірують, сприяють нуклеації, але пригнічують елонгацію і стикування. Сумарний ефект полягає у появі укорочених філаментів, це зумовлено збільшенням кількості затравок, що конкурують за вільні мономери, так і відсутністю стикування. Відомо щонайменше чотири білки, що діють подібним чином у присутності кальцію: гельзолін, віллін, фрагмін, а також білок з мол. масою 90 кДа з тромбоцитів. Всі вони здатні скорочувати зумовлену нуклеацією лагфазу при полімеризації очищених мономерів і вкорочувати філаменти, що вже утворилися. Існують також і нечутливі до кальцію білки, що кепірують. Так, білки з мол. масою 31 і 28 кДа з акантамеби та білок з мол. масою 65 кДа з тромбоцитів роблять свою дію незалежно від присутності або відсутності кальцію.
Ще одна точка, в якій можлива взаємодія білків з філаментами, - це «загострений», або кінець, що повільно зростає. Зв'язування білка в ній може ініціювати нуклеацію та заважати стиковці філаментів. Воно впливає і швидкість елонгації, причому цей вплив залежить від концентрації актину. При значеннях останньої в інтервалі між критичними концентраціями для повільно зростаючого та швидко зростаючого кінців зв'язування білка з повільним кінцем буде збільшувати швидкість елонгації за рахунок запобігання втрати мономерів на ньому. Якщо, однак, концентрація актину перевершує велику з критичних, зв'язування білка з повільним кінцем призведе до зниження сумарної швидкості елонгації внаслідок блокування однієї з точок приєднання мономерів. Загальним підсумком зазначених трьох ефектів (стимуляції нуклеації, придушення стикування та придушення елонгації) буде збільшення числа та зменшення довжини філаментів. Ці ефекти подібні до тих, які викликають білки, що зв'язуються з «опереним» кінцем. Ось чому для того, щоб визначити, до якого з двох класів належить даний білок, тобто на який кінець філаментів він діє, потрібно провести або досліди з конкуренції цього білка з такими, що свідомо зв'язуються з швидким кінцем, або досліди з полімеризацією на перед-існуючих затравках. В даний час лише про один білок виразно відомо, що він пов'язується з «загостреним», або повільно зростаючим, кінцем актинових філаментів, а саме про акументин, що міститься у великих кількостях у макрофагах. Можливо, що це справедливо і для колоди - сироваткового білка, який викликає швидке зниження в'язкості розчинів F-актину, вкорочуючи філаменти без збільшення концентрації вільних мономерів. Ні колод, ні акументин нечутливі до концентрації кальцію.
Четвертий тип зв'язування з актиновими філаментами - це зв'язування з їх бічною поверхнею без подальшого зшивання один з одним. Приєднання білків до поверхні може стабілізувати, так і дестабілізувати філаменти. Тропоміозин зв'язується нечутливим до кальцію чином і стабілізує F-актин, тоді як північ та віллін, зв'язуючись з актиновими філаментами, «розрізають» їх у присутності кальцію.
Але, мабуть, найбільш ефектними з білків актин-зв'язують є ті, які можуть зшивати актинові філаменти між собою і викликати тим самим утворення гелю. Зв'язуючись з F-актином, ці білки зазвичай індукують також і нуклеацію. Щонайменше чотири зшивають фібрилярний актин білка здатні індукувати гелеутворення без кальцію. Це а-актинін з тромбоцитів, віллін, фімбрин та актиногелін з макрофагів. Всі вони перетворюють розчин F-актину на жорсткий гель, здатний перешкоджати руху металевої кульки; додавання кальцію призводить до розчинення такого гелю. Усі чотири перелічені білки є мономерними. У разі вілліна білкова молекула може бути розділена на окремі домени: серцевину, яка чутлива до кальцію і здатна зв'язуватися з актиновими філаментами і кепірувати їх, і головку, яка потрібна для зшивання філаментів без кальцію. Існують також численні нечутливі до кальцію білки, що зшивають. Два з них, фі-ламін і актин-зв'язуючий білок з макрофагів, є гомодимерами, вони складаються з довгих, гнучких білкових субодиниць. М'язовий а-актії - ще один нечутливий до кальцію зшиваючий білок. Утворювати зшивки без допомоги додаткових білків здатні також вінкулін і білок високої молекулярної маси клітин лінії ВНК. У той же час фасцин із морських їжаків сам по собі може забезпечити формування лише вузьких, схожих на голки пучків актинових філаментів, а для того, щоб викликати гелеутворення, йому потрібне сприяння білка з мол. масою 220 кДа.
Сімейство спектрину - одне з найцікавіших у групі тих білків, що зшивають, на які кальцій безпосередньо не діє. Власне, спектрин - це тетрамер (ар)г, виявлений спочатку в мембранному скелеті еритроцитів. ap-дімери зв'язуються один з одним «хвіст до хвоста», а головки молекул залишаються вільними і можуть взаємодіяти з олігомерами актину. а-субодиниця кожного димера може, крім того, взаємодіяти з кальмодуліном - кальцій-зв'язуючим білком, що бере участь у багатьох регульованих кальцієм процесах. Досі невідомо, яку дію має зв'язування кальмодуліну на активність спектрину. Спектриноподібні молекули знайдені в клітинах багатьох типів, так що правильніше буде говорити про сімейство спектрину. Субодиниця спектрину з еритроцитів має мол. масу 240 кДа. Імунологічно споріднений їй білок з такою самою мовляв. масою був виявлений у більшості досліджених типів клітин. Мовляв. маса |3-субодиниці спектрину з еритроцитів - 220 кДа. У комплексі з білком з мол. масою 240 кДа, що реагує з антитілами проти а-спектрину, в клітинах може виявлятися, однак, і субодиниця з мол. масою 260 кДа (знайдена в термінальній мережі) або, наприклад, 235 кДа (знайдена в нервових клітинах та клітинах інших типів). Ці споріднені комплекси, що дають перехресну імунологічну реакцію, були описані спочатку як самостійні білки і отримали назву TW260/240 і фодрину. Таким чином, подібно до багатьох інших цитоскелетних білків, білки сімейства спектрину є тканеспецифічними. Те, що всі ці білки містять кальмодулін-зв'язуючий домен, було встановлено лише недавно, і що з цього слід ще зрозуміти.
Міозин - єдиний з білків, що мають відношення до актину, здатний генерувати механічну силу. Вироблена ним за рахунок АТР механічна робота лежить в основі м'язового скорочення і забезпечує, як вважають, натяг, що розвивається фібробластами та іншими клітинами при контакті з позаклітинним матриксом. Взаємодія міозину з актином дуже складна - настільки, що йому було присвячено окрему книгу в цій серії1. Міозин виконує роботу шляхом циклічної взаємодії з актином. Міозин-ADP зв'язується з актиновими філаментами, відбувається зміна конформації міозину, що супроводжується звільненням ADP, і потім АТР, якщо він є в розчині, заміщає звільнений з міозину ADP та індукує від'єднання актинових ниток від міозину. Після гідролізу АТР може розпочатися наступний цикл. Кальцій регулює цей процес у кількох точках. У деяких клітинах м'язів він взаємодіє з тропоніном, контролюючи зв'язування тропоміозину з актином. Про такі клітини говорять, що в них регуляція здійснюється на рівні тонких ниток. В інших м'язах кальцій діє на молекулу міозину або прямо, або активуючи ферменти, що фосфорилюють її легкі ланцюги.
У деяких клітинах нем'язових кальцій регулює скорочення на рівні складання міозинових ниток.
Взаємозв'язок між різними класами актин-зв'язуючих білків стає зрозумілішим, якщо розглядати її з точки зору теорії гелів, запропонованої Flory. Ця теорія стверджує, що за досить великої ймовірності зшивок між полімерами формується пошита: тривимірна мережа. Тим самим передбачається існування «точки гелеутворення», в якій має відбуватися різкий перехід від розчину до гелю, частково подібний до математичного відношення з такими фазовими переходами, як плавлення та випаровування; подальше збільшення кількості зшивок - за точкою гелеутворення - повинно призводити лише до зміни жорсткості гелю. Таким чином, білки, що утворюють поперечні зшивки, переводитимуть в'язкий розчин F-актину в стан гелю, а ті білки, які руйнують філаменти або викликають збільшення їх числа, розчинятимуть гель шляхом зниження середньої довжини полімерів, що не супроводжується зростанням кількості зшивань: гель розчиниться , коли щільність розподілу зшивок впаде нижче за рівень, що визначається точкою гелеутворення. Міозин може взаємодіяти з гелем та викликати його скорочення. Теорія гелів виявляється корисною при зіставленні властивостей актин-зв'язуючих білків різних класів і розробки методів дослідження, їх функцій. Слід, однак, мати на увазі, що теорія гелів розглядає лише ізотропні структури і сама по собі не враховує топологічних особливостей конкретних систем. Як стане ясно з. подальшого, топологія цитоскелета є надзвичайно важливою його характеристикою, яку теорія гелів: передбачити поки що не може.
Для осмисленої інтерпретації результатів хімічного дослідження білків необхідне детальне знання умов усередині клітини, включаючи точну стехіометрію всіх білків, що мають відношення до процесів, що вивчаються, і такі регуляторні фактори, як pH, рСа,. концентрація нуклеотидів, а також, мабуть, фосфоліпідний склад прилеглих мембран. У ситуації, коли білки можуть у стехіометрії 1:500 ефективно індукувати явища, що несуть риси різких кооперативних переходів, кількісні передбачення стають, очевидно, сумнівною справою.
Будова скелетного м'яза. М'язове скорочення. Актін та Міозін.Скелетні м'язи– утримують тіло в рівновазі та здійснюють рухи, це наші біцепси, трицепси та інше, тобто те, що ми качаємо, займаючись бодібілдингом. Вони здатні дуже швидко скорочуватися і дуже швидко розслаблятися, при інтенсивній діяльності вони досить швидко втомлюються.
Структурною та функціональною одиницею скелетного м'яза є м'язове волокно,що представляє собою сильно витягнуту клітину. Довжина м'язового волокна залежить від розмірів м'яза і становить від кількох міліметрів до кількох сантиметрів. Товщина волокна різна 10-100 мікрометрів.
М'язові волокна бувають двох видів:
1) Червоні волокна- містять велику кількість мітохондрій з високою активністю окисних ферментів. Сила їх скорочень порівняно невелика, а швидкість споживання енергії така, що цілком вистачає звичайного кисневого харчування. Вони беруть участь у рухах, які потребують значних зусиль, - наприклад, у підтримці пози.
2) Білі волокна- Значна сила скорочень, при цьому потрібно багато енергії і вже одного кисню тут недостатньо, велика активність ферментів, що розщеплюють глюкозу. Тому рухові одиниці, які з білих волокон, забезпечують швидкі, але короткочасні руху, потребують ривкових зусиль.
М'язова клітина має своєрідну будову. М'язове волокно багатоядерне, пов'язано це з особливістю формування волокна у разі розвитку плода. Утворюються вони на етапі ембріонального розвитку організму із клітин попередників – міобластів.
Міобласти– неоформлені одноядерні м'язові клітини
Міобласти інтенсивно діляться, зливаються та утворюють м'язові трубочки з центральним розташуванням ядер. Потім у м'язових трубочках починається синтез міофібрил,
Міофібрили- Циліндричні скорочувальні нитки товщиною 1 - 2 міктометри, що йдуть вздовж від одного кінця м'язової клітини до іншого.
І завершується формування волокна міграцією ядер на околиці клітин. Ядра м'язового волокна до цього часу втрачають здатність до поділу, і займаються лише функцією генерації інформації для синтезу білка.
Але не всі міобласти йде шляхом злиття, частина їх відокремлюється у вигляді так званих клітин-супутників, які розташовуються на поверхні м'язового волокна, в оболонці яка оточує м'язову клітину. Ці клітини, їх називають ще Клітини-Сателіти, на відміну від м'язових волокон, не втрачають здатність до поділу протягом усього життя, що забезпечує збільшення м'язової маси волокон та їх оновлення. Відновлення м'язових волокон при ушкодженні м'яза можливе завдяки цим клітинам. При загибелі волокна, що ховаються в його оболонці, клітини-сателіти активізуються, діляться та перетворюються на міобласти. Міобласти зливаються один з одним і утворюють нові м'язові волокна, в яких потім починається складання міофібрил. Тобто, при регенерації повністю повторюються події ембріонального розвитку м'язів. (як при народженні).Механізм скорочення м'язового волокна.
Докладніше розберемо будову міофібрил, цих ниток які розтягуються паралельно один одному в м'язових клітинах, число яких в одному такому волокні може досягати пару тисяч. Міофібрили мають здатність зменшувати свою довжину при надходженні нервового імпульсу, стягуючи тим самим м'язове волокно.
Чергування світлих та темних смуг у міофібрильній нитці визначається упорядкованим розташуванням по довжині міофібрили товстих ниток білка міозину та тонких ниток білка актину:Товсті нитки містяться лише у темних ділянках (А-зона), світлі ділянки (I-зона) не містять товстих ниток, у середині I-зони знаходиться Z-диск – до нього кріпляться тонкі нитки актину. Ділянку міофібрили, що складається з А-зони та двох половинок I-зони, називають - саркоміром. Саркомір- це базова скоротлива одиниця м'яза. Межі саркомерів у сусідніх міофібрилах збігаються, тому вся м'язова клітина набуває регулярної смугастість.
Міозін- Білок скорочувальних волокон м'язів. Його вміст у м'язах близько 40% від маси всіх білків (наприклад, в інших тканинах всього 1-2%). Молекула міозину є довгим ниткоподібним стрижнем, ніби сплетені дві мотузки утворюють на одному кінці дві грушоподібні головки.
Актін – так само білок скорочувальних волокон м'язів, набагато менший по-різному ніж міозин, і займає всього 15-20% від загальної маси всіх білків. Кріпиться до Z-диску. Представляє собою сплетені дві нитки в стрижень, з канавками, в яких залягає подвійний ланцюжок або білка. тропоміозину. Основною його функцією є блокування зчеплення міозину з актином у розслабленому стані м'язів.
Скорочення довжини саркомера відбувається шляхом втягування тонких ниток актину між товстими нитками міозину. Ковзання ниток актину вздовж ниток міозину відбувається завдяки наявності у ниток міозину бічних відгалужень. Головка міозинового містка зчепляється з актином і змінює кут нахилу до осі нитки, тим самим просуваючи нитку міозину і актину відносно один одного, потім відчіпляється, зчепляється знову і знову здійснює рух.
Переміщення міозинових містків можна порівняти з гребками весел на галерах. Як рух галери у воді відбувається завдяки руху весел, так і ковзання ниток відбувається завдяки гребковим рухам містків, істотна відмінність полягає лише в тому, що рух містків не синхронний. При надходженні нервового імпульсу клітинна мембрана змінює полярність заряду, і з спеціальних цистерн (ендоплазматичного ретикулуму), розташованих навколо кожної міофібрили вздовж її довжини, в саркоплазму викидаються іони кальцію (Са++).
Під впливом Са++ нитка тропоміозину входить глибше в канавку і звільняє місця зчеплення міозину з актином, містки починають цикл гребків. Відразу після вивільнення Са ++ з цистерн він починає закачуватися назад, концентрація Са ++ в саркоплазмі падає, тропоміозин висувається з канавки і блокує місця зчеплення містків - волокно розслабляється. Новий імпульс знову викидає Са++ в саркоплазму і повторюється. При достатній частоті імпульсації (не менше 20 Гц) окремі скорочення майже повністю зливаються, тобто досягається стан стійкого скорочення, що називається тетанічним скороченням.Будова м'язів
М'язове скорочення
Loading...