Креатинфосфатный челнок

В работе креатинфосфатного челнока участвуют креатинфосфат, креатин и изоформы фермента креатинфосфокиназы (КФК). Синтез креатина в основном происходит в печени из 3 АК: аргинин, глицин и метионин. Из печени креатин с током крови поступает в мышечную ткань, а также в нервную ткань.

Образованная, в процессе окислительного фосфорилирования, АТФ переносится АТФ/АДФ-транслоказой через внут­реннюю мембрану митохондрий.

· В межмембранном пространстве митохондрий АТФ с участием и митохондриальной креатинкиназы фосфорилирует креатин в креатинфосфат: АТФ + креатин → АДФ + креатинфосфат

· Затем креатинфосфат направляется к миофибриллам (или к другим местам потребления энергии).

· Под действием креатинкиназы миофибрилл креатинфосфат фосфорилирует АДФ в АТФ: АДФ + креатинфосфат → АТФ + креатин

· Образующийся креатин снова возвращается к митохондриям и цикл повторяется.

Работа креатинфосфатного челнока предотвра­щает быстрое истощение запасов АТФ в мышце. Это происходит благодаря тому, что:

1. в креатинфосфате создается запас макроэргических связей;

2. креатинфосфат меньше АТФ и по этому он гораздо подвижнее. Он гораздо быстрее доставляет энергию от митохондрий к работающей миофибрилле, чем АТФ (скорость примерно на три порядка выше). При этом, скорость доставки энергии с помощью креатинфосфата заведомо превышает максимльную скорость ее использования.

Существует несколько изоферментов КФК не толь­ко в разных органах, но и в одной и той же клетке. В ча­стности, в мышечных клетках идентифицированы четы­ре изофермента — в митохондриях, миофибриллах, мембранах саркоплазматического ретикулума, а также в комплексе с мембранными транспортными белками.

Кф-путь возникает в миокарде только после рождения, когда резко возрастает нагруз­ка на сердце. У многих беспозвоночных функцию Кф выполняет другой фосфаген - аргининфосфат.

Мышцы, характеризующиеся высокой потребностью в кисло­роде в связи с длительным состоянием сокращения (например, для поддержания определенной позы), обладают способностью резервировать кислород вмиоглобине. Поскольку кислород связы­вается в миоглобине с гемом, мышцы, содержащие миоглобин, окрашены в красный цвет в отличие от не содержащих его белых скелетных мышц.

Характеристика быстрых и медленных скелетных мышц

Показатели	Быстрая ске­летная мыш­ца	Медленная скелетная мышца
Активность миозиновой АТФазы Утилизация энергии Цвет Миоглобин Частота сокращений Длительность сокраще­ний	Высокая Высокая Белый Нет Высокая Малая	Низкая Низкая Красный Есть Низкая Большая

МИОФИБРИЛЛА

Миофибрилла — это ци­линдрическое образование толщиной 1-2 мкм, простирающиеся на всю длину мышечного волокна. Миофибрилла состоит из нескольких сократительных белков.

Состав миофибриллы

Миозин - асимметричный гексамер с мол. мас­сой 460кДа, состоит из 2 тяжелых (мол. масса 200кДа) и 4 легких (L) (мол. масса 15-27кДа) цепей. Миозин имеет фибриллярную и глобулярную часть. Фибриллярная часть образована двойной α-суперспиралью тяжелых цепей, имеет длину 150 нм. Свободный конец фибриллярной части, за счет карбоксильных групп, заряжен отрицательно. Глобулярная часть состоит из 2 глобуляр­ных «головок» (G), каждая из которых содержит 2 легкие цепи и глобулярную часть 1 тяжелой цепи. Глобулярные «головки», за счет аминогрупп, имеют положительный заряд. У скелетных мышц глобулярные головки миозина обладают АТФ-гидролизующей (АТФ-азной) активностью.

G-актин - мономерный (глобулярный) белок с молекулярной массой 43000Да. При физиологической величине рН и в присутствии магния G-актин нековалентно полимеризуется с обра­зованием F-актина, нерастворимого двойного спирального филамента, толщиной в 6—7 нм. G- и F-актин не обладают каталити­ческой активностью.

На поверхности F-актина че­рез каждые 35,5 нм (38,5 нм) располагаются минорные белки: тропомиозин и тропонины Т, I и С. Тропомиозин имеется во всех мышцах, а тропонины есть только в поперечнополосатых мышцах.

Тропомиозин - белок, состоящий из двух а и р цепей, который располагается в щели между двумя полимерами F-актина.

Тропонины – глобулярные белки, которые образуют тропониновую систему.

Тропонин I (TпI) ингибирует взаимодействие между F-актином и миозином и также связывается с другими ком­понентами тропонина.

Тропонин С (ТпС) — кальций-связывающий белок с массой 17000Да, он может связывать 4 Са²⁺, его строение и свойства аналогичны кальмодулину.

Тропонин Т (ТпТ) как и другие тропонины, связывается с тропомиозином.

α-Актинин – белок, который образует в миофибрилле Z-диск.

Строение миофибриллы

Миофибрилла состоит из одинаковых повторяющихся элементов - саркомеров.

Саркомер - функциональная единица миофибриллы, он имеет длину от 1500 до 2300 нм.

Ø Саркомер ограничен с двух сторон Z-дисками, образованные α-актинином.

Ø К Z-дискам присоединены «тонкие» филаменты. Тонкие филаменты гладких мышц образованы F-актином и тропо­миозином, а поперечнополосатых - F-актином, тропо­миозином и тропонинами Т, I и С. Диаметр тонких филаментов составляет около 6 нм.

Ø В центре саркомера, между «тонкими» филаментами, расположены «толстые» филаменты. «Толстые» филаменты имеют диаметр около 16нм, они образованы молекулами миозина. На поверхности «толстого» филамента с промежутками в 14 нм расположены головки миозина, с помощью которых «толстые» филаменты взаимодействуют с актином «тонких» филаментов. В центре «толстых» филаментов на участке в 150 нм миозиновых головок нет.

Каждый «тонкий» филамент занимает симме­тричное положение между тремя толстыми филаментами, а каждый «толстый» филамент симметрично окружен шестью «тонкими» филаментами

Схема тонкого филамента. Показана пространственная конфигурация трех главных белковых компонентов: актина, тропомиозина и тропонина (по Р. Марри, 1993).

.

В скелетной мышечной ткани мышечные волокна выстраивается таким образом, что саркомеры миофибрилл ра­сполагаются параллельно. При этом на срезах наблюдается правильное че­редование светлых и темных участков, благодаря которым скелетные мышцы называют поперечнополосатыми.

Темный участок – называется диск А (анизотропная зона), он образован «толстыми» нитями миозина. Его размер постоянен.

Центральная область диска А - называется зона Н, она выглядит менее плотной, чем остальная его часть. В зоне Н нет «тонких» нитей актина, в отличие от более темной части, которая образована и «толстыми» и «тонкими» нитями. Размер зоны Н уменьшается при сокращении мышцы.

Полоса М пересекает центральную область диска А, она образована толстыми нитями, в которых миозин не имеет головок. Полоса М имеет длину 150 нм, в не заходят «тонкие» нити актина.

Светлый участок - называется диск I (изотропная зона), он образован «тонкими» нитями актина. Размер диска I уменьшается при сокращении мышцы.

Диск I делит пополам очень плотная и узкая линия Z, которая образована Z-дисками α-актинина.

Расположение филаментов в поперечнополосатой мышце (по Р. Марри, 1993).