аминокислоты (102—135); связывание же Тн-С происходит в области ?-конца. Функция Тн-1 состоит в предотвращении взаимодействия миозиновых головок с актином; в результате блокируется как связывание, так и АТРаз-ная активность. Тн-1 проявляет такое же действие на F-актин, как и сам тропонин. При адекватных [К+], '[Mg2+] и [Тн-1] происходит полное торможение АТРазы.

Тропонин С, Са2+-связывающая субъединица (М 18000), образован полипептидной цепью, состоящей из 159 остатков. Это кислый компонент тропонина; низкое значение р/ этого белка, равное 4,1, обусловлено наличием большого числа остатков аспарагиновой и глутаминовой кислот. Тропонин С — это единственная субъединица, несущая центр связывания Са2+. Чистый препарат Тн-С имеет шесть центров связывания двухвалентных катионов: два для Mg2+, два для Са2+ и, кроме того, еще два центра, за которые конкурируют указанные ионы. В интактном тропониновом комплексе, включающем все компоненты, имеются четыре Са2+-связывающих центра, характеризующиеся К=5 мк/И. Последовательность аминокислотных остатков Тн-С сходна с последовательностью парвальбумина, Са2+-связывающего белка из мышц рыб (который не является составной частью миозин-актиновой системы), и последовательностью Са2+-связывающих щелочных легких цепей миозиновых головок Si. Молекула тропонинового комплекса (T + I + C) фосфорилируется АТР при действии сАМР-зависимой киназы. При этом происходит фосфорилирование серина в субъединице Тн-1. В результате увеличиваются сродство комплекса к Са2+ и амплитуда обусловленных связыванием Са2+ конформа-ционных изменений.

В нормальной мышце, где все рассматриваемые компоненты собраны вместе иа тонком филаменте, как показано на рис. 36.8, тропомиозин блокирует присоединение миозиновой головки Sj к находящемуся рядом G-актиновому мономеру. Появляющийся Са2+ быстро связывается с Тн-С; это приводит к значительному кон-формационному изменению белка. Последнее увеличивает степень взаимодействия между субъединицами тропонина, ослабляя одновременно связь между Тн-1 и F-актином. Это в свою очередь приводит к латеральному перемещению молекулы тропомиозина по желобку тонкого филамента. В результа7е «открывается» мио-

17—1503

1410

iv. ЖИДКАЯ СРЕДА ОРГАНИЗМА

Рис. 36.8. Взаимодействия в комплексе актин — тропомиозин — миозин Si. Положение тропомиозина (ТМ) в активированном состоянии обозначено сплошной линией, в состоянии расслабления — прерывистой. Очевидно, каким образом тропомиозин может блокировать образование поперечного мостика. На рисунке приближенно сохранены соотношения размеров компонентов; диаметр мономера G-актина 2,4 нм. [Huxley ?. ?., Regulation of Muscle Function by Tropomyosin — Troponin, p. 322, in Y. Hatefi and L. Djavadi-Ohaniance, eds., The Structural Basic of Membrane Function, Acad. Press, Inc., New York, 1976.]

зинсвязывающий центр на поверхности актина. Следует отметить, что, в то время как чистый миозин является К+-АТРазой, а комплекс актин — миозин—Mg2+-ATPa30ii, свойства полного актин — тропомиозин — тропонин-миозинового комплекса характеризуют его как Ca2+,Mg2+-ATPa3y.

36.1.3. Сокращение

Сокращение инициируется приходом потенциала действия на концевую пластинку двигательного нерва (рис. 37.3). Этот потенциал переносится затем через синапс в результате освобождения ацетилхолина; последний связывается с постсинаптическими аце-тилхолиновыми рецепторами, очень сходными с таковыми в нервах и электрических органах Torpedo (разд. 37.1.2.2). Затем потенциал действия распространяется вдоль сарколеммы, в которой в большом количестве содержится №+,К+-АТРаза (гл. И), и далее к поперечным трубочкам Т-системы, по которым он распространяется с помощью такого же механизма, поскольку эта система также обогащена Ыа+,К+-АТРазой. В области ?-линии поперечные трубочки образуют впячивания внутрь мышечного волокна и охватывают каждую миофнбриллу. Здесь они вступают в контакт

35. МЫШЦА

1411

Рис. 36.9. Скольжение филаментов в процессе сокращения, а — состояние покоя; б — умеренное сокращение; в — максимальное сокращение: толстые филаменты контактируют с ?-линиями. Структура толстых и тонких филаментов представлена на рис. 36.5 и 36.6 соответственно.

с цистернами саркоплазматического ретикулума (рис. 36.1). Природа передачи сигнала от поперечных трубочек на цистерны ретикулума пока не ясна. Известно только, что при поступлении сигнала цистерны начинают освобождать находящийся в них Са2+. Концентрация Са2+ в мышечном цитозоле, составляющая 10 нМ в покоящейся мышце, быстро достигает 10 мкМ, что вполне достаточно для обеспечения всех центров связывания Са2+ на Тн-С.

Генерация силы, или укорочение, обусловлена характером взаимодействия между миозином и актином. До сих пор нет достаточных экспериментальных данных, позволяющих сделать выбор между несколькими предложенными гипотетическими механизмами. Наиболее приемлемой в настоящее время является модель весельной лодки. Согласно этой схеме, на миозиновой стержне имеется подвижный шарнир, возможно на участке, наиболее доступном

17*

1412

IV. ЖИДКАЯ СРЕДА ОРГАНИЗМА

для действия трипсина (рис. 36.4); при связывании глобулярной головки миозина соответствующим экспонированным участком актина происходит поворот в области шарнира. Именно такие повороты, происходящие одновременно в многочисленных участках взаимодействия миозина и актина, являются причиной втягивания актиновых филаментов в ?-зону. Здесь они контактируют или (при максимальном укорочении) даже перекрываются друг с другом, как это изображено на рис. 36.9. Скорость этих процессов можно оценить, учитывая, что сокращение осуществляется за несколько миллисекунд; для достижения максимальной концентрации Са2+ необходимо около 3 мс, а максимальное напряжение достигается через 20 мс.

Энергия для этого процесса должна поставляться за счет гидролиза АТР. Так как цикл состоит из соединения и разъединения актиновых и миозиновых нитей, можно предположить, что АТР гидролнзуется на освобождающейся из связи с актином миознно-вой головке (реакция 2 рис. 36.7). Следовательно, энергизованный комплекс миозин-ADP-Pj вступает в контакт с актином, а именно с тем участком G-актина, который открывается при перемещении тропомиозиновой нити. Далее следует скольжение актиновых филаментов, которое происходит в период реакций 4—6. Связывание следующей молекулы АТР вызывает диссоциацию актин-миози-нового комплекса, так что рассмотренный цикл может теперь повториться снова.

36.1.4. Роль саркоплазматического ретикулума

Окончание возбужденного состояния происходит на фоне быстрого уменьшения локальной [Са2+]; начинается расслабление. Снижение [Са2+] достигается за счет функционирования в мембранах саркоплазматического ретикулума Mg2+,Ca2+-ATPa3bi (СР-АТРазы), выполняющей роль кальциевого насоса. Способность саркоплазматического ретикулума удалять Са2+ достаточна для того, чтобы сокращение закончилось в пределах действительно наблюдаемых временных интервалов. Для мышечного волокна диаметром 100 мкм объем мышцы, заключенный в 1 см2 поверхностной мембраны, содержит 7 см2 мембран Т-трубочек и 135 см2 мембран саркоплазматического ретикулума.

АТРаза саркоплазматического ретикулума состоит из четырех субъединиц с молекулярной массой по 100 000 каждая. Она является интегральной частью мембраны ретикулума, составляя 95% общего содержания ее белка. Эта АТРаза в общем аналогична Н+-АТРазе митохондрий и Ыа+,К+-АТРазе сарколеммы. Располагаясь перпендикулярно мембране, она, однако, не является электрогенной, так как обеспечивает обмен Mg2+ на Са2+, исполь-

36. мышца

?4?:?

зуя для работы против градиента i[Ca2+] энергию АТР. Кроме-того, имеются данные об образовании на ферменте аспартилфос-фата после добавления ATP+Mg2+ или даже при добавлении Pi. Однако не вполне ясно, является ли этот ангидрид интермедиатом в нормальном каталитическом цикле или при функционировании" насоса.

СР-АТРаза может быть экстрагирована из мембраны с помощью детергентов. Ферментативная активность СР-АТРазы со--храняется при условии, что препарат содержит фосфоглицеридь? (примерно 30 молекул на 1 молекулу фермента) и что существенные сульфгидрильные группы фермента остаются интактными. Полное удаление фосфоглицеридов не влияет на скорость фосфо--рилирования фермента по остатку аспарагиновой кислоты за счет' АТР, однако образовавшаяся карбоксил-фосфатная связь не гидролизуется и фермент утрачивает АТРазную активность. Синтетические детергенты могут заменять 25 молекул фосфоглицеридов, но остальные 5 молекул «незаменимы». Замещение ненасыщенных жирных кислот фосфатидилхолина на остатки пальмитиновой кислоты приводит к значительному уменьшению АТРазной активности; обусловленная таким замещением более жесткая структура мембраны ограничивает конформационные изменения, необходимые для проявления активности и секреции Са2+.

Ретикулум содержит аденилаткиназу, аденилатциклазу и сАМР-зависимую киназу. Последняя фосфорилирует некоторые белки, в том числе АТРазу. В результате фосфорилирования способность ретикулума перекачивать Са2+ в цистерны увеличивается в несколько раз, однако механизм этой активации остается пока загадкой. По существу, фермент, осуществляющий активный перенос Са2+, является обратимой АТРазой. Если замкнутые везикулы, приготовленные из саркоплазм этического ретикулума, предварительно нагрузить Са2+ и затем поместить в бескальциевую среду с ADP + Pi, то одновременно с выходом Са2+ из везикул будет осуществляться синтез АТР. Таким образом, при движении Са2+ через ионные каналы по градиенту концентрации Са2+-АТРаза работает как АТР-синтетаза. Этот процесс напоминает функционирование АТР-синтетазы в митохондриях и хлоропластах.

Имеются еще три других компонента Са2+-регулирующей системы саркоплазматического ретикулума. Значение этих компонентов пока неясно. Один из них — это ионофор, протеолипид, экстрагируемый из ретикулума; известно, что он ускоряет действие АТРазы как насоса. Второй — гликопротенд, названный калъсек-вестрином (М 54 000), находится внутри просвета каналов саркоплазматического ретикулума; о