Лекция по теме "Биохимия мышечной ткани"

БИОХИМИЯ МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ

МИНЕРАЛЬНЫЕ КОМПОНЕНТЫ МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ

• Катионы: K + , Na + , Mg 2+ , Ca 2+ , Fe 2+ и др.
• Анионы:

Cl - , SO 4 2- , PO 4 3- , CO 3 2- и др.

БЕЗАЗОТИСТЫЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА

• Гликоген (0,3-2% от сырой массы мышц)
• Гексозофосфаты:

- глюкозо-6-фосфат

- фруктозо-6-фосфат

• Холестерин
• Органические кислоты:

- пируват

- лактат и др.

НЕБЕЛКОВЫЕ АЗОТСОДЕРЖАЩИЕ ВЕЩЕСТВА

• Нуклеотиды: АТФ, АДФ, АМФ и др.
• Креатин, креатинфосфат
• Аминокислоты
• Пептиды (в том числе ансерин и карнозин )
• Глицерофосфолипиды (компоненты клеточных мембран)

БЕЛКИ МЫШЦ СОСТАВЛЯЮТ 16-20% ОТ СЫРОЙ МАССЫ МЫШЦ В зависимости от растворимости в воде и в солевых растворах с разной ионной силой белки мышц делятся на группы:

БЕЛКИ СТРОМЫ

• Составляют 20% белков мышечной ткани

• Не растворяются в воде и солевых растворах

К белкам стромы относятся:

а) коллаген

б) эластин

Роль: создают каркас мышечной клетки

САРКОПЛАЗМАТИЧЕСКИЕ БЕЛКИ

• Составляют 35% белков мышечной ткани

• Растворяются в солевых растворах с низкой ионной силой ( 0,03 М KCl )

К саркоплазматическим белкам относятся:

а) белки-ферменты синтеза и распада гликогена, гликолиза, β -окисления ВЖК, цикла Кребса, тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования, синтеза и распада белков

б) миоглобин

в) миоальбумины

МИОФИБРИЛЛЯРНЫЕ БЕЛКИ

• Составляют 45% белков мышечной ткани
• Растворяются в солевых растворах с высокой ионной силой ( 0,6 М КС l )

К миофибриллярным белкам относятся:

а) сократительные белки: миозин, актин

б) регуляторные белки: тропомиозин

тропонин

α и β - актинины

МИОЗИН - СОКРАТИТЕЛЬНЫЙ БЕЛОК МЫШЦ. Составляет 50% от сухой массы фибрилл.

Молекула миозина

2 тяжелые 4 легкие цепи

полипептидные цепи

- Каждая тяжелая цепь имеет: длинный спирализованный хвост с С-конца маленькую грушевидную «головку» с N-конца - Хвосты тяжелых цепей скручены между собой наподобие каната - «Головки» миозина обладают АТФ-азной активностью - К каждой «головке» тяжелых цепей присоединены по 2 легкие цепи

СТРОЕНИЕ ТОЛСТОГО МИОФИЛАМЕНТА (ТОЛСТОЙ МИОЗИНОВОЙ НИТИ) - Хвосты молекул миозина соединяются друг с другом продольно, образуя пучки. - «Головки» выступают на поверхности пучка. - В области М-линии саркомера пучки стыкуются «хвост к хвосту».

АКТИН – СОКРАТИТЕЛЬНЫЙ БЕЛОК МЫШЦ. СОСТАВЛЯЕТ 20% ОТ СУХОЙ МАССЫ МИОФИБРИЛЛ

Роль: связывание головок миозина

(каждая молекула G -актина в составе F -актина содержит центр связывания с «головкой» миозина)

ТРОПОМИОЗИН - регуляторный белок мышц.

• Молекула тропомиозина состоит из двух полипептидных цепей, перекрученных между собой.
• Располагается в виде

стержня в бороздках

F- актина.

• Одна молекула тропомиозина

соединена с 7 молекулами G- актина.

Роль: блокирование на актине центров связывания «головок» миозина .

ТРОПОНИН - регуляторный белок мышц.

Состоит из 3-х глобулярных субъединиц:

1) TnC связывает Са 2+ ,

2) TnI ингибирует АТФ-азную активность миозина,

3) TnT обеспечивает связь с тропомиозином .

СТРОЕНИЕ ТОНКОГО МИОФИЛАМЕНТА (ТОНКОЙ АКТИНОВОЙ НИТИ)

СТРОЕНИЕ САРКОМЕРА

МЕХАНИЗМ МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ I этап

• В состоянии покоя содержание ионов Са 2+ в цитозоле миофибриллы составляет 10 -7 моль/л.

• При воздействии нервного импульса на мышечную клетку происходит деполяризация плазматической мембраны, что приводит к выходу ионов Са 2+ из саркоплазматического ретикулума в цитозоль.

• Содержание ионов Са 2+ в цитозоле миофибриллы увеличивается до 10 -5 моль/л.

II ЭТАП

- Ионы Са 2+ связываются с С-субъединицей тропонина, что вызывает конформационные изменения тропонина и тропомиозина.

- В результате на актине открываются центры связывания головок миозина.

III ЭТАП

Миозиновая «головка» обладает АТФ-азной активностью, т.е. гидролизует АТФ до АДФ и Р н.

Содержащая АДФ и Фн

миозиновая «головка» присоединяется к центру связывания на актине под углом 90°, образуется актин-миозиновый комплекс.

IV ЭТАП

• АДФ и Р н выходят из

актин-миозинового комплекса.

• Происходит

спонтанный поворот миозиновой «головки»

на 45°.

• При этом тонкая

актиновая нить движется вдоль миозиновой в направлении к М-линии.

V ЭТАП

• Новая молекула АТФ связывается с «головкой» миозина, что приводит к распаду актин-миозинового комплекса.

• При этом концентрация ионов Са 2+ в цитозоле снижается до 10 -7 моль/л.

• Наступает расслабление.
• При поступлении нового нервного импульса к мышце цикл сокращения повторяется.

Источники энергии для мышечного сокращения

1 ) Распад АТФ - первые 1-2 сек мышечного сокращения

Затем начинается ресинтез АТФ:

2 ) Перефосфорилирование АДФ с креатинфосфатом :

Креатинфосфат + АДФ ---→ Креатин + АТФ

(с 3 по 7 сек мышечного сокращения)

3) Окисление глюкозы :

• анаэробное окисление (гликолиз)
• аэробное окисление

4) β -окисление ВЖК

5) Окисление кетоновых тел

6) Миокиназная (аденилаткиназная) реакция:

2АДФ  АТФ + АМФ – в “аварийных” ситуациях,

невыгодный для организма путь ресинтеза АТФ

Особенности энергетического обмена в сердечной мышце

• Энергетический обмен в сердечной мышце имеет преимущественно аэробный характер.
• Основной источник энергии:

β-окисление ВЖК

БИОХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В

МЫШЦАХ ПРИ ПАТОЛОГИИ

(прогрессирующей мышечной дистрофии,

атрофии мышц и т.д.)

• Уменьшение в мышцах:

• количества миофибриллярных белков
• уровня АТФ и креатинфосфата
• активности саркоплазматических ферментов
• АТФ-азной активности миозина

2) Увеличение в мышцах:

• количества белков стромы и миоальбумина
• активности лизосомальных ферментов

3) Повышение в крови активности креатинфосфокиназы ( КФК )

4) Креатинурия

БИОХИМИЯ СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ТКАНИ

ОСОБЕННОСТИ СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ТКАНИ

1. мало клеток

2. много межклеточного вещества

3. наличие волокнистых структур

МЕЖКЛЕТОЧНЫЙ МАТРИКС (межклеточное вещество)

• это определенным образом организованное вещество, заполняющее промежутки между клетками.

Функции межклеточного матрикса :

• образует каркас органов и тканей;
• «склеивает» клетки друг с другом, поддерживает архитектонику органов;
• придает тканям механическую прочность;
• образует высокоспециализированные структуры (кости, зубы, хрящи, сухожилия, базальные мембраны);
• влияет на пролиферацию клеток;
• выполняет трофическую и защитную функции.

СОСТАВ МЕЖКЛЕТОЧНОГО МАТРИКСА

• СТРУКТУРНЫЕ БЕЛКИ :

• коллаген
• эластин

• АДГЕЗИВНЫЕ СТРУКТУРНЫЕ

ГЛИКОПРОТЕИНЫ:

• фибронектин
• ламинин
• нидоген

3. ПРОТЕОГЛИКАНЫ

Коллаген

• основной структурный белок межклеточного матрикса соединительной ткани

• фибриллярный белок

• нерастворим в воде

• содержание в организме человека составляет 5-6 кг

Строение коллагена

• Молекула коллагена – тропоколлаген, состоит из трех полипептидных α – цепей, формирующих правозакрученную спираль

Особенности аминокислотного состава коллагена

Каждая α – цепь содержит около 1000 аминокислотных остатков, из которых:

• 30% – глицин

• 20-25% – пролин и

гидроксипролин

• 10% - аланин
• 1% - гидроксилизин
• отсутствуют триптофан,

цистеин

Этапы синтеза и созревания коллагена

РАСПАД КОЛЛАГЕНА

• Коллагеназа расщепляет пептидные связи между остатками глицина и лейцина сразу в трех α -цепях тропоколлагена

примерно на ¼

расстояния от С-конца.

• Образующиеся фрагменты коллагена становятся

доступными для действия

других протеаз.

• Свободный гидроксипролин, освобождающийся в результате распада коллагена, не используется повторно для синтеза и выводится из организма с мочой. Поэтому гидроксипролин является маркером распада коллагена.

ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ОБМЕНА КОЛЛАГЕНА

• Инсулин, СТГ, половые гормоны (эстрогены, андрогены) – увеличивают синтез коллагена

• Глюкокортикоиды – тормозят синтез коллагена

• Высокие концентрации тироксина – активируют распад коллагена

Применение коллагена и ферментов его обмена в медицине:

Коллаген применяют:

• для остановки кровотечения в паренхиматозных органах
• для лечения длительно незаживающих ран (коллаген + антибиотик)

Коллагеназу используют для лечения ожоговой болезни и гнойных заболеваний глаз

Характеристика эластина

• Фибриллярный белок соединительной ткани
• Основной структурный компонент эластических волокон
• Резиноподобный белок, имеет обратимую сократимость

• Содержит много гидрофобных аминокислот (аланин, валин, изолейцин)

ЭЛАСТИН

СТРУКТУРЫ, ОБРАЗУЮЩИЕСЯ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ КОВАЛЕНТНЫХ СШИВОК МЕЖДУ МОЛЕКУЛАМИ ЭЛАСТИНА

ЛИЗИННОРЛЕЙЦИН

десмозин

образован 4 остатками лизина

образован 2 остатками лизина

Наличие ковалентных сшивок позволяет эластину растягиваться в двух направлениях, придавая тканям свойство эластичности.

АДГЕЗИВНЫЕ СТРУКТУРНЫЕ ГЛИКОПРОТЕИНЫ

НЕКОЛЛАГЕНОВЫЕ СТРУКТУРНЫЕ ГЛИКОПРОТЕИНЫ, ОБЛАДАЮЩИЕ АДГЕЗИВНЫМИ СВОЙСТВАМИ:

• фибронектин
• ламинин
• нидоген

• Состоит из двух

полипептидных цепей, соединенных дисульфидными мостиками.

• Каждая цепь

фибронектина содержит

7-8 доменов, на которых расположены центры для связывания веществ: коллагена, протеогликанов, ГАГ, углеводов клеточных мембран.

Роль:

1. Выполняет интегрирующую функцию в организации межклеточного вещества.

2. Способствует адгезии клеток.

Фибронектин- гликопротеин

НИДОГЕН

• Гликопротеин базальных мембран

• Состоит из одной полипептидной цепи

• Содержит центры для связывания:

коллагена IV типа

ламинина

гепарансульфата

клеток

ЛАМИНИН

• Гликопротеин базальных мембран

• Состоит из трех полипептидных цепей

• Содержит центры для связывания :

клеток

коллагена IV типа фибронектина

нидогена

гепарансульфата

Протеогликаны – высокомолекулярные соединения, состоящие из белка (5-10%) и (90-95%) гликозаминогликанов. Схема строения протеогликанов хряща

Гликозаминогликаны (ГАГ) – линейные отрицательно заряженные гетерополисахариды, построенные из повторяющихся дисахаридных фрагментов, в составе которых глюкуроновая кислота (или идуроновая) и

N -ацетилглюкозамин (или N -ацетилгалактозамин).

Представители:

-гиалуроновая кислота

-хондроитин-4-сульфат (хондроитинсульфат А)

-хондроитин-6-сульфат (хондроитинсульфат С)

-дерматансульфат (хондроитинсульфат В)

-кератансульфат

-гепарин

-гепарансульфат

Функции гликозаминогликанов

1. ГАГ являются структурными компонентами межклеточного матрикса соединительной ткани.

2. Обладают полианионными свойствами, связывают большие количества катионов:

Са 2+ , Nа+ , К+.

3. Гиалуроновая кислота связывает воду (1г – 1л Н 2 О), участвует в формировании тургора тканей.

4. Играют роль молекулярного сита в межклеточном матриксе - препятствуют распространению патогенных микроорганизмов.

5. Выполняют амортизирующую функцию в суставных хрящах, смягчая переменные нагрузки.

6. Выполняют роль смазки в суставах, уменьшая трение между суставными поверхностями.

7. Обеспечивают прозрачность роговицы.

8. Гепарин – антикоагулянт.

9. Гепарансульфат способствует созданию фильтрационного барьера в почках.

10. Участвуют в образовании волокнистых структур (влияют на фибриллогенез).

11. Способствуют процессам регенерации.

• Распад ГАГ осуществляется сульфатазами, а также экзо- и эндогликозидазами , к которым относят гиалуронидазу, глюкуронидазу, галактозидазу и др.

Изменение компонентов межклеточного матрикса при старении организма:

• Увеличение количества поперечных связей в коллагене.
• Уменьшение доступности для коллагеназы.
• Изменение соотношения протеогликаны/коллаген в сторону увеличения коллагеновых волокон.
• Уменьшение количества связанной воды ( 1 г гиалуроновой кислоты связывает 1 л воды, а ее количество с возрастом уменьшается) .
• Снижение тургора кожи из-за уменьшения воды .

ПАТОЛОГИЯ СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ТКАНИ

• Амилоидоз – патологический процесс, характеризующийся образованием в тканях гликопротеина – амилоида.

• Амилоид представляет собой смесь различных белков:

• фибриллярные белки (основной компонент амилоида)
• гликопротеины сывороточного происхождения, которые отличаются высоким содержанием сиаловых кислот и определяют антигенные свойства амилоида.

Системные первичные поражения соединительной ткани (коллагенозы). Морфологически эти состояния проявляются повреждением внеклеточных компонентов соединительной ткани, в основном коллагеновых волокон и образующего их белка – коллагена.

К коллагенозам относятся: ревматизм, системная красная волчанка, ревматоидный артрит, системная склеродермия.

Общие биохимические признаки воспаления, характерные для периода обострения заболеваний:

• -диспротеинемия (увеличение α2 –глобулинов и γ-глобулинов, серомукоидов, появление С-реактивного белка)
• -гипоальбуминемия
• -увеличение СОЭ
• -рост уровня фибриногена
• -рост сиаловых кислот в крови
• -повышение содержания в моче ГАГ
• -увеличение содержания гидроксипролина в моче

• Муковисцидоз – системное заболевание экзокринных желез: слизеобразующих (поджелудочной, кишечных, трахеобронхиальных) и серозных (слюнных, потовых, слезных).

• Повышается вязкость секретов за счет увеличения фукозы и снижения сиаловых кислот в их составе. В секрете потовых желез увеличивается количество натрия и хлора .

• Мукополисахаридозы
• Гликопротеинозы (муколипидозы)
• Гликолипидозы (сфинголипидозы)