Biokhimia_cheloveka_Marri_tom_2 (1123307), страница 117
Текст из файла (страница 117)
Тропомпозин представляет собой вытянутую в виде тяжа молекулу. состоящую из двух цепей, а и р, н примыкающую к Е-активу в щели между двумя полимерами (рис. 56.3). Этот белок имеется во всех мышцах и подобных нм структурах. Характерной особенностью именно поперечнополосатых мышц является наличие в них тропониновой системы, включающей три разных белка.
Тропоннн Т (ТпТ) так же, как и два других тропониновых компонента, связывается с тропомиозином (рис. 56.3). Тропопвн 1 (Тп1) ингибирует взаимодействие между г'-активом и миозином и также связывается с другими компонентами тропонина. Тропопнн С (ТпС)— 335 Сократительные и струит>риые белки да О О О 6-7 нм Тдппонин Тропомиозин Тп С 35.5 нм Тонкий фмпамент аоелв еборки Рнс.
56.3. Схематическое изображение тонкого фнламента. Показана пространственная конфигурация трех главных бел- ковых компонентов: актина, тропомиозина н тропонина. кальций-связывающий белок, первичная и вторичная структура, а также функция которого, совершенно аналогичны соответствующим характеристикам широко распространенного в природе белка— кальмодулииэ. И тропонин С, и кальмодулин связывают четыре иона кальция на молекулу белка и имеют мол. массу 17000. Тонкий филамент паперечнополосатой мышцы состоит из Р-актина, тропомиозина и трех тропониновых компонентов: ТпС, Тп1 и ТпТ (рис. 56.3).
Тропомиозин и тропониновая система чередуются через каждые 38,5 нм. Миозин по массе составляет 55% мышечного белка и образует толстые филаменты (нити). Он представляет собой асимметричный гексамер с мол. массой 460000. В миознне различают фибриллярную часть, состоящую из двух переплетенных спиралей, каждая из которых имеет на одном конце глобуляриую «головку» (рис. 56.4). Гексамер включает одну пару тяжелых цепей (мол.
масса 200 000) и две пары легких цепей (мол. масса 15000 — 27000). Миозин скелетных мышц обладает АТР-гидролизующей (АТР-азиой) активностью и связывается с нерастворимой молекулой — Р-актнном. Большая часть сведений о миозине получена прн изучении продуктов его частичного гидролиза. Обработка миозина трипсином приводит к образованию двух фрагментов — меромиозннов. Легкий меромиозии (ЛММ) состоит из агрегированных нерастворимых а-спиральных фнбрнлл (рис. 56.5). Он не обладает АТРазной активностью и не связывается с Р-актином.
Тяжелый меромиозин (ТММ) представляет собой растворимый белок с мол. массой 340000, содержащий и фибриллярный, и глобулярный фрагменты (рис. 56.5). Он обладает АТРазиой активностью и связывается с Р-активом. При гидролизе ТММ па- Глава 5б 336 нанном образуются два субфрагмента, 3-1 и 3-2. 3-2 имеет фибриллярную структуру, не проявляет АТР- изной активности и не связывает Г-актин. 8-1 характеризуется мол. массой 115000, проявляет АТРазную активность и в отсутствие АТР связывает актнн, снабжая его «наконечниками» (рис.
56.6). Хотя и 3-1, и ТММ сами обладают АТРазной активностью„но при добавлении Г-актина эта активность возрастает в 100 — 200 раз. Показано, что Г- актин резко ускоряет освобождение продуктов действия миозиновой АТРазы — АОР и неорганического фосфата. Таким образом, хотя Р-актин сам по себе не влияет на гидролиз АТР, его способность стимулировать освобождение продуктов АТРазной реакции обеспечивает значительное увеличение общей скорости катализа. а-Актинии — это обнаруживаемая в зоне Х-линии белковая молекула, к которой присоединяются концы Е-актиновых молекул тонких фнламентов (рис. 56.2).
Молекулярная функция мьинц Вопрос о связи структуры и функции мышц может быть сформулирован в биохимических терминах следующим образом: каким образом гидролиз АТР приводит к видямому невооруженным глазом движению? Как отмечалось выше, мышечное сокращение состоит из циклов присоединения и отсоединения глобулярной «головки» миозина от нити Р-актина. Присоединение сопровождается изменением актин— Рис. 56.4. Схема молекулы миозина с двумя переплетеинымн а-спнралямн (фибриллярная часть), глобулярной областью (Сл) и легкими цепями (1.).
-ГС тмм з-з 1Звн м авнм Ряе. 56.5. Ферментативное расщепление миозина. ТММ вЂ” -тяжелый меромиознн; ЛММ вЂ” легкий меромиозин; 8- 1 — фрагмент !; 5-2 — фрагмент 2. Сокритителъные и структурные белки 337 Актииовая регуляция Рис. 5б.б. Образование «наконечников» при связывании актнновых филаментов с 8-1-фрагментамн мнознна. (Сонг1езу оГ Ргогекзог )агпез БрнгйсЬ, ВгапГогг( $)п(тегзйу.) миозинового взаимодействия, так что актиновые и миозиновые филаменты скользят относительно друг друга.
Энергия для этого скольжения поставляется за счет гидролиза АТР. Гидролиз АТР миозиновой АТРазой значительно ускоряется при связывании миозиновой «головки» с Г-актином. Биохимический цикл мышечного сокращения состоит из пяти стадий (рис. 56.7). 1) Миозиновая головка сама по себе может гидролизовать АТР до А1:)Р и неорганического фосфата, но не обеспечивает освобождение продуктов гидролиза. Следовательно, этот процесс носит скорее стехиометрический, чем каталитический характер. 2) Миозиновая головка, содержащая А?ЭР и неорганический фосфат, может свободно вращаться под Рис.
зв.7. Гндролиз АТР запускает цикл ассоциации и диссоциация актива и мнозина в пяти реакциях, описанных в тексте; Р, — неорганический фосфат. (Моо1Г1ео Ггот Зггуег 1.. В1осЬепнзлгу, 2пд ед. Ргеегпап, 198!.) большими углами и (при достижении нужного положения) связываться с Е-актином, образуя с осью фнбриллы угол около 90"., 3) Это взаимодействие обеспечивает высвобождение АОР и неорганического фосфата из актин— миозинового комплекса. Поскольку наименьшую энергию актомиознновая связь имеет при величине угла 45, миозин изменяет свой угол с осью фибрнллы с 90' на примерно 45', продвигая витии (на 10 — 15 нм) и направлении центра саркомера. 4) Новая молекула АТР связывается с комплексом миозин — Г-актин.
5) Комплекс миозин- — АТР обладает низким сродством к актину и поэтому происходит отделение миозиновой (АТР) головки от Р-актина. Последняя стадия и есть собственно расслабление, которое таким образом отчетливо зависит от связывания АТР с ак пни — миозииовьгм комплексом. АТР вновь гидролизуется миозиновой головкой без высвобождения А1)Р и неорганического фосфата, и цикл возобновляется. Таким образом, АТР отсоединяет миозиновую головку от тонкой нити и является движущей силой сокращения.
Эффективность такого сокрашения— около 50%; эффективность двигателя внутреннего сгорания — менее 20%. Регуляция сокращения и расслабления мьппц Сокрашение любых мышц протекает по общему механизму, описанному выше. Мышечные волокна разных организмов и даже разных тканей одного организма могут обладать различными молекулярными механизмами регуляции их сокращения и расслабления. Заметим, что во всех случаях ключевая регуляторная роль принадлежит ионам Са". Сушествуют два главных механизма регуляции мышечного сокращения: актиновый и миозиновый.
Актиновая регуляция характерна для поперечиополосатых мьшш позвоночных — скелетных и сердечной. Согласно общему механизму, рассмотренному выше, единственным потенциально лимитирующим фактором в цикле мышечного сокращения может быть АТР. Скелетные мышцы ингибируются в покое и деингибируются с активацией сокращения. Роль иигибитора в пвперечиополосатых мышцах выполняет тропоиииовая система, связанная в тонких филаментах с тропомиозином и Е-актином (рис. 56.3). При отсутствии тропомиозин — -тропониновой системы регуляция сокращения поперечнополосатых мышц (или АТРазы как биохимического индикатора сокращения) не осуществляется. Как отмечалось выше, тропомиозин локализуется в шели Р-актина, а три компонента тропонина — ТпТ, Тп1 и ТпС— связаны с комплексом Г-актин — гропомиознн.
Тп1 предотврашает присоединение миоэиновой головки к соответствующему связывающему сайту Г-актина, либо изменяя конформацию Г-актина (через тропомиозиновые молекулы), либо просто перемещая («вращая») тропомиознн в то положение, в котором он блокирует сайты связывания миозиновых головок на Г-актине. В любом случае предотвращается активация миозиновой АТРазы, которая опосредована этим связыванием.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
