Вопрос №163

Теория скользящих нитей как модель механизма мышечного сокращения. Энергия сокращения.

Во время сокращения (укорочения) саркомера длина тонкого и толстого филаментов не меняется. Поступление электрического импульса приводит к выделению значительного количества ионов Са2+ в саркоплазму. После этого ионы Са2+ связываются с тропонином, который начинает процесс сокращения, «поднимая» молекулы тропомиозина с активных участков актиновых филаментов.

Миозин в покое неактивен, так как на его головке находится отрицательно заряженный комплекс Mg, ATФ, не позволяющий белку проявлять АТФ-азные свойства. После поступления ионов Са2+ происходит нейтрализация заряда на головке, что приводит миозин в возбужденное состояние. После этого миозиновые головки начинают прикрепляться к активным участкам актинового филамента.

Когда миозиновая головка толстого филамента прикрепляется к тонкому филаменту, между толстым и тонким филаментами образуется поперечный мостик. При взаимодействии с актином каждая миозиновая молекула ежесекундно гидролизует до 10 молекул АТФ. За счет энергии, высвобождающейся при расщеплении АТФ, миозиновая головка поворачивается, что приводит к скольжению толстого и тонкого филаментов относительно друг друга. В конце гребка (поворота) к миозиновой головке присоединяется новая молекула АТФ, что приводит к отделению головки от актина и присоединению к новому активному участку тонкого филамента до тех пор, пока миозиновые головки не достигнут Z-диска. Так как при сокращении саркомера расстояние между Z-дисками уменьшается, происходит уменьшение его длины. Одновременное сокращение всех саркомеров приводит к уменьшению длины миофибриллы и мышечного волокна. Ввиду того, что саркомер представляет собой не плоскую, а объемную структуру, при его сокращении происходит не только уменьшение его длины, но и увеличение его поперечного сечения (когда тонкие нити втягиваются в толстые), поперечного сечения мышечных волокон и всей мышцы.

Прекращение нервного импульса приводит к расщеплению ацетилхолина и разрыву поперечных мостиков между актином и миозином. Благодаря действию «кальциевого насоса» ионы Са2+ возвращаются в саркоплазматический ретикулум, актин и миозин инактивируются, длина саркомера возвращается к исходному значению. Мышца расслабляется. Мышечное сокращение может продолжаться до тех пор, пока не истощатся запасы ионов кальция. Затем они снова перекачиваются в саркоплазматический ретикулум посредством активной системы «кальциевого насоса». Следует отметить, что для осуществления этого процесса необходима энергия АТФ.

Кроме участка для прикрепления к тонкому филаменту, миозиновая головка содержит участок, в котором локализуется АТФ. Освобождающая вследствие реакции гидролиза (расщепления АТФ) энергия используется для прикрепления миозиновой головки к тонкому филаменту, а после осуществления поворота головки – для отделения миозиновой головки от тонкого филамента.

Источники энергии следующие.

1. Специальные реакции субстратного фосфорилирования.

2. Гликолиз, гликогенолиз.

3. Окислительное фосфорилирование.

Вопрос №166

Биохимия межклеточного матрикса. Структура и функции, биосинтез коллагена. Типы коллагенов. Структура и функции эластина.

Соединительные ткани - ткани, у которых мало клеток и много межклеточного вещества = межклеточного матрикса. Они составляют около 50% всех тканей.

Клетки: фибробласты, остеобласты, хондробласты...

Межклеточный матрикс (состоит из четырех компонентов):

1. коллагеновые волокна

Коллаген - основной белок соединительной ткани (КГБ - коллагеновый белок)

Функция:

• придание нерастяжимости

• прочность на разрыв

2. эластин

Функция:

• эластичность ткани

• растяжимость

3. протеогликаны (ПГ) и гликозаминогликаны (ГАГ)

Функция:

• рессорная (амортизационная)

• защитная

4. неколлагеновые белки гликопротеиновой природы (НКБ)

1. фибронектин - адгезивный белок - соединяет компоненты межклеточного маткрикса

2. интегрин - рецепторный белок - соединяет клетки с компонентами межклеточного матрикса

Функции межклеточного матрикса:

• участвует в пролиферации и дифференциации клеток

• соединяет клетки между собой в растяжимых органах

• образует "каркас" органов

• придает тканям прочность.

Коллаген - 30% от всех белков организма.

Существует 19 типов коллагена в зависимости от тканей:

• I - связки, сухожилия, кости, зубы, кожа

• II - хрящевая ткань

• III - сосуды. кожа эмбриона

• IV - базальная мембрана

• и т.д.

Коллагеновое волокно состоит из фибрилл. Фибрилла - из микрофибрилл. Микрофибрилла - из тропоколлагенов, которые соединены друг за другом на расстоянии 34 нм, а в соседних участках смещены на 1/4. Это придает коллагеновому волокну прочность на разрыв.

Тропоколлаген состоит из трех ппц - α₁ и α₂ четырех типов. Каждая цепь закручена влево, а потом между собой закручена в правую суперспираль. Это придает нерастяжимость.

Следовательно, тропоколлаген - структурная единица коллагенового волокна.

Состав коллагенового волокна:

1. каждая третья аминокислота - глицин (т.к. только ее маленький радикал может поместиться внутри тройной спирали);

2. содержит гидроксипролин (ПроОН) - образует водородные связи внутри спирали, стабилизируя ее;

3. гидроксилизин - участвует в образовании прочной ковалентной связи между отдельными тропоколлагенами → дополнительная прочность и нерастяжимость.

Биосинтез коллагена осуществляется в основном фибробластами. Проходит в 4 этапа:

1. синтез препро-α-цепей

2. внутриклеточные модификации

3. секреция

4. внеклеточные модификации.