Регуляторные пептиды мышц

В скелетных мышцах кроме адениловых нуклеотидов (АТФ, АДФ, АМФ), креатинфосфата, креатина содержатся и другие небелковые азотистые вещества — дипептиды карнозин (β-аланил-гистидин) и ансерин (N-метилкарнозин). Это имидазолсодержащие дипептиды. Синтезируются из конечного продукта распада пиримидиновых нуклеотидов — β-аланина.

Основные функции этих соединений:

1) активируют Na⁺,К⁺-АТФазу,

2) увеличивают амплитуду мышечного сокращения, предварительно сниженную утомлением.

Энергетика мышц обеспечивается наличием АТФ.

1. Мышца потребляет огромное количество энергии. В мышцах небольшой расходный фонд АТФ, он поддерживает сократительную активность всего лишь на протяжении доли секунды, т.е. используется менее чем за 1 сек после стимуляции. Гидролиз АТФ катализирует миозин-АТФ-аза.

Далее потребности работающей мышцы в АТФ удовлетворяются:

2. В мышцах богатые энергией фосфатные связи запасаются в виде креатинфосфата. У человека в состоянии покоя в мышцах креатинфосфата в 3-5 раз больше, чем АТФ. Резерв креатинфосфата используется креатинкиназой (КФК) и расходуется в течение нескольких секунд. Фермент быстро регенерирует АТФ за счет переноса фосфатной группы с креатинфосфата на АДФ. Креатинфосфат в термодинамической шкале стоит выше АТФ, поэтому при участии креатинкиназы может происходить перенос фосфата от креатинфосфата к АДФ:

В спокойном состоянии креатинфосфат вновь синтезируется из креатина – фосфат присоединяется по гуанидиновой группе креатина (реакция обратима). Креатин синтезируется в печени, поджелудочной железе и почках, накапливается в основном в мышцах. Здесь креатин медленно циклизуется за счет неферментативной реакции с образованием креатинина, который через почки удаляется с мочой.

ПОВТОРИМ СИНТЕЗ КРЕАТИНА: Синтез креатина рассматривают как один из неспецифических дополнительных путей уборки NH₃ (использование в процессах биосинтеза). Таким путём удаляется до 5% азота. В синтезе участвуют почки, печень.

1) В почках:

NH₂–CH–COOH трансфераза NH₂–CH–COOH NH–CH₂–COOH

| + NH₂–CH₂–COOH | + |

(СН₂)₃-NH-С-NH₂ глицин (СН₂)₃-NH₂ С=NH

|| орнитин | гликоциамин

аргинин NH NH₂

2) Гликоциамин поступает в печень, где метилируется до креатина

NH–CH₂–COOH Н₃С–N–CH₂–COOH

| |

С=NH S-аденозил- С=NH креатин – поступает в мышцы, миокард, мозг,

| метионин | где может фосфорилироваться киназой (АТФ).

N H₂ NH₂

АТФ

Н₃С–N–CH₂–COOH киназа

| АДФ

С=NH

| Н₃С–N–CH₂–CO

NH~Р |

К реатинфосфат HN=С–NH Креатинин

3. Образование инозинмонофосфата [ИМФ]. Другим источником быстрого восстановления уровня АТФ является конверсия АДФ в АТФ и АМФ, катализируемая аденилаткиназой (миокиназой). Образовавшийся АМФ за счет дезаминирования частично превращается в ИМФ, что сдвигает реакцию в нужном направлении.

В работающей мышце запас креатинфосфата быстро истощается, следова­тельно, снижается и содержание АТФ. При этом возрастает концентрация АДФ и Ф_н, а также уровень АМФ при участии миокиназы. Накопление АМФ, АДФ приводит к стимуляции гликолиза, ЦТК и окислительного фосфорилирования, что обеспечивает восстановление резервов АТФ и креатинфосфата.

4. Анаэробный гликолиз. В мышечной ткани наиболее долгосрочный энерге­тический резерв – гликоген. В покое содержание гликогена составляет до 2% от массы мышц. Под действием фосфорилазы гликоген легко расщеп­ляется с образованием глюкозо-6-фосфата, который по пути гликолиза превращается в пируват. При большой потребности в АТФ и недостаточ­ном поступлении О₂ идёт анаэробный гликолиз и пируват восстанавлива­ется ЛДГ в лактат, который диффундирует в кровь и поступает в печень для глюконеогенеза – снова образуется глюкоза с затратой АТФ (цикл Кори).

Образование лактата временно заменяет аэробный метаболизм глюкозы и частично переносит метаболический груз работающих мышц в печень. После нагрузки печень довольно быстро метаболизирует лактат, на следующий день мышцы болят вовсе не из-за него. Почему? См в библиотеке учеб. пособие кафедры «Трудные вопросы биохимии» Том 1.

5. Окислительное фосфорилирование. В аэробных условиях образующийся пируват и НАДН поступают в митохондрии, где окисляются. Окислительное фосфорилирование – наиболее эффективный и постоянно действующий путь синтеза АТФ. Наряду с глюкозой, образующейся при расщеплении мышечного гликогена, для синтеза АТФ используются и другие "энергоносители", присутствующие в крови: глюкоза крови, жирные кислоты и кетоновые тела.

В состоянии покоя наибольшее количество глюкозы потребляется головным мозгом, при физической работе – мышцами. При голодании энер­гетическим резервом организма могут служить белки мышц. Они гидроли­зуются до аминокислот, которые поступают в печень, где преобразуются в пируват, промежуточные продукты ЦТК – ацетоацетил-КоА и ацетил-КоА, которые окисляются в ЦТК или включаются в глюконеогенез.