Мышечные белки

Впервые А. Я- Данилевский (1881) разделил экстрагируемые из мышц белки на три класса: растворимые в воде, экстрагируемые 8—12% раствором хлорида аммония и белки, извлекаемые разбавленными растворами кислот и щелочей. В настоящее время белки мышечной ткани делят на три основные группы: саркоплазматические белки, миофибриллярные белки, белки стромы. На долю первых приходится около 35%, вторых — 45% и третьих — 20°/о всего мышечного белка. Эти группы белков резко отличаются друг от друга по растворимости в воде и солевых средах с различной ионной силой.

Белки входящие в состав саркоплазмы, принадлежат к числу протеинов, растворимых в солевых средах с низкой ионной силой. Принятое ранее подразделение саркоплазматических белков на миоген, глобулин X, миоальбумин и белки-пигменты в значительной мере утратило смысл, поскольку существование глобулина X и миогена как индивидуальных белков в настоящее время отрицается. Установлено, что глобулин X представляет собой смесь различных белковых веществ со свойствами глобулинов. Термин «миоген» также является собирательным понятием. В частности, в состав белков группы миогена на входит ряд протеинов, наделенных ферментативной активностью, например ферменты гликолиза. К числу саркоплазматических белков относятся также дыхательный пигмент миоглобин и разнообразные белки-ферменты, локализованные главным образом в митохондриях и катализирующие процессы тканевого дыхания, окислительного фосфорилирования, а также многие стороны азотистого и липидного обменов.

К группе миофибриллярных белков относятся миозин, актин и актомиозин —белки, растворимые в солевых средах с высокой ионной силой, а также так называемые регуляторные белки: тропомнозин, тропонин, α- и β-актинин, образующие в мышце с актомиозином единый комплекс. Перечисленные миофибриллярные белки тесно связаны с сократительной функцией мышц.

Миозин (~50—55% от сухой массы миофибрилл). Представление о миозине как главном белке миофибрилл сложилось в результате работ А. Я. Данилевского, Вебера и ряда других исследователей. Однако всеобщее внимание к миозину было привлечено лишь после опубликования работ В. А. Энгельгардта и М. Н. Любимовой (1939—1942), в которых впервые было показано, что миозин обладает АТФ-азной активностью т.е. способностью катализировать расщепление АТФ на АДФ и Н₃РО*. Химическая энергия АТФ, освобождающаяся в ходе данной ферментативной реакции, превращается в механическую энергию сокращающейся мышцы. Молекулярная масса миозина скелетных мышц около 500000 (для миозина кролика— 470000). Молекула миозина сильно вытянутой формы, имеет длину 150 нм. Она может быть расщеплена без ковалентных связей на субъединицы: две тяжелые полипептидные цепи с отн.мол.м. 205000—210000 и несколько коротких легких цепей, отн.мол.м. которых составляет около 20 000. Тяжелые цепи образуют длинную закрученную α-спираль («хвост» молекулы), конец каждой тяжелой цепи совместно с легкими цепями создает глобулу («головку» молекулы), способную соединяться с актином. Эти головки выдаются из основного стержня молекулы. Недавно было показано, что легкие цепи, находящиеся в «головке» миозиновой молекулы и принимающие участие в проявлении АТФ-азной активности миозина, гетерогенны по своему составу. Количество легких цепей в молекуле миозина у различных видов животных и в разных типах мышц неодинаково.

Рисунок 9. Схема строения толстого миозинового фила-мента.

Кратковременная обработка трипсином расщепляет молекулу миозина на два фрагмента. Из хвостового участка (С-концевой участок молекулы) образуется легкий меромиозин (ЛММ) — фрагмент длиной 90 нм. Из остальной части, включающей «головки», — тяжелый меромиозин (ТММ). Тяжелый меромиозин можно расщепить далее путем более длительной обработки трипсином, в результате чего получается один фрагмент длиной 40 нм с отн, мол. м. ~62000 и два фрагмента с отн. мол. м. ~110000, представляющие собой «головки».

Толстые нити (толстые миофиламенты) в саркомере надо понимать как образование, полученное путем соединения большого числа определенным образом ориентированных в пространстве молекул миозина (рис. 10).

Рисунок 10. Структура тонкого филамента.

1 —актин; 2 — тропомиозин; 3 — тропонин-С: 4 — тропонин-l; в — тропонин-Т.

Актин (~ 20% от сухой массы миофибрилл) был открыт Штраубом в 1942 г. Известны две формы актина: глобулярный (Г-актин) и фибриллярный (Ф-актин) актин. Молекула Г-актина с отн.мол.м. 42 000 состоит из одной полипептидной цепочки, в образовании которой принимает участие 374 аминокислотных остатков. Ф-актин является продуктом полимеризации Г-актина и имеет структуру двухцепочечной спирали.

Актомиозин. При мышечном сокращении миозин вступает в соединение с Ф-актином, образуя новый белковый комплекс — актомиозин. Последний, как естественный, так и искусственный, т. е. полученный путем соединения in vitro высокоочищенных препаратов миозина и Ф-актина, обладает АТФ-азной активностью. Однако АТФ-азная активность актомиозина отличается от АТФ-азной активности миозина. Фермент актомиозин активируется ионами магния и ингибируется этилендиаминтет-раацетатом (ЭДТА) и высокой концентрацией АТФ, тогда как миозиновая АТФ-аза ингибируется Mg²⁺, активируется ЭДТА и не ингибируется высокой концентрацией АТФ. Оптимальные значения рН для обоих ферментов также различны.

Как уже отмечалось, кроме рассмотренных основных белков, в миофибриллах содержатся также тропомиозин, тропонин и некоторые другие регуляторные белки. Тропомиознн был открыт Бейлн в 1946 г. Молекула тропомиозина состоит из двух α-спиралей и имеет вид стержня длиной 40 нм, его отн.мол.м. 65000. На долю тропомиозина приходится около 4—7% всех белков миофибрилл. Тропонин — глобулярный белок, открытый Эбаси в 1963 г., его мол.м. ~80000. В скелетных мышцах взрослых животных и человека тропонин составляет лишь около 2% от всех миофибриллярных белков. В его состав входят три субъединицы (TN-I, TN-C и TN-T). Тропонин, соединяясь с тропомиозином, образует комплекс, названный натнвным тропомиозином. Этот комплекс прикрепляется к актиновым филаментам и придает актомиозину скелетных мышц позвоночных чувствительность к ионам кальция.

Миоглобины – растворимы в солевых растворах. Функция – ферментативная. Температура денатурации при _рН 6,5=70⁰С; при _рН 7,0=80⁰С; и эт. = _рН 5-5,2.

Миоальбумины – растворимы в воде, температура денатурации =45-47⁰С, и эт._рН 3,0-3,5. Миоальбуминов в скелетных мышцах очень мало.

Миоглобин – хромопротеид. Температура денат.=60⁰С. Состоит из белковой части и гема. Имеет одну полипептидную цепь =153 АК_ост. Гем содержит двухвалентное Fe. Способен обратимо связывать кислород, создовая его резерв в мышечной ткани. Это свойство белка имеет важное значение в мышечных сокращениях в условиях сильного напряжения, когда циркуляция крови затруднена. Миоглобин облегчает проникновение кислорода в клетки. Поэтому в интенсивно работающих мышцах с активно протекающими аэробными окислительными процессами содержится относительно больше миоглобина. С этим связана цветность мышц. Например, мышцы конечностей и шеи у КРС, грудные мышцы летающих птиц имеют более темный цвет, чем мышцы не работающие или работающие менее интенсивно. При соединении миоглобина с различными газами валентность железа гема в миоглобине не изменяется. В результате присоединения кислорода образуется оксимиоглобин, имеющий пурпурную окраску. Это соединение легко диссоциирует на миоглобин и кислород. При длительном воздействии кислорода воздуха окиси азота, K₃Fe(CN)₆ и некоторых других реагентов железо гема легко переходит в трехвалентную форму с образованием метмиоглобина, имеющего коричневую окраску. В присутствии сильных восстановителей белок снова может переходить в первоначальную форму.