Биохимия мышечной ткани

параллельных нитей, толстых филаментов миозина и тонких филаментов F-актина. Крайние,

более темные области Α-дисков содержат как тонкие, так и толстые нити, тогда как центральная часть, Н-зона, содержит только нити миозина. Z-линии (или Z-пластинки) соответствуют тем участкам, где тонкие нити крепятся к так называемым Z-дискам. Саркомером называется продольная единица, ограниченная двумя Z-линиями.

мышечного белка). Молекула миозина построена из шести субъединиц, двух идентичных

тяжелых цепей (2 х 223 кДа) и четырех легких цепей (~20 кДа), связанных нековалентно. Каждая тяжелая цепь миозина имеет форму длинного стержня длиной 150 нм с глобулярной головкой на N-конце и напоминает клюшку для гольфа (на схеме внизу справа). α-Спиральные участки двух тяжелых цепей свернуты в двойную суперспираль, а четыре небольших субъединицы связаны с глобулярными головками. В мышечном волокне миозин образует толстые миозиновые филаменты, которые представляют собой пучки из сотен молекул миозина, расположенных параллельно. Головка молекулы миозина обладает
Са2+-зависимой АТФ-азной активностью
(КФ 3.6.1.32), которая регулируется
малыми субъединицами.

белка). Фибриллярный F-актин является важным структурным элементом цитоскелета; он находится

в равновесии с глобулярным G-актином.
Кроме этих двух белков система включает тропомиозин и комплекс тропонина. Нитевидный тропомиозин (64 кДа) связан с F-актином, охватывая примерно семь актиновых субъединиц. Тропонин (78 кДа) - комплекс, состоящий из трех различных субъединиц (Т, С, I), способен связываться как с актином, так и с тропомиозином. Остальные белки, присутствующие в гораздо меньшем количестве, включают α- и β-актинин, десмин, коннектин (титин) и виментин.

волокон обусловлено продольным скольжением толстых миозиновых и тонких актиновых филаментов

относительно друг друга. Сокращение мышечных волокон является результатом следующего цикла реакций:

молекул миозина прочно связаны с актиновыми нитями. При связывании АТФ

головки отделяются от актиновых нитей.
АТФ-аза головок миозина гидролизует АТФ на АДФ и неорганический фосфат, но продолжает удерживать оба продукта реакции близко друг от друга. Гидролиз АТФ вызывает аллостерические изменения в миозиновой головке.
Теперь головка миозина образует новый мостик с соседней молекулой актина.
Актин ускоряет выброс продуктов АТФ-азной реакции из активного центра миозина. Это приводит к преобразованию аллостерического напряжения и изменению конформации головки миозина, которое действует подобно «удару весла» (модель весельной лодки). Во время этого «гребка» миозиновые головки отклоняются на определенный угол от оси и перемещают миозиновый филамент вдоль актинового филамента по направлению к Z-диску. Цикл повторяется до тех пор, пока имеется АТФ.

управляют двигательные нейроны, которые выделяют нейромедиатор ацетилхолин в нервно-мышечные соединении

(синапсы). Ацетилхолин диффундирует через синаптическую щель и взаимодействуют с ацетилхолиновыми (холинэргическими) рецепторами плазматической мембраны мышечных клеток. Это вызывает открывание трансмембранных ионных каналов и деполяризацию клеточной мембраны (образование потенциала действия). Потенциал действия быстро распространяется по всем направлениям от нервно-мышечного соединения, возбуждая все мышечные клетки. В течение нескольких миллисекунд реализуется рассмотренный выше цикл сокращения мышечного волокна.

(SR)] – разветвленная подобная эндоплазматическому ретикулуму органелла, окружающая индивидуальные миофибриллы

подобно сетке (в верхней части схемы в качестве примера приведен СР клетки сердечной мышцы). В покоящихся клетках концентрация Са2+ очень низка (менее 10-5 М). Однако в саркоплазматическом ретикулуме уровень ионов Са2+ существенно выше (около 10-3 М). Высокая концентрация Са2+ в СР поддерживается Са2+-АТФ-азами. Кроме того, в СР имеется специальный белок
кальсеквестрин (55 кДа), который благодаря высокому
содержанию кислых
аминокислот способен прочно связывать ионы Са2+.

Т-системы, представляющие трубчатые впячивания клеточной мембраны и находящиеся в тесном

контакте с индивидуальными миофибриллами. Деполяризация плазматической мембраны передается через Т-трубочки на потенциал-управляемый мембранный белок (так называемый "SR-foot") прилегающей мембраны СР, который открывает Са2+-каналы. Результатом является выброс ионов Са2+ из СР в пространство между филаментами актина и миозина до уровня ≥10-5 M. В конечном итоге выброс ионов Са2+ является пусковым механизмом процесса сокращения миофибрилл.

I) с
тропомиозином препятствует взаимодействию
миозиновых головок с актином.
Быстрое увеличение

в цитоплазме концентрации
ионов кальция в результате открывания каналов СР приводит к
связыванию Са2+ с С-субъединицей тропонина. Последняя по свойствам близка кальмодулину. Связывание ионов Са2+ вызывает конформационную перестройку в тропонине, тропонинтропомиозиновый комплекс разрушается и освобождает на молекуле актина участок связывания с миозином (на схеме выделен красным цветом). Это инициирует цикл мышечного сокращения.
В отсутствие последующего стимулирования АТФ-зависимые кальциевые насосы мембраны СР быстро снижают концентрацию ионов Ca2+ до исходного уровня. Как следствие, комплекс Са2+ с тропонином С диссоциирует, тропонин восстанавливает исходную конформацию, место связывания миозина на актине блокируется и мышца расслабляется.

Регуляция ионами кальция

следующая последовательность событий. При поступлении сигнала от двигательного нейрона мембрана

мышечной клетки деполяризуется, сигнал передается на Сa2+-каналы СР. Са2+-каналы открываются, внутриклеточный уровень ионов Са2+ возрастает. Ионы Сa2+ связывается с тропонином С, вызывая конформационную перестройку в тропонине, что влечет за собой разрушение комплекса тропонин-тропомиозин и дает возможность головкам миозина связываться с актином. Происходит инициация актин-миозинового цикла.
По завершении сокращения уровень ионов Са2+ снижается за счет активного обратного транспорта Са2+ в СР, тропонин С отдает Са2+, комплекс тропонин-тропомиозин занимает исходное положение на молекуле актина, блокируя актин-миозиновый цикл. Результатом является расслабление мышцы.

Процесс сокращения и расслабления связан с потреблением АТФ (АТР), гидролиз

которого катализирует миозин-АТФ-аза [1]. Однако небольшой запас АТФ, имеющийся в мышцах, расходуется менее чем за 1 с после стимуляции.

реакций:
1. Резерв в виде креатинфосфата. Быстрая регенерация АТФ может быть

достигнута за счет переноса фосфатной группы креатинфосфата на АДФ (ADP) в реакции, катализируемой креатинкиназой [2]. Однако и этот мышечный резерв «высокоэргического фосфата» расходуется в течение нескольких секунд. В спокойном состоянии креатинфосфат вновь синтезируется из креатина. При этом фосфатная группа присоединяется по гуанидиновой группе креатина (N-гуанидино-N-метилглицина). Креатин, который синтезируется в печени, поджелудочной железе и почках, в основном накапливается в мышцах. Здесь креатин медленно циклизуется за счет неферментативной реакции [3] с образованием креатинина, который поступает в почки и удаляется из организма.

резервом является гликоген. В покоящейся ткани содержание гликогена составляет до

2% от мышечной массы. При деградации под действием фосфорилазы гликоген легко расщепляется с образованием глюкозо-6-фосфата, который при последующем гликолизе превращается в пируват. При большой потребности в АТФ и недостаточном поступлении кислорода пируват за счет анаэробного гликолиза восстанавливается в молочную кислоту (лактат), которая диффундирует в кровь.

3. Окислительное фосфорилирование. В аэробных условиях образующийся пируват поступает в митохондрии, где подвергается окислению. Окислительное фосфорилирование - наиболее эффективный и постоянно действующий путь синтеза АТФ. Однако этот путь реализуется при условии хорошего снабжения мышц кислородом. 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.

АТФ является конверсия АДФ в АТФ и АМФ (AMP), катализируемая

аденилаткиназой (миокиназой) [5]. Образовавшийся АМФ за счет дезаминирования частично превращается в ИМФ (инозинмонофосфат), что сдвигает реакцию в нужном направлении.
Из всех способов синтеза АТФ наиболее продуктивным является окислительное фосфорилирование. За счет этого процесса обеспечиваются потребности в АТФ постоянно работающей сердечной мышцы (миокарда). Вот почему для успешной работы сердечной мышцы обязательным условием является достаточное снабжение кислородом (инфаркт миокарда — это следствие перебоев в поступлении кислорода).

В высокоактивных (красных) скелетных мышцах источником энергии для рефосфорилирования АДФ служит окислительное фосфорилирование в митохондриях. В обеспечении этих мышц кислородом принимает участие миоглобин (Mb) - близкий гемоглобину белок, обладающий свойством запасать кислород. В малоактивных скелетных мышцах, лишенных красного миоглобина и поэтому белых, главным источником энергии для восстановления уровня АТФ является анаэробный гликолиз. Такие мышцы сохраняют способность к быстрым сокращениям, однако они могут работать лишь короткое время, поскольку при гликолизе образование АТФ идет с низким выходом. Спустя некоторое время мышцы истощаются в результате изменения рН в мышечных клетках.

тканях при недостаточном снабжении кислородом (например, в активно работающих мышцах)

АТФ (АТР) синтезируется за счет процесса превращений глюкозы в лактат, т. е. за счет процесса брожения. Лактат переносится кровью в печень, где в процессе глюконеогенеза с затратой АТФ вновь конвертируется в глюкозу (цикл Кори).

При интенсивной работе мышцы максимально активируется гликолиз. Продукт гликолиза, пировиноградная кислота (пируват) накапливается в цитоплазме и недостаточно быстро поступает в митохондрии, если они из-за недостатка кислорода не готовы к окислению пирувата. В анаэробных условиях пируват в реакции, катализируемой лактатдегидрогеназой (заключительный этап гликолиза) восстанавливается до лактата. Одновременно НАДН (NADH), кофермент лактатдегидрогеназы, окисляется до НАД+ (NAD+), который вновь используется на окислительном этапе гликолитического пути. Этой реакции способствует относительно высокое отношение НАДН/НАД+ в мышечной ткани. Лактат диффундирует в кровь и поступает в печень, где конвертируется в глюкозу. Таким образом, образование лактата временно заменяет аэробный метаболизм глюкозы и частично переносит этот процесс из мышц в печень.

котором также участвует пируват. Цикл аланина берет начало с протеолиза

белков. Образующиеся аминокислоты в результате трансаминирования в присутствии ферментов превращаются в α-кетокислоты, которые в основном включаются в цикл трикарбоновых кислот (цитратный цикл).Одновременно в реакции, катализируемой аланинтрансаминазой, аминогруппы из разных аминокислот переносятся на имеющийся субстрат, пируват. Образующийся аланин поступает в кровь и переносится в печень. Таким образом, цикл аланина служит каналом передачи азота и предшественников глюкозы в печень, которая является местом синтеза конечных продуктов азотистого обмена, например мочевины.

Следует напомнить, что при анаэробном гликолизе образуются кислоты, которые, не принимая участие в последующем обмене, существуют в форме анионов. Поэтому при интенсивном анаэробном гликолизе рН мышечной клетки может понизиться настолько, что сокращение станет невозможным. Обычно этого не происходит благодаря быстрому выходу кислых метаболитов (лактата и пирувата) в кровь, которая также может оказаться закисленной (метаболический ацидоз).

Это наиболее важный участок деградации разветвленных аминокислот. Ряд других аминокислот

также деградируются преимущественно в мышцах. Одновременно идет ресинтез и высвобождение в кровь аланина и глутамина. Эти аминокислоты служат переносчиками азота, образующегося при расщеплении белков, в печень (цикл аланина) и почки.
При голодании мышечные белки служат энергетическим резервом организма. Они гидролизуются до аминокислот, которые поступают в печень. Здесь углеродный скелет аминокислот конвертируется в промежуточные продукты цитратного цикла, в том числе в ацетоацетил-КоА и ацетил-КоА. Эти амфиболические соединения окисляются в цикле трикарбоновых кислот или включаются в процесс глюконеогенеза.

анаболики стимулируют биосинтез белка; напротив, кортизол подавляет образование мышечных белков.
Белки

актин и миозин содержат остатки гистидина, метилированного на стадии посттрансляционной модификации. При расщеплении этих белков образуется 3-метилгистидин, который дальше не разрушается. Количество метилгистидина в моче служит мерой деградации мышечных белков.

стромы
эластин, коллаген

в мышцах
Состоит из 1 полипептидной цепи, уложенной в пространстве в

виде глобулы

20 дней
Состоит из 2 тяжелых цепей (мол. масса 200 000

Да) и 4 легких цепей (мол. масса 20 000 – 25 000 Да)
Активные центры головки миозина обладают АТФ-азной активностью:
АТФ + Н2О → → АДФ + Рн + Е

цепи (374 аминокислотных остатка)
Молекула глобулярного актина способна к спонтанной агрегации,

образуя фибриллярный актин

желтым цветом окрашен актин

молекул актина
молекула тропомиозина закрывает активные центры связывания актина

отвечает за связь с тропомиозином
Тн-С – кальцийсвязывающая субъединица – обладает

сродством к ионам Са2+
Тн-I – ингибиторная субъединица – ингибирует АТФ-азную активность, препятствуя взаимодействию актина и миозина

АТФ-азной активностью
С возрастом в мышцах увеличивается содержание миоглобина и уменьшается

количество гликогена, лактата, нуклеиновых кислот и воды
Мышцы детей обладают повышенной чувствительностью к нейромедиаторам (ацетилхолин)
Во внутриутробном периоде мышца производит 3 – 4 сокращения в секунду, тогда как у детей младшего возраста число мышечных сокращений может быть до 60 – 80 в секунду, что способствует формированию тетануса мышц.

мышцы.
Находится креатин в мышцах, ткани мозга, миокарде в свободном состоянии

и в форме фосфокреатина.
При переходе от покоя к работе мышцы сначала используют АТФ, образующийся из креатинфосфата – это наиболее быстрый путь генерации АТФ.

глицин-амидинотрансферазы.

Арг
Гли
Гуанидинуксусная
кислота
Орнитин

протекает в печени.

Гуанидинуксусная

кислота

S-аденозил
метионин

S-аденозил
гомоцистеин

Гуанидинацетат
метилтрансфераза

Креатин

креатин и креатинин. Содержание креатинина в плазме крови - 44-100

ммоль/л у мужчин, у женщин - чуть меньше.
С мочой креатин выделяется только у детей, у взрослых – креатинин.
При болезнях почек с нарушением фильтрации выделение креатинина уменьшается, а его количество в крови увеличивается.
В норме суточное выделение креатинина с мочой пропорционально мышечной массе.

функции почек,
снижение выделение креатинина с мочой наблюдается при гипертиреозе

и прогрессирующей мышечной дистрофии в связи со снижением скорости синтеза креатина.

синтеза креатина,
у пожилых вследствие атрофии мышц,
у беременных из-за

развития мышечной массы матки,
алиментарная креатинурия обусловлена принятием пищи, богатой креатином.

(при нарушении трофики и структуры мышц),
при этом креатинурия сопровождается

снижением содержания креатинина в моче, что связано с нарушением механизма превращения креатина в креатинин.