160. Важнейшие белки миофибрилл: миозин, актин, актомиозин, тропомиозин, тропонин, актинин. Молекулярная структура миофибрилл.

В настоящее время белкимышечной тканиделят на три основные группы: саркоплазматические, миофибриллярные ибелкистромы. На долю первых приходится около 35%, вторых – 45% и третьих – 20% от всего количества мышечногобелка. Эти группыбелковрезко отличаются друг от друга порастворимостивводеи солевых средах с различной ионной силой.

К группе миофибриллярных белков относятсямиозин,актини актомиозин –белки, растворимые в солевых средах с высокой ионной силой, и так называемыерегуляторные белки: тропомиозин, тропонин, α- и β-актинин, образующие в мышце сактомиозиномединый комплекс. Перечисленные миофибриллярныебелкитесно связаны с сократительной функцией мышц.

Миозинсоставляет 50–55% от сухой массы миофибрилл. Представление омиозинекак о главномбелкемиофибрилл сложилось в результате работ А.Я. Данилевского, О. Фюрта, Э. Вебера и ряда других исследователей. Однако всеобщее внимание кмиозинубыло привлечено лишь после опубликования работ В.А. Энгельгардта и М.Н. Любимовой (1939– 1942). В этих работах впервые было показано, чтомиозинобладает АТФазнойактивностью, т.е. способностью катализировать расщеплениеАТФнаАДФи Н₃РО₄. Химическая энергияАТФ, освобождающаяся в ходе данной ферментативнойреакции, превращается в механическую энергию сокращающейся мышцы.Молекулярная массамиозинаскелетных мышц около 500000 (длямиозинакролика 470000).Молекуламиозинаимеет сильно вытянутую форму, длину 150 нм. Она может быть расщеплена без разрываковалентных связейна субъединицы: две тяжелые полипептидные цепи с мол. массой 205000–210000 и несколько коротких легких цепей, мол. масса которых около 20000. Тяжелые цепи образуют длинную закрученную α-спираль («хвост»молекулы), конец каждой тяжелой цепи совместно с легкими цепями создает глобулу («головка»молекулы), способную соединяться сактином. Эти «головки» выдаются из основного стержнямолекулы. Легкие цепи, находящиеся в «головке» миозиновоймолекулыи принимающие участие в проявлении АТФазнойактивностимиозина, гетерогенны по своему составу. Количество легких цепей вмолекулемиозинау различных видов животных и в разных типах мышц неодинаково. Кратковременная обработкатрипсиномрасщепляетмолекулумиозинана два фрагмента. Из хвостового участка (С-концевой участокмолекулы) образуется легкий меромиозин (ЛММ) - фрагмент длиной 90 нм, а из остальной части, включающей «головки»,- тяжелый меромиозин (ТММ). ЛММ, подобномиозину, образует нити, однако он не обладает АТФазнойактивностьюи не связываетактин. ТММ катализируетгидролизАТФи связываетактин. ТММ можно расщепить далее путем более длительной обработкитрипсиномилипапаином, в результате чего получается один S2-фрагмент длиной 40 нм с мол. массой 62000 и два S1-фрагмента с мол. массой 110000, представляющие собой «головки»миозина. Толстые нити (толстые миофиламенты) в саркомере надо понимать как образование, полученное путем соединения большого числа определенным образом ориентированных в пространствемолекулмиозина

Актин, составляющий 20% от сухой массы миофибрилл, был открыт Ф. Штраубом в 1942 г. Известны две формыактина: глобулярныйактин(G-актин) и фибриллярныйактин(F-актин).МолекулаG-актина с мол. массой 42000 состоит из одной полипептидной цепочки (глобула), в образовании которой принимают участие 374 аминокислотных остатка. При повышении ионной силы до физиологического уровня G-актин полиме-ризуется в F-актин (фибриллярная форма). На электронныхмикрофотографияхволокна F-актина выглядят как две нити бус, закрученных одна вокруг другой.

Актомиозин образуется при соединениимиозинас F-актином. Актомиозин, как естественный, так и искусственный, т.е. полученный путем соединения in vitro высокоочищенных препаратовмиозинаи F-актина, обладает АТФазнойактивностью, которая отличается от таковоймиозина, АТФазнаяактивностьмиозиназначительно возрастает в присутствии стехиометрических количеств F-актина.ФерментактомиозинактивируетсяионамиMg²⁺и ингибируется этилендиаминтетраацетатом (ЭДТА) и высокойконцентрациейАТФ, тогда как миозиноваяАТФазаингибируетсяионамиMg^2+,активируетсяЭДТАи не ингибируется высокойконцентрациейАТФ. Оптимальные значения рН для обоихферментовтакже различны. Как отмечалось, кроме рассмотренных основныхбелков, в миофибриллах содержатся также тропомиозин, тропонин и некоторые другие ре-гуляторныебелки.

Тропомиозинбыл открыт К. Бейли в 1946 г.Молекулатропомиозина состоит из двух α-спиралей и имеет вид стержня длиной 40 нм; его мол. масса 65000. На долю тропомиозина приходится около 4–7% всехбелковмиофибрилл.

Тропонин–глобулярный белок, открытый С. Эбаси в 1963 г.; его мол. масса 80000. В скелетных мышцах взрослых животных и человека тропонин (Тн) составляет лишь около 2% от всех миофибриллярныхбелков. В его состав входят три субъединицы (Тн-I, Тн-С, Тн-Т). Тн-I (ингибирующий) может ингибировать АТФазнуюактивность, ТН-С (кальцийсвязывающий) обладает значительным сродством кионамкальция, Тн-Т (тропомиозин-связывающий) обеспечивает связь с тропомиозином. Тропонин, соединяясь с тропомиозином, образует комплекс, названный нативным тропомиози-ном. Этот комплекс прикрепляется к актиновым филаментам и придаетактомиозинускелетных мышц позвоночных чувствительность кионамСа²⁺Установлено, что тропонин (его субъединицы Тн-Т и Тн-I) способен фосфорилироваться при участии цАМФ-зависимыхпротеинкиназ. Вопрос о том, имеет ли отношениефосфорилированиетропонина in vitro к регуляции мышечного сокращения, остается пока открытым.

Белки стромы в поперечно-полосатой мускулатуре представлены в основномколлагеномиэластином. Известно, что строма скелетных мышц, остающаяся после исчерпывающейэкстракциимышечной кашицы солевымирастворамис высокой ионной силой, состоит в значительной мере из соединительнотканных элементов стеноксосудови нервов, а также сарколеммы и некоторых других структур.

Миофибриллы - цилиндрические нити толщиной 1 - 2 мкм, идущие вдоль от одного концамышечного волокнадо другого. Изолированная миофибрилла способна сокращаться в присутствииАТФ, именно она и есть сократимый элементмышечной клетки. ократимые единицы миофибрил легко различимы в световом микроскопе, именно они обусловливают полосатостьскелетных мышц. Каждая из таких единиц -саркомеров- имеет длину около 2,5 мкм. Границы саркомеров в соседних миофибриллах совпадают, поэтому всямышечная клеткаприобретает регулярную исчерченность. Каждый саркомер состоит из множества параллельных белковыхфиламентов(нитей). Существуют филаменты двух типов -толстые(длиной около 1,6 мкм м толщиной 15 нм), которые тянутся от одного края А-диска до другого, итонкие(длиной около 1 мкм и толщиной 8 нм), которые идут от Z-линии через I-диск и заходят в А-диск в промежутки между толстыми филаментами. На участке А-диска, содержащем перекрывающиеся тонкие и толстые филаменты, толстые филаменты расположены в виде регулярной гексагональной системы, причем каждый толстый филамент окружен тонкими, тоже расположенными регулярно. При помощи электронного микроскопа удалось увидеть на толстых филаментах множество боковых отростков, образующих поперечные мостики между толстыми филаментами и расположенными на расстоянии 13 нм от них тонкими филаментами. В настоящее время известно, что при сокращении мышцы толстые и тонкие нити перемещаются относительно друг друга именно с помощью этих поперечных мостиков, которые работают циклично. Взаимодействующие белки толстых и тонких филаментов были выделены и получили названия соответственномиозиниактин. Кроме них, в миофибриллах имеется еще целый ряд вспомогательных белков. Предполагается, что белокальфа-актининобеспечивает надлежащую упаковку филаментов всаркомере, адесминсвязывает между собой соседние саркомеры.