Биологический каталог




Биологическая химия

Автор Д.Г.Кнорре, С.Д.Мызина

адкий эндоплазматический ретикулум, имеющий трубчатое строение, в котором происходит в основном метаболизм липидов. Кроме того, широко представлен шероховатый эндоплазматический ретикулум, на внешних поверхностях которого закреплены рибосомы. На этих рибосомах происходит синтез многочисленных мембранных белков.

В транспортировке белков в различные части клетки и в подготовке белков к секреции большая роль принадлежит аппарату Гольджи, который состоит из стопки уплощенных мембранных пузырьков. В частности, аппарату Гольджи отводят важную роль в маркировке белков, поступающих в клеточную мембрану. Эти белки в большей части представляют собой гликопротеиды, причем они снабжены специфическими олигосахаридами. Это дает основание считать, что они участвуют в специфических межклеточных взаимодействиях. В аппарате Гольджи осуществляется гликозилирование белков перед их доставкой к клеточной мембране.

Кроме этих органелл уже упоминались лизосомы - окруженные мембранами образования, содержащие набор гидролаз и обеспечивающие гидролитическое расщепление поступающих в клетку биополимеров. В отдельные структуры заключены ферменты, которые катализируют оксидазные реакции, приводящие к образованию пероксида водорода, и содержат каталазу для его уничтожения. Эти органеллы получили название пероксисом.

Таким образом, уже из этого краткого перечисления видно, что распределение

434

ферментов и систем ферментов (компартментализация) между определенными органеллами или их частями является важнейшим элементом пространственной организации биохимических процессов, особенно в эукариотических клетках.

10.5. БИОХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ

Мышечное сокращение является процессом, в ходе которого происходит превращение химической энергии, запасенной в виде макроэргических пирофосфатных связей в молекулах АТФ, в механическую работу. По объему, который приходится на долю мышц у высших организмов, в том числе у человека, и по масштабу биохимических превращений, обслуживающих прямо или косвенно мышечное сокращение, этот процесс занимает первое место среди всех физиологических процессов. Даже в состоянии покоя на его долю приходится до 40% от всего объема метаболизма, а при интенсивной механической работе организма эта доля может достичь 75%. Непосредственными участниками процесса сокращения являются два белка — миозин и актин. Большое число молекул каждого из этих белков объединены в виде специальных конструкций, вне которых сокращение совершаться не может.

Миозин представляет собой белок необычного строения, состоящий из длинной нитевидной части (хвост) и двух глобулярных головок. Общая длина одной молекулы составляет порядка 1600 нм, из которых на долю головок приходится около 200 нм. Миозин обычно выделяется в виде гексамера, образованного двумя одинаковыми полипептидными цепями с молекулярной массой 200 000 каждая (так называемые тяжелые цепи) и четырьмя легкими цепями с молекулярной массой около 20 000. Тяжелые цепи закручены спиралью одна вокруг другой, образуя хвост, и несут на одном конце глобулярные головки, ассоциированные с легкими цепями. На головках миозина находятся два важных функциональных центра — каталитический центр, способный в определенных условиях осуществлять гидролитическое расщепление /?-7-пирофосфатной связи АТФ*, и центр, обеспечивающий способность специфично связываться с. другим мышечным белком — актином.

. Актин является глобулярным белком с молекулярной массой 42 000. В таком виде его называют ^актином. Однако он обладает способностью полимеризовать-ся, образуя длинную структуру, называемую /'-актином. В такой форме актин способен взаимодействовать с головкой миозина, причем важной чертой этого взаимодействия является его зависимость от присутствия АТФ. При достаточно высокой концентрации АТФ комплекс, образованный актином и миозином, разрушается. После того как под действием мношновой АТФазы произойдет гидролиз АТФ, комплекс снова восстанавливается. Этот процесс легко наблюдать в растворе, содержащем оба белка. В отсутствие АТФ в результате образования высокомолекулярного комплекса раствор становится вязким. При добавлении АТФ вязкость резко понижается в результате разрушения комплекса, а затем начинает постепенно восстанавливаться по мере гидролиза АТФ. Эти взаимодействия играют важную роль в процессе мышечного сокращения.

В то же время сами по себе описанные процессы к каким-либо направленным

*АТФазная активность миозина открыта акад. В.А. Энгельгардтом.

435

1700 ?

Рис. 12fl. Схема функциональной единицы миофибриллы - саркомера. - в покоящемся (и) и сокращенном состояниях (б):

I - ?-пластинки; 2 - тонкие (актиновые) нити; 3 — толстые (миозиновые) нити

механическим перемещениям не приводят. В мышцах оба белка участвуют в формировании специальных структур, входящих в состав мышечных волокон. Ниже речь будет идти о волокнах скелетных мышц, которые вместе с соединительной тканью образуют мышцу. Каждое отдельное волокно представляет собой многоядерную клетку со своей плазматической мембраной, называемой сарколеммой. Важнейшая функция последней — восприятие сигналов, поступающих от нейронов, и передача их внутрь волокна, в котором находятся многочисленные миофибриллы, окруженные цитоплазмой и митохондриями. В цитоплазме содержится в значительном количестве миоглобин, выполняющий функцию промежуточного переносчика кислорода от омывающих мышцу кровеносных сосудов к мышечным митохондриям, и ряд ферментов, принимающих вместе с митохондриями участие в энергетическом обеспечении мышечного сокращения.

Функциональной единицей миофибриллы является саркомер (рис. 129).Его тремя главными элементами являются так называемые ^-пластинки, отделяющие саркомер от его соседей, закрепленные на этих пластинках две группы тонких нитей длиной порядка 1000 нм и толщиной около 6 нм, и толстые нити, располагающиеся между тонкими нитями так, что каждая толстая нить окружена шестью тонкими и наоборот (гексагональная упаковка). Толстые нити имеют длину порядка 1500 нм и диаметр 14 нм и могут при определенных условиях скользить между ними. Основным компонентом толстых нитей является миозин. Тонкие нити состоят из /'-актина и содержат еще два белка, принимающих участие в запуске мышечного сокращения, — тропомиозин и тропонин.

При отсутствии взаимодействия между миозином толстых нитей и актином тонких эти нити могут перемещаться относительно друг друга между двумя крайними состояниями (рис. 129). Одно из этих состояний предельно растянутое, при котором имеет место лишь незначительное перекрывание толстых и тонких нитей. Второе состояние — предельно сокращенное, при котором толстые нити максимально вдвинуты между тонкими и достигают своими концами ?-пластинки. Мышечное сокращение происходит в результате согласованного перехода сарко-меров всех миофибрилл, участвующих в формировании мышцы, из предельно растянутого в полностью или частично сокращенное.

Движущей силой этого сокращения является гидролиз АТФ. При рассмотрении роли АТФ в мышечном сокращении нужно учесть важную особенность комплекса миозина с АТФ. Этот комплекс легко образуется и в нем за короткое время происходит гидролиз АТФ, но процесс на этой стадии затормаживается вследствие того, что АДФ и ортофосфат прочно удерживаются в комплексе. Быстр 436

диссоциация происходит лишь после того, как произойдет взаимодействие комплекса миозин — АДФ-фосфат — актин (константы скорости диссоциации тройного комплекса в отсутствие актина составляют 0,05с"1, в то время как в присутствии актина — 15с"1). В результате, если возможно взаимодействие миозина и актина, должно наблюдаться достаточно быстрое попеременное, возникновение контактов между ними после каждого акта гидролиза АТФ и разрушение этих контактов после диссоциации продуктов гидролиза и связывания новых молекул АТФ (рис.130).

Итогом этого является быстрое перемещение толстых нитей относительно тонких, которое приводит к сокращению мышечного волокна.

Однако в отсутствие внешнего сигнала, получаемого от нейронов, таких событий не происходит. Это связано с наличием в составе тонких нитей белка тропомиозина, который при недостаточно высоких концентрациях ионов кальция блокирует на молекулах актина центры его связывания с миозином. Лишь при подаче нервного импульса на сарколемму происходит освобождение запасов ионов кальция, находящихся в специальных1- цистернах саркоплазм этического ретикулума (аналога эндоплазматического ретикулума) мышечных волокон. Освободившиеся ионы Са2* взаимодействуют с еще одним компонентом тонких нитей — тропонином, трехсубъединичные частицы которого регулярно располагаются на нитях /"-актина. В этих участках под действием тропонина происходит конформационное изменение в тропомиозине, итогом которого является освобождение сайтов связывания миозина молекулами актина. В результате при наличии достаточного запаса АТФ начинается описанный выше процесс гидролиза АТФ и перемещения толстых нитей относительно тонких. После прекращения действия нервного импульса ионы кальция снова втягиваются в саркоп-лазматический ретикулум, молекулы тропонина возвращаются на свои исходные позиции и мышца релаксирует в свое исходное состояние.

Приведенная картина является весьма упрощенной. Многие вопросы остаются невыясненными, в частности механизм направленного перемещения толстых нитей в сторону ?-пластинки. Однако она достаточно наглядно демонстрирует то основное положение, что для реализации возможностей, заложенных в актин-мио-

Рис. 13?. Схема взаимодействия актина (А) с головкой миозина. (М):

1 - присоединение АТФ к миозину; 2 - диссоциация комплекса А · ? под действием АТФ; 3 - гидролиз АТФ, связанного с миозином: 4 -восстановление контакта; .5 - диссоциация АДФ и фосфата под действием актина

437

зиновой системе, нужен высокий уровень пространственной организации как этих двух основных, так и некоторых вспомогательных биохимических элементов мышечных клеток.

Ответы к задачам Глава 3

3.1. При рН 3 заряд равен +4,5; при рН 7 заряд равен -1,8; при рН 10 заряд равен -5,5

страница 104
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109

Скачать книгу "Биологическая химия" (8.81Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(24.08.2017)