Биологический каталог




Основы биохимии. Том 3

Автор А.Уайт, Ф.Хендлер, Э.Смит, Р.Хилл, И.Леман

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

страница 55
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161

Скачать книгу "Основы биохимии. Том 3" (10.5Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(06.12.2019)