Biokhimia_T3_Strayer_L_1984 (1123304), страница 71
Текст из файла (страница 71)
Отсюда следует, что все тонкие нити по одну сторону от Z-пластинкиориентированы в одном направлении, тогдакак нити, расположенные по другую сторону,- в противоположном.34.8. Полярность толстых и тонких нитейв середине саркомера меняетсяна противоположнуюПолярность структуры толстых и тонкихнитей играет решающую роль в координированном движении. Благодаря тому чтоучастки взаимодействия на нитях актинаи миозина ориентированы одинаково поотношению друг к другу, в ходе скольжения нитей происходит сложение сил, развивающихся в каждом участке взаимодействия.
Кроме того, посередине между двумяZ-пластинками направление нитей меняется на противоположное (рис. 34.15). В итогедве тонкие нити при взаимодействии с одной толстой скользят навстречу друг другу,что приводит к уменьшению расстояниямежду Z-пластинками (рис. 34.16).Рис. 34.14.Электронная микрофотография нити F-актина, декорированной S1-головками ТММ.Все стрелки ориентированыв одну сторону.
(Печатаетсяс любезного разрешения д-раJames Spudich.)S1) добавить к тонким нитям или F-актину,то формируется структура, которая подэлектронным микроскопом выглядит какряд последовательно расположенных стрелок (рис. 34.14). Такие структуры получилиобразное название декорированные нити. Повсей длине декорированных нитей стрелкина обоих тяжах направлены в одну сторону.Таким образом, тонким нитям изначально34.9.
«Рабочим ходом» является поворотсвязанной с актином S1-головки миозинаГенерирование силы сокращения связанос циклическим образованием и диссоциацией комплекса между S1-головкой миозинаи актином. Циклически повторяющиесяпроцессы присоединения, подтягиванияРис.
34.15.Перемена полярности толстыхи тонких нитей посередине между двумя Z-пластинками.34. Мышечное сокращениеи подвижность клеток267Рис. 34.16.Схема взаимодействия толстых и тонких нитей при сокращении скелетной мышцы. (Посхеме, любезно предоставленной д-ром James Spudich.)и отсоединения сопровождают даже одиночное сокращение. Механизм генерирования силы сокращения изучается в настоящеевремя методами биохимии, электронноймикроскопии, дифракции рентгеновских лучей. Полученные данные показывают, чтов покоящейся мышце головки S1 не связаныс тонкими нитями (рис. 34.17, А). В этом физиологическом состоянии головки S1 располагаются вокруг толстой нити по спирали.При стимуляции мышцы S1-головки отодвигаются от толстых нитей и прикрепляются к актиновым единицам на тонкихнитях (рис. 34.17, Б).
На следующем этапеголовки S1 меняют свое направление так,что их длинная ось образует угол примерно45° с осью тонких нитей (рис. 34.17, В).Этот постулированный поворот головокмиозина является, по-видимому, рабочим ходом мышечного сокращения. Через S2-единицу миозина поворот S1-домена передается на толстую нить. В итоге толстая нитьпродвигается относительно тонкой примерно на 75 А. Завершающий этап процесса - отсоединение S1-головки от тонких нитей (рис. 34.17, Г).Сопоставим эти предполагаемые структурные переходы, обеспечивающие возникновение силы сокращения, с промежуточными этапами гидролиза АТР.
В состояниипокоя миозин содержит прочно связанныеADP и Рi (рис. 34.17, А). При стимуляциимышечного волокна головка S1 присоединяется к тонкой нити в перпендикулярномей направлении (рис. 34.17, Б). Далее ADP иРi, связанные с S1, высвобождаются, а го268Часть V.Молекулярная физиологияловка S1 совершает поворот, принимая наклонное положение по отношению к тонкойнити (рис. 34.17, В). Таким образом, «рабочий ход» обеспечивается высвобождениемпрочно связанных ADP и Pi.
На следующемэтапе происходит отделение головки S1 оттонкой нити вследствие связывания АТР(рис. 34.17, Г). Далее отсоединенная от актина головка S1 вновь становится около тонкой нити перпендикулярно ей. Завершающий этап цикла - гидролиз АТР головкойS1, не связанной с актином.В молекуле миозина имеется два типашарнирных соединений, благодаря которым головка S1 обратимо присоединяется к актину или отсоединяется от него, а также, находясь в связанном с актиномсостоянии, меняет свое направление.
Шарнир одного типа локализован между каждойиз головок S1 и стержнем S2, а шарнир второго типа - между S2 и ЛММ-единицеймиозина (рис. 34.18). Шарниры представляют собой гибкие участки полипептиднойцепи, легко расщепляемые гидролитическими ферментами. Собственно сам факт ферментативного расшепления миозина нафрагменты ЛММ, S1 и S2 указывает на то,что миозин образован из доменов, соединенных между собой шарнирными участками.
Функция домена S2 состоит в передаченапряжения от связанной с тонкой нитьюголовки S1 на домен ЛММ, составляющийчасть толстой нити. Благодаря шарнирномуучастку между S1 и S2 головка S1 может поразному взаимодействовать с актином в зависимости от того, имеются ли на ней прочно связанные ADP и Рi или нет. Другойшарнирный участок, соединяющий S2и ЛММ, допускает довольно большие изменения в положении S1 относительно толстой нити и тем самым обеспечивает точность взаимодействия S1 с актином. В итогенапряжение может генерироваться на большом протяжении латеральных поверхностей толстых и тонких нитей. В целом сег-ментарная подвижность (гибкость) шарнирного типа играет критическую рольв мышечном сокращении, так же как и в механизме действия антител (разд. 33.7).34.10.
Тропонин и тропомиозин опосредуютрегуляторное действие ионов кальцияна мышечное сокращениеФизиологическим регулятором мышечного2+сокращения служит Са . Сетсуро Эбаши2+(Setsuro Ebashi) открыл, что влияние Сана взаимодействие актина и миозина опосредовано тропомиозином и тропониновымкомплексом, которые локализованы в тонких нитях и составляют около трети ихмассы. Тропомиозин представляет собойдвухцепочечный α-спирализованный тяж.Этот очень сильно вытянутый белок массой70 кДа располагается почти параллельнодлинной оси тонкой нити (рис. 34.19). Тропонин - комплекс трех полипептидных цепей: ТнС (18 кДа), ТнI (24 кДа) и ТнТ (37кДа).
ТнС связывает ионы кальция, ТнIсвязывается с актином, а ТнТ - с тропомиозином. Тропониновые комплексы расположены на тонких нитях на расстоянии 385 Адруг от друга, причем этот интервал задается длиной тропомиозина. Тропониновыйкомплекс, связанный с одной молекулойтропомиозина, регулирует активность примерно 7 мономеров актина.В отсутствие Са 2+ тропонин и тропомиозин ингибируют взаимодействие актинаи миозина.
При этом тропомиозин стерически блокирует участки связывания S1 на актине. Нервный импульс, как будет показанониже, запускает высвобождение Са2+ изсаркоплазматическогоретикулума.Высвобожденный Са 2+ связывается с ТнСкомпонентом тропонина, что вызывает конформационные сдвиги, передающиеся натропомиозин и затем на актин. В частности,тропомиозин передвигается к центру длинной впадины, идущей спирально вдоль тонкой нити. Это разрешает взаимодействиеS1-головок миозина с актиновыми единицами тонких нитей. Возникает сила сокращения и одновременно гидролизуется АТР; далее происходит удаление Са 2+ , и тропомиозин вновь блокирует доступ актинак S1-головкам миозина.
Таким образом,Са2+ регулирует мышечное сокращение поаллостерическому механизму со следующейпоследовательностью передачи информации:Са2 + —> Тропонин —> Тропомиозин —>—> Актин —> Миозин.Рис. 34.17.Предполагаемый механизм генерирования силы при взаимодействии S1-головок нитеймиозина с нитями актина. Поворот головки S1, связаннойс актином, вызывает движениетолстых нитей относительнотонких (на схеме - переход отБ к В).Рис.
34.18.Два типа шарнирных соединений в миозине - один между S1и S2, второй между S2и ЛММ - позволяют изменятьположение головки S1 по отношению к актину во время «рабочего хода».34. Мышечное сокращениеи подвижность клеток26934.11. Поток ионов Са 2 + регулируетсясаркоплазматическим ретикулумомНервный импульс, достигший концевойпластинки, т.е. области нервно-мышечногоконтакта, вызывает деполяризацию наружной мембраны мышечного волокна. По Ттрубочкам(Тотангл.transverseorientation - поперечная ориентация) деполяризация наружной мембраны распространяется внутрь мышечного волокна. Т-трубочки тесно соприкасаются с сетью тончайших каналов, называемой саркоплазматическим ретикулумом и служащей хранилищемСа 2 + (рис.
34.20).В состоянии покоя система активноготранспорта Са2+ накапливает его в саркоплазматическом ретикулуме (разд. 36.9).Кальциевый насос, приводимый в действиеАТР, снижает концентрацию Са 2+ в цитоплазме покоящихся мышц до уровня ниже10-6 М, а в саркоплазматическом ретикулуме повышает ее более чем до 10-3 М. Второй белок, названный кальсеквестрином,связывает Са 2+ внутри ретикулума. Кальсеквестрин, характеризующийся высокойкислотностью и массой 44 кДа, содержитболее 40 участков связывания Са 2+ .
Деполяризация мембран Т-трубочек вызывает выброс Са2+ из цистерн саркоплазматическогоретикулума. Высвобожденный Са 2 + связывается с ТнС-компонентом тропониновогокомплекса и стимулирует мышечное сокращение, как это было описано выше.34.12. Фосфокреатин - форма запасания ~PТо количество АТР, которое имеется в мышце, может поддержать сократительную активность всего лишь на протяжении долисекунды. Однако в мышцах позвоночныхбогатые энергией фосфатные связи запасаются в виде фосфокреатина (креатинфосфата). Это соединение характеризуется более высоким потенциалом переноса высокоэнергетических фосфатных групп, чемАТР (разд.
11.6). Креатинкиназа катализирует перенос фосфорильной группы от фосфокреатина на ADP с образованием АТР:Фосфокрсатин + ADPАТР ++ Креатин.Некоторые беспозвоночные для накопления высокоэнергетических фосфорильныхгрупп используют фосфоаргинин. Фосфо270Часть V.Молекулярная физиологияРис. 34.19.Предполагаемаяструктуратонкой нити в состоянии покоя.Двойная спираль тропомиозина (показано красным цветом) блокирует участки актина(синий цвет), в которых при сокращении происходит связывание S1-головок миозина. Присоединение Са 2+ к ТнС-компоненту тропонинового комплекса (показано желтым цветом)вызывает смещение спиралитропомиозина, при этом открываются участки связыванияголовок S1 на актине, и витоге происходит сокращение.(Cohen С., Protein switch ofmuscle contraction, ScientificAmerican, Inc., 1975.)Рис.
34.20.Схематическоеизображениесаркоплазматического ретикулума. [Peachey L. D., J. CellBiol., 25, 222 (1965).]креатин и фосфоаргинин называют фосфагенами.В работающей мышце запас фосфокреатина быстро истощается, а следовательно, снижается и содержание АТР. Приэтом возрастает концентрация ADP и Pi,а также - под действием аденилаткиназы(миокиназы) - содержание AMP:2ADPАТР + AMP.Понижение энергетического заряда приводит к стимуляции гликолиза, цикла трикарбоновых кислот и окислительного фосфорилирования (разд.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
