Структура тонкого филамента и мышечное сокращение
Тонкий филамент построен таким образом, что на семь мономеров актина приходится один димер тропомиозина и один гетеротример тропонина, состоящий из тропонина С, тропонина I и тропонина Т [ Tobacman, ea 1996 , Flicker, ea 1982 , Zot, ea 1987 ]. Такой комплекс актина, тропомиозина и тропонина получил название регуляторной единицы . Благодаря тому, что соседние димеры тропомиозина имеют так называемые липкие концы, они могут взаимодействовать друг с другом. Таким образом, вдоль всей канавки актинового филамента располагается как бы непрерывный тяж тропомиозина [ Tobacman, ea 1996 ]. В основе сокращения лежит перемещение нитей актина относительно нитей миозина . Такое перемещение осуществляется за счет циклического взаимодействия головок миозина с актином. Считается, что в отсоединенном от актина состоянии головка миозина может гидролизовать АТР, но продукты реакции (ADP и неорганический фосфат) не могут быстро покинуть активный центр миозина. Головка миозина, содержащая ADP и фосфат, взаимодействует с определенными участками на актине с образованием так называемого слабого комплекса [ Rayment, ea 1993 ]. После этого становится возможным переход от слабого к сильному связыванию, головка миозина перемещается по поверхности актина и одновременно с этим происходят выброс неорганического фосфата из активного центра миозина и переориентация головки миозина относительно ствола миозинового филамента. Именно в этот момент происходит генерация тянущего усилия и нити актина перемещаются относительно нитей миозина [ Rayment, ea 1993 ]. После освобождения из активного центра ADP и связывания новой молекулы АТР головка миозина диссоциирует от актина и цикл повторяется вновь.
A priori можно предполагать, что тропонин-тропомиозиновый комплекс может влиять либо на присоединение головки миозина к актину, либо на переход от слабого к сильному связыванию головки миозина с актином. По всей видимости, тропонин-тропомиозиновый комплекс влияет на оба эти процесса. В отсутствие Са2+ тропонин оказывает двоякое влияние. С одной стороны, тропонин I прочно взаимодействует с определенными участками актина и фиксирует весь тропониновый комплекс, размер которого соизмерим с размерами двух-трех глобул актина, в таком положении, что становится невозможным даже слабое связывание головок миозина с актином [ Lehrer, ea 1994 , Lehrer, ea 1998 ]. Таким образом, тропонин стерически препятствует даже слабому связыванию головок миозина с частью (~50%) центров связывания на актине. В дополнение к этому тропонин может влиять на положение тропомиозина на актиновом филаменте. В отсутствие ионов Са2+ тропонин увеличивает вероятность того, что тропомиозин выкатывается из канавки актина и занимает такое положение на нити актина, при котором оставшаяся часть центров связывания на актине способна слабо связывать головки миозина, но не способна переходить от слабого типа связывания к сильному [ Tobacman, ea 1996 , Lehrer, ea 1998 ]. В присутствии ионов Са2+ прочность связи тропонина I с актином ослабевает. Тропонин I и связанные с ним компоненты тропонина удаляются от актина на большее расстояние [ Squire, ea 1998 ] и перестают стерически блокировать взаимодействие головок миозина с актином. Кроме того, после насыщения ионами Са2+ тропонин сдвигает равновесие между двумя состояниями тропомиозина на актиновом филаменте в сторону так называемого включенного состояния, когда тропомиозин не мешает ни слабому, ни сильному связыванию головок миозина с актином [ Lehrer, ea 1994 , Lehrer, ea 1998 ]. Димер тропомиозина имеет достаточно жесткую структуру. Поэтому вызванное тропонином перемещение тропомиозина передается на всю регуляторную единицу, т.е. на все семь мономеров актина [ Tobacman, ea 1996 , Zot, ea 1987 ]. Перемещение тропомиозина из выключенного во включенное положение может достигаться не только под действием тропонина. Присоединение даже одной головки миозина на семь мономеров актина приводит к выталкиванию тропомиозина из блокирующего положения [ Tobacman, ea 1996 , Lehrer, ea 1998 ]. Перемещение тропомиозина, вызванное связыванием головки миозина, не обязательно связано с механическим выталкиванием тропомиозина. Вполне возможно, что связывание головки миозина вызывает изменение структуры актина и именно этот процесс приводит к перемещению тропомиозина из одного положения в другое [ Cassell, ea 1996 ]. Любопытно, что включение регуляторной единицы, вызванное присоединением головки миозина, сопровождается не только перемещением тропомиозина в канавке актина, но и увеличением сродства к ионам Са2+ у тропонина, принадлежащего данной регуляторной единице [ Lehrer, ea 1998 ].
Актиновый филамент представляет собой высококооперативную систему, поэтому изменение состояния одной регуляторной единицы влияет на состояние соседних с ней регуляторных единиц [ Butters, ea 1997 ]. Сильное связывание миозина с данной регуляторной единицей делает более вероятным сильное связывание миозина с двумя соседними регуляторными единицами. Аналогично, связывание ионов Са2+ тропонином данной регуляторной единицы увеличивает вероятность перемещения тропомиозина из выключенного во включенное состояние. При этом перемещение тропомиозина происходит не только в данной, но и в соседних регуляторных единицах, расположенных справа и слева от данной регуляторной единицы [ Tobacman, ea 1996 , Butters, ea 1997 ]. До сих пор остается открытым вопрос, на что влияет тропонин- тропомиозиновый комплекс -только ли на количество головок миозина, способных взаимодействовать с актиновым филаментом [ Homsher, ea 1996 ], или на частоту циклического присоединения и отсоединения головок миозина от актина [ Butters, ea 1997 ].
Смотрите также:
