Az aktin fehérje benne van. A kontraktilis fehérjék (miozin és aktin) fizikai-kémiai tulajdonságai és szerkezeti felépítése. Tropomiozin és troponin. Nézze meg, mi a "fehérjék szerkezeti funkciója" más szótárakban
Az izomösszehúzódás az aktin és a miozin által alkotott két filamentum rendszer kölcsönös mozgásán alapul. Az ATP a miozinfejekben található aktív központban hidrolizálódik. A hidrolízissel együtt jár a miozinfejek tájolásának megváltozása és az aktinszálak mozgása. Az összehúzódás szabályozását speciális Ca-kötő fehérjék biztosítják, amelyek az aktin vagy a miozin szálakon helyezkednek el.
Bevezetés. A mobilitás különféle formái szinte minden élő organizmusra jellemzőek. Az evolúció során az állatok speciális sejteket és szöveteket fejlesztettek ki, amelyek fő feladata a mozgás létrehozása. Az izmok rendkívül specializált szervek, amelyek képesek mechanikai erőket generálni az ATP hidrolízise következtében, és biztosítják az állatok mozgását az űrben. Ugyanakkor szinte minden típusú izomösszehúzódás alapja a fehérjeszálak (filamentumok) két rendszerének mozgása, amelyek főként aktinból és miozinból épülnek fel.
Izom ultrastruktúra. Az ATP energia mechanikus munkává történő rendkívül hatékony átalakításához az izmoknak szigorúan rendezett szerkezettel kell rendelkezniük. Valóban, a kontraktilis fehérjéknek az izmokba történő csomagolása összehasonlítható az atomok és molekulák kristályban való csomagolásával. Vizsgáljuk meg a vázizomzat szerkezetét (1. ábra).
Az orsóizom izomrostok kötegéből áll. Az érett izomrost szinte teljesen meg van töltve miofibrillákkal - henger alakú képződmények, amelyek kontraktilis fehérjék által létrehozott, egymást átfedő vastag és vékony szálakból állnak. A vázizmok myofibrillusaiban a világosabb és sötétebb területek helyes váltakozása figyelhető meg. Ezért a vázizmokat gyakran harántcsíkolt izmoknak nevezik. A miofibril azonos ismétlődő elemekből, az úgynevezett szarcomerekből áll (lásd 1. ábra). A szarkómert mindkét oldalon Z-korongok határolják. E lemezekhez mindkét oldalon vékony aktinszálak vannak rögzítve. Az aktinszálak alacsony sűrűségűek, ezért átlátszóbbak vagy könnyebbek a mikroszkóp alatt. Ezeket az átlátszó, világos területeket, amelyek a Z-lemez két oldalán találhatók, izotróp zónáknak (vagy I-zónáknak) nevezzük (lásd 1. ábra). A szarkomer közepén egy vastag szálak rendszere van, amely elsősorban egy másik kontraktilis fehérjéből, a miozinból épül fel. A szarkomer ezen részének nagyobb a sűrűsége, és sötétebb anizotrop zónát (vagy A-zónát) alkot.
Az összehúzódás során a miozin képes interakcióba lépni az aktinnal, és elkezdi húzni az aktin-szálakat a szarkóma közepe felé (lásd 1. ábra). Ennek a mozgásnak az eredményeként csökken az egyes szarkómák és az egész izom hossza. Fontos megjegyezni, hogy egy ilyen mozgásgeneráló rendszerrel, amelyet csúszó szálrendszernek nevezünk, az izzószálak hossza (sem aktinszálak, sem miozinszálak) nem változik. A rövidítés csak a szálak egymáshoz viszonyított mozgásának következménye.
Az izomösszehúzódás kezdetének jele a Ca 2+ koncentrációjának növekedése a sejt belsejében. A kalcium koncentrációját a sejtben speciális kalciumpumpák szabályozzák, amelyek a külső membránba vannak beépítve, és a szarkoplazmatikus retikulum membránjába, amely fonja a miofibrillákat (lásd 1. ábra). A fenti ábra általános képet ad az izmok összehúzódásának mechanizmusáról. Ennek a folyamatnak a molekuláris alapjainak megértése érdekében térjünk rá a fő kontraktilis fehérjék tulajdonságainak elemzésére.
Az aktin szerkezete és tulajdonságai. Az Actint 1948-ban fedezte fel Bruno Straub magyar biokémikus. Ez a fehérje azért kapta a nevét, mert képes aktiválni (ezért aktin) az ATP hidrolízisét, amelyet a miozin katalizál. Az aktin az egyik mindenütt jelenlévő fehérje, amely az állatok és növények szinte minden sejtjében megtalálható. Ez a fehérje nagyon konzervált.
Az aktin monomerek (gyakran G-aktinnak, azaz globuláris aktinnak hívják) kölcsönhatásba léphetnek egymással, hogy kialakítsák azt, amit fibrillárisnak (vagy F-aktinnak) neveznek. A polimerizációs folyamat megindítható egy- vagy kétértékű kationok koncentrációjának növelésével vagy speciális fehérjék hozzáadásával. A polimerizációs folyamat azért válik lehetővé, mert az aktin monomerek felismerik egymást és intermolekuláris kontaktusokat képezhetnek.
A polimerizált aktin két gyöngyszálra hasonlít, amelyek egymáshoz vannak sodródva, ahol mindegyik gyöngy aktinmonomer (2. ábra, a). Az aktin molekula korántsem szimmetrikus, ezért annak érdekében, hogy ez az aszimmetria láthatóvá váljon, az aktin gömb része az 1. ábrán. 2, b árnyékolt. Az aktin polimerizációt szigorúan rendezik, és az aktin monomerek csak bizonyos irányban vannak a polimerbe csomagolva. Ezért a polimer egyik végén elhelyezkedő monomereket az egyik oldószer, például a sötét vég az oldószer felé fordítja, a polimer másik végén elhelyezkedő monomereket pedig a másik (világos) vég az oldószer felé fordítja (2. ábra, b). A monomer kapcsolódásának valószínűsége a polimer sötét és világos végén eltérő. A polimer végét, ahol a polimerizációs sebesség nagyobb, plusz végnek nevezzük, a polimer másik végét pedig mínusz végnek nevezzük.
Az aktin egyedülálló építőanyag, amelyet a sejt széles körben használ a citoszkeleton és a kontraktilis készülék különböző elemeinek felépítésére. Az aktin felhasználása a sejt felépítéséhez annak köszönhető, hogy az aktin polimerizációs és depolimerizációs folyamatai az aktinhoz kötődő speciális fehérjék segítségével könnyen szabályozhatók. Vannak olyan fehérjék, amelyek kötődnek a monomer aktinhoz (például profilin, 2. ábra, b). Ezek a fehérjék, amelyek komplexben vannak a globuláris aktinnal, megakadályozzák annak polimerizációját. Vannak olyan speciális fehérjék, amelyek az ollóhoz hasonlóan a már kialakult aktinszálakat rövidebb fragmentumokra vágják. Néhány fehérje előnyösen kötődik és kupakot képez ("sapka" a angol szó "sapka", sapka) a polimer aktin plusz végén. Más fehérjék fedik le az aktin mínusz végét. Vannak olyan fehérjék, amelyek összefűzhetik a már kialakult aktinszálakat. Ebben az esetben vagy durva hálós rugalmas hálózatok, vagy rendezett merev kötegek képződnek aktinszálakból (2. ábra, b).
A szarkomer összes aktinszála állandó hosszúságú és helyes irányú, az izzószálak plusz végei a Z-lemezen, a mínusz végek pedig a szarkomer középső részén helyezkednek el. Ennek a csomagolásnak köszönhetően a szarkómó bal és jobb részén elhelyezkedő aktinszálak ellentétes irányúak (ezt az 1. ábra az 1. ábra alsó részén lévő aktinszálakon ellentétesen irányított pipák formájában mutatja).
A miozin szerkezete és tulajdonságai. Jelenleg több (több mint tíz) különböző típusok miozin molekulák. Vizsgáljuk meg a legalaposabban vizsgált vázizom miozin szerkezetét (3. ábra, a). A vázizom miozin molekulája hat polipeptidláncot tartalmaz - két úgynevezett miozin nehéz láncot és négy miozin könnyű láncot (LCM). Ezek a láncok szorosan kapcsolódnak egymáshoz (nem kovalens kötések), és egyetlen együttest alkotnak, amely valójában egy miozin molekula.
A miozin nehéz láncok nagy molekulatömegűek (200 000–250 000) és erősen aszimmetrikus szerkezetűek (3. ábra, a). Minden nehéz láncnak hosszú, tekercselt farka és kicsi, kompakt, körte alakú feje van. A miozin nehéz láncok tekercselt farkát kötélként csavarják össze (3. ábra, a). Ennek a kötelnek meglehetősen nagy merevsége van, ezért a miozin molekula farka rúdszerű struktúrákat képez. A farok merev szerkezete több helyen megtört. Ezeken a helyeken az úgynevezett csuklóterületek helyezkednek el, amelyek biztosítják a miozin molekula egyes részeinek mobilitását. A csuklós régiókat proteolitikus (hidrolitikus) enzimek könnyen hasítják, ami olyan fragmensek kialakulásához vezet, amelyek megtartják az ép miozin molekula bizonyos tulajdonságait (3. ábra, a).
A nyaki régióban, vagyis a miozin nehéz láncának körte alakú fejének a spirális farokba való átmeneténél rövid miozin könnyű láncok találhatók, amelyek molekulatömege 18000-28000 (ezeket a láncokat ívekként mutatják be a 3. ábra a). A miozin nehéz láncának minden fejéhez egy szabályozó (vörös ív) és egy esszenciális (kék ív) miozin könnyű lánc kapcsolódik. A miozin mindkét könnyű lánca ilyen vagy olyan módon befolyásolja a miozin azon képességét, hogy kölcsönhatásba lépjen az aktinnal, és részt vesz az izomösszehúzódás szabályozásában.
A rúd alakú farok az elektrosztatikus kölcsönhatások miatt egymáshoz tapadhat (3. ábra, b). Ebben az esetben a miozin molekulák párhuzamosan vagy antiparellesen helyezkedhetnek el egymáshoz képest (3. ábra, b). A párhuzamos miozinmolekulák egymáshoz képest egy bizonyos távolsággal elmozdulnak. Ebben az esetben a fejek a hozzájuk kapcsolódó könnyű miozinláncokkal együtt egy hengeres felületen helyezkednek el (a miozinmolekulák farkai alkotják), sajátos kiemelkedések-szintek formájában.
A csontvázizom miozin farka párhuzamos és antiparallel irányban egyaránt csomagolható. A párhuzamos és antiparallel csomagolás kombinációja az úgynevezett bipoláris (azaz bipoláris) miozin-szálak kialakulásához vezet (3. ábra, b). Ez az izzószál körülbelül 300 miozin molekulából áll. A miozinmolekulák fele az egyik, a másik fele a másik irányba fordítja a fejét. A bipoláris miozin-szál a sarcomere középső részén helyezkedik el (lásd 1. ábra). A miozinfejek különböző irányait a vastag filamentum bal és jobb részén többirányú kullancsok jelzik a miozinszálakon az ábra alsó részén. 1.
A vázizom miozin fő "motoros" része a miozin nehéz láncának feje és a hozzá kapcsolódó miozin könnyű láncok. A miozinfejek elérhetik az aktinszálakat és érintkezhetnek velük. Az ilyen érintkezők lezárásakor úgynevezett keresztirányú hidak jönnek létre, amelyek valóban húzóerőt generálnak, és biztosítják az aktinszálak elcsúszását a miozinhoz képest. Próbáljuk elképzelni, hogyan működik egy ilyen kereszt híd.
Modern elképzelések a miozinfejek működésének mechanizmusáról. 1993-ban izolált és speciálisan módosított miozinfejeket kristályosítottak. Ez lehetővé tette a miozinfejek szerkezetének megállapítását és hipotézisek megfogalmazását arról, hogy a miozinfejek hogyan mozoghatnak az aktinszálak.
 A - a miozin feje úgy van orientálva, hogy az aktint kötő központ (piros színű) a jobb oldalon helyezkedik el. Rés ("nyitott száj") jól látható, elválasztva az aktinmegkötő központ két felét (két "állát") |
Kiderült, hogy a miozinfejben három fő rész azonosítható (4. ábra). A miozinfej N-terminális része, amelynek molekulatömege körülbelül 25 000 (zöld színnel jelölve a 4. ábrán, a), képezi az ATP-kötő központot. Az 50 000 molekulatömegű miozinfej központi része (a 4. ábrán a) piros színnel van jelölve) az aktinkötő központot tartalmazza. Végül a 20 000 molekulatömegű C-terminális rész (a 4. ábrán a) lilával jelölve egyfajta keretet képez az egész fej számára. Ezt a részt rugalmas csukló köti össze a miozin nehéz láncainak spirálos farokkal (lásd a 4. ábrát, a). A miozinfej C-terminális részén vannak kötőhelyek az esszenciális (sárga a 4. ábrán, a) és a szabályozó (világos lila a 4. ábrán, a) miozin könnyűláncok. A miozinfej általános körvonala kissé nyitott "szájú" kígyóra hasonlít. Ennek a "szájnak" az állkapcsa (a 4. ábrán a) piros színű) alkotja az aktinkötő központot. Feltételezzük, hogy az ATP hidrolízise során ez a "száj" időszakosan kinyílik és bezárul. Az állkapocs helyzetétől függően a miozin feje többé-kevésbé erősen kölcsönhatásba lép az aktinnal.
Vegye figyelembe az ATP hidrolízis ciklusát és a fej mozgását az aktin mentén. A kezdeti állapotban a miozin feje nincs telítve ATP-vel, a „száj” zárva van, az aktin-kötő központok („pofák”) közel vannak egymáshoz, és a fej erősen kölcsönhatásba lép az aktinnal. Ebben az esetben a spirál alakú "nyak" 45? az aktinszálhoz képest (1. állapot a 4. ábrán, b). Amikor az ATP az aktív központban megkötődik, kinyílik a "száj", a száj két "állán" elhelyezkedő aktinkötő helyek eltávolodnak egymástól, a miozin és az aktin közötti kötés erőssége gyengül, a fej pedig elválik az aktinszálaktól (2. állapot a 4. ábrán, b). Az ATP hidrolízise az aktintól disszociált miozinfej aktív központjában az aktív centrum résének lezárásához, az "állkapcsok" orientációjának megváltozásához és a spirál alakú nyak átirányításához vezet. Az ATP ADP-vé és szervetlen foszfáttá történő hidrolízise után a nyak 45-ösnek bizonyul és az aktinszál hosszú tengelyére merőleges helyzetet foglal el (3. állapot a 4. ábrán, b). Mindezen események után a miozinfej ismét képes kölcsönhatásba lépni az aktinnal. Ha azonban az 1. állapotban a fej felülről érintkezett a második aktin monomerrel, akkor most a nyak forgása miatt a fej felülről kapcsolódik és kölcsönhatásba lép a harmadik aktin monomerrel (4. állapot a 4b. Ábrán). Az aktinnal egy komplex képződése strukturális változásokat okoz a miozin fejében. Ezek a változások lehetővé teszik a miozin szervetlen foszfát aktív központjából való kijuttatást, amely az ATP hidrolízise során keletkezett. Ugyanakkor bekövetkezik a nyak átirányítása. 45 ° -os szöget zár be az aktinszálhoz képest, és az átirányítás során húzóerő alakul ki (5. állapot a 4. ábrán, b). A miozinfej egy lépéssel előre tolja az aktinszálat. Ezt követően egy másik reakciótermék, az ADP szabadul fel az aktív helyről. A ciklus zárva van, és a fej eredeti állapotába megy (1. állapot a 4. ábrán, b).
Mindegyik fej kis húzóerőt generál (több piconewton). Mindezek a kis erőfeszítések azonban összeadódnak, és ennek eredményeként az izom meglehetősen nagy stresszeket képes kifejleszteni. Nyilvánvaló, hogy minél nagyobb a vékony és vastag szálak átfedésének területe (vagyis minél több miozinfej képes megfogni az aktinszálakat), annál nagyobb erőt generálhat az izom.
Az izomösszehúzódás szabályozásának mechanizmusai. Az izom nem tudná ellátni a funkcióját, ha folyamatosan összehúzódott állapotban lenne. A hatékony munkavégzéshez szükséges, hogy az izomnak legyenek speciális "kapcsolói", amelyek lehetővé tennék, hogy a miozinfej csak szigorúan meghatározott körülmények között járjon végig az aktinszálon (például az izom kémiai vagy elektromos stimulálása során). A stimuláció az izom belsejében a Ca 2+ koncentrációjának rövid távú növekedéséhez vezet, 10 -7-ről 10 -5 M-re. A Ca 2+ -ionok jelzik az izom-összehúzódás kezdetét.
Tehát a kontrakció szabályozásához speciális szabályozó rendszerekre van szükség, amelyek nyomon követhetik a sejt belsejében a Ca 2+ koncentrációjának változását. A szabályozó fehérjék vékony és vastag szálakon vagy a citoplazmában helyezkedhetnek el. Attól függően, hogy hol helyezkednek el a Ca-kötő fehérjék, szokás különbséget tenni az úgynevezett miozin és az aktin között a kontraktilis aktivitás szabályozásában.
A miozin típusú kontraktilis aktivitás szabályozása. A miozin szabályozásának legegyszerűbb módszerét a puhatestűek egyes izmaira írták le. A miozin összetétele a puhatestűekben nem különbözik a gerincesek vázizmainak miozinjától. Mindkét esetben a miozin két nehéz láncot tartalmaz (200 000–250 000 molekulatömeggel) és négy könnyű láncot (18 000–28 000 molekulatömeggel) (lásd a 3. ábrát). Ca 2+ hiányában a könnyű láncokról úgy gondolják, hogy a miozin nehézlánc csuklós régiója köré van tekerve. Ebben az esetben a zsanér mobilitása erősen korlátozott. A miozinfej nem képes rezgőmozgásokat végrehajtani, mintha egy helyzetben fagyna le egy vastag szál törzséhez képest (5. ábra, a). Nyilvánvaló, hogy ebben az állapotban a fej nem képes oszcilláló ("gereblyéző") mozgásokat végrehajtani, és ennek következtében nem tudja mozgatni az aktinszálat. Amikor a Ca 2+ kötődik, változások következnek be a miozin könnyű és nehéz láncainak szerkezetében. A csuklópánt területén a mobilitás drámai módon megnő. Az ATP hidrolízise után a miozinfej oszcillálhat és tolhatja az aktinszálakat a miozinhoz képest.
Az úgynevezett miozin típusú szabályozás a gerincesek simaizmaira (például az érizmok, a méh izmaira), valamint a nem izommozgás egyes formáira (a vérlemezkék alakjának változására) is jellemző. Csakúgy, mint a puhatestű izmok esetében, a simaizomszabályozás miozin-típusa a miozin könnyű láncainak szerkezetében bekövetkezett változással jár. A simaizmok esetében azonban ez a mechanizmus érezhetően bonyolult.
Kiderült, hogy egy speciális enzim kapcsolódik a simaizmok miozinszálaihoz. Ezt az enzimet myozin könnyű lánc kináznak (MLCK) nevezik. A miozin könnyű lánc kináz a protein kinázok csoportjába tartozik, olyan enzimek, amelyek képesek a terminális ATP-foszfát maradékot a fehérje szerin vagy treonin maradékának hidroxi csoportjaira átvinni. Nyugalmi állapotban, a citoplazmában alacsony Ca 2+ koncentráció mellett a miozin könnyű lánc kináz inaktív. Ennek oka az a tény, hogy az enzim szerkezetében van egy speciális gátló (blokkoló aktivitás) hely. A gátló hely az enzim aktív központjába kerül, és anélkül, hogy lehetőséget adna a valódi szubsztráttal való kölcsönhatásra, teljesen blokkolja az enzim aktivitását. Így az enzim mintha aludna.
 A - hipotetikus séma az izmok összehúzódásának szabályozásához puhatestűekben. Megjelenik egy miozinfej, könnyű láncokkal és aktinszál öt kör alakban. Nyugodt állapotban (a) a miozin könnyű láncai csökkentik a fejet a miozin-szál törzsével összekötő csukló mozgékonyságát. A Ca 2+ megkötése (b) után a csukló mobilitása növekszik, a miozinfej oszcillációs mozgásokat hajt végre és az aktint nyomja a miozinhoz képest. |
A simaizmok citoplazmájában van egy speciális protein, az úgynevezett kalmodulin, amelynek szerkezetében négy Ca-kötő központ található. A Ca 2+ megkötése változásokat okoz a kalmodulin szerkezetében. Úgy tűnik, hogy a Ca 2+ -val telített kalmodulin képes kölcsönhatásba lépni az MLCK-val (5. ábra, B). A kalmodulin leszállása a gátló hely eltávolításához vezet az aktív centrumtól, és a miozin könnyű láncainak kináza felébred, mintha. Az enzim kezdi felismerni a szubsztrátumát, és az ATP-ből a foszfátmaradványt egy (vagy két) szerinmaradékba továbbítja a miozin-szabályozó könnyű lánc N-terminálisa közelében. A miozin-szabályozó könnyű lánc foszforilezése jelentős szerkezeti változásokhoz vezet mind a könnyű láncban, mind láthatóan a miozin nehéz láncában a könnyű lánccal való érintkezés területén. Csak a könnyű lánc foszforilezése után képes a miozin kölcsönhatásba lépni az aktinnal, és megkezdődik az izomösszehúzódás (5. ábra, B).
A kalcium koncentrációjának csökkenése a sejtben a Ca 2+ -ionok disszociációját okozza a kalmodulin kationkötő központjaiból. A kalmodulin disszociál a miozin könnyű lánc kinázától, amely saját gátló peptidje hatására azonnal elveszíti aktivitását, és ismét mintha hibernálásra kerülne. De míg a miozin könnyű láncai foszforilált állapotban vannak, a miozin továbbra is ciklikusan húzza az aktinszálakat. A fejek ciklikus mozgásának megállításához el kell távolítani a foszfátmaradékot a miozin szabályozó könnyű láncából. Ezt a folyamatot egy másik enzim - az úgynevezett miozin könnyű láncok (FLCM az 5. ábrán, B) - hatására hajtják végre. A foszfatáz katalizálja a foszfátmaradékok gyors eltávolítását a miozin szabályozó könnyű láncából. A defoszforilezett miozin nem képes ciklikus mozgásokat végrehajtani a fejével, és felhúzni az aktin szálakat. A relaxáció beáll (5. ábra, B).
Így mind a puhatestűek, mind a gerincesek simaizmaiban a szabályozás alapja a miozin könnyű láncainak szerkezetében bekövetkező változás.
 Ábra: 6. Az izom-összehúzódás aktin típusú szabályozásának szerkezeti alapjai |
Az izomösszehúzódás szabályozásának aktinmechanizmusa. A kontraktilis aktivitás aktinnal kapcsolatos szabályozási mechanizmusa a gerincesek és a szívizom harántcsontvázizmaira jellemző. A fibrilláris aktin szálai a váz- és szívizmokban úgy néznek ki, mint a gyöngyök kettős szála (2. és 6. ábra, a). Az aktingyöngyök szálai egymáshoz képest meg vannak csavarva, így az izzószál mindkét oldalán hornyok képződnek. Ezen barázdák mélyén található a nagymértékben tekercselt fehérje tropomiozin. Minden tropomiozin molekula két azonos (vagy egymáshoz nagyon hasonló) polipeptidláncból áll, amelyek egymáshoz hasonlóan megcsavarodnak, mint egy lány fonata. Az aktin barázdában található rúd alakú tropomiozin molekula hét aktin monomerrel érintkezik. Mindegyik tropomiozin molekula nemcsak az aktin monomerekkel lép kölcsönhatásba, hanem az előző és az azt követő tropomiozin molekulákkal is, amelynek eredményeként a tropomiozin molekulák folyamatos szála képződik az egész aktin barázdában. Így a tropomiozin molekulák által képzett kábel egyfajta fektetve van az egész aktinszálon belül.
A tropomiozin mellett az aktinszál tartalmaz egy troponin komplexet is. Ez a komplexum három komponensből áll, amelyek mindegyikének jellegzetes funkciói vannak. A troponin első komponense, a troponin C képes megkötni a Ca 2+ -ot (a C rövidítés jelzi ennek a fehérjének a képességét a Ca 2+ megkötésére). Szerkezetét és tulajdonságait tekintve a troponin C nagyon hasonlít a kalmodulinhoz (lásd a részleteket). A troponin második komponensét, a troponin I-t azért nevezték ki, mert gátolhatja (elnyomhatja) az ATP hidrolízisét az aktomiozinnal. Végül a troponin harmadik komponensét troponin T-nek hívják, mivel ez a fehérje a troponint a tropomiozinhoz köti. A teljes troponin komplex vessző alakú, amelynek mérete összehasonlítható 2-3 aktin monomer méretével (lásd 6. ábra, c, d). Egy troponin komplex van hét aktin monomerre.
Relaxációs állapotban a Ca 2+ koncentrációja a citoplazmában nagyon alacsony. A troponin C szabályozó központjai nincsenek telítve Ca 2+ -val. Ezért a troponin C csak gyengén lép kölcsönhatásba a troponin I-vel a C-vége révén (6. ábra, c). A troponin I gátló és C-terminális régiói kölcsönhatásba lépnek az aktinnal, és a troponin T alkalmazásával a tropomiozint a barázdából az aktin felületére tolják. Amíg a tropomiozin a horony peremén helyezkedik el, az aktin hozzáférhetősége a miozinfejekhez korlátozott. Az aktin és a miozin érintkezése lehetséges, de ennek az érintkezésnek a területe kicsi, ennek következtében a miozin feje nem mozoghat az aktin felülete mentén, és nem képes húzóerőt generálni.
A citoplazmában a Ca 2+ koncentrációjának növekedésével a troponin C szabályozó centrumainak telítettsége következik be (6. ábra, d). A troponin C erős komplexet képez a troponin I-vel. Ebben az esetben a troponin I gátló és C-terminális részei elválnak az aktintól. Most semmi sem tartja a tropomiozint az aktin felületén, és felgördül a horony aljáig. A tropomiozin ezen mozgása növeli az aktin hozzáférhetőségét a miozinfejek számára, megnő az aktin és a miozin közötti érintkezési terület, és a miozinfejek nemcsak az aktinnal való érintkezés képességére, hanem a felületének átgurítására is képesek, húzóerőt generálva.
Így a Ca 2+ változást okoz a troponin komplex szerkezetében. A troponin szerkezetének ezek a változásai a tropomyosin mozgásához vezetnek. Annak a ténynek köszönhetően, hogy a tropomyozin molekulák kölcsönhatásba lépnek egymással, az egyik tropomyosin helyzetének megváltozása az előző és a következő tropomyosin molekulák mozgását vonja maga után. Éppen ezért a troponin és a tropomyosin szerkezetének helyi változásai gyorsan terjednek az egész aktinszál mentén.
Következtetés. Az izmok a legkifinomultabb és legspecifikusabb eszközök az űrben történő mozgásra. Az izomösszehúzódás a fő kontraktilis fehérjék (aktin és miozin) által alkotott két filamentumrendszer egymáshoz történő csúszása miatt történik. A filamentek csúszása az aktin és a miozin szálak közötti ciklikus záródás és érintkezések megnyitása miatt válik lehetővé. Ezeket az érintkezéseket a miozin fejei alkotják, amelyek hidrolizálhatják az ATP-t és húzóerőt generálhatnak a felszabaduló energia miatt.
Az izomösszehúzódás szabályozását speciális Ca-kötő fehérjék biztosítják, amelyek elhelyezkedhetnek akár a miozin-, akár az aktinszálakon. Bizonyos típusú izmokban (például a gerincesek simaizmaiban) a fő szerepet a miozinszálon elhelyezkedő szabályozó fehérjék töltik be, míg más típusú izmokban (a gerincesek váz- és szívizmai) a fő szerepet az aktinszálon elhelyezkedő szabályozó fehérjék töltik be.
Irodalom
- Rayment I., Rypniewski W. R., Schmidt-Base K. et al. // Science. 1993. köt. 261. P. 50-58.
- Gusev N.B. Intracelluláris Ca-kötő fehérjék // Soros Educational Journal. 1998. No. 5. S. 2-16.
- Walsh M. // Mol. Sejt. Biochem. 1994. évf. 135. o. 21–41.
- Farah C.S., Reinach F.C. // FASEB J. 1995. évf. 9.P. 755-767.
- Davidson V.L., Sittman D.B. Biokémia. Philadelphia, Harwal Publ., 1994.584 p.
- Wray M., Weeds A. // Természet. 1990. évf. 344. P. 292-294.
- Pollack G.A. Izmok és molekulák. Seattle: Ebner és Sons Publ., 1990, 300. o.
A cikk bírálója N. K. Nagradov
Nyikolaj Boriszovics Guszev, Biológiai tudományok doktora, a Moszkvai Állami Egyetem Biológiai Karának Biokémiai Tanszékének professzora. Vidék tudományos érdekek - fehérje szerkezete, izombiokémia. Több mint 90 tudományos cikk szerzője.
Természetesen a simaizomsejt fő funkciója az összehúzódás. Az összehúzódó fehérjék felelősek elsősorban ennek a funkciónak a megvalósításáért - aktin és miozin ... Az aktin és a miozin kölcsönhatását számos folyamat szabályozza, amelyeket a „Kontrakció szabályozása” fejezet tárgyal.
Actin
Az aktinfehérje a sejt citoszkeletonjának fontos alkotóeleme, és szinte minden állat- és növénysejtben megtalálható. Az Actin nevét arról kapta, hogy képes aktiválni az ATP hidrolízisét. Aktin myofilamentumok - 1 mikronnál nagyobb hosszúságúak, 3-8 nm vastagok, sűrű testekhez vannak kötve. Körülbelül 12 aktinszál veszi körül a rozetta miozinszálakat. Az aktin mikrofilamentumok gömb alakú alegységekből állnak G-aktin - aktin monomerek (átmérője 5,6 nm és molekulatömege 42 000 dalton), amelyek fibrillá polimerizálódnak F-aktin ... Az aktint spirálisan összefonódó F-aktin láncok alkotják.
A G-aktin globuláris alegységeinek polimerizációs folyamata azért lehetséges, mert az aktin képes intermolekuláris kontaktusokat létrehozni az ATP ADP-vé és szervetlen foszfáttá történő hidrolízise után. Az aktin monomereket meghatározott sorrendben polimerré állítják össze, és az aktin polimerizációt a kontrakció aktiválásával kezdik meg. Az aktin polimerizációs és depolimerizációs folyamatát speciális fehérjék szabályozzák. Például van egy speciális protein, az úgynevezett profilin, amely a globuláris aktinnal komplexet alkotva ellensúlyozza az aktin polimerizációját. Vannak speciális fehérjék (például citokalazin D), amelyek kötődnek az aktinhoz és „megpiszkálják”; képezzen egyfajta kupakot a polimerizáló aktin egyik végén, ezáltal szabályozva a polimerizációs folyamatot. Vannak olyan fehérjék (latrunculin A), amelyek megakadályozzák a globuláris aktin polimerizációját, és olyan fehérjék, amelyek az aktin szálakat rövid fragmentumokra „vágják”. Fordítva, vannak olyan fehérjék, amelyek „összefűzik” a már kialakult aktinszálakat, így rendezett merev kötegeket alkotnak aktinszálakból vagy durva hálós rugalmas hálózatokból (3. ábra). ...
A gerinces szövetekben hat aktin-izoformát találtak, amelyek különböző gének származékai és aminosav-szekvenciájukban különböznek egymástól. Az α-izoform a vaszkuláris simaizomsejtekben, az γ-aktin izoform a gyomor-bél traktus simaizmaiban található.
3. ábra Fibrilláris F-aktin (a). Az aktinszálak polimerizációs és depolimerizációs folyamatának vázlata (b). P szervetlen foszfát.
Myosin
Több mint tíz különböző miozin izoformát fedeztek fel. A vázizom miozint a legrészletesebben tanulmányozták. A simaizmok saját miozin izoformákkal rendelkeznek.
A miozin-szálak hossza kb. 0,5 mikron, vastagsága 12-15 nm; több miozin monomer molekulából állnak. A simaizom miozin a II. Osztályú miozinokhoz, az úgynevezett klasszikus miozinhoz tartozik, amely két nehéz láncból áll (molekulatömege 200-250 kDa, 150 nm hosszú és 1,52 nm vastag). A miozin molekula meromiozin alegységekből áll: 1) könnyű meromiozin, amely a miozin filamentum rúdját vagy farkát képezi; és 2) nehéz meromiozin, amely a fejet képező S-1 fragmensből és a miozin-filament rúddal szomszédos S-2 fragmensből (csukló régió) áll, és összeköti az S-1 fragmenst a könnyű meromiozin alegységgel (4. ábra). A szálak képződésének hátterében az áll, hogy a monomer farok rendezett módon kölcsönhatásba lép egymással. A miozin fején két könnyű - 18-28 kDa molekulatömegű - szabályozó és fő lánc található, amelyek részt vesznek a miozin és az aktin kölcsönhatásában. Feltételezik, hogy Ca 2+ -ionok hiányában a könnyű láncok a miozin nehézlánc csuklós régiója köré tekerednek, ami jelentősen korlátozza annak mobilitását. Ebben az állapotban a miozinfej nem képes elmozdulni az aktinszálhoz képest. Ca 2+ ionok jelenlétében a fejrész mobilitása élesen megnő, és ATP hidrolízis után a miozinfej az aktinszálak mentén mozoghat.
4. ábraA miozin makromolekula felépítése (magyarázat a szövegben).
A simaizomsejtben található miozin-szálak nem mindig mutathatók ki mikroszkóp alatt, ezért úgy gondolják, hogy a simaizom minden egyes összehúzódásakor keletkeznek és reverzibilisen szétesnek. A simaizom miozin abban különbözik jelentősen a váz miozintól, hogy az ATP fiziológiai koncentrációinak jelenlétében az úgynevezett hajtogatott (10S) konformációban van. Ebben a konformációban a miozin monomer egy része, a farok végének körülbelül egyharmada kölcsönhatásba lép a nyak régiójával). Ebben az esetben a simaizom miozin intramolekuláris kölcsönhatásai túlsúlyban vannak az intermolekulárisakkal szemben, a farok nem kapcsolódik össze, és az egyensúly a monomer miozin felé tolódik el. A kiterjesztett (6S) konformációban lévő miozinmolekulák belépnek a polimerizációs reakcióba (5. ábra). A simaizom miozin polimerizálódik szálakká, amikor könnyű láncát egy speciális enzim, a miozin könnyű lánc kináz foszforilezi, vagy ha kölcsönhatásba lép a kinázzal kapcsolatos fehérjével (KRP).
A vázizmok jól tanulmányozott miozinszálai bipoláris súlyzó alakú szálakká vannak összeállítva, amelyekben a miozinfejek sugárirányban helyezkednek el az izzószál tengelye körül mindkét oldalon, míg a molekula középső része nem tartalmaz fejet. A csontvázzal ellentétben a simaizom miozinszálak laterális polaritással rendelkeznek, azaz a miozinmolekulák fejei ugyanazon síkban helyezkednek el az izzószál mindkét oldalán teljes hosszában, és ellentétes irányúak (5. ábra).
A dimerek diszociációs sebessége az izzószálból egyenesen arányos a hosszával, ezért a vázizmok bipoláris miozinszálainak növekedése önmagában korlátozott. Ez a hatás nem figyelhető meg a simaizom-miozin-szálakban (amelyek oldalsó polaritással rendelkeznek), ezért az új miozin-molekulák ekvivalens kapcsolódása miatt széles tartományban változtathatják meg a hosszúságot, ami lehetővé teszi az aktin-szálak nagy távolságokra történő elmozdulását. Valószínűleg a miozin simaizomszálak ilyen szervezete alapozza meg a simaizmok jelentős rövidülésének képességét.
5. ábra A simaizom miozin-szál modellje. A - hajtogatott konformáció, B - kiterjesztett konformáció, C - simaizom polimerizált miozin, D - vázizom polimerizált miozinja.
A troponin fehérje nincs a simaizomsejtekben, ehelyett szerkezetileg hasonló fehérje van jelen a szarkoplazmában calmodulin . A Ca 2+ fiziológiai funkcióinak nagy részét úgy hajtja végre, hogy kölcsönhatásba lép specifikus Ca 2+ kötő fehérjékkel, amelyek mind a Ca 2+ szenzoros, mind a szabályozó funkciókat ellátják. A kalmodulin ilyen fehérje egy simaizom sejtben. Lényegében a kalmodulin részt vesz a sejt összes Ca 2+ -függő folyamatában. A kalmodulin teljes sejten belüli koncentrációja a sejtben jóval alacsonyabb, mint az intracelluláris célpontok összkoncentrációja, ami lehetővé teszi, hogy egyfajta korlátozó szabályozó tényező legyen. A Ca 2+ / kalmodulin komplexre van szükség a miozin könnyű lánc kinázának aktiválásához és a kontrakció elindításához. Másrészt egy Ca 2+ / kalmodulin-függő protein-foszfatáz megindítja a miozin könnyű láncainak defoszforilezését, ami relaxációt eredményez. A simaizomsejtekben jelen lévő Ca 2+ / kalmodulin-függő protein kináz II sok Ca 2+ -függő intracelluláris jelátviteli utat közvetít.
Funkció tropomiozin a simaizomsejtben lévő troponin hiányában nem teljesen érthető, azonban jelenleg kísérleti bizonyítékok vannak a tropomiozin részvételére az áthidaló ciklus szabályozásában és az aktomiozin ATPáz aktivitásának caldesmon általi gátlásában.
Így, ha összehasonlítjuk a simaizom sejtek összehúzódó készülékét a vázizomzatd, megjegyezhetõ, hogy a megkülönböztetõ szerkezeti jellemzõk a következők: 1) szarkómér hiánya; 2) az aktin- és a miozin-szálak nem megfelelő aránya nyugalmi állapotban: sokkal több az aktin-filamentum; 3) az aktinszálak hosszabbak, mint a vázizomzatban; 4) a Z-vonal analógja sűrű testek és sűrű plakkok; 5) a troponin C analógja egy fehérje calmodulin; 6) a T-cső analógja - caveolae; 7) a simaizomsejtekben a szarkoplazmatikus retikulum kevésbé fejlett, mint egy csontvázban.
31. kérdés. Mikroszálak és intracelluláris mozgások
A mitokondrium és plasztid eredetének elmélete
A mitokondrium és a plasztidák nagyon különleges helyet foglalnak el az eukarióta sejtben. Saját genetikai rendszerük van, az egész sejt és a sejt osztódásától viszonylag függetlenül szaporodnak, és a protoplazma többi részétől kettős membrán határolja őket.
Az endoszimbiózis hipotézise szerint a baktériumokhoz vagy a kék-zöld algákhoz hasonló prokarióták leszármazottai, amelyek valószínűleg a fagocitózis következtében heterotróf anaerob sejtekbe hatoltak és szimbiontokként kezdtek bennük élni.
Egyes gombák, flagellátumok és amőbák endocitózisának jelensége modellként szolgálhat: a kék-zöld algák sejtjei fagocitizálódnak, két membrán veszi körül őket (saját belső és külső, a gazdasejt plazmolemájából származó) és megtartják a fotoszintézis képességét.
Más nézetek szerint a mitokondrium és a plasztid a plazmamembrán kiemelkedéseiből származik, amelyek a még primitív genom egyes részeit vagy a plazmidokat vették körül.
A mikroszálak nagyon vékony és hosszú fonalas fehérje szerkezetek, amelyek az egész citoplazmában megtalálhatók. Meghatározzák a citoplazma viszkoelasztikus, tixotróp konzisztenciáját, és intracelluláris mozgásokat biztosítanak, ideértve a fibrillák összehúzódását az izomrostokban.
Mikrofil funkciók:
- felelős a következők mozgásáért: kloroplasztok, amelyek a világítástól függően megváltoztathatják helyzetüket;
- sejtmagok;
- buborékok;
- részt vesz: fagocitózisban (de nem pino- vagy exocitózisban); a sejtosztódás során a szűkület kialakulásában (a sejtet körülölelő mikrofilamentes kötegek gyűrűje hat itt); a kromatidák és a kromoszómák mozgásában a magosztás során.
Az intracelluláris mozgás akkor lép fel, amikor az aktin mikrofilamentumok (aktin filamentumok) kölcsönhatásba lépnek a miozinnal.
Actin - globuláris fehérje, az összes sejtfehérje 5-15% -át teszi ki, és az eukarióta sejtek legfontosabb fehérje. A globuláris aktin (gamma-aktin) polimerizálódik aktinszálakká (F-aktin), amelyek két egymás körül csavart spirálból állnak (átmérő - kb. 6 nm, hossz - több mikron). Az aktin háromdimenziós hálózatot alkot egy nagy szám legalább 20 szálból álló szálak vagy kötegek. A sejtben reverzibilis egyensúly van: gamma-aktin - F-aktin - az F-aktin kötegei.
Myosin az eukarióta sejtekben kisebb mennyiségben (a sejtfehérje 0,3-1,5% -a) található, mint az aktin. A fonalas miozin molekula (molekulatömege 450 000 felett, 150 nm hosszú) két nagy és több kicsi alegységből áll, hosszú kettős spirált alkotva. Ennek a spirálnak két vége van. A fej vége katalizálja az ATP (miozin ATPáz) hasítását, és specifikusan kötődhet az aktinhoz. Az aktin aktiválja az ATPase-t. Az ATP lebontása felszabadítja az intracelluláris mozgáshoz szükséges energiát.
Vonatkozó prokarióta, majd a csúszó mozgásra képes kék-zöld algákban, és a baktériumoknak vannak ismeretlen kémiai természetű mikrofiltszálai (4-6 nm átmérőjűek), az aktin szálak csak a mikoplazmákban találhatók a baktériumok között, amelyek szintén csúszó mozgással rendelkeznek.
2. Az aktin és a miozin szerepe az különböző típusok eukarióta sejtek
Az izomsejtekben a miozin molekulákat vastag (20 nm-ig terjedő) miozin-fragmensekké (filamentumokká) kombinálják. Az aktin és a miozin szálak kontraktumképes aktomiozin komplexet alkotnak az izomsejtekben.
Nem izomsejtekben nem találtak miozin-filamentumokat (néhány amőba kivételével). Miután ezekből a sejtekből felszabadult, a miozin szálakká polimerizálódhat. A nem izomsejtekből izolált, izomszálakba nem kombinált, miozinnal rendelkező F-aktin komplex lebontja az ATP-t és egyúttal csökken. Ez a kontrakció képes gátolni a nagy molekulatömegű (270 000) harmadik proteint, amely az aktin filamentumokat hálózatba kapcsolja.
A gátló fehérje viszonylag merev hálózatot (citoszkeletont) alkot az aktinszálakkal együtt. A környezet helyi változásával (a pH vagy a Ca + 2 koncentráció növekedése) a gátló fehérje elválik az aktintól, és a miozin ebben az esetben az aktin szálak végeihez kapcsolódhat; az izzószálak egymáshoz képest elmozdulnak és kötegekké egyesülnek, ami összehúzódáshoz vezet.
3. A protoplazma mozgása eukarióta sejtekben
A protoplazma mozgása szinte az összes eukarióta sejtben megfigyelhető (sebessége 1 ... 6 cm / h). Az organellák protoplazmával mozognak, csak az ektoplazma nem folyik. Ez a folyamat alapozza meg az amoeboid mozgást. Növényi sejtekben a protoplazma végtelen áramlása hozható létre a központi vakuola körül. Az amőbákban az aktin (és a miozin, ha van ilyen) filamentumok hálózatának helyi összehúzódásai következnek be, amelyek miatt az endoplazma a sejt egy másik részébe tolódik.
Egyes algák óriássejtjeiben, amelyeknek végtelen rotációs protoplazma áramlik, aktinszálak kötegei fekszenek az ekto- és endoplazma határán - pontosan ott, ahol a hajtóerőknek állítólag hatniuk kell.
Öt fő helyen működnek az aktint kötő fehérjék. Kötődhetnek az aktin monomerhez; az izzószál "hegyes", vagy lassan növekvő végével; "tollas" vagy gyorsan növekvő végű; az izzóspirál oldalfelületével; végül pedig egyszerre két filamentummal keresztkötést képezve közöttük. Ezen ötféle interakció mellett az aktin-kötő fehérjék érzékenyek vagy érzéketlenek a kalciumra. Ilyen sokféle lehetőség mellett aligha meglepő, hogy sok aktint kötő fehérjét fedeztek fel, és ezek egy része többféle interakcióra képes.
A monomerekhez kötődő fehérjék gátolják a magok képződését azáltal, hogy gyengítik a monomerek kölcsönhatását. Ezek a fehérjék csökkenthetik vagy nem csökkenthetik a megnyúlás sebességét, attól függően, hogy az aktin-aktin-kötő fehérje komplex képes lesz-e kapcsolódni a filamentumokhoz. A Profilin és a Fragmin kalcium-érzékeny fehérjék, amelyek kölcsönhatásba lépnek az aktin-monomerekkel. Mindkettőnek szüksége van kalciumra az aktinhoz való kötődéshez. A profilin és a monomer komplexje a már meglévő filamentumokra épülhet, míg a fragmin és az aktin komplexje nem. Ezért a profilin főként a gócképződést, míg a fragmin gátolja a gócképződést és a megnyúlást is. Az aktinnal kölcsönhatásban lévő három kalcium-érzéketlen fehérje közül kettő - a DNáz I és a D-vitaminhoz kötődő fehérje - a sejten kívül működik. Az aktinhoz való kötődésük fiziológiai jelentősége nem ismert. Az agy azonban tartalmaz egy olyan fehérjét, amely monomerekhez kötődve depolimerizálja az aktinszálakat; depolimerizáló hatását azzal magyarázzák, hogy a monomerek kötődése a polimerizálásra rendelkezésre álló aktin koncentrációjának csökkenéséhez vezet.
Az aktinszálak „tollas”, vagy gyorsan növekvő végét úgynevezett burkolófehérjék, valamint a citokalazin B vagy D blokkolhatják. A szálak gyors összeszerelési pontjának blokkolásával a sapkafehérjék elősegítik a magképződést, de gátolják a filamentum megnyúlását és a végpontok közötti kapcsolódást. Az összhatás a rövidített szálak megjelenése, ami mind a szabad monomerekért versengő magok számának növekedéséből, mind a kapcsolás hiányából adódik. Legalább négy fehérje ismert, hogy hasonló módon hatnak kalcium jelenlétében: gelsolin, villin, fragmin és egy mol tartalmú fehérje is. súlya 90 kDa a vérlemezkékből. Mindegyik képes csökkenteni a tisztított monomerek polimerizációja során bekövetkező magképződés okozta lagfázist és rövidíteni a már kialakult filamentumokat. Léteznek kalcium-érzéketlen zárófehérjék is. Tehát fehérjék egy mólóval. súlya 31 és 28 kDa acanthamebából és fehérjéből egy mol. A vérlemezkékből származó 65 kDa a kalcium jelenlététől vagy hiányától függetlenül fejti ki hatását.
Egy másik pont, ahol a fehérjék kölcsönhatásba léphetnek a szálakkal, a „hegyes” vagy lassan növekvő vég. A benne lévő fehérjekötés megindíthatja a magképződést és megzavarhatja a filamentum csatlakozását. Ez a nyúlás sebességét is befolyásolja, és ez a hatás az aktin koncentrációjától függ. Ez utóbbi értékeknél a lassan növekvő és gyorsan növekvő végek kritikus koncentrációi közötti tartományban a fehérje lassú véghez való kötődése növeli a megnyúlási sebességet, megakadályozva a rajta lévő monomerek elvesztését. Ha azonban az aktin koncentrációja meghaladja a kritikus értékek közül a legmagasabb értéket, akkor a fehérje kötődése a lassú véghez a teljes megnyúlási sebesség csökkenéséhez vezet a monomerek egyik kapcsolódási pontjának blokkolása miatt. Ennek a három hatásnak (a gócképződés stimulálása, a dokkolás elnyomása és a megnyúlás elnyomása) általános eredménye a filamentumok számának növekedése és a hosszúság csökkenése lesz. Ezek a hatások hasonlóak a tollvéghez kötődő fehérjék által okozottakhoz. Éppen ezért annak meghatározása érdekében, hogy egy adott fehérje melyik osztályba tartozik, vagyis melyik szál végén működik, vagy kísérleteket kell végezni ennek a fehérjének a versengésében azokkal, amelyekről ismert, hogy kötődnek a gyors véghez, vagy polimerizációs kísérleteket már meglévő magokon. Jelenleg határozottan csak egy fehérje kötődik az aktinszálak "hegyes" vagy lassan növekvő végéhez, nevezetesen az akumentin, amely nagy mennyiségben található meg a makrofágokban. Lehetséges, hogy ez igaz a logra is, egy tejsavófehérjére, amely az F-aktin oldatok viszkozitásának gyors csökkenését okozza, rövidítve a filamentumokat a szabad monomerek koncentrációjának növelése nélkül. Sem a log, sem az akumentin nem érzékeny a kalciumkoncentrációra.
Az aktinszálakhoz való kötés negyedik típusa az oldalsó felületükhöz való kötés anélkül, hogy ezt követően egymáshoz kötnék. A fehérjék felülethez való kötődése stabilizálhatja és destabilizálhatja a filamentumokat. A tropomiozin kalcium-érzéketlen módon kötődik és stabilizálja az F-aktint, míg a Severin és a villin az aktin szálakhoz kötődve kalcium jelenlétében „elvágja” őket.
De az aktinkötő fehérjék közül talán a leghatékonyabbak azok, amelyek képesek összekapcsolni az aktinszálakat egymással, és ezáltal gélképződést okozhatnak. Az F-aktinhoz kötődve ezek a fehérjék általában nukleációt is kiváltanak. Legalább négy fibrilláris aktin térhálósító fehérje képes gélesedést kiváltani kalcium hiányában. Ezek a vérlemezkékből származó a-aktinin, a villin, a fimbrin és a makrofágokból származó aktinogelin. Mindannyian kemény gélré alakítják az F-aktin oldatot, amely akadályozhatja a fémgolyó mozgását; kalcium hozzáadása a gél oldódását okozza. Mind a négy fehérje monomer. A villin esetében a fehérjemolekula külön doménekre osztható: a kalciumra érzékeny mag, amely képes aktinszálakhoz kötődni és azokat lezárni, valamint a fej, amely kalcium hiányában a filamentumok keresztkötéséhez szükséges. Számos kalcium-érzéketlen térhálósító fehérje is létezik. Közülük kettő, a makrofágokból származó filamin és aktint kötő fehérje homodimer, hosszú, rugalmas fehérje alegységekből állnak. Az izom-akció egy másik kalcium-érzéketlen térhálósító fehérje. A Vinculin és a BHK sejtekből származó nagy molekulatömegű fehérje szintén képes keresztkötéseket képezni további fehérjék segítsége nélkül. Ugyanakkor elbűvölő tengeri sünök önmagában csak keskeny, tűszerű aktinszálak kötegének képződését tudja biztosítani, és a gélesedés előidézéséhez egy mólóval rendelkező fehérje segítségére van szükség. súlya 220 kDa.
A spektrin család az egyik legérdekesebb azon térhálósító fehérjék csoportjában, amelyekre a kalcium közvetlenül nem hat. Maga a spektrin egy tetramer (ap) g, amely kezdetben az eritrociták membránvázában található meg. az ap-dimerek farok-farokhoz kötődnek egymáshoz, míg a molekulák feje szabadon marad és kölcsönhatásba léphet az aktin-oligomerekkel. Az egyes dimerek a-alegysége ezen felül kölcsönhatásba léphet a kalmodulinnal, egy kalcium-kötő fehérjével, amely számos kalcium által szabályozott folyamatban vesz részt. Még mindig nem ismert, hogy a kalmodulin kötődése milyen hatással van a spektrin aktivitására. Spectrino-szerű molekulákat sok sejttípusban találtak a mai napig, így helyesebb lenne a spektrin családról beszélni. Az eritrocitákból származó spektrin alegységnek van egy mólója. tömege 240 kDa. Immunológiailag rokon fehérje ugyanazzal a mólóval. a legtöbb vizsgált sejttípusnál tömeg található. Mol. Az eritrocitákból származó | spektrin | 3 alegységének tömege - 220 kDa. Fehérjével kombinálva mólóval. 240 kDa tömeg, reagálva az a-spektrin elleni antitestekkel, a sejtekben azonban egy alegység egy mol-mal. súlya 260 kDa (megtalálható a terminálhálózatban) vagy például 235 kDa (megtalálható az idegsejtekben és más típusú sejtekben). Ezeket a rokon immun-keresztreaktív komplexeket először független fehérjékként írták le, és TW260 / 240-nek és fodrinnak nevezték el. Így, sok más citoszkeletális fehérjéhez hasonlóan, a spektrin család fehérjéi is szövetspecifikusak. Azt, hogy ezek a fehérjék mindegyike tartalmaz egy kalmodulin-kötő domént, csak nemrégiben sikerült megállapítani, és mi következik ebből, meg kell érteni.
A miozin az egyetlen aktinnal kapcsolatos fehérje, amely képes mechanikai erő létrehozására. Az ATP által előidézett mechanikai munka az izomösszehúzódás hátterében áll, és feltételezhető, hogy biztosítja az extracelluláris mátrixszal érintkező fibroblasztok és más sejtek által kialakított feszültséget. A miozin és az aktin kölcsönhatása nagyon összetett - olyannyira, hogy ennek a sorozatnak külön könyvét szentelték1. A miozin úgy működik, hogy ciklikusan kölcsönhatásba lép az aktinnal. A miozin-ADP az aktinszálakhoz kötődik, a miozin konformációjában változás következik be, az ADP felszabadulásával együtt, majd az ATP, ha oldatban van, felváltja a miozinból felszabaduló ADP-t, és az aktinszálak leválását indukálja a miozinról. Az ATP hidrolízise után megkezdődhet a következő ciklus. A kalcium ezt a folyamatot több ponton szabályozza. Egyes izomsejtekben kölcsönhatásba lép a troponinnal, hogy szabályozza a tropomiozin aktinhoz való kötődését. Az ilyen sejteket állítólag a finom szálak szintjén szabályozzák. Más izmokban a kalcium a miozin molekulájára hat - akár közvetlenül, akár a könnyű láncait foszforilező enzimek aktiválásával.
Néhány nem izomsejtben a kalcium szabályozza az összehúzódást a miozin-szál összeszerelésének szintjén.
Az aktin-kötő fehérjék különböző osztályai közötti kapcsolat világosabbá válik, ha Flory gélelméletét tekintjük. Ez az elmélet azt állítja, hogy amikor a térhálósodás valószínűsége elég nagy, akkor térhálósított: háromdimenziós hálózat alakul ki a polimerek között. Így egy "gélesedési pont" létezését jósolják, amelynél az oldatból a gélbe történő hirtelen átmenetnek kell bekövetkeznie, részben matematikailag hasonló az olyan fázisátalakulásokhoz, mint az olvadás és a párolgás; a keresztkötések számának további növekedése - a gélesedési ponton túl - csak a gél merevségének megváltozásához vezethet. Így a keresztkötéseket alkotó fehérjék az F-aktin viszkózus oldatát gélállapotba alakítják, és azok a fehérjék, amelyek elpusztítják a filamentumokat vagy számuk növekedését okozzák, a polimerek átlagos hosszának csökkentésével feloldják a gélt, ami nem jár a keresztkötések számának növekedésével: a gél feloldódik amikor a keresztkötések eloszlási sűrűsége a gélpont által meghatározott szint alá csökken. A miozin kölcsönhatásba léphet a géllel és összehúzódhat. A gélek elmélete hasznosnak bizonyul a különböző osztályú aktint kötő fehérjék tulajdonságainak összehasonlításában, valamint a kutatási módszerek és funkcióik kidolgozásában. Nem szabad megfeledkezni arról, hogy a gélek elmélete csak az izotrop struktúrákat veszi figyelembe, és maga nem veszi figyelembe az adott rendszerek topológiai jellemzőit. Amint az kiderül. továbbá a citoszkeleton topológiája rendkívül fontos jellemzője, amelyet a gélek elmélete még nem tud megjósolni.
A fehérjék kémiai vizsgálatának eredményeinek értelmezéséhez részletes ismeretekre van szükség a sejten belüli állapotokról, ideértve a vizsgált folyamatokkal kapcsolatos összes fehérje pontos sztöchiometriáját és az olyan szabályozó tényezőket, mint a pH, a pCa. a nukleotidok koncentrációja, és nyilván a szomszédos membránok foszfolipid-összetétele is. Egy olyan helyzetben, amikor a fehérjék hatékonyan "kiválthatják" a hirtelen kooperatív átmenet jellemzőit hordozó jelenségeket az 1: 500 sztöchiometriában, a kvantitatív előrejelzések nyilvánvalóan kétségesek.
Tanulmánya kémiai összetétel a miofibrillumok azt mutatták, hogy a vastag és vékony szálak csak fehérjékből állnak.
A vastag szálak fehérjéből készülnek miozin.A miozin egy nagyon 500 kDa molekulatömegű fehérje, amely két nagyon hosszú polipeptidláncot tartalmaz. Ezek a láncok kettős spirált alkotnak, de az egyik végén ezek az izzószálak elválnak egymástól és gömb alakú képződést - gömb alakú fejet alkotnak. Ezért a miozin molekulában két részt különböztetünk meg - a gömb alakú fejet és a farokot. A vastag szál körülbelül 300 miozinmolekulát tartalmaz, és 18 miozinmolekula található a vastag szál keresztmetszetén. A vastag szálakban lévő miozin molekulák összefonódnak a farkukkal, és a fejük szabályos spirálban áll ki a vastag szálból. A miozinfejekben két fontos terület (központ) van. Egyikük katalizálja az ATP hidrolitikus hasítását, vagyis megfelel az enzim aktív központjának. A miozin ATPáz-aktivitását először Engelhardt és Lyubimova orosz biokémikusok fedezték fel. A miozinfej második szakasza az izom összehúzódása során biztosítja a vastag szálak és a vékony szálak fehérjéjének összekapcsolását. aktin. A finom szálak három fehérjéből állnak: aktin, troponinés tropomiozin.
A finom szálak fő fehérje az aktin.Az aktin gömb alakú fehérje, amelynek molekulatömege 42 kDa. Ennek a fehérjének két fontos tulajdonsága van. Először is, nagy polimerizációs képességet mutat hosszú láncok, ún fibrilláris aktin(összehasonlítható egy gyöngysorral). Másodszor, amint azt már megjegyeztük, az aktin megkötődhet a miozinfejekhez, ami keresztirányú hidak vagy tapadások kialakulásához vezet a vékony és vastag szálak között.
A vékony filamentum alapja két fibrilláris aktinlánc kettős spirálja, amely körülbelül 300 molekula globuláris aktint tartalmaz (mint két kettős spirálba sodort gyöngyszál, mindegyik gyöngy megfelel a globuláris aktinnak).
A finom szálak másik fehérje - tropomiozin- szintén kettős spirál alakú, de ezt a spirált polipeptidláncok alkotják, és mérete sokkal kisebb, mint az aktin kettős spirál. A tropomiozin a fibrilláris aktin kettős spiráljának hornyában található.
A finom szálak harmadik fehérje az troponin- a tropomiozinhoz kapcsolódik és rögzíti helyzetét az aktin barázdában, amelynél a miozinfejek és a vékony szálak gömb alakú aktin molekuláinak kölcsönhatása blokkolva van.
5. Technológiai módszerek a hús érésének felgyorsítására
Az állat életének (szintézisének) befejezése után a húsban olyan változások komplexe következik be, amelyekre az enzimek hatással vannak. A szövetek önbomlása a szövetek enzimjeinek hatására kezdődik. Ezt a folyamatot autolízisnek nevezzük. Ebben az esetben az izom, a kötőszövet és a zsírszövet változásokon megy keresztül. A tárolás során az izomszövetben bekövetkező változások befolyásolják a hús minőségét.
Az állat élete során az izomszövet fő funkciója a motor, amelynek eredményeként a kémiai energia mechanikai energiává alakul. Ezek a komplex átalakulások biokémiai, fiziológiai, fizikai és termodinamikai folyamatok révén mennek végbe.
A biokémiai aspektust a fehérjék, elsősorban a miozin és az aktin (a fehérjék 80% -a) miofibrillusainak változásai fejezik ki. Az összehúzódással a fibrilláris aktin kombinálódik a miozinnal. Erős aktomiozin komplex képződik, amelyben egy miozin molekulánként 2-3 aktin molekula található.
Az összehúzódás energetikai mechanizmusa az ATP hasítása során keletkező szabad energia változásában áll. Az ATP aktivitását a miozin fehérje birtokolja, amely az ATP bomlásakor aktinnal kombinálva aktinomiozin komplexet alkot, azaz van egy szigorú mortis folyamata. Ebben az esetben a miozin nemcsak fehérje, hanem egyfajta enzim is.
A saját húsérés fázisát az izomglikogén intenzív lebontása és a tejsav felhalmozódása, valamint kémiai összetételének változása jellemzi, de a rigor mortis bekerül az autolízis folyamatába.
A rigor mortis jellegzetes jellemzője az izomszövet víztartó képességének csökkenése, amelynek következtében mindig megfigyelhető az izomlé elválasztása. Által külső jelek a zsibbadt hús nagyobb rugalmassággal rendelkezik, hőkezelés során - túlzott merevség, és a nedvességtartó képesség csökkenése miatt kevésbé lédús lesz. Merevség állapotában az izmok kevésbé érzékenyek a proteometrikus enzimek hatására, a hús pedig kevésbé emészthető.
A tejsav, a foszforsav és más savak húsban történő felhalmozódása következtében a hidrogénionok koncentrációja megnő, ennek eredményeként a rigor mortis végére a pH 5,8-5,7-re, néha még alacsonyabbra csökken. Savas környezetben az ATP és a foszforsav bomlása során a szervetlen foszfor részleges felhalmozódása következik be.
Az érési szakasz nagyban meghatározza a fizikai-kolloid folyamatok lefolyásának intenzitását és az izomrostok mikrostrukturális változásait. Okok komplexusának eredményeként (a proteometrikus enzimek hatása, autolitikus bomlástermékek képződése, savas környezet) az izomrostok lebomlása következik be. A mély bomlás már mély autolízisről tanúskodik, amely gyakrabban figyelhető meg, ha a hús romlik. A rigor mortis-től az érésig tartó zökkenőmentes átmenet fázisában a hús megpuhul, elernyed, megjelenik az érzékenység, ami azt jelenti, hogy az emésztőrendszer nedvei szabadon behatolnak a szarkoplazmába, ami javítja a hús emészthetőségét és asszimilálhatóságát.
A hússzövetek gyengédsége, ahol sok a kötőszövet, nem túl nagy, a fiatal állatok húsa pedig gyengédebb, mint az öregeké.
A hőmérséklet emelkedésével (legfeljebb 30 0 С), valamint a hús hosszabb ideig tartó (20-26 napos) expozícióval alacsony pozitív hőmérsékleten (2-4 0 С) az érés enzimatikus folyamata annyira elmélyül, hogy a húsban a fehérje lebontásának mennyisége jelentősen megnő kis peptidek és szabad aminosavak formájában. Ebben a szakaszban a hús barna színt kap, megnő az amin és az ammónia nitrogén mennyisége, a zsírok észrevehető hidrolitikus bomlása következik be, ami negatívan befolyásolja a hús táplálkozási tulajdonságait és a hús megjelenését.
A hús érésének felgyorsításához, amely javítja annak minőségét, különféle feldolgozási módszereket alkalmaznak, beleértve az enzimeket és az antibiotikumokat.
Tanulmányok azt is kimutatták, hogy a hús felületkezelése (oldatba merítéssel vagy por permetezésével) nem működik jól.
Jó eredményeket érhetünk el a hús erjesztésével, fagyasztva szárítás után egyidejűleg.
Az enzimatikus készítményt a konzervekhez adják, hogy jobb minőségű termékeket nyerjenek. Javasoljuk, hogy a készítményeket adják az alacsonyabb fokozatú kolbászokhoz.
Az enzimatikus készítményekkel feldolgozott hús legyen kinézet, színe, aromája nem különbözik a nem enzimatikusaktól, és az íze - lágyabbnak kell lennie, keserű íz nélkül, amelyet az enzimek mély fehérjebontási termékei okoznak.
