Молекулярная структура миофибрилл. Структура и функция основных белков миофибрилл миозина, актина, тропомиозина, тропонина.

В мышечной клетке имеются миофибриллы — особым образом организованные пучки белков, располагающиеся вдоль клетки. Миофибриллы, в свою очередь, построены из белковых нитей

(филаментов) двух типов — толстых и тонких. Основным белком толстых нитей является миозин, а тонких — актин. Миозиновые и актиновые нити — главный компонент всех сократительных систем.

Электронно-микроскопическое изучение поперечных и продольных срезов мышц обнаружило строго упорядоченное расположение миоэиновых и актиновых нитей в миофибрилле. Функциональной единицей миофибриллы является саркомер — участок миофибриллы (длиной 2,5 мкм) между двумя Z-пластинками.

Саркомер включает пучок миозиновых нитей, серединой прикрепленных к М-пластинке (М-линия), и пучки актиновых нитей, прикрепленных к Z-пластинкам. Многие сотни саркомеров образуют миофибриллу.

Чередование в миофибрилле участков, содержащих толстые нити, с участками, содержащими тонкие нити (A-диски и I-диски), создает поперечную полосатость мышц.

Саркоплазма, вмещающая миофибриллы, пронизана между ними сетью цистерн и трубочек

эндоплазматического (саркоплазматического) ретикулума, а также системой поперечных трубочек, которые тесно контактируют с саркоплазматическим ретикулумом, но не сообщаются с ним.

СТРОЕНИЕ МИОЗИНОВЫХ НИТЕИ

Миозиновые нити образованы белком миозином. Миозин составляет почти половину всех белков скелетной мышцы. Молекула миозина содержит две идентичные тяжелые полипептидные цепи (молекулярная масса каждой 200 ООО) и четыре легкие цепи (молекулярная масса около 20 ООО). Каждая тяжелая цепь на большой части длины с С-конца имеет конформацию а-спирали, и обе спирали скручены друг с другом; эта часть молекулы имеет форму палочки. Противоположные концы каждой цепи (N-концы) имеют глобулярную форму, образуя ≪головки≫ молекулы. К каждой из головок нековалентно

присоединены по две легкие цепи.

Миозин катализирует гидролиз АТФ; это было установлено Энгельгардтом и Любимовой в 1939 г. Энергия гидролиза используется для сокращения мышцы. Значительно позднее выяснилось, что каталитический активный центр локализован в головках молекулы миозина. Открытие АТФазной активности миозина в высокой степени стимулировало исследования мышечного сокращения, поскольку

было первым прямым указанием на источник энергии для сокращения и на роль миозина в использовании этой энергии.

Палочкообразные хвосты молекул миозина могут соединяться друг с другом продольно, образуя пучки; головки выступают на поверхности пучка, выстраиваясь вокруг него по спирали. В области М-линии пучки стыкуются ≪хвост к хвосту≫. Так получаются миозиновые нити саркомера, каждая из которых содержит около 400 молекул миозина.

СТРОЕНИЕ АКТИНОВЫХ НИТЕЙ

В состав актиновых нитей входят белки актин, тропомиозин и тропонин. Основу нитей составляют молекулы актина. Актин — это глобулярный белок с молекулярной массой 43 ООО и шарообразными молекулами диаметром около 5 нм; такая форма актина называется G-актин (глобулярный актин). G-актин содержится и во многих немышечных клетках.

Молекулы G-актина могут нековалентно соединяться, образуя фибриллярный актин — F-актин. Форма молекул F-актина напоминает две нитки бус, скрученные друг с другом. В мышечных клетках весь актин находится в форме F-актина.

К F-актину могут присоединяться головки миозина, причем на каждой молекуле G-актина в F-актине есть центр связывания миозина. В результате такого взаимодействия в сотни раз увеличивается АТФазная активность миозина. Соединение F-актина с миозином называют актомиозином. Образование связей между миозиновыми и актиновыми нитями в саркомере имеет важное значение в процессе сокращения мышцы.

Молекулы другого белка актиновых нитей — тропомиозина — имеют форму палочек длиной 40 нм. Они располагаются вблизи желобков спиральной ленты F-актина, вдоль нее, причем каждая молекула тропомиозина соединена с семью молекулам G-актина, а концами примыкает к соседним молекулам тропомиозина.

Третий белок актиновых нитей — тропонин — имеет глобулярную форму; он построен из трех разных субъединиц. Тропонин нековалентно связан с тропомиозином и с актином; на каждую молекулу тропомиозина приходится одна молекула тропонина. Одна из субъединиц тропонина содержит Са-связывающие центры: эта субъединица по строению сходна с кальмодулином.

Тонкие нити прикреплены к Z-пластинкам, которые тоже представляют собой белковые структуры. Содержание миозина, актина, тропомиозина и тропонина в миофибриллах равно примерно 55, 25, 15 и 5 % соответственно

Б.33